高层建筑结构转换层的技术314.doc

高层建筑结构转换层的技术和经济分析高层建筑结构转换层的技术和经济分析 概要：目前带转换层的高层建筑迅速发展，一个项目是否转换，如何转换的经济合理是一个关键性难题。设计师应与项目策划者充分沟通，精心构思，考虑功能、技术、经济、社会、生态等各方面因素，寻求最佳设计方案。在工程建设过程中，必须把技术与经济有机结合，通过技术比较，经济分析和效果评价，正确处理技术先进与经济合理两者之间的关系，力求在技术先进条件下的经济合理，在经济合理基础上的技术先进，把控制项目投资观念渗透到各项设计和施工技术措施之中，达到建筑设计的目标。 笔者近年来参加多项转换层结构设计，收集了大量技术资料。本文就以典型工程为例，寻求更经济的转换技术，并介绍很多经验，为设计师在方案选择、转换技巧、经济评价等方面提供参考。 目 录第一章 绪论 第一节 转换层的产生和意义 第二节 转换层的主要结构形式 第三节 转换层结构的受力特点 第四节 目前研究现状和问题 第二章 方案阶段的转换层的技术与经济分析 第一节 方案阶段要决定的内容第二节 转换层结构的经济分析第三节 转换层结构的技术分析第三章 设计阶段的转换层的技术与经济分析 第一节 梁式转换层分析 一 梁式转换层的布置原则 二 框支梁的受力特征 三 梁式转换层的计算方法四 框支梁的截面设计方法五 梁式转换层结构的设计与构造要求 六 典型工程1（望江楼）的介绍 七 典型工程2（润友大厦）的介绍 八 典型工程3（王府大厦箱梁转换）的介绍 第二节 厚板转换层的分析 一 厚板转换层的布置方式 二 厚板转换层的受力特征 三 厚板转换层的计算方法 四 厚板转换层的构造要求 五 典型项目（三阳城市花园）的介绍 第四章 施工阶段的转换层的技术与经济分析第一节 框支梁的施工技术和经济分析一 理论二 典型项目的介绍 第二节 厚板的施工技术和经济分析一 理论二 典型项目的介绍第一章 绪 论第一节 转换层的产生和意义随着社会的进步，经济水平的不断提高，建筑也向着体型复杂，功能多样的综合性方向发展，目的在于为人们提供良好的生活环境和工作条件。从建筑功能看，高层建筑上部常作为住宅，宾馆使用，而下部需要尽可能大的灵活空间，可用作商场等。从结构受力看，由于高层建筑结构下部楼层受力大，上部楼层受力小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多，柱网密；上部结构受力小，可以减少柱墙数量。这种结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此，为满足建筑功能要求，结构只能进行反常规设计，即将上部布置剪力墙，形成小空间；下部减少剪力墙数量，多布置柱，形成大空间。一般而言，当高层建筑的下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上下部结构轴线错位，就必须在结构改变的楼层设置水平转换构件，该层即为转换层，这种结构即为转换层结构。从20世纪70年代中期，国内开始出现底层大空间的剪力墙结构，到现在短短二十余年时间，转换层结构的工程应用发展很快，正朝着形式多样，方法多样以及受力更有利的方向发展。转换层结构正成为现代高层建筑结构发展的趋势之一。转换层的成功实践是高层结构设计的突破，为丰富建筑功能，满足社会更高层次的需求创造条件。尤其在旧楼改造过程中，很多楼盘没有建造完成，但原来的功能定位已不能满足社会需求，通过转换改变后建楼盘的用途，使旧楼盘起死回生，创造出更多的经济效益和社会效益。第二节 转换层的主要结构形式转换层的主要结构形式有：梁式、箱形梁式、桁架式、板式。梁式转换层应用最广泛，它设计和施工较简单，受力明确，一般广泛用于底部大空间剪力墙结构体系中。上部为剪力墙结构，部分剪力墙不落地，支承在框支梁上，框支梁支承在柱上，下部即为框架剪力墙结构。结构受力形式如图1-1。典型项目有南通的望江楼、濠景居工程等。 如果框支梁连同上下较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱形梁转换层，结构受力形式如图1-2。典型项目有南通的王府大厦。当上下轴网错开较多，难以用梁直接支承时，则需要做成厚板，形成厚板转换层。厚板转换层的上下层柱网毋须对齐，布置灵活，但自重大，材料耗用较多。结构受力形式如图1-3，典型项目有无锡三阳城市花园。（图1-1） （图1-2） （图1-3）桁架转换是利用转换层的顶部梁作为上弦杆，底部梁为下弦杆，中间柱为腹杆，还可增加斜腹杆，形成桁架。应用较少，本文不作深入讨论。第三节 转换层结构的受力特点一 结构整体受力特点1、层间刚度的变化高层结构中由于设置了转换层，结构竖向刚度有很大变化。