某高层建筑转换层结构设计分析

张国印，来武清，宋祥林，曹复兴

（中机中联工程有限公司，重庆400039）

[摘要]由于使用功能的要求，建筑下部楼层大开间作为车库及商业使用，上部楼层作为普通住宅房间，越来越多的建筑采用转换结构形式。转换结构中竖向构件中断不连续，造成竖向力在转换层通过水平转换梁导荷进行传递，使得结构受力形式变得复杂。本文以某高层商住楼设计为例，重点介绍了结构转换层布置方式、整体计算结果分析以及针对转换层上下高度协调采用的结构加强措施等，并提出了几点设计，供同类工程进行设计参考。

 [关键词]转换；分析；设计；参考  [中图分类号]TU973+．14 

1  工程概况

 本工程位于重庆市，地下2层，地上31层，总建筑面积8万m2，由AB双塔住宅及5层商业裙房组成。为便于结构整体计算以及考虑地下防水处理（地下水标高为地下室负一层楼面位置），地下两层结构不设缝形成一个大底盘，结构嵌固端设置在地下室顶板标高。地上部分根据结构平面尺寸及建筑功能设置两道结构缝。下部7层（含地下室2层）为车库、商业及设备用房功能，建筑需要大空间设置，上部塔楼为普通住宅，结构体系采用转换结构形式（转换层为7层楼面标高）。建筑立面效果见图1。

 工程设防类为标准设防类（丙类），抗震设防烈度为6度，建筑场地类别Ⅱ类，基本风压0. 40kN/m2。结构形式为部分框支剪力墙，嵌固端以上结构高度98m。抗震等级：框支框架为2级，底部加强剪力墙为2级，非加强区为3级。由于转换层为第7层建筑楼面，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3-2010)第10.2.6条规定本工程属于高位转换，底部加强区框支框架抗震等级为l级、剪力墙为1级。基础采用机械成孔灌注桩（同时考虑水浮力抗拔作用）以及抗浮底板设计，基础持力层为中风化砂岩。

2  结构体系布置

 本工程A、B两栋塔楼结构布置及受力形式相似，选择其中A栋塔楼（建筑剖面见图2）为例进行工程说明及计算结果分析。裙房的柱、墙布置综合考虑车位、商业的使用功能等，除电梯井、楼梯间、水电井等剪力墙因建筑功能需求全部直接落地，其余只有少数墙肢落地或部分落地。为更好地满足规范对于落地墙肢距离要求以及优化结构整体计算指标，采取在平面四周转角或中部增加一些非落地加厚剪力墙（仅裙房下部几层设置）。下部裙房楼层考虑超市及商业隔间非固定隔墙影响，结构采用井字梁板布置方式，同时楼板钢筋双层双向拉通设置，板厚120mm(地下室一层楼板作为嵌固端，板厚180mm)，梁板混凝土强度等级C30。转换层采用框支梁及框支次梁转换方式，楼板厚度180mm，梁板混凝土强度等级C45。结合建筑立面效果、转换梁跨度、上部楼层荷载以及框支梁上部剪力墙翼墙长度（翼墙长度500mm~ 800mm不等）等因素，框支梁截面宽度500mm~ 800mm，高度为1800mm，框支次梁截面宽度400mm~600mm，高度1200mm~1500mm。对于剪力墙与下部框支梁（或框支次梁）出现偏心的情况，框支梁（或框支次梁）配筋满足结构计算结果的前提下，腰部抗扭钢筋增大10%~15%便于更好地提供偏心抗扭作用。对于部分剪力墙未完全作用在框支梁（或框支次梁）上面的情况，结构采用斜向设置框支次梁同时梁间加腋处理（见图3），加腋段侧面腰筋、变形箍筋规格同此跨框支梁。

