摘要：高層建筑中，轉換層設計是結構設計的一個難點，結合實際工程，筆者介紹了鋼筋混凝土梁轉換層的結構設計心得體會，主要包括結構選型、設計原則、構造措施、結構計算。
　　關鍵詞：高層建筑、轉換層、設計、措施
　　
　　
　　1工程概況
　　某大廈建筑高度為39m，地上部分共12層，地下室層高4.5m，一、二層為商業用房，層高4.5m，三至十三層為住宅；層高為3m。此工程為商住合一的高層建筑，由于不同的用途需要不同的空間組合形式，因此，首層除了主體中間部分(電梯閭、樓梯閭等公共部分)布置成落地剪力墻核心筒，其他部分均不能采用框架結構體系。因此，必須在二層頂采用結構轉換的方法過渡為框架結構形式。
　　2梁式轉換層特點
　　梁式轉換層中的轉換大梁一般很大，可以達到一兩個樓層高，甚至更高。帶有轉換層的建筑結構及轉換層大梁一般有如下特點：
　　(1)在荷載作用下，大梁與支承柱連結處應力高度集中，容易引起震害，在抗震方面常要進行專門的構造處理；
　　(2)轉換層大梁要承受上部若干層傳下的巨大荷載，或懸掛下部多層重力，使得大梁的內力很大，因此，豎向荷載成了控制大梁設計的主要因素之一；
　　(3)為了保證轉換層有足夠的強度和剛度，致使轉換層不可避免地高而大，梁的截面尺寸大，多少會影響該層的使用空間，自重大，耗費材料多，造價昂貴；
　　3結構設計
　　3.1結構選型
　　結構轉換層的類型很多，對于此工程來說，如果采用厚板轉換存在以下問題：轉換厚板的混凝土及鋼材用量都很大，增加投資成本，并且施工難度大；受力情況復雜，計算過程繁瑣。如果選用箱形轉換，優點是結構整體性好，不管上部結構布置多么復雜，仍能保證上、下豎向構件的有效傳力。但是從結構設計角度考慮，內力分析較為復雜，轉換層設計的技術儲備不足，難度相對較大，且施工難度也大。梁式轉換層優點主要表現為設計和施工簡單，轉換構件受力明確，經濟合理性強。內部空間自由暢通，滿足管線布置要求，在轉換梁結構受力較小的部位可以開洞口，容易滿足建筑對功能的要求。
　　3.2設計原則
　　高層建筑中轉換層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉換層上下容易形成薄弱環節，對結構抗震不利，故轉換層結構在設計時應遵循以下原則：
　　(1)為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層，設計中應考慮使上、下層剛度比≤2，盡量接近l。這樣才能保證結構豎向剛度的變化不至于太大，使上柱有良好的抗側力性能，減少豎向剛度變化，有利于結構整體受力。上下層剛度比計算式如式l所示。
　　
　　式中：Gi、Gi+l——第i、i+l層混凝土剪變模量；
　　Ai、Ai——第i、i+l層折算抗剪截面面積(A=Aw+0.12AC)；
　　AW——在所計算的方向上剪力墻的全部有效截面面積；
　　Ac——全部柱的截面面積；
　　hi、hi+l——第i、i+l層的層高。
　　(2)盡可能減少需結構轉換的豎向構件，直接落地的豎向構件越多，轉換結構越少，轉換層造成的剛度突變就越小，對結構抗震更有利。
　　(3)設計中應保證轉換層有足夠的剛度，一般應使梁高度不小于跨度的1/6，才能保證內力在轉換層及其下部。構件中分配合理，轉換梁、剪力墻柱有良好的受力性能，能較好地起到結構轉換作用。
　　3.3構造措施
　　首先對整體結構進行概念設計，采用必要的結構構造措施是保證抗震設防要求的重要手段。本工程采用了以下一些構造措施：
　　(1)加強底部框支層的剛度和延性。根據轉換層結構設計原則，轉換層上下結構側向剛度比值在抗震設計時不應大于2。為了減小上下層剛度比，底部兩層核心筒及剪力墻厚度為300mm，3層以上為200mm；混凝土等級C40，3層以上C35~C25。由于核心筒位置較偏，北向剛度較大，因此在底部南邊位置適當部位增設了短肢剪力墻，使剛心和質心盡量重合，也提高了底部剛度，使其滿足剛度比限值。