一般是下部为大空间，剪力墙布置少，层高较高，结构层间刚度弱；而上部多为小开间轴网，剪力墙布置多，层高较矮，结构层间刚度大。常常在转换层产生突变。遗憾的是，规范规定的层间刚度计算值并不能准确反映实际结构层间刚度的变化，用不同的软件计算的结果也不同。实际结构每层的刚度中心和形心不会重合。对于转换层的上、下的楼层，各层刚度中心不会在一根竖线上，各层形心也如此。结构自振的扭转成分加大，且很难控制。2、自振振型的变化由于以上原因，转换层结构的振型曲线容易产生突变。扭转振型出现较早，第一扭转振型和第一平动振型的周期比接近。这些都是受力不利的方面，在设计时必须着重考虑。3、抗震性能的变化在地震作用下，转换层地震反应强烈，相邻上下层受很大作用下，容易破坏，而且应力复杂，抗震设计成为转换层结构设计的主要内容，也是控制经济指标的关键所在。二 转换构件受力特点转换构件常承受上部结构传来的巨大竖向荷载，构件本身内力很大，且与上、下楼层构件共同作用，传力途径不清晰。转换构件内力需要专门分析。构件的强度、刚度均有很高要求，往往构件截面大，耗料多，施工复杂。第四节 目前研究现状和问题一、转换层结构的研究现状五、六十年代，前苏联、东欧一些学者提出了柔性底层房屋的方案，也就是上层全部为剪力墙，下部为框架的结构体系，并认为柔性底层有利于隔震，提高整座建筑物的抗震性能，因而兴建了不少这样的房屋，这也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。但是，实践表明柔性底层房屋并不具有人们所期望的隔震、抗震能力，底层框架柱不能承受过大变形，在多次地震中均发现柱容易破坏而使整座建筑物倒塌。我国在这方面的研究以及工程应用始于70年代中期，1975年首先在上海天目路建成了13层住宅（上层剪力墙，下层部分改为框架）。80年代后多次进行模型的振动台试验，为底部大空间剪力墙结构的整体刚度和转换层相对刚度的选择与控制提供了试验和理论上的依据。针对框支剪力墙结构中的框支梁，国内还进行了有限元分析研究，工程实践中也不断总结，对框支梁受力有了较全面的认识，获得了可靠的设计依据，已作为一种特殊的结构体系反映在新规范中。有了规范的指导，转换层结构蓬勃发展。其中梁式转换层应用最广泛，约占80%转换层结构采用梁式。二、提出研究问题现有研究成果和论文主要从结构受力角度分析转换层结构。但作为项目策划者或设计师在决策是否转换、如何转换更经济合理却缺乏指导意见。本文总结几个典型项目的经验教训，分方案、设计、施工三个阶段，在技术和经济两方面充分展开，寻求更经济的转换技术，并介绍具体工程实例，为设计师提供参考。第二章 方案阶段转换层的技术与经济分析第一节 方案阶段要决定的内容方案阶段最重要的决定是否转换。这个问题与开发商对项目的定位密切相关。开发商会根据楼盘所在位置，决定各楼层功能以及相应的销售方式。近几年遇到的带转换的项目都是临街建筑，上部用作住宅，底部用作商场或酒楼。例如望江楼项目，该工程面临南通市最繁华的主干道人民路，因此开发商要求底部两层为大空间，上部为住宅。设计师在二层设转换层，上部为剪力墙结构，底部为框剪结构。目前，底部两层已整体销售，用作酒楼、咖啡馆等，生意兴隆。但濠景居项目却不同，该工程位于跃南路边，开发商同样要求底部三层为大空间，使用功能为商场，并准备整体销售；上部用作住宅。设计师在三层设转换层，上部为剪力墙结构，底部为框剪结构。但底部三层商场面积太大，买家很少，销售情况不理想。开发商只好隔成几个小间出售。其实在底部隔墙的位置就可以让上部剪力墙落地。这就失去了转换的价值。濠景居与另一个项目润友大厦相比就明显不经济。润友大厦也面临人民路。开发商定位在下部两层设小开间店铺，上部为住宅。通过设计师的精心构思，巧妙布置，充分利用店铺间隔墙作为剪力墙，店铺内设框架柱，形成框剪结构。不转换就可以实现开发商的目标，详细的技巧在以后章节中会介绍。方案阶段还要确定转换方式。一般都用梁转换，因为梁转换计算简单，计算的软件也多，结构整体抗震性能削弱不多，增加的土建造价不多。但梁转换要求上下柱网基本对齐，即上部为剪力墙，经转换后，下部有一榀框架对应。对于上下柱网基本不对齐情况，只能采用厚板转换。厚板转换对结构抗震性能减少很多，且造价高，一定要慎重，尽量不用。方案阶段还要决定转换层数。抗震规范了不同烈度地区允许最高转换层数。6度区为 超过此要求，就要提高抗震要求，并作为超限工程审查，这是很麻烦的事情。总之，方案阶段要充分估计设置转换层后，在实施过程中的难度，以及对工期、造价、销售等的影响。第二节 转换层的经济分析一、转换层对工程造价的影响这是一个非常重要的问题，也很难准确回答。本节统计已实施几个项目的资料，供设计师参考。