浅谈高位转换复杂高层建筑
摘要：本文简述了高位转换复杂高层建筑结构设计的过程及采取的构造措施，为高位转换复杂高层建筑提供了参考。
关键词：高位转换复杂高层；结构计算及分析；型钢混凝土组合结构
一：工程概况
本工程是一座集商场、住宅为一体的复杂高层建筑。座落在淮南市繁华商业地段上，占地面积5028.77m2,总建筑面积71340m2。总高度98.3m，地上三十层，地下一层。
本工程地震作用按本地区抗震设防烈度为7度（0.10g），场地类别为II类，场地土特征周期为0.35s；设计地震分组为第一组。房屋安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，地基基础等级为甲级；基本风压取0.40kN/m2，基本雪压0.60kN/m2，设计使用年限为50年。
本工程上部分为北区、南区及中间商场，（北区为K～P轴，南区为A～E轴，中间商场为F～J轴）。南、北区主塔楼为四栋30层商住楼，且塔楼平面相近，总高度98.300m，采用部分框支剪力墙结构（五层顶高位转换）；中间商场裙房部分为5层商场，总高度为25.500m，采用框架结构体系。南、北区及中间商场下均设一层地下室，地下室层高为5.2m。
±0.000以上四个主塔楼和裙房间均设置抗震缝，避免多塔结构；地下室部分因建筑使用要求，不允许设缝，故地下室顶板作为上部结构的嵌固端，各项参数均满足《抗规》第6.1.14条要求。且地下室为超长结构，则在⑦~⑧设置一道收缩后浇带（主塔楼后浇带至±0.000，裙房至裙房屋面），并在主塔楼与裙房间设置两道沉降后浇带至±0.000。
本工程结构材料强度为：竖向构件混凝土强度为C45～C25，水平构件混凝土强度为C40～C25；梁、柱内纵筋采用HRB400，板内钢筋采用HPB235和HRB335组合配筋。梁、柱纵筋采用新三级钢能节省钢材用量。
二：结构设计
1. 结构的概念设计
本楼主塔楼6~30层的主要功能为住宅楼，采用剪力墙结构，下部5层为商场，为满足大空间建筑功能的要求，经过多种结构方案的比较，最后决定局部采用框支抗震墙结构体系。在结构方案设计阶段，重点考虑了以下的几个问题。
1)结构平面布置的概念设计
由于主塔楼的建筑使用功能的要求，楼、电梯的核心筒设置在房屋的北侧，这样就会造成结构的质量中心与刚度中心不重合，必然造成结构的抗扭刚度太弱，为了减小质量与刚度的偏心，加强结构的抗扭转效应，在每个结构单元的南侧的角落，加长了剪力墙。由计算分析表明，这些角部加强的剪力墙对结构扭转的贡献是显著的。每个单体的最大层间位移与平均层间位移的比值均不大于1.2，避免了扭转不规则。
2)竖向承重及抗侧力构件的概念设计
落地剪力墙和筒体底部墙体应加厚，除电梯井为满足建筑功能要求外，其余落地剪力墙均比转换层上墙体不同程度的加长、加厚；转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比值应符合《高规》附录E的规定；转换层的转换构架传力简单、直接，为达到这一目标，本工程在满足建筑使用功能的前提下，考虑如何布置1~5层的框支柱柱网。因建筑立面及层高的要求，框支柱截面最大取值1100X1100mm，转换梁高也控制在2m以内；经反复试算，普通混凝土框架梁、柱无法满足设计要求（如柱轴压比较难控制在规范允许范围），遂采用型钢混凝土梁及型钢混凝土柱。
3）结构构造措施要求
随着混凝土强的等级的提高，楼面的梁、板温度裂缝会随之加大，因此梁、板混凝土强度等级会比竖向构件相应低一个等级，当水平构件混凝土等级比竖向构件低时，梁、柱节点核心区的混凝土强度等级同柱、墙混凝土强度等级。
因本工程局部框支柱及转换梁为型钢混凝土组合结构，所以对型钢梁、柱的截面要求，节点构造均参照（04SG523）《型钢混凝土组合结构构造》。
2．结构计算及分析
本工程结构计算采用中国建筑科学研究院编制的PKPM程序，按规范要求应至少采用两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力、位移计算，所以结构计算采用了一个是空间杆墙元模型（SATWE程序），作为主要计算程序，另一个是广义协调墙元模型（PMSAP程序）做为辅助计算程序
1）周期：本工程抗震计算采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法，取18个振型；SATWE第一扭转周期/第一平动周期=1.2455/2.5105=0.496<0.85
PMSAP第一扭转周期/第一平动周期=1.796/2.469=0.727<0.85
周期计算结果说明结构具有较好的抗扭刚度，使得结构的扭转效应控制在合理的范围内；结构有效质量系数均大于90%，结构计算时取18个振型满足地震力计算要求。
2）位移比：本工程竖向构件的最大位移与层平均位移的比值（或最大层间位移与平均层间位移的比值）最大值为1.15<1.20，说明结构的平面布置比较合理。本工程最大层间位移角1/1396<1/1000，满足规范要求。
3)结构整体稳定验算结构：
X向刚重比EJd/GH2=8.44
Y向刚重比EJd/GH2=6.40
该结构刚重比大于1.4，能通过《高规》5.4.4条的整体稳定验算
该结构刚重比大于2.7，可以不考虑重力二阶效应
4）剪重比：本工程X方向最小剪重比为1.83%，Y方向最小剪重比为1.82%，均大于1.6%，满足规范要求；且X向，Y向剪重比相近，说明结构双向刚度比较接近，较合理。
5）弹性膜假定：弹性膜单元由于假定楼板平面外刚度为零，所以既可以真实的反应楼板的面内刚度，又可以避免造成梁的安全度的降低；为此本工程框支转换层楼板及上部结构楼板平面布置时产生的局部凹槽板带均采用弹性膜假定计算，其计算结构更趋向于实际情况。
6)考虑本工程为五层高位转换，底部几层为框支抗震墙结构，结构竖向抗侧力构件不连续；主体塔楼高度为98.300m，接近100m，故采用弹性动力时程分析法进行多遇地震下的补充计算。
3．结构构件设计及构造措施
1）梁、板均按计算及裂缝控制配筋：地下室顶板最小厚度为180mm（人防部分顶板最小厚度250mm）；转换层除悬挑端外最小板厚度为180mm；转换层上下两层板厚度除悬挑端外最小板厚度为150mm；屋面板（除塔楼部分）最小厚度为130mm；以上楼层板均双层双向配置楼板钢筋
2）根据《高规》第10.2.4条，底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度1/8二者的较大值。经计算得本工程底部加强区到框支层以上两层的高度。根据《高规》第10.2.5条，对部分框支剪力墙结构，当转换层的位置设置在三层及三层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部分的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级采用。所以本工程的框支柱为特一级，框支框架（除框支柱）为一级，底部加强区剪力墙为一级，非底部加强区剪力墙为二级。
3）本工程因其建筑功能需求，经过反复计算分析，在转换层采用了型钢混凝土组合结构；型钢混凝土组合结构是混凝土内配置型钢和钢筋的结构（我们简称SRC）。
三．结束语
框支抗震墙结构是抗震不利的结构体系。设计时不仅要求整体结构的平面布置合理、竖向布置合理，还应重点考虑转换层布置。在结构方案设计阶段，应对结构体系的特点有清醒的认识，有针对性的对结构薄弱层、薄弱部位及建筑设计方案可能带来的设计缺陷有宏观的把握，然后需进行多方案对比试算，最后制定完善的结构方案。