　　(2)加強轉換層樓板的剛度及延性，確保水平荷載的可靠傳遞，樓板厚度取為180mm，雙層雙向配筋，每層每方向的配筋率為0.25％，加強了整體性。
　　(3)短肢剪力墻盡量布置在框支柱上，避免在框支柱間設置剪力墻，墻肢可以長一些，這樣大幅度降低了轉換大梁的彎矩，同時也降低梁高和配筋。選用形式上盡量采用L型、T型，避免使用一字型。
　　(4)為加強轉換層的整體協調能力，在轉換層樓面上周邊及內部非門洞口的地方做一些矮墻，墻高伸至窗臺底面。作為一種安全儲備，在計算中未考慮該段墻。
　　3.4結構計算
　　對于高層結構的分析，合理選擇計算軟件非常重要，它直接影響結果的精度和可靠度。本工程選用以墻元模型模擬剪力墻的SATWE空間有限元軟件。根據經驗初步選定轉換梁截面，用SATWE進行結構整體計算，得到轉換梁所受設計剪力后，按照該值不大于0.15fcbh/0.85校核截面尺寸。對轉換梁不僅有強度要求，也有剛度要求。本工程轉換層的層高為4.45m，轉換梁的最大跨度為6.5m，大梁截面尺寸為450mm×1400mm，400mm×1400mm，450mm×1100mm。梁寬度不小于上部墻體厚度(200mm)，梁高度大于梁跨度的i/6，均滿足要求。根據軸壓比確定框支柱主要截面尺寸：700mm×900mm，900mm×900mm，850mm×850mm。
　　對于復雜高層建筑，需要考慮扭轉耦聯，計算中還要考慮模擬施工加載，計算發現梁一次加載在結構的大部分位置配筋均多于分層加載配筋。采用SATWE整體分析求出結構項點位移、層間相對位移、有效質量系數（見表1）。由于設置次梁轉換，使結構處于復雜的空間受力狀態，現有程序不能正確反映其受力，因此在整體分析的基礎上，取其內力進行人工配筋校核。根據上部結構傳遞給轉換層的荷載，用FEQ對轉換層本身及其上下幾層進行平面有限元分析，對于轉換梁、框支柱在整體計算的基礎上，采用平面有限元框支剪力墻計算軟件FEQ進行局部有限元精確分析，并按應力校核配筋。對于短肢剪力墻的分析計算，可以參考相關文獻，另外對于一些結構構件采取以下構造措施：
　　(1)框支梁的支座處及上部墻體開門洞附近剪力均較大，箍筋應加密配置；當洞口靠近梁端時，也可采用梁端加腋提高其抗剪承載力，并加密配箍。
　　(2)對于二次轉換梁，集中荷載引起應力更加復雜，在相應梁端處增設加腋，作為抗剪的安全儲備。如19軸線梁在c軸兩側各有一個二次轉換梁，采用巨型加腋。
　　(3)框支層上剪力墻洞口上部的連梁，設計上要保證強剪弱彎，在連梁內充分配筋，配置交叉斜筋，保證梁內塑性絞的出現。
　　

　　4結語
　　通過實例分析并結合設計原則，可以得到以下幾點：
　　(1)設計梁式轉換層的框支剪力墻結構時，一方面，應陔掌握相關理論，運用概念設計的方法，這是設計工作中解決原則問題的良好方法，在掌握概念設計的前提下，再用計算去驗證概念設計，使設計質量進一步提高。另一方面，合理的結構平面和豎向布置可以從整體上形成良好的抗震體系，保證建筑物的安全性和經濟性。
　　(2)在進行結構分析時，要概念明確，思路清晰，利用適合梁式轉換層結構分析的空間或平面有限元程序進行計算，工作量并不會很大，而且對某些結果再進行調整也可使其更為理想。
　　(3)對于有二次轉換梁的轉換層，轉換次梁的設置不但減小了轉換主梁的剪跨比，而且因荷載經多次轉換傳遞，導致轉換主梁在剪跨比較小區段較早出現剪切破壞，次梁正交部位截面應變分布復雜，梁端易出現裂縫，且轉換主梁在水平荷載作用下易產生較大扭矩，因此應盡量避免二次轉換，有主次梁的轉換層結構還有待進一步深入研究。
　　總之，在帶有梁式轉換層的高層建筑設計中，轉換層設計是結構設計的一個難點，更是不同形式結構體系轉換的關鍵點，設計時應不斷研究和進行方案比較，在可能的情況下做出較優的技術方案才能實現安全、適用、經濟等綜合目標。
　　
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