（一）设转换层后结构设计中变化的内容根据高规和抗震规范，在结构中设转换层，主要变化的内容有：1、 转换层以下结构抗震等级提高。以南通市区（60区）为例，变化的内容主要有：柱抗震等级轴压比主筋配筋率体积配箍率箍筋加密区框支柱至少二级0.7 1%1.5%全高普通框架柱一般三级0.90.7%1/6层净高剪力墙抗震等级底部加强区主筋配筋率边缘构件转换层底部剪力墙至少二级总高度的1/8，且至转换层上2层0.3%约束转换层上部相邻二层剪力墙至少二级总高度的1/8，且至转换层上2层0.3%约束普通剪力墙一般三级总高度的1/8，且2层0.25%构造梁抗震等级剪压比主筋配筋率箍筋最小面积含箍率框支梁至少二级0.150.4%1.1ft/fyv普通框架梁一般三级0.250.25%0.26ft/fyv板厚度主筋配筋率构造梁式转换层的板180mm0.25%双层双向拉通厚板转换层的板一般1500mm 0.25%双层双向拉通转换层上下相邻层的板130mm0.25%双层双向拉通普通楼层的板一般100mm最小配筋率可不拉通（二）转换层对施工费用和工期的影响转换层肯定会增加施工费用，工期延长。新建梁式转换层的影响较小。但对改造工程，如南通王府公寓，无锡三阳城市花园的厚板转换层，均要较多施工费用，转换层的施工工期均超过三个月。濠景居工程由省抗震办组织抗震审查，第一次抗震审查未通过，重新修改方案，再次审查后通过，但已耽搁二个月。二、主要统计表格工程名称望江楼濠景局王府大厦三阳城市花园相邻下一层（本层面积平方）砼厚度/平方钢筋公斤/平方转换层（本层面积平方）砼厚度/平方钢筋公斤/平方相邻下一层（本层面积平方）砼厚度/平方钢筋公斤/平方第三节 转换层的技术分析1、建筑布置转换层的设计要求很高。建筑师着重功能要求，结构师着重受力性能的改善。它是建筑师与开发商、建筑师与结构师协商一致的结果。它是结构布置与建筑布置经过多次协调，互相配合，甚至是互相让步的结果。2、结构设计结构师要做好转换层，首先必须精通普通高层设计，对高层结构的受力特征、计算软件的应用、计算中的基本假定、计算结果的判断都要非常熟悉。对设置转换层的结构，板平面内刚度无穷大的假定不适用，就要用有限元软件进一步分析，并要有相应的判断经验。方案阶段结构师必须确定结构方案，包括转换层的布置和竖向承重构件的布置。应尽量争取建筑专业的配合。2、施工技术转换层的施工技术要求也很高，尤其是改造工程的施工。原有结构未考虑后加的转换层对主体的影响，支撑需要增加临时支托。施工过程也要分几步，往往对转换梁、板考虑叠合作用，计算工作量很大，施工招标时，施工单位是否具有复杂多层的施工经验是一项重要考察内容。第三章 设计阶段的转换层的技术与经济分析第一节 梁式转换层分析梁式转换层结构是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，传力途径为上部墙（柱）转换梁下部柱（墙）的形式，计算简图比较明确，造价也节省。在工程设计中，由于梁式转换层平面布置灵活多变，结构受力形式的多样性，转换梁之受力特征也各不相同。本节介绍梁式转换层的布置原则、受力特征、计算方法、构造要求等。一 梁式转换层的布置原则上部剪力墙不能落地，设框支梁支承。但从结构分析角度，框支梁布置也有原则。本文总结多个转换工程的设计经验。按下列原则设计，结构受力合理，而且最经济。1、尽量不转换或少转换虽然框支梁计算、构造许多设计师都会，但在设计过程中还是要尽量少转换。因为，再好的转换方式都比不上落地墙的抗震性能。只要转换，结构整体性能就有损失。因此在结构布置时，上部能落地的墙要落地，下部墙能伸上去要伸上去，尽量减少转换梁的数量。2、框支墙要靠下部柱一般情况下，转换层结构的下部柱网会根据上部框支墙的位置而定。框支墙长范围内的下部最好有框支柱支承。这也是减少力的传递途径。3、框支墙要落在主梁上框支墙落在框架主梁上，墙的水平力和垂直力都可以直接传递。要避免次梁转换。在典型项目望江楼的设计中，就运用了很多技巧，避免次梁转换。4、避免单跨框架框支墙落在框支梁上，框支梁与框支柱形成框架，应避免单跨框架。即每榀框架至少有三根柱，框支梁为二跨。因单跨框架对抗震不利。5、减少整体刚度突变由于底部需要大空间，剪力墙数量较少，但是层高却很高。因此结构下部层间刚度较弱。对转换层本身，框支梁截面很大，使得转换层间刚度变大。设计时要让刚度从下往上能够平滑过渡，不引起刚度突变，主要通过剪力墙和框支梁的巧妙布置来实现。二 梁式转换层的受力特征（一）、主要结构形式如图3-1所示，框支梁的受力特征有很多变化。本文只讨论最常用的钢筋混凝土框支梁。对钢结构、预应力混凝土框支梁本文不讨论。这几种形式最大区别在于与上部结构共同工作方式不一样。 （图3-1）（二）、受力特征转换梁主要承受竖向荷载，转换梁的受力特征主要表现为竖向荷载作用下的受力规律。