【摘要】為了能夠合理地設計轉換層構件，設計師必須對高層建築樑式轉換層的整體結構和受力情況進行分析和了解。論文以實際工程為例，對高層建築樑式轉換層結構抗震設計和結構選型進行了探討，設計效果良好，具有一定的借鑑參考價值。
1引言
在高層建築施工過程中，常見的結構形式底層為公共娛樂場所或商場，上部為民用住宅。上部空間可以通過使用比較多的牆體來對空間進行分割，下部則設計為空間結構更加靈活的大柱網結構。這樣,建築的上部結構和下部結構之間的結構差異比較大，為了達到設計要求，需要設計轉換層結構。常見的轉換層結構主要包括樑式轉換層結構、桁架轉換層結構、厚板轉換層結構等。在實際工程中，要求結合實際的建築佈局情況合理設計轉換層結構。
2工程概況
某建築工程地上總建設層數為30層，地下為2層，總建築高度為95m，地上裙樓5層，工程地下1層為地下車庫和賣場，1~4層為商場，第5層為會所，6~31層建築為高階公寓。設計建築抗震烈度為7級，轉換層設計在第6層樓面，如圖1所示。
3轉換層型式的選擇
1）樑式轉換層。其具有傳力明確、施工過程簡潔、設計簡單等特點。當建築的上下軸線佈置錯位時，次樑就需要經過多次轉換，進而使得空間受力變得錯綜複雜。
2）箱式轉換層。其轉換樑具有穩定性高、剛韌性強、整體感好、上下受力均衡等特點。在建築轉換層的功能方面，轉換樑被當作“裝置層”，且樑柱中間有許多的裝置洞，使得建設過程變得複雜，成本也相應提高。
3）厚板式轉換層。其上部框架結構的規劃對下部柱網影響不大，下部柱網可隨意佈置，厚板剛度大，重量也大，由此形成了1個承接臺，整體效果好，施工程式簡單，但是厚板地震強度大，很容易形成震害，耗材量大，經濟實用性差，成本高[1]。4）桁架式轉換層。與別的轉換層型式不同，框支柱柱頂彎矩和剪力的施工過程較為繁雜，且難度係數高，當發生軸線佈置錯位時，難度係數將會增大。將建築佈局的實際情況和施工難易程度、經濟成本等方面綜合起來考慮，則選擇樑式轉換層結構型式比較適合，該結構也被稱作樑式框支剪力牆結構。
4樑式轉換層的'結構設計重點
4.1明確抗震等級樑式轉換層是一種最常見的高層建築，由多種建築結構型式共同組成，其轉換層位於純剪力牆結構和框架—剪力牆結構之間，不同於一般的框架或剪力牆結構。因此，其結構抗震等級的確定也更加嚴格，各個部位結構構件的抗震等級也應分別依照專門的規章制度來確定，這是整個設計的關鍵所在。表1為本建築工程各部位的抗震等級，對於乙類建築工程主要依照如下規定：如果此區域的抗震設防烈度6～8度時，應該要求該工程的抗震設防烈度增加1度，以此來達到本地區抗震設防烈度的要求。
4.2結構豎向佈置為了防止剛度突變，一般高層建築的側向剛度都採用上窄下寬，與帶轉換層的高層建築結構相反，因而在建築設計過程中，針對性地對轉換層結構的側向剛度作了具體要求，即上下等效側向剛度比值應在1左右，且不應超過1.3。在設計結構豎向時，應嚴格遵循弱上強下的原則。一般有如下幾種方式。
1)與建築專業協商，儘量增加貼地剪力牆的數目，在必要的時候可以在底部添設剪力牆(不伸上去)。核心筒部分的剪力牆根據相關要求必須設在底部。此外，還可通過進一步和建築專業協商，在其兩側分別增加一片落地的剪力牆，底部強度在一定程度上會有所增強。
2)在轉換層以下剪力牆中，可以適當增加底部剪力牆厚度，其餘部分和核心筒部分的厚度均取600mm。3)為了減少剛度的變化，底部剪力牆最好不開洞或者只開小洞。
4)選用C45混凝土(除框支柱運用C50混凝土外)可以增加牆混凝土、底部柱抗壓的強度等級。
5)為了增加建築的穩定性，通常採用弱化轉換層上部剛度的方式，主要通過在一些相對長的剪力牆中間開啟結構洞(在施工結束後再用填充牆補全)，嚴格控制剪力牆厚度和數目等方法[2]。弱化上部剛度，一方面可以使得結構自振週期延長，地震作用力減弱；另一方面可以有效控制剛度比，同時建築物的重量和框支樑承受的荷載也會相應有所減少。在工程結合了以上幾種方法後，得到轉換層上下剛度比在X方向為0.725，Y方向為0.813，符合要求，效果顯著。豎向不規則結構是該工程的本質屬性，所以，在上下部剛度比符合要求的前提下，還應將轉換層和其下各層的地震剪力擴大1.15倍，以此來改善這兩層之間的結構薄弱程度。4.2規劃結構平面一個完整的工程結構佈局一般由位於上部的純剪力牆結構和下部的形態規則框架-剪力牆結構組成。
