摘 要：結(jié)合某8層框架-剪力墻建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐，重點對框支轉(zhuǎn)換和托柱轉(zhuǎn)換兩種轉(zhuǎn)換形式的受力特點、豎向剛度變化、轉(zhuǎn)換構(gòu)件承載力計算及配筋構(gòu)造、轉(zhuǎn)換層設(shè)置位置及相關(guān)規(guī)范規(guī)定等方面進(jìn)行了探討，可供同類結(jié)構(gòu)設(shè)計處理參考。

　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu),框支轉(zhuǎn)換,托柱轉(zhuǎn)換

　　1 引言

　　在中、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，經(jīng)常為獲得結(jié)構(gòu)底部樓層的大空間而需要設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。例如，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)是通過在剪力墻上的框支梁以下部分開啟較大墻洞以獲得需要的較大空間，而在框架結(jié)構(gòu)底層相應(yīng)的位置抽去若干根柱子也可以獲得相對較大的空間，這兩種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式分別為對剪力墻上部墻體的轉(zhuǎn)換和對框架結(jié)構(gòu)上部柱子的轉(zhuǎn)換，通常情況下分別稱為框支轉(zhuǎn)換和托柱轉(zhuǎn)換。但是，在我國現(xiàn)行的規(guī)范《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1] (JGJ3-2002)(簡稱高規(guī))的相應(yīng)章節(jié)中，只是對底部大空間部分的框支剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)的框支轉(zhuǎn)換處理作了相對詳細(xì)明確的規(guī)定，對托柱轉(zhuǎn)換和其他形式的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式并沒有明確規(guī)定和說明，而且在其他現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范(如現(xiàn)行抗震規(guī)范)中也沒有對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定說明。所以，在我國中、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計處理的問題，結(jié)構(gòu)計算、設(shè)計和處理的難度相對較大。

　　建筑師論文推薦：《中國住宅設(shè)施》月刊是面向國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級建設(shè)綜合信息類優(yōu)秀期刊。 雜志充分利用中外建設(shè)信息資源，及時報道國家最新產(chǎn)業(yè)政策和地方建設(shè)動態(tài)，宣傳建設(shè)行業(yè)城市信息化的最新進(jìn)展，推介各地城市信息化的成功經(jīng)驗，是社會各界及業(yè)內(nèi)專業(yè)人士了解國家法規(guī)、政策，獲取國內(nèi)外最新行業(yè)信息的重要媒體，具有很強(qiáng)的權(quán)威性、指導(dǎo)性、可讀性，是業(yè)內(nèi)外人士交流與探討問題的平臺，是各級建設(shè)主管部門、建設(shè)單位、施工企業(yè)、房地產(chǎn)公司、設(shè)計院所、監(jiān)理單位、建材企業(yè)掌握國家政策法規(guī)，獲取國內(nèi)外工程建設(shè)信息，了解業(yè)界動態(tài)，提高業(yè)務(wù)水平的重要媒體。

　　2 工程概況

　　某8層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑，建成后下部1～2樓層將作為賓館、酒店等商業(yè)設(shè)施，3～8層將作為住宅，因為結(jié)構(gòu)使用功能上存在上、下樓層的不同要求，結(jié)構(gòu)底部兩層作為大堂等公共區(qū)域，需要在框架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的位置抽去部分柱子以獲得相對較大的空間，實際設(shè)計處理中，結(jié)構(gòu)底部兩層將(B)軸的部分框架柱抽除，并設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。

　　3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計處理分析

　　該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層是一個很常見的局部托柱轉(zhuǎn)換形式。但是，在計算設(shè)計該轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，該轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)是否需要執(zhí)行現(xiàn)行高規(guī)中對框支轉(zhuǎn)換形式的規(guī)定，還需要結(jié)合結(jié)構(gòu)的實際受力特點和傳力規(guī)律以及相關(guān)規(guī)定，從多個角度區(qū)分、認(rèn)識這兩種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式。

　　框支轉(zhuǎn)換和托柱轉(zhuǎn)換這兩種轉(zhuǎn)換形式之間的共同特點，是其上部樓層部分豎向構(gòu)件(下部被開洞處理的剪力墻上部墻體或被抽底的框架柱)不能直接連續(xù)貫通落地與基礎(chǔ)固結(jié)連接，需通過設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)換構(gòu)件傳力途徑相對曲折，構(gòu)件內(nèi)力作用巨大且應(yīng)力作用復(fù)雜。但在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，兩種轉(zhuǎn)換形式的受力性能差異較大，轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力作用、配筋計算和構(gòu)造設(shè)計等各個方面都有較大的區(qū)別，主要體現(xiàn)在以下方面：

　　(1) 框支轉(zhuǎn)換和托柱轉(zhuǎn)換兩種形式的受力不同：在豎向荷載作用下，框支剪力墻轉(zhuǎn)換區(qū)域的洞口上部墻體有一定的拱效應(yīng)，支座處的豎向壓力相對很大，但同時還伴隨存在較大的水平推力作用，框支梁此時就像是拱作用中的受拉桿件，在上部傳來的較大豎向荷載作用引起的彎距、剪力外，還受到較大的軸向拉力作用，框支柱此時除受到較大的彎距和軸力外，同時也承受到較大的剪力作用。而托柱轉(zhuǎn)換形成的托柱梁構(gòu)件，在上部抽底柱傳來的豎向荷載作用下，其內(nèi)力作用和普通跨中受集中荷載作用的框架梁類似，只不過是轉(zhuǎn)換梁的跨度一般更大，跨中承受的集中荷載一般更重，在轉(zhuǎn)換梁構(gòu)件的端部和跨中的彎距和剪力都相對較大，但基本上沒有軸向拉力，下部柱子的剪力也變化不明顯，梁柱節(jié)點區(qū)域的不平衡彎距也完全按相交于該節(jié)點區(qū)域的梁、柱構(gòu)件相對剛度進(jìn)行分配，受力特點與普通跨中受集中荷載作用的框架梁柱結(jié)構(gòu)基本相同。