采用有限元软件进行分析表明，转换梁与上部墙体共同作用。无论上部墙体的形式如何，只要墙体存在一定长度，转换梁中弯矩就会较不考虑上部墙体作用的要小，相应墙体下的转换梁就有一段范围内出现受拉区，出现这一现象的主要原因有：1 墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形，转换梁处于整体弯曲的受拉翼缘，若单独分析转换梁，其所受的弯矩由于剪力墙的共同作用而大大降低，同时，由于处于受拉翼缘，应力积分后转换梁会出现轴向拉力。这种整体弯曲会随着上部墙肢长度变短而影响范围迅速缩小，当上部墙体为小墙肢时，这种影响只限于小墙肢下较小范围内。2形成转换梁内力特点的另一个主要原因是拱的张力作用。由于竖向张力拱作用的存在，使得上部墙体上的竖向荷载传到转换梁时，很大一部分荷载以斜向荷载的形式作用于梁上，若将这斜向荷载分解为竖直和水平等效荷载形式，则垂直荷载作用下的弯矩梁比不考虑墙体作用要小，在水平荷载作用下，就形成了转换梁跨中一定区域受轴向拉力而支座受轴向压力的现象。转换梁的最终受力状态是由于上述两个因素综合影响的结果。共同作用的效果图图是减弱的。计算时，共同作用上部墙体取二层，计算精度就已足够。三 梁式转换层的计算方法梁式转换层的计算通常分成两步。首先进行整体计算，判断结构整体受力性能是否合适，然后对转换梁本身作进一步分析。整体计算常用软件有TBSA、SATWE、TAT等。复杂转换结构应采用两种软件计算。笔者用得最多的软件是SATWE，这个软件还是不错的。SATWE能够较准确地计算出前6个振型，扭转振型计算也很准。框支梁与上部墙体的共同作用也能反映一部分，上部剪力墙的底部节点与框支梁的跨中节点是共同的，变形是协调的，它把上部剪力墙与框支梁的连续共同作用简化为几个节点共同作用。因此，上部剪力墙底部内力较大，有时甚至会超筋。框支梁的弯矩和剪力是偏大的，偏安全的。但框支梁的轴向拉力无法计算出来。有限元分析也有专门软件FEQ。但笔者认为分析意义不大。如果设计者对高层计算不熟悉，对有限元分析没有经验，那就不能用FEQ计算，因为对结果是否正确无法判断。如果设计者对高层计算很有经验，根据SATWE计算结果作局部调整就能达到设计要求。而且框支梁的主要结构形式中，也只有形式有分析必要。不管哪种结构形式，通常都是有限元分析得到的内力比整体计算结果要小。四 转换梁的截面设计方法1普通梁截面设计求法直接根据SATWE程序计算出的内力，主筋和箍筋也按照程序计算结果，程序是按照普通梁计算配筋。当然最终配筋是要满足框支梁构造要求，（这是强条）。笔者参照有限元分析结果，总结出一条经验。框支梁的腰筋可按照框支梁要求适当放大，既满足腰筋构造要求，又能满足框支梁轴向拉力的承载力要求。这种方法适用于结构形式。实际工作中主要遇到这三种情况。2偏心受拉构件截面设计方法在高规中，规定：“框支梁为偏心受拉构件，按混凝土结构设计规定第7.4.2条规定设计,”即按偏心受拉构件进行截面设计。对结构形式，框支梁与上部墙体共同作用明显，此时上部墙体和转换梁的受力如同一倒T形深梁，上部墙体为深梁腹板，下部框支梁为受拉翼缘，跨中区存在很大的轴向拉力，同时梁还承受弯矩，因此框支梁应按偏心受拉构件设计。按偏心受拉构件进行截面设计的关键是如何将有限元分析得到的转换梁截面上的应力换算成截面内力，这很麻烦。FEQ程序通过积分方法，自动给出截面内力，可以据此配筋，但必须有经验操作并判断结果是否可靠。很多参考书中都有计算表格，可以根据工程实际情况查表再配筋。五 梁式转换层结构的设计与构造要求（一）、转换梁截面尺寸转换梁截面尺寸一般由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率，转换梁的适宜剪压比限值见表3-2。（表3-2）混凝土强度等级抗震等级非抗震设计一级二级C300.100.130.15C400.090.110.13C500.080.100.12 Vmax转换梁的剪压比： fcbho式中Vmax转换梁支座截面处最大组合剪力设计值；fc转换梁混凝土抗压强度设计值；b转换梁截面的宽度；ho转换梁截面的有效高度。（二）、转换梁的设计和构造要求1、 转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口的位置也要仔细推敲，选在剪力较小的部位。（1）当洞口直径（或洞口宽度、高度中的大者）hb /4（ho为转换梁的高度）时，可采取洞口加筋、洞边加网片予以构造加强。当洞口直径hb /4时，开洞位置需位于跨中Ln/2区段（Ln为转换梁净跨），且洞口上、下部按上、下弦杆进行加强配筋。当洞口直径hb /3时，需进行专门有限元分析，根据计算应力设计值进行配筋。