浅谈带转换层的超限高层结构设计要点
关键字：转换层,超限高层,高层建筑,结构设计
随着经济和社会的不断发展和进步，高层建筑逐渐向功能丰富和复杂的题型方向发展。高层建筑的设计从结构受力上分析，下部楼层的受力大，上部楼层的受力较小，而良好的建筑结构设计应保证下部楼层的刚度，下部的墙体多、柱网较密，到建筑的上部则能逐渐较少墙体和支柱的数量，从而扩大柱网。从高层建筑的功能结构上看，建筑下半部分应具有较大的自由活动空间，上部空间布置较小，从而能充分满足居住的要求。由此可以看出，高层建筑的结构设计以及功能的要求恰好处于相对的位置。为充分满足高层建筑的居住要求，建筑的结构设计应进行反常规的设计。为实现建筑的反结构设计，则必须在建筑竖向结构体系具有变化的楼层设计相应的转换层。梁式的转换层由于传力明确、受力的性能较好、工作稳定可靠，并且构建结构、便利的施工且工程项目的成本不高等优势，成为了高层建筑使用最为广泛的建筑结构设计形式。下面通过对具体的工程项目的分析具体实现了高层建筑转换层建筑结构设计。
该工程处于广东省珠江河畔，处于长条形位置布置，占地面积为一万多平方米，总建筑面积大约为一万平方米，地上面积各自占据一定的面积，具有沿江的地理位置优势。根据城市规划局以及开发商的具体要求，该工程以商住楼为主，同时辅助一定面积的办公楼。为发挥该地区的优越地理位置，实现相应商住楼和办公楼面临珠江，尽量实现最多的房间面临珠江，通过实际的方案的比较和分析，最终通过建筑角度的调整，实现了商住楼的客厅以及房建面对珠江。
一、结构选型与结构布置
1、采用框架剪力墙的建筑结构设计方法。因为，该工程项目的结构设计分为地上和地下两个部分，地下两层地上三十五层，地下两层为停车场以及备用房屋。地上首层为商层，二楼和三楼为办公室，四楼为会所以及建筑的转换层，对建筑空间要求较大，由此采;之上的楼层为住宅层，使用剪力墙的结构。该工程建筑自第四层往上，除了楼梯以及电梯间的墙体落地外，其他的墙体都没有落地，而建筑相应的支撑力量转换需要通过相应的结构构件进行传递;
2、相应转换梁的结构设计方法。由于高层建筑的主次梁结构具有受力明确、施工简单以及在高层建筑的转换梁的设置过程中在转换梁受力较小的部位开设适宜的洞口，从而能满足建筑功能和建筑设备的管线布置要求。相应转换梁的结构设计标准应根据具体的工程项目的建设进行设计，从而能建立实现良好的高层建筑的结构以及功能的设计。
二、结构分析
1、设计参数的选择
该工程属于丙类建筑，抗震防裂应设置为七度，建筑结构的基本地震加速值为0.1g，并且设计地震的分组为第一组。一百年重现期的基本风压的值为0. 6kN/ m2，高层建筑结构的地面粗糙程度为C 类，工程项目的建筑体形系数为1. 4。并且工程项目的结构计算采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部开发的SATWE(空间杆-墙板元模型)和TAT(空间杆-薄壁杆系模型)程序进行结构计算，从理论上对结构进行安全，经济的设计。同时，可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。
2、等效侧向刚度比的控制
高层建筑的工程项目的转换层的下部楼层的侧向刚度设计应大于上部楼层的侧向刚度，否则，相应的建筑楼层的变形将集中于下部楼层而形成相应应力结构中的薄弱层。对建筑工程项目的结构造成影响。为防止相应高层建筑薄弱层的形成，应对相应建筑工程下部楼层侧向刚度指数进行设计。建筑工程项目的楼层侧向的刚度不应小于建筑上部相邻楼层的百分之七十，或是与相邻三层侧向刚度的平均值的百分之八十。该工程项目的高层建筑的侧向比应根据建筑工程中的剪力墙厚度、混凝土强度以及柱子截面尺寸以及混凝土的强度等级等系数进行确定。工程项目下部楼层的侧向刚度设计应根据高层建筑的相应规定进行设计，以转换层为界，结构的下部与上部的等效侧向刚度比宜接近于1，而非抗震设计时的等效侧向刚度比不应小于0.5，抗震设计时不应小于0.8。具体工程项目的刚度比设计应加强概念的设计，根据具体细化的规范对下部楼层侧向的刚度比进行设计。高层建筑侧向的刚度比应有层间位移角比值进行控制，通过工程项目的模拟实现了对工程项目侧向刚度的规范设计。
