[分享]转换层结构设计方法及要点

导语

在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，应设置结构转换层，形成带转换层的高层建筑结构。近十几年来，带转换层的高层建筑由于其底部大空间，使用灵活方便，在国内应用越来越广泛。本文笔者将结合自己的设计经验为大家分享转换层结构的设计方法及要点。

一、设计原则

1、减少转换，尽量避免多级转换

布置转换层上下主题竖向结构时，注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通，尤其框架-核心筒中核心筒应上下贯通。同时注意传力要明确、直接，避免多级转换。

2、强化下部，弱化上部

强化转换层下部结构侧向刚度，弱化上部刚度，使转换层上下刚度尽量接近，平滑过渡。

3、计算分析全面细致

必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分采用复合实际受力状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析。必要时可采用有限元分析方法对转换结构进行补充计算。

二、设计要点

1、转换结构构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.9（特一级）、1.6（一级）、1.3（二级）。

2、转换层与其上层的抗侧刚度比应满足《高规》附录E的规定。

在实际工程中转换层设在1、2层时，一般很难两个方向都接近1，一个方向大于0.5，另一个方向达到0.8就比较理想了。

3、框支框架承担的地震倾覆力矩小应于结构总地震倾覆力矩的50%。

4、部分框支剪力墙结构框支柱承受的水平地震剪力标准值应满足《高规》10.2.17的要求。特别注意薄弱层要按《高规》3.5.8条进行调整。

三、梁式转换

1、截面高度取值

转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8。通常要做到1/6。托柱转换梁截面宽度不应小于其上所托柱在梁宽方向的截面宽度。框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体厚度的2倍和400mm的较大值。

2、截面配筋要求

需满足《高规》10.2.7强条要求。

3、工程案例

8度区，16层住宅楼，底部2层已经存在转换，现13层处高位转换，多处大悬挑。下图图一为最初笔者由于受制于建筑条件所不得以采用的结构方案，该位置为13层局部截图，被圈起来的部位上面设置柱子。

在设计过程中遇到了如下问题：即该处转换梁计算出需要600X800的截面，不满足净高要求，且不能够采取上翻等方式解决。当时想到的解决方案主要有:

1)整层提高砼编号———因一两个构件而采取此方案不甚妥当，被pass掉。

2）加抗剪钢板———施工难度大，容易出现劈裂裂缝，当然钢板的抗剪贡献还是很大的，但不建议采用。

但是，傅总直接否定此种200厚剪力墙做支座的方案，建议采用厚墙体上面托柱或直接用大柱子来转换。于是最终采用图二所示方案。

反思：为什么我会用这种200厚的墙来做转换？结构概念！一个高层建筑在高位进行局部转换一定要保证托梁构件有足够的刚度和延性，否则很容易在那个位置形成破坏，影响结构安全。同样转换梁也要在设计中予以重视，保证其安全性。

四、桁架转换

1、上弦杆节点宜布置成与上部密柱、剪力墙肢形心对齐。

2、计算软件

SATWE：可计算桁架，但要注意定义其所在层为转换层。桁架下弦若布置楼板则需要新建一层，由于层的概念导致其位移等结果不准确。

midas building：下弦布置楼板无需新建一层，且其位移，周期等结果无异常。

3、工程案例

笔者做过的厦门市某办公项目项目，地上9层，地下两层车库+人防。在其地上二层局部由于下方设置了大宴会厅，所以此局部采用钢桁架转换，梁上柱位置如下图所示。

为了保证结构的安全性，设置转换桁架的性能目标为中震弹性，并分别就桁架与主体结构刚接与铰接进行复核。

五、其他转换形式

1、搭接柱转换

该方式混凝土用量少，造价低，自重小，且转换层本层建筑空间可充分利用，上、下层沿竖向刚度突变较小。但要特别注意搭接柱上方楼盖承受很大拉力，易形成薄弱部位。

2、斜撑转换

该方式传力明确，受力合理，水平地震作用下应力集中程度减缓，有利于抗震。

3、宽扁梁转换

该方式有利于降低转换层高度和方便建筑设备专业使用，与建筑功能的结合较普通转换形式占有很大优势。

参考书籍：《复杂高层建筑结构设计》-徐培福主编