为减少矩形洞口角部应力集中，可将洞口直角改为圆角或洞口角部加腋角。洞口的位置也要仔细推敲，（2）洞口上、下弦杆的内力按下式计算 Ii剪力Vi = Vb I1I2 L0弯矩Mi = Vi 2 Mb轴力Ni = Z式中 Mi计算截面的弯矩；Vi计算截面的剪力；Ii上弦杆或下弦杆的惯性矩；Z内力臂。（3）洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。2、转换梁的混凝土强度等级不应低于C30，一般用C40。3、转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为0.3%，抗震设计时，一、二、三和四级抗震等级分别为0.5%、0.40%、0.35%和0.35%。4、转换梁中主筋（纵向钢筋）不宜有接头；有接头时，宜采用机械连接，且同一截面内钢筋接头面积不应超过全部主筋截面积的50%，接头位置尚应避开上部剪力墙开洞部位、梁上托柱部位及受力较大部位。5、转换梁上部主筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部主筋应全部贯通伸入柱内。6、转换梁腰筋构造要求见表33，其中上下部以梁高中点分界。表33 转换梁腰筋构造要求所在范围抗 震 设 计非抗震设计一级二级三级下部220100218100216100212100上部220200218200216200212200当采用有限元计算，能求出转换梁水平拉应力时，转换梁腰筋可按下式计算 xftAsh =sbw fyh式中Ash腰筋截面积；s腰筋间距；bw转换梁腹板截面宽度；x转换梁计算腰筋处最大水平拉应力设计值，地震组合时，乘以RE=0.85;ft转换梁混凝土抗拉强度设计值；fyh腰筋拉抗强度设计值。7、转换梁箍筋要求为：梁支座边距柱边0.2 Ln（Ln为转换梁净跨）或1.5 hb（hb转换梁的高度）范围内箍筋应加密，加密区箍筋直径不小于10mm，间距不大于100mm，加密区最小面积配箍率为：一级时0.8%、二级时0.7%，三级时0.6%，四级时0.6%；非抗震设计时0.5%。上部剪力墙门洞下方（洞宽2hb）范围内 转换梁箍筋也按上述要求加密。8、转换梁配筋构造及锚固要求见图3-2。图中Ln为转换梁净跨，d为相应钢筋直径，Lac=La，La为非抗震设计的钢筋锚固长加密。（图3-2）（三）、框支柱的设计和构造要求1、框支柱截面尺寸限制条件框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定，其限值见表3-4表3-4 框支柱轴压比（N）抗 震 设 计非抗震设计一级二级三级轴压比限值0.700.750.800.85 Nmax框支柱轴压比：N = fcbho式中Nmax框支柱最大组合轴力设计值（包括地震作用下轴力调整）；fc框支柱混凝土抗压强度设计值；b框支柱截面的宽度；ho框支柱截面的有效高度；2、地震作用下框支柱内力调整（1）弯矩调整：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数t，并且根据放大后的弯矩设计值进行配筋。t=（MtCUE/Mct和1.5）max 式中MtCUE框支柱的柱顶考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值；MtC框支柱的柱顶截面弯矩设计值。（2）轴力调整：有地震组合时，一级、二级框支柱承受的地震作用产生的轴力设计计算值应分别乘以1.5、1.25的调整放大系数。（3）剪力调整：框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于10根时，当框支层为12层时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；框支柱的数目多于10根时，当框支层为12层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩、框支柱轴力可不调整。3、框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时不小于1.2%，二级时不小于1.0%，三级时不小于0.9%、四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%。4、框支柱箍筋应沿框支层全高加密。加密区体积配箍率抗震等级一级、二级时不小于1.5%、三、四级时不小于0.1%；框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋直径不应小于10mm和6倍纵向钢筋直径的较小值。