浅谈中,高层建筑转换层结构及设计处理.doc

浅谈中、高层建筑转换层结构的设计处理刘春来重庆市轻工业设计院 重庆 400015摘 要：结合某8层框架-剪力墙建筑结构的转换层结构设计实践，重点对框支转换和托柱转换两种转换形式的受力特点、竖向刚度变化、转换构件承载力计算及配筋构造、转换层设置位置及相关规范规定等方面进行了探讨，可供同类结构设计处理参考。关键词：建筑结构；转换层结构；框支转换；托柱转换Abstract: The combination of an 8-layer framework - shear wall building structure conversion layer structure design practice, focusing on the mechanical characteristics of the two conversion in the form of the frame supported conversion and stud conversion, vertical stiffness changes in the calculation of the bearing capacity of the conversion component and with gluten structure, the conversion layer set position and specification were discussed, available for processing reference of similar structural design.Keywords: building structure; conversion layer structure; box support conversion; column conversion中图分类号: TU3 文献标识码:A文章编号：2095-2104（2012）1 引言在中、高层建筑结构设计中，经常为获得结构底部楼层的大空间而需要设置相应的转换层结构。例如，部分框支剪力墙结构是通过在剪力墙上的框支梁以下部分开启较大墙洞以获得需要的较大空间，而在框架结构底层相应的位置抽去若干根柱子也可以获得相对较大的空间，这两种结构转换形式分别为对剪力墙上部墙体的转换和对框架结构上部柱子的转换，通常情况下分别称为框支转换和托柱转换。但是，在我国现行的规范高层建筑混凝土结构技术规程1 (JGJ3-2002)(简称高规)的相应章节中，只是对底部大空间部分的框支剪力墙高层建筑结构的框支转换处理作了相对详细明确的规定，对托柱转换和其他形式的结构转换形式并没有明确规定和说明，而且在其他现行的国家标准及规范(如现行抗震规范)中也没有对转换层结构进行相应的规定说明。所以，在我国中、高层建筑结构设计中遇到的结构转换层设计处理的问题，结构计算、设计和处理的难度相对较大。2 工程概况某8层框架-剪力墙结构建筑，建成后下部12楼层将作为宾馆、酒店等商业设施，38层将作为住宅，因为结构使用功能上存在上、下楼层的不同要求，结构底部两层作为大堂等公共区域，需要在框架结构相应的位置抽去部分柱子以获得相对较大的空间，实际设计处理中，结构底部两层将(B)轴的部分框架柱抽除，并设置相应的转换梁结构(如图1所示)。图1 托柱转换结构层局部示意图3 转换层结构设计处理分析该结构转换层是一个很常见的局部托柱转换形式。但是，在计算设计该转换层结构时，该转换梁结构是否需要执行现行高规中对框支转换形式的规定，还需要结合结构的实际受力特点和传力规律以及相关规定，从多个角度区分、认识这两种结构转换形式。框支转换和托柱转换这两种转换形式之间的共同特点，是其上部楼层部分竖向构件(下部被开洞处理的剪力墙上部墙体或被抽底的框架柱)不能直接连续贯通落地与基础固结连接，需通过设置相应的转换构件进行结构转换，而转换构件传力途径相对曲折，构件内力作用巨大且应力作用复杂。