為了提高抗扭的等級，在規劃結構平面時，要求剪力牆左右對稱，偏心率很小，上下質量與剛度中心誤差小於2m，沿周邊均一分佈不包括核心筒。相關計算結果表明，各層水平位移上限與層間位移比均小於1.4，扭轉與平動第一自振週期比為0.85，都符合嚴控扭轉和平面規劃的規定。由此可見，合理規劃工程結構佈局可以在一定程度上增強抗扭效果。
5轉換構件設計要求
5.1框支柱為了確保框支柱有最大化的抗壓能力，需對軸壓比進行嚴格把握，且軸壓比決定截面尺寸，其中框支柱截面尺寸應符合剪壓比規定。框支柱作為工程至關重要的核心部分，抗震級別為特一級，軸壓比應小於0.6，對部分"短柱"軸壓比應小於0.55，短柱主要是由於截面尺寸過大而形成。
此外，截面延性與配箍率有著密不可分的聯絡，使得配箍率與一般框架柱相比大很多。在建築工程施工過程中，箍筋需大於，全長被加密，同時配箍率應大於1.5%，但是有少數支柱同時被當做剪力牆端柱，對此配箍特徵值需大於0.2，等價於配箍率(C50混凝土)2.64%;由此看來，採取措施控制邊緣構件的配箍特徵值顯得尤為重要。與此同時，柱端剪力和彎矩都需擴大一定的倍數，每層所負荷的剪力之和為基底的3/10，以此提高框支柱的安全係數[3]。在軟體程式計算時，理論上假設樓板剛韌性很大，剪力按照豎向的剛性水平分佈，這樣使得框支柱遠小於底部剪力牆剛度，剪力變得很小。但是，在實際工程中，當出現樓板扭曲或剪力牆剛性突變時，框支柱剪力就會變大，為此對其作了針對性的規定。除此之外，為了增加轉換層的穩定性，通過將支柱上部結構的部分縱筋與下部結構相連線，剩餘的縱筋水平插入樑板內，達到錨固強度要求。
5.2框支樑截面尺寸截面尺寸高度大於理論高度的1/6，寬度大於400mm，且大於其上部牆厚度的2倍，通常由剪壓比決定。框支柱在整個建築中是一個錯綜複雜且必不可少的受力結構，它不僅是上部和下部負載重量的傳送帶，而且處於確保剪力牆抗壓和抗倒塌的重要位置。所以，在設計框支樑截面尺寸時，要充分考慮工程的安全性，特一級抗震條件下的框支樑縱筋配筋率應大於0.6%，在符合計算的前提下，框支樑配筋率大於0.8%。框支樑中存在軸力，通常為重心偏離的受拉部件，因此需要配備更多可插進支座內部、樑高間隔小於200mm，φ16mm的腰筋。針對如此重要的抗壓抗震構件，應該在設計時遵循“強剪弱彎”的規則，在縱筋配置充足時，就更需要增強箍筋。箍筋全長都需加密，用的8肢箍，配箍率高達1.53%，最大限度地符合特一級抗震級別框支樑配箍率要求。
5.3轉換層樓板以轉換層為界限將框支剪力牆結構分為上部和下部，其內部受力按不同的規律分佈。上部樓層根據各部分剪力牆的等效剛度比值進行負載水平力的分配，而下部樓層的水平剪力主要分佈在落地剪力牆上，且其與框支柱間剛度不同，使得轉換層在分配所負荷的重力時發生變化。轉換層的樓板本身受到很大的重力，且容易變形，通常扮演著分配上部和下部樓層受力的角色，因此樓板必須具備一定的剛度。此外，為了幫助轉換層樓板更好地完成剪力重分配工作，上下層樓板選用厚度均150mm。
6結語
總而言之，在高層建築樑式轉換成結構設計時，需要根據建築的設計要求和功能要求科學地進行轉換層形式的選擇，根據各個部位抗震等級的要求，合理地對結構進行佈置，以保證高層建築的質量。
【參考文獻】
【1】JGJ3—2002.高層建築混凝土結構技術規程[S].
【2】章斌全.框支剪力牆轉換層結構設計探索[J].工程建設與設計，2003(2):8-10.
【3】高雪峰.轉換層結構設計的改進建議[J].建築技術開發，2003(3):6-7.