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摘要：本工程實例為一高烈度玉高位轉換的框支剪力墻結構，且平面布置很不規則。通過幾種轉換結構虧案的比較，并結合現場施工條件，主終采用鋼筋混疑土寬扁轉換梁結構。介紹了如何解決在轉換結構計算中遇到的問題，以及概念設計在實際應用士的一些體會心得。...

梁式轉換結構設計的幾點心得

高  馗

(云南省建筑工程設計院   云南昆明  650041)

    近年來高層建筑發展迅速，建筑唪型復雜、功能多樣，綜合性強，因而相應的結構形式也復雜多樣。在設計中，通常將大柱網的購物商場、餐廳、娛樂設施設于高層建筑的下層部二分，而將較小柱網、較小開間的住宅、工寓、旅館、辦公功能設于中、上層部分，上部結構的部分豎向構件(框架柱、剪力墻)不能直接連續貫通落地時，就需要設置結構轉換層，在結啕轉換層布置梁、桁架、箱形結構、孚板等轉換構件。此類結構通常稱之為底部大空間剪力墻結構，屬于一種受力復雜且不利于抗震的建筑結構。但由于其良好的社會經濟效益仍得到廣泛應用，故設計應合理解決豎向結構的突變性轉化。轉換結構其中以梁式轉換層應用最廣，它傳力直接、明確．設計與施工簡單，且造價較為節省。按采用材料可分為鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼骨混凝土、鋼結構轉換梁等。

    以下是某商住樓局部單體的平面，抗震設防烈度為8°，設計基本地震加速度值為0.20g，地面以上底部大空間層數為4層，在四層樓面設置轉換層，以上為8層全剪力墻結構住宅。本工程平面不規則．凹凸較多，且房間分隔多不在一條軸線上，該地區又屬于高烈度區,無法采用厚板轉換，故采用梁式轉換，但不規則的平面造成了轉換層梁杵布置困難。

1.梁式轉換層結構選型的方案對比

    1)鋼筋混凝土轉換梁傳力直接、明確，設計與施工簡單，且造價較為節省。但鋼筋混凝土轉換梁截面較大，無法抵消剛度增加吸引來的地震力。預應力混凝土或鋼骨混凝土轉換梁，承載力高，塑性、耐久性、抗震性能均優于鋼筋混凝土轉換梁，且截面較小，可減少支模，但施工較為繁瑣，由于工程所在地施工條件限制，加之轉換層上部層數不多，沒有使用預應力混凝土或鋼骨混凝土轉換梁的必要。

    2)因建筑功能要求，在轉換層間有大量上部住宅的管道穿行，建筑考慮在轉換層上千設置一設備夾層，結構可利用設備夾層設計成箱形轉換層。箱形轉換層是由上、下層較厚的樓板與單向托梁、雙向托梁其同工作，具有很大的整體空間剛度，平面內剛度較單層梁板結構大得多，能夠勝任較大跨度、較大空間、較大荷載的轉換，且設計施工簡，受力明確。但管道穿行在轉換梁上需要開洞較多，無法避免在離框支柱較近的位置開洞，削弱了框支梁的剛度，并需要采用人量的構造加強鋼筋；加之轉換層上部層數不多，使用剛度巨大的箱形轉換層有點小題大做，最后也放棄了這種方案。

    3）扁寬梁在框支柱交叉部分混凝土受到約束，使節點核芯區抗剪能力提高，并有效的降低了梁高，使得建筑空間得到了更好的利用，而且計算比較容易通過，8.4m跨度轉換梁．,最大截面做到l.4mx1.2m即可。寬扁梁寬出框支柱的部分，采用在梁柱節點設置柱帽的，進一步強化了梁柱節點,實現了“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱桿件”的抗震理念，保證了寬扁梁縱向受力鋼筋在節點核芯區內得到了可靠錨固。寬扁梁框架節點破壞試驗表明，雙向扁寬梁在框支柱交叉部分(除框支柱節點核芯區部分)先行破壞，然后才是框支柱節點核芯區破壞,又增加了抗震防線。此外在轉換層上留出了450mm 高度用泡沫混凝土回填作為上部住宅的地坪，管道也在這個高度得以穿行。