但在转换层结构设计中，两种转换形式的受力性能差异较大，转换构件的内力作用、配筋计算和构造设计等各个方面都有较大的区别，主要体现在以下方面：(1) 框支转换和托柱转换两种形式的受力不同：在竖向荷载作用下，框支剪力墙转换区域的洞口上部墙体有一定的拱效应，支座处的竖向压力相对很大，但同时还伴随存在较大的水平推力作用，框支梁此时就像是拱作用中的受拉杆件，在上部传来的较大竖向荷载作用引起的弯距、剪力外，还受到较大的轴向拉力作用，框支柱此时除受到较大的弯距和轴力外，同时也承受到较大的剪力作用。而托柱转换形成的托柱梁构件，在上部抽底柱传来的竖向荷载作用下，其内力作用和普通跨中受集中荷载作用的框架梁类似，只不过是转换梁的跨度一般更大，跨中承受的集中荷载一般更重，在转换梁构件的端部和跨中的弯距和剪力都相对较大，但基本上没有轴向拉力，下部柱子的剪力也变化不明显，梁柱节点区域的不平衡弯距也完全按相交于该节点区域的梁、柱构件相对刚度进行分配，受力特点与普通跨中受集中荷载作用的框架梁柱结构基本相同。(2)两种结构转换形式的竖向刚度变化不同：框支剪力墙转换层框支梁构件以上的剪力墙结构为抗侧力刚度相对很大的结构构件，与结构下部开洞形成的框支柱的抗侧刚度相比，两者抗侧刚度差异明显，转换层上、下部分的结构抗侧向刚度比过大，易形成受力薄弱层，对结构在地震、台风等突发性巨大动荷载下的受力极为不利。而托柱转换形式的转换层上、下部分的框架抗侧力刚度变化相对较小，对结构的抗侧向受力性能影响不大。(3)转换梁的承载力计算及配筋构造的差异：框支转换梁为拉、弯、剪构件，正截面的承载力计算应按偏心受拉进行计算，斜截面承载力验算应按拉、剪作用进行计算。根据高规的相应规定，承受偏心拉力作用的框架梁构件，其支座上部分布的纵向受力钢筋至少有50沿梁全长贯通，支座下部分布的纵向受力钢筋应全部直通到柱内。而托柱转换形式的梁构件只承受弯、剪作用，正截面承载力只需按纯弯计算即可，斜截面承载力验算按拉、剪作用计算，其构造配筋和普通梁构件相同。(4)结构转换层所处位置不同：对于部分框支剪力墙结构，当转换层结构所处位置越高时，转换层上、下结构的抗侧刚度突变越明显，越不利于结构抗震、抗风。在我国现行高规中已做出明确规定，对于结构底部设有大空间的部分框支剪力墙高层建筑结构，在地面以上的大空间结构层数，8度设防区内不宜超过3层，7度设防区内不宜超过5层，6度设防区内其层数可适当增加。而对托柱转换形式，因为结构转换层上、下部分不存在明显的抗侧力刚度突变问题，因此，高规中对框架结构的托柱转换形式的大空间层数并没有作出明确的限制规定，结构设计中只需满足现行高规对一般框架结构设计的要求，而不必执行现行高规对部分框支剪力墙转换层结构设计的相关规定。通过上述对两种转换形式从各个角度的分析，明确了框支转换和托柱转换的共同特点和异同，找出了两种不同转换形式的转换层结构的设计依据。鉴于我国现行高规和其他现行国家标准及规范对于托柱转换未作出明确的规定，设计时还可参照一些省、部、地方性标准、规范的规定进行处理。参照广东省现行实施的国家高规相关补充规定2可知：当框架剪力墙结构或筒体结构仅存在少量的剪力墙不能连续贯通，需要设置相应的转换层结构时，当需转换处理的上部剪力墙面积不超过剪力墙结构总面积的8时，可通过加大剪力墙水平力转换路径范围内的板厚，增设转换部分的板内配筋，并提高转换结构及构件的抗震等级（框支转换结构的抗震等级提高一级，特一级时不再提高）等措施来实现。对于托柱转换形式广东省现行实施的高规补充规定中还指出：对于中、高层建筑结构上部楼层仅存在部分柱不能连续贯通时，可通过加强转换层部位的楼盖，适当提高转换层托梁构件的承载力安全储备值，适当增大构件内力增大系数（不低于1.1）等措施实现，托梁构件的构造措施根据实际结构的受力情况确定。4 结论综合上述分析及相关规范规定的要求，该框架结构底部当采用局部梁托柱的转换形式进行结构转换设计时，转换层的位置可根据上下层刚度比进行相应的调整，但转换层的位置调整范围可适当放宽，通过加强转换层部位的楼盖