非抗震设计时，框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋体积配箍率不宜小于0.8%，箍筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于150 mm。5、框支柱节点区水平箍筋原则上可同柱箍筋配置，当框支梁、转换梁腰筋配置及拉通可靠锚固时，可按以下要求构造设置水平箍筋、拉筋：抗震等级一级时，不小于12100且需将每根柱纵筋勾住；抗震等级二级时，不小于10100且至少将柱纵筋每隔一根勾住；抗震等级为三、四级时，非抗震设计时，不应小于10200且需至少将柱纵筋每隔一根勾住。6、框支柱纵筋在框支层内不宜设接头，若需设置，接头率25%且接头位置离开节点区500mm，接头采用可靠的机械或焊接连接。7、框支柱的纵筋在节点区锚固要求：进入节点区锚固长度Lae（抗震设计）、（La非抗震设计）；进入顶节点区，且至少需伸至顶面末端，并有不小于10d（d为柱纵筋直径）的水平长度。（四） 上部剪力墙设计和构造要求1、上部剪力墙布置时，应注意其整体空间完整性和延性，注意外墙尽量设置转角翼缘，注意门窗洞口尽量居于转换梁的跨中，应尽量避免无连梁相连的延性较差的秃墙。还要注意避免短肢剪力墙。满足上述条件的上部剪力墙轴压比限值见表3-5：表3-5上部剪力墙轴压比限值（N）抗 震 设 计非抗震设计一级二级三级轴压比限值0.550.600.650.70 Nmax上部剪力墙轴压比：N = fcAo式中 Nmax上部剪力墙最大组合轴力设计值；fc上部剪力墙混凝土抗压强度设计值；Ao上部剪力墙截面面积。2、当上层剪力墙和转换梁一起采用有限元计算，能求出剪力墙的应力时，转换梁上层剪力墙应分块分别计算配筋：3、转换梁上墙体竖向钢筋在转换梁内的锚固长度，抗震设计时不应小于Lae，非抗震设计时不应小于La。六、典型项目1(望江楼)介绍本节以望江楼为例，介绍梁式转换层设计的全部过程，充分运用前面章节介绍的布置原则和计算方法。（一） 、工程概况望江楼项目地处市区主干道人民东路南侧，属黄金地段。开发商根据场地条件和规划要求，确定规模约3万平方米。由3幢小高层组成，分为A、B、C三幢。每幢约1万平方米，12层楼。根据市场调研确定中间B幢为办公楼，采用框架剪力墙结构；A、C上部为住宅，底部二层要求为大空间，可用作商场。A、C平面布置对称。以下是介绍A幢。（二）、结构布置A幢上部为住宅，底部为大空间。结构设计师自然的想到上部为剪力墙结构，三层楼面设置框支梁转换，底部形成框架剪力墙结构。图为二层楼面结构布置图，图为三层楼面结构布置图，图为住宅标准结构布置图。本工程层数不多，又处于6区，楼层位移很容易控制。因此上部墙按最少量原则布置，尽量减少上部墙数量，降低刚度，而且能落地的墙全部落地，墙厚只有200mm。下部为提高底部层间刚度，墙一般较厚。从图中可以看出，剪力墙Q1Q4，既可以落地，又可以向上延伸，是一定要充分利用的，不能转换。Q10Q12可直接从下部柱伸上来，也必须利用。楼梯间、电梯井道墙当然利用。这样尽可能保持结构整体刚度比较连续。Q5Q7对上部结构是必须的，不能少，只能转换，也要尽量靠近下部框支柱的位置，这样上部墙的内力尽快传递到下部框架柱，减少框支梁的受力。Q8体现了避免次梁转换的技巧。对住宅而言，外立面梁高一般为400mm，建筑要求多采光，不允许梁加高，因此Q8必须设置。但是要让Q8沿J轴向充分用足，门窗洞口两边的墙全部用作剪力墙，这样既避免短肢墙，又让主要受力向与下部框支主梁同向，传力直接。而沿轴向只延伸一小段墙肢，达到翼墙长度要求即可，这段墙肢在建模时不输入，可以不参加计算，主要作用是提高J轴墙的稳定性，又让轴梁主筋可以锚入剪力墙内，满足锚固水平长度的要求。（三） 结构整体计算该工程采用SATWE计算，主要结果如下：（1） 结构层间刚度见下表：层数X向层间刚度Y向层间刚度1（底层）3.51075.51072（转换层）3.31075.01073（标准）4.71074.4107（2） 结构振型曲线如图，表明三层楼面处顶曲线有突变，反映了转换对整体刚度的影响（3） 周期下见表，从表中可以看出，振型3为扭转的第1振型，振型1为平动第1振型，周期比值为0.84，满足规范规定的 0.85。由于转换，上下墙布置不对齐，每层结构质心和刚度中心不对齐，前6个振型中扭转成分较多，设计时要注意不利因素。振型号周期平动系数转角类型10.940.85107Y向平动第1振型20.881.019X向平动第1振型30.800.21114扭转第1振型40.310.59106Y向平动第2振型50.300.9710.6X向平动第2振型60.230.5588扭转第2振型（四） 结构设计和构造1、框支梁的设计和构造（1）、框支梁的主要受力形式从三层楼面结构布置图中可以看出，框支梁主要受力形式有3种。