1、1住宅建筑转换层结构设计要点论述摘要：文章主要通过某工程实例，阐述了高层住宅转换层结构设计要点，主要从高层住宅的转换结构设计、结构计算及结构构件几方面进行论述，旨在有效地提高住宅建筑结构设计水平及使结构更加合理化。 关键词：高层建筑剪力墙转换层构件设计 中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号： 近年来，根据高层建筑的需要，上部需要较多的堵体来分隔空间以满足住宅户型的需要;而下部则希望有较大的自由灵活空间，大柱网、少墙体，以满足公共使用要求。按照这样的建筑形式进行结构布置时，上部墙体多而密，下部柱网少而稀，即刚度上大下小，这与常规的结构竖向布置的原则正好是相反的。为了满足建筑要求就必
2、须在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层。于是，带转换层的建筑结构孕育而生，并在近年来得到较为广泛的应用。本文主要结合某高层住宅建筑的结构设计实例，着重探讨了建筑转换层结构的设计要点。 1 工程概况 某高层住宅工程，采用框支剪力墙结构，总建筑面积为215300.18?，住宅首层架空，转换层以上为 25 层、27 层、28 层住宅。有两层人防地下室，总建筑面积：1210.9?，建筑类别为一类，建筑抗震设防类别:裙房为乙类，主楼为丙类抗震设防烈度为 7 度。场地类别为 II类。 22 转换层型式的选择 各种形式转换层的优缺点详见表 l 结合工程实际建筑布局情况，并考虑经济指标及施工难易程度，经过技
3、术经济比较后，决定采用梁式转换层结构型式，也可称为梁式框支剪力墙结构。 3 转换层结构设计 3.1 确定抗震等级 本工程转换层以下为框架剪力墙结构，转换层以上为纯剪力墙结构，是多层结构高层建筑，从而不能以单纯的框架结构或者剪力墙结构形式来确定抗震等级，而应该严格按照现行规范的不同章节，分别针对性地确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属“框支剪力墙”结构，地上高度 79.8m，转换层设在三层楼面(属高位转换)，其框支框架抗震等级为一级，加强部位剪力墙抗震等级为一级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。 3.2 调整上部与下部结构 建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变，然而带转换
4、层的结构显然有悖于此，因此高规对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于 1，不应大于 1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来就是要强化下部，弱化上部，尽量避免出现薄弱层。可采用以下几点方法进行调整：3（1）应与建筑工程师协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。这是增大底部刚度最有效的方法。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还通过与建筑专业协商，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片 L 型剪力墙也落地。这些措施大大增强了底部刚度。 （2）底部剪力墙厚度应加大，而减小上部剪力墙厚度，转换层以
5、下剪力墙厚度取为 300500mm，上部厚度取为 200mm。 （3）底部剪力墙应不开洞，以造成刚度削弱太多。 （4）采用 C55 混凝土，以提高墙混凝土强度等级。 3.3 合理布置平面结构 本工程转换层下部为框架-剪力墙结构，体形复杂，不规则；转换层上部为纯剪力墙结构，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置经过多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过 1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余部位剪力墙布置分散、均匀，且尽量沿周边布置，以增强整体抗扭效果。通过有关的计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为 0.81，各楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值的比
6、值不大于 1.4，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。 4 结构计算与分析 本工程主要运用中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部编制的高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE 进行分析计算。计算结果如4表 1 所示。 表 1：住宅楼(24 层)前五个结构计算周期 X 方向的地震作用最小剪力系数为 1.77%，Y 方向的地震作用最小剪力系数为 1.91%。最大层间位移见 2 表： 表 2：住宅楼(24 层)最大层间位移 转换层位于三层，转换层上下刚度比为：X 方向:0.9839，Y 方向:1.1982 结论：2 栋 1 座楼周期、位移均正常。 5 结
7、构构件设计 5.1 框支柱设计 框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。 （1）该工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于 0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于 0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于 10100，全长加密，且配箍率不得小于 1.5%。 （2）在工程中，个别框支柱还兼作剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于 0.2 的要求，折算成配箍率(C55 混凝土)即为51.82%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应
8、的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配，底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加，因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。 （3）为了加强转换层上下连接，框支柱其上部有墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；其余在墙体范围外的纵筋则水平锚入转换层梁板内，满足锚固要求。抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的
9、剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。 5.2 框支梁设计 框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其墙上厚度的 2 倍，且不小于 400mm；高度不小于计算跨度的 1/6。 （1）本工程框支梁宽度为 5001000mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备。 （2）一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于 0.5%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因此应配置足够数量的腰筋，腰筋采用 18，沿梁高间距不大于 200mm，并且应可靠锚入支座内。框支梁6受剪力很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强，譬如某根 700 宽框支梁箍筋采用 16100 六肢箍全长加密，配箍率达到 1.18%。 6 结束语 综上所述，在高层建筑转换层的结构设计时，应根据建筑平面及功能要求合理选择转换层形式，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，结合结构布置，正确选择各分部的抗震等级，构件设计应注重抗震延性设计的概念，对主要构件进行加强是设计的重点。 参考文献 1覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨J.中国高新技术企业，2010. 2赵西安.现代高层建筑结构设计M.北京:科学出版社，2006