2.轉換層以下結構設計

    本工程底層為半地下室車庫,一至三層均為商場，商場的建筑分隔在方案階段已經確定，落地剪力墻的布置相當受限制。為保證下部大空間結構有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力，概念設計上應盡量強化轉換層下部主體剛度，弱化轉換層上部主體剛度，使轉換層上下部主體結構的剛度及變形特征盡量接近。故結合轉換層上下部建筑平面，在建筑四角和樓梯周邊設置長片落地剪力墻，并加大墻體厚度。落地剪力墻盡量設置翼緣  和端柱，使其具有良好的整體性和抗轉動能力。在構造上人為提高落地剪力墻的水平豎向分布鋼筋的配筋率,并在落地雙肢剪力墻底部設置交叉斜向鋼筋防止剪切滑移。

    框支柱的剛度遠小于落地剪力墻．落地剪力墻幾乎承擔了全部地震力,框支柱的剪力非常小。以往實際工程中由于在地震作用下轉換層樓板都會產生顯著的平面內變形，使框支柱的剪力明顯增加。加之落地剪力墻一日開裂后剛度迅速下降，也導致框支柱所受剪力增加�，F在的程序已經能夠根據搜索到的框支柱數目和轉換層設置層數自動按高規規定調整框支柱占基底剪力的比例，但個人認為框支柱實際分配到的剪力實屬有限，可根據框支柱的重要程度人為加以適當調整�？蛑Я菏芰�復雜，在結構整體計算后，再用高精度平面有限元分析程序FEQ對框支梁進行二次應力分析,FEQ可以按高規要求對加強部位的應力配筋。本工程框支主次梁采用了特殊多高層建筑分析和設計軟件PMSAP補充建模，按計算結果校核配筋，并加強配筋構造措施。

    轉換層樓板的剛度直接決定其變形，并影響框支墻與落地剪力墻的內力分配和位移及水平剪力的傳遞。高規對此制定了相應構造措施保證轉換層樓板的剛度和承載力。轉換層樓板應盡量避免開洞和錯層布置，因建筑要求不能避免，采取相應加強措施,如在洞口設置邊梁，錯層處加強邊梁的抗扭剛度等等。

3.轉換層以上結構設計

    試驗研究表明，轉換層上層是結構的薄弱環節，往往破壞比較嚴重,設計時應保證轉換層以上豎向構件底部盡可能避免出現塑性鉸，加強上層豎向構件與轉換層的連接構造，以保證轉換層有更好的延性。本工程框支柱在上部墻體范圍內的縱向鋼筋伸入上部墻體一層高度，其余柱筋錨入轉 換層梁內或板內。轉換層上層剪力墻、框架柱縱向鋼筋不留接頭。轉換層與上層剪力墻的水平施工縫按高規規定驗算抗滑移能力，并將剪力墻底部加強區的高度提高到轉換層以上兩層,轉換層上部剪力墻布置，盡量保證其整體空間完整性和延性。剪力墻洞口盡量居于轉換構件的跨中，盡量使墻和轉換梁作為一個整體彎曲變形,轉換梁處于整體彎曲的受拉翼緣。單獨分析轉換梁，所受彎矩會因剪力墻的共同工作而大降低。剪力墻盡量設置轉角翼緣，盡可能增大上部不落地剪力墻的間距。上部剪力墻的受荷和剛度盡量均勻。本工程因為墻體錯位較多，且墻體上多開有窗洞，角部又  有角窗，故在外圍墻體多采用聯肢墻,截面形式多采用抗扭剛度L型、T型,中間區域多采用L型墻肢。由于建筑的限制，出現了部分短肢剪力墻。短肢剪力墻設置成與四周墻體組合成圍合簡體，并在構造上提高短肢剪力墻的抗震等級。角窗位置加大板厚配筋并設置暗梁。

4.結論

    本工程屬于高位轉換，高規規定轉換層本層的側向剛度不應小于相鄰上一層的側向剛度l的60％，轉換層上部結構和下部結構在轉換高度處的總體側向剛度比宜接近l，不應大于1.3．本工程轉換層側向剛度與相鄰上一層的側向剛度的比值為71％，轉換層上部結構和下部結構在轉換高度處的總體側向剛度比值為0.7422，均滿足規范要求。

表1周期振型、層問最大位移表

    本工程質心和剛心基本重合．第一二振型接近平動，以扭轉為主的第一振型與以平動為主的第一振型的比值為0.807。整體結構扭轉的不利影響并不大，計算結果還算理想。但因為建筑體型的平面豎向的小規則，人為進行的構造加強措施較多，和同類規則體型的建筑相比，工程造價和抗震概念設計還有差距。故底部大空間剪力墻平面布置因力求簡單規則，均衡對稱。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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