KZL-1、KZL-2、KZL-3的受力方式分别为前面章节中介绍的第、种。这几种方式，框支梁与上部墙体共同作用不明显，可以直接用SATWE计算，并参照SATW计算结果对框支梁进行设计。（2）、予估框支梁截面根据前面章节介绍内容，KZL-3承受上部全部重力荷截设计值为1800KN，V=0.51800=900KN。梁采用C40砼，二级抗震等级，剪压比取0.11，估算主梁截面为4001200mm。KZL-1、2承受截面比KZL-3小，均按4001200mm计算。（3）、框支梁的计算和构造根据SATWE计算结果，KZL-3的设计内力为3984KNm（正弯矩）、-328 KNm（负弯矩），1382（剪力）。计算配筋面积分别为97cm2（正筋）、22 cm2（负筋），3.2 cm2/间距10cm（箍筋）。KZL-3与上部墙共同作用不明显，可直接采用SATWE结果。腰筋可按构造要求设置。截面设计见下图：（4）、剪力墙、柱设计a、底部剪力墙、柱底部墙抗震等级为二级，均为底部加强区，墙要设置约束边缘构件。墙与周围框架形成框架剪力墙结构，墙与板的相交处设暗梁。框支柱的轴压比较小，计算配筋很小。根据构造要求，配筋如图_。框支柱在上部墙体范围内的纵向钢筋应伸入上部墙体内不少于一层，其余柱筋应锚入梁内或板内。锚入梁内的钢筋长度，从柱边算起不应小于laE。b、上部剪力墙结构转换层以上二层墙的抗震等级也为二级，同样设约束边缘构件。根据计算结果，该二层内力也较大，也应该多配钢筋。（五）经济分析和效果评价本工程有一个非常合适的比较对象，即A幢可与B幢相比。B幢为框剪结构，上下均为办公，底部层高、平面布置与A幢相似。柱墙梁板单方造价售价底层AB二层AB三层AB需要转换墙的不多，结构布置简洁，受力直接，容易计算。从统计表上，可以看出土建造价因转换引起的增加量有限，与销售价格相比，还是很划算的。七、典型项目2（润友大厦）的介绍本节以润友大厦例，介绍通过上下墙、梁的巧妙布置，不转换同样可以满足使用功能。（一） 工程概况润友大厦地处市区主干道人民路南侧，属闹市区。工程为20层，沿人民路一字排开，设缝分为三个单体。总建筑面积约3万平方米。底部二层为店铺，上部用作住宅。按业主考虑店铺可以隔成8米左右开间，销售时每间二层单独出售。（二） 结构布置按照望江楼工程的设计思路，上部住宅采用剪力墙结构，二层为转换层，底部采用框架剪力墙结构，形成大空间，满足店铺使用功能。还有其它方法吗？设计时考虑到底部店铺隔墙位置可以做成剪力墙，向上延伸正好可用作住宅的横向剪力墙。因此考虑整个结构采用框架剪力墙结构，不转换。上部住宅的其它剪力墙落下去的位置要小心，要充分利用有利条件，又要尽量保证店铺使用功能完整。图1为底部店铺结构布置图，图2为上部住宅结构平面图。住宅的横向剪力墙间距为两个开间，间距约8米，但层高仅2.9米，建筑专业要求梁高控制在450mm。因墙的间距较大，在墙端增加纵向墙垛。减少主梁跨度，减少配筋，更便于控制梁的挠度。墙垛突出下部端柱范围。参考江苏省地方标准钢筋混凝土异形柱框架结构技术规程条文说明3.0.4要求，转换楼层板厚加至150mm，上部墙垛面积和下部端柱面积比值接近1，且重合面积不应小于2/3。柱、梁、墙抗震等级均为三级。墙也只须设构造边缘构件，柱的构造要求远比框支柱的要求低 。（三） 经济分析和效果评价柱墙梁板单方造价售价底层二层标准层 底部店铺土建造价比转换要便宜很多，而且结构性能也好。按单间销售，总价不高，买得起的人多，很容易出售。（四） 结构计算采用SATWE计算，取东塔楼为例，结果如下：没有突变，扭转也容易的控制。1、层间刚度层数X向层间刚度Y向层间刚度1（底）2.81074.71072（一）3.91076.61073（标准）4.01071.91072、振型曲线如图3、周期见表振型号周期平动系数转动系数转角类型12.00.90.191Y向平动第一振型21.90.960.04177X向平动第一振型31.70.190.8163扭转第一振型40.540.920.081Y向平动第二振型50.50.850.1595X向平动第二振型60.460.270.73173扭转第二振型从周期判断，前6个振型分别为两个方向平动加一个扭转，结构受力清晰合理。八、典型项目3（王府大厦）的介绍箱形梁转换很少遇到，本节介绍箱形梁在设计时也有很多简化，仅供参考。（一） 工程概况王府大厦地处市区人民路南侧，属黄金地段。又在濠河边，风景优美。其建筑面积7万多，地下2层，地上2栋30层主楼（A、B楼），建筑物总高度115m。外围为6层裙楼。但因资金问题，施工至6层暂停，已拖了几年。