3、剪力墙剪应力水平的设置要点
剪力墙剪应力水平的设置应根据具体工程项目的基数进行。高层建筑的转换层剪力墙在地震常遇状况下剪应力水平为0.025，转换层上层的剪力墙的剪应力水平为0.017，从而保证在常遇地震的地质作用状况下建筑的剪力墙不发生剪切破坏。设计过程中，提出了弹性水平地震作用增大系数法来设计转换结构,该方法的基本思路是:假设结构在罕遇地震作用下仍处于弹性状态,根据规范给出的多遇地震和罕遇地震的水平地震影响系数最大值αmax的比值来放大多遇地震作用下的水平地震作用,而此时将荷载分项系数和材料分项系数取1.0。则设计转换结构时的内力组合为G+βE=G+6.25E,其中G为重力荷载作用代表值,E为多遇地震作用下的水平地震作用标准值;而与此内力组合对应的转换结构设计采用材料的标准值而不是设计值。采用这种方法可以得出在罕遇地震作用下,转换层剪力墙的最大剪应力水平仅为0.156,可以保证在规范规定的罕遇地震作用下剪力墙不发生剪切破坏。
三、高层结构转换层设计过程中的关键问题
高层建筑转换层设计应根据具体的工程项目的技术要点分析，并根据具体的建设部门关于高层建筑中的工程项目的抗震设防的专项审查技术的要点要求，结合本工程设计出带主次转换梁层的高层建筑结构设计的抗震措施如下：
1、保证换层结构侧向有足够的刚度。高层建筑应保证大空间的需求的房间具有足够的刚度，从而防止转换层沿竖向的刚度变化过大，应建立严格的转换层上部和下部结构的侧向刚度比例。高层建筑的转换层抗震的结构设计中，转换层结构的侧向刚度不小于上一层结构侧向高度的百分之七十，并且根据高层建筑的指数设计的规范要求。控制转换层结构的下部与上部的等效侧向刚度比宜接近于1。同时还应保证一定比例剪刀墙的落地，加大落地厚度，从而提高剪刀墙混凝土的强度等级，减小洞口的尺寸，从而尽量使纵横墙形成筒体。
2、加强转换层整体结构的刚度。高层建筑结构设计中的转化层结构应对整体结构进行设计，通过对转换层楼板平面内的整体性和侧向的刚度进行加强，并采用现浇混凝土的楼板，楼板的厚度为200mm，同时还应加强转换层的上下两层的平面内刚度，楼板的厚度为150mm;结构的布置为左右对称，在薄弱部位加强楼板的厚度及配筋。整体结构的分析过程，应对转换层的薄弱部位的楼板平面的变形对建筑结构受力的印象程度。并通过剪刀墙的布置方式的调整，从而使相应的结构与刚性相接近，避免了扭转，实现平面布置的规范。
3、 按施工现场地震安全性评估报告提供人工合成选择两条典型的地震波加速度和地震波加速度的记录，从而实现对结构弹性的分析。此外，采用两个不同力学模型的结构空间对程序进行分析计算， 例如一个采用空间杆- 薄壁杆系模型， 而另一个采用空间杆- 墙板元模型，要确保在计算中考虑双向地震作用下的扭转影响，同时除计算正交的X轴、Y 轴外，还需要计算可能受力不利的45度和135度的方向。
4、合理地加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率。按相关规定确保整体稳定和结构抗倾覆;同时，使用现浇钢筋混凝土楼板来达到增强结构整体性的目的。 保证核心筒内部楼板厚为150mm，并且是双层双向的配筋以及相关围护材料为新型轻质材料，从而有利于减小地震反应，减轻建筑自身重量。
参考文献：
[1] 季静，韩小雷，杨坤，郑宜. 带主次梁转换层的超限高层建筑结构设计[J]. 中国建材资讯， 2005， (04) .
[2] 周华海，蒋沧如. 带梁式转换层的高层建筑设计[J]. 山西建筑， 2007，(04) .
[3] 王鹏强. 高层建筑转换层结构设计[J] . 甘肃科技， 2004，(11) .