　　(2)兩種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式的豎向剛度變化不同：框支剪力墻轉(zhuǎn)換層框支梁構(gòu)件以上的剪力墻結(jié)構(gòu)為抗側(cè)力剛度相對很大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，與結(jié)構(gòu)下部開洞形成的框支柱的抗側(cè)剛度相比，兩者抗側(cè)剛度差異明顯，轉(zhuǎn)換層上、下部分的結(jié)構(gòu)抗側(cè)向剛度比過大，易形成受力薄弱層，對結(jié)構(gòu)在地震、臺風(fēng)等突發(fā)性巨大動荷載下的受力極為不利。而托柱轉(zhuǎn)換形式的轉(zhuǎn)換層上、下部分的框架抗側(cè)力剛度變化相對較小，對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向受力性能影響不大。

　　(3)轉(zhuǎn)換梁的承載力計算及配筋構(gòu)造的差異：框支轉(zhuǎn)換梁為拉、彎、剪構(gòu)件，正截面的承載力計算應(yīng)按偏心受拉進(jìn)行計算，斜截面承載力驗算應(yīng)按拉、剪作用進(jìn)行計算。根據(jù)高規(guī)的相應(yīng)規(guī)定，承受偏心拉力作用的框架梁構(gòu)件，其支座上部分布的縱向受力鋼筋至少有50%沿梁全長貫通，支座下部分布的縱向受力鋼筋應(yīng)全部直通到柱內(nèi)。而托柱轉(zhuǎn)換形式的梁構(gòu)件只承受彎、剪作用，正截面承載力只需按純彎計算即可，斜截面承載力驗算按拉、剪作用計算，其構(gòu)造配筋和普通梁構(gòu)件相同。

　　(4)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層所處位置不同：對于部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)所處位置越高時，轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度突變越明顯，越不利于結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)。在我國現(xiàn)行高規(guī)中已做出明確規(guī)定，對于結(jié)構(gòu)底部設(shè)有大空間的部分框支剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)，在地面以上的大空間結(jié)構(gòu)層數(shù)，8度設(shè)防區(qū)內(nèi)不宜超過3層，7度設(shè)防區(qū)內(nèi)不宜超過5層，6度設(shè)防區(qū)內(nèi)其層數(shù)可適當(dāng)增加。而對托柱轉(zhuǎn)換形式，因為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上、下部分不存在明顯的抗側(cè)力剛度突變問題，因此，高規(guī)中對框架結(jié)構(gòu)的托柱轉(zhuǎn)換形式的大空間層數(shù)并沒有作出明確的限制規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計中只需滿足現(xiàn)行高規(guī)對一般框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，而不必執(zhí)行現(xiàn)行高規(guī)對部分框支剪力墻轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)定。

　　通過上述對兩種轉(zhuǎn)換形式從各個角度的分析，明確了框支轉(zhuǎn)換和托柱轉(zhuǎn)換的共同特點和異同，找出了兩種不同轉(zhuǎn)換形式的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計依據(jù)。鑒于我國現(xiàn)行高規(guī)和其他現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對于托柱轉(zhuǎn)換未作出明確的規(guī)定，設(shè)計時還可參照一些省、部、地方性標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行處理。參照廣東省現(xiàn)行實施的國家高規(guī)相關(guān)補(bǔ)充規(guī)定[2]可知：當(dāng)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)僅存在少量的剪力墻不能連續(xù)貫通，需要設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，當(dāng)需轉(zhuǎn)換處理的上部剪力墻面積不超過剪力墻結(jié)構(gòu)總面積的8%時，可通過加大剪力墻水平力轉(zhuǎn)換路徑范圍內(nèi)的板厚，增設(shè)轉(zhuǎn)換部分的板內(nèi)配筋，并提高轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的抗震等級(框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震等級提高一級，特一級時不再提高)等措施來實現(xiàn)。

　　對于托柱轉(zhuǎn)換形式廣東省現(xiàn)行實施的高規(guī)補(bǔ)充規(guī)定中還指出：對于中、高層建筑結(jié)構(gòu)上部樓層僅存在部分柱不能連續(xù)貫通時，可通過加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層部位的樓蓋，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)換層托梁構(gòu)件的承載力安全儲備值，適當(dāng)增大構(gòu)件內(nèi)力增大系數(shù)(不低于1.1)等措施實現(xiàn)，托梁構(gòu)件的構(gòu)造措施根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的受力情況確定。

　　4 結(jié)論

　　綜合上述分析及相關(guān)規(guī)范規(guī)定的要求，該框架結(jié)構(gòu)底部當(dāng)采用局部梁托柱的轉(zhuǎn)換形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換設(shè)計時，轉(zhuǎn)換層的位置可根據(jù)上下層剛度比進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，但轉(zhuǎn)換層的位置調(diào)整范圍可適當(dāng)放寬，通過加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層部位的樓蓋，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)換層托梁構(gòu)件的承載力安全儲備，適當(dāng)增大構(gòu)件內(nèi)力增大系數(shù)(1.2)等措施，確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理性。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] JGJ3-2002高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

　　[2] DBJ/T15-46-2005廣東省實施.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.(JGJ3-2002)補(bǔ)充規(guī)定[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.