最初设计高层主楼用作办公，采用框架剪力墙结构。在2000年时，业主根据市场需求，决定主楼730层改为公寓，30层以上为电梯机房、水箱层。目前2栋主楼均已竣工，销售火爆。（二） 结构布置2栋主楼原设计是一样的。中间利用电梯井壁的剪力墙组成筒体，四周为框架柱，是最常见的框架剪力墙高层结构。但上部改成公寓，根据平面布置和使用要求，上部采用剪力墙结构，部分剪力墙不能落地必须转换。下部已建部分进行加固，达到转换结构的抗震要求。以下以A楼为例具体说明。1、转换方案的选择最初设想采用厚板转换。优点有：下部结构已成型，通过厚板转换，上部剪力墙可以灵活布置，不必考虑上下对齐等问题。缺点有：板厚要1.8米，自重大，造价高，对抗震不利。第二种方案采用箱形梁转换。该方案的优缺点正好与厚板方案相反。通过对住宅平面的仔细研究，结构与建筑专业充分协调，实施方案采用箱形梁转换。图_为主楼原设计标准层，图_为住宅标准层平面，图_为主楼下部加固平面图，图_为箱型梁下层板布置图，图_为箱形梁上层板和普通转换梁布置图。2、转换方案的实施要点上部主要承重墙落在箱形主梁上。房间内部的承重墙落在普通转换梁上，相当于二级转换。二级转换应尽量避免，并减少上部墙的刚度，甚至把上部墙改成柱。目的就是让上部水平荷载能够通过主要墙体直接传递到下部墙或框支柱上。箱形梁上下板厚均为200mm，按理论分析，上下板与梁组成工字型截面可共同作用。但在王府大厦计算时，箱形梁与普通转换梁一样，按矩形截面输入。下层板没有参与计算，实际考虑的作用为围护。在箱梁上开洞，利用上、下板间的空间可以完成设备管道的转换。（三）结构计算根据SATYE计算结果1、层间刚度层数X向层间刚度Y向层间刚度7892、振型曲线如图3、自振周期见表振型号周期平动系数转动系数转角类型12.50.990.0194Y向平动第1振型22.10.640.368.6X向平动第1振型31.80.370.63176扭转第1振型40.730.900.1100Y向平动第2振型50.690.410.5932扭转第2振型60.610.690.31176X向平动第2振型由于住宅标准层平面沿Y轴对称，沿X轴不对称，所以X向平动第1振型就掺有较多的扭转成分。（四）结构设计与构造1、底部加固底部五层柱加大截面，减少柱轴压比达到框支柱要求。并增加落地墙，加强底部刚度。原来柱截面为900900mm,现通过外包混凝土,加大至1.61.6m。2、框支梁构造KZL-1为箱形梁，构造如图一。KZL-14为普通转换梁，构造如图一。3、板的构造原来主楼六层楼板表面按屋面要求设置保温隔热层，现全部铲除，并叠合浇筑60mm厚混凝土。箱梁顶板局部开洞口，洞口边设梁加固。板的受力筋双层双向拉通，满足规范配筋率要求。板主筋锚固和搭接按受拉钢筋要求。（五）经济分析和效果评价柱墙梁板单方造价售价底层二层标准层第二节 厚板转换层技术与经济分析一、 厚板转换层的受力特征 高层建筑的转换层上、下柱网轴线错开较多，难以用梁直接承托时，则需要做或厚板，形成厚板转换层。厚板转换层一方面给上部结构的布置带来方便，另一方面也使板子的传力途径变的不清楚。因而受力也非常复杂，结构计算相对困难。采用有限元软件计算时，计算步骤多，结果很难判断。根据应力结果计算配筋也很困难，设计很不方便。从受力的角度考虑，往往需要在柱与柱、柱与墙之间配筋加强，有时工程设置暗梁，还有的工程甚至设置型钢，增加了用钢量。转换板的板厚一般由抗剪或抗冲切要求控制，实际板厚可达22.8m。这样的厚板一方面重量很大，增加了对下部垂直构件的强度设计要求，另一方面其混凝土用量也很大，对施工提出了更高的要求。由于相当于几层楼重量的厚板质量集中在结构的中部，振动性能十分复杂，且该层刚度很大，上、下层刚度较小，容易产生变形集中，在地震作用下，地震反应强烈，对结构的抗震不利。不仅板本身受力很大，而且由于沿竖向刚度突然变化，相邻上、下层受到很大的作用力，容易发生震害。中国建筑科学研究院和东南大学等单位的试验研究表明，厚板本身产生的破坏可能性很小，厚板的上、下相邻层结构出现明显的裂缝和混凝土剥落。另外试验还表明，在竖向荷载和地震力的共同作用下，板不仅发生冲切破坏，而且可能产生剪切破坏，板内主要部位要三向配筋。极的受力特征与上下层的柱墙布置密切相关。如果板上部多为均匀、分散布置的剪力墙，板下支撑在几个框支柱上，厚板也会表现出无梁楼盖的受力特征，即从受力可以划分出跨中板带和柱上板带。二、厚板转换层结构的计算方法厚板转换层结构的计算也分为两步。首先进行结构整体计算，主要目标是判断结构刚度是否合适，层间变形有无突变，扭转变形是否得到控制。采用厚板转换，说明上下墙、柱多数不对齐，凭经验很难直接判断，用合适的软件准确计算就尤其重要。SATWE软件可以计算。用SATWE计算，可以在建模时直接