为保证转换层与上部两层剪力墙肢变形协调，转换层上部两层剪力墙加厚250mm（与建筑专业协调）同时上两层结构梁板混凝土采用C45高标号混凝土，实现了结构整体平顺变形的效果。考虑到高标号混凝土水化热以及裙房平面超长等问题，全楼混凝土均掺加抗渗防收缩微膨胀剂(限制膨胀率0. 03%)。建筑在转换层有较多卫生间(降板400mm)、阳台（降板100mm）、厨房（降板50mm）等降标高要求的房间布置，为避免出现楼板不等高以便转换结构更好地传力，本工程采用转换层结构板整体降板400mm方式，管线预埋在降板区域内，低于建筑标高的结构板采用轻质混凝土回填（混凝土容重≤12kN/m3），解决了结构板不连续传力带来的不利影响，同时避免了过多的水电管线暴露在转换层下部商业空间内，观感效果良好。转换层楼层在不影响建筑外立面的外围柱跨内设置柱间混凝土斜撑（见图4），通过后续计算设置柱间斜撑对于提高结构的整体受力性能起到了辅助作用。图5为转换层平面布置，标准层平面布置见图6。

3  整体计算结果分析

 本工程主要采用PKPM2010 V2.1版进行整体计算分析及结构设计，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3-2010)第5.1.12条规定复杂结构应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算，A栋结构采用了SAP2000V16.1.0版本进行结构对比复核分析。结构计算模型见图7。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3-2010)、《建筑抗震设计规范》( GB 50011-2010)以及《重庆市高层建筑工程结构抗震基本参数表（2010年版）》等相关条文内容控制和调整结构的整体计算指标，整体计算结果如表1—表4所示。

 根据表格可以看出，整体结构计算结果满足规范、规程等的要求。下部裙房与上部塔楼质量中心和刚度中心偏差不大（控制在15%之内）。转换层柱间混凝土斜撑设置及转换层上两层墙肢加厚、混凝土标号提高对于结构的整体受力起到有利作用。

4转换结构的设计建议

 转换结构受力相对复杂，为更好地满足整体结构计算指标要求以及良好的整体受力性能，在转换结构设计过程中，可以采取以下处理措施：

 1)下部楼层建筑因大开间需求，塔楼的落地剪力墙较少，为满足结构整体刚度以及墙间距要求，可以在裙房填充墙位置（转角填充墙或内部建筑隔墙）增加非落地钢筋混凝土墙，同时不影响建筑功能的柱距内增加斜向混凝土支撑，有利于平衡框支柱之间的受力。

 2)转换梁布置尽量做到一次传力，最多不超过二次传力，当上部塔楼竖向构件通过转换次梁传递至转换主梁时，为防止竖向力过大造成转换次梁钢筋支座位置出现拉脱情况，转换次梁钢筋锚固需要加强处理：转换次梁上部纵筋应伸至对边转换主梁纵筋内侧然后向下弯锚至主梁底部；下部纵筋应伸至上部纵筋内侧然后向上弯锚不小于15d。

 3)由于存在刚度突变以及传力中断，转换层及其上部1至2层剪力墙容易出现变形不协调情况，为更好地解决协调变形问题，上部1至2层剪力墙采用加厚220mm~ 300mm进行过渡处理。

 4)针对地下水位偏高时为便于防水处理不设置结构缝，整体结构形成大底盘多塔楼形式，在进行结构计算时需要考虑水浮力对整体稳定的影响。

 5)转换结构柱墙及梁板尺寸较大，有些情况存在结构平面超长情况，为解决水化热以及平面超长收缩变形等问题，混凝土中可掺加抗裂微膨胀剂同时施工过程中需要加强振捣养护。

 6)转换层梁板及框支柱配筋较大、钢筋较密，设计过程中尽量不出现超过两方向梁相交于同一柱节点情况，设计图纸和施工过程严格注明梁体下部支撑及起反拱等情况，同时结构图定位穿梁管线防止后续出现敲打结构梁损伤原有构件的情况。

5  结语

 建筑功能要求越来越多，对于结构体系选型及柱墙梁板布置提出了更高要求，越来越多的建筑采用整体或局部转换结构形式，给结构的整体受力性能带来了很大影响。转换结构受力较为复杂，本文以某转换结构为例，对转换结构设计及注意事项等进行了简述，为同类工程设计提供参考。