城市建筑Ｉ结构・抗震Ｉ ＵＲＢＡＮＩＳＭ ＡＮＤ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｉ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ・ＡＳＥＩＳＭＡＴＩＣ 带桁架式转换层的高层建筑结构设计 Ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ Ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈ Ｔｒｕｓｓ Ｔｙｐｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ ■胡海波●Ｈｕ Ｈａｉｂｏ 【摘要】本文重点介绍了带桁架式转换层的高层建筑结构 在地震中极易受到破坏，这对结构的抗震十分不利， 所以应设计成“强斜腹杆”；根据《高层建筑混凝 主要设计原则及其应注意的几点问题，对高层建筑的结构 设计具有一定的参考意义。 三、设计中应注意的几点问题 １．转换层设置高度不宜过高 转换层高度越高，使得转换层对下部结构的动 土结构技术规程》中第１０．２．２７条规定：转换层桁架 【关键词】高层建筑桁架转换层结构设计 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎ— ｃｉｐａｌ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｉｒｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｒｕｓｓ ｔｙｐｅ ｔｒａｎｓｏｆｒ－ ｍａｒｉｏｎ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ， ＳＯ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｉｒｓｅ ｂｕｉｌｉｄｎｇ ｄｅｓｉｎｇ 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｈｉｈｇ－ｉｒｓｅ ｂｕｉｌｉｄｎｇｓ，ｔｒｕｓｓ ｔｙｐｅ ｔｒｎａｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｌａ－ ｙｅｒ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｎｇ 引言 随着社会经济的发展，人们对建筑物功能、形 式的要求越来越高，同时城市的用地目益紧张，这 就使得城市的建筑物朝着功能综合化、结构多样化 方面发展。为了满足建筑物具有多功能的要求，往 往高层建筑物上部被要求用来作为旅馆、住宅等， 通常采用柱网较密的框架一剪力墙结构，而下部通 常要求用于商业用途的较大的自由空间，比如用于 商场、停车场等，通常采用大柱网框架结构一＇匕述 的要求显然与建筑结构的合理性、逻辑性相悖，因 为建筑物正常合理布置时应是刚度大、墙多、柱网 密的框架一剪力墙结构位于下部，而刚度小、墙少、 柱网稀的框架结构位于下部。这时结构的合理性与 建筑物的功能需要就产生了矛盾，为了解决这一矛 盾，满足建筑物功能需要，就需要在建筑物上部结 构与下部结构之间设一个结构过渡层，即转换层。 一、转换层的功能意义 １．上、下层结构类型转换 转换层将上部剪力墙转换为下部的框架，此结 构多用于框一剪和剪力墙结构中，如此便可使得下 部结构具有较大的内部自由空间。 ２．上、下层结构柱网布置的改变 转换层上、下结构形式相同，通过它可以使下 部结构的柱距扩大，形成大柱网空间。多用于商住 楼，以形成下部的大空间用于商场、停车场等。 ３．同时转换上、下层结构类型和柱网布置 上部剪力墙结构通过转换层变成框支剪力墙结 构的同时，上部剪力墙的轴线与下部柱网错开，形 成上下柱网不对齐的结构。多用于办公楼，上部用 于小开间办公室，下部用于停车场或者大厅等。 二、 桁架转换层设计的主要原则 １．强斜腹杆、强节点 当楼层高度较小时，受压斜腹杆会成为超短柱， 的节点应加强配筋及构造措施。同时节点的荷载状 况的影响因素较多，受力状态较复杂，容易发生剪 切破坏，地震作用中节点较为薄弱，极易破坏，所 以应设计成“强节点”。 ２．强转换层及下层、弱转换层上层 由于转换层上部通常采用含剪力墙的结构，而 下部为框架结构，这就造成转换层的上下部的刚度 差比较大，在水平地震作用时转换层容易形成薄弱 环节，因此在转换层设计中应适当增强转换层下部 的刚度，如加大简体和落地墙的厚度、提高混凝土 强度等级等，目目化转换层上部的刚度，如减小不落 地剪力墙的厚度、在墙体上开洞等，使得上下部结 构的刚度基本一致。同时对于主体结构转换层的上、 下部的总剪切刚度比宜取，针对转换层位于１层的， 非抗震设计时，抗震设计时；针对转换层大于１层的， 非抗震设计时，抗震设计时；当转换层设置在３层及 其以上时，转换层本层侧向刚度应大于或等于相邻 上一层楼层侧向刚度的６０％。其中应按下式计算： ∑Ｇ ／ ｜Ｖ ＝—— ————————— ———一 ４ＧｉＡ ３ ｜｝ｈｉ 式中， Ｇ 、Ｇ，为第 层、第 层的混凝土剪切模量， 且Ｇ＝Ｏ．４２５Ｅ，Ｅ为混凝土的弹性模量； 、 ，为计算方向折算抗剪截面面积，且 Ａ＝Ａ ＋０．１２Ａ ，Ａ 为计算方向剪力墙的全部有效 截面积， 为全部柱的截面面积； ｈ，、ｈｊ为第 层、第．，层的层高； ∑ＧｉＡ ／ 为转换层上部竖向结构总剪切刚 ｆ ／ 度； ∑Ｇ，Ａ ／＾ 为转换层下部竖向结构总剪切刚度。 ， ／ ３．强柱弱梁、强边柱弱中柱 转换层上部框架结构应按照“强柱弱梁、强边 柱弱中柱”的原则设计。为提高结构的抗震能力， 应该满足“强柱弱梁”的原则，使柱的强度大于梁 的强度，以确保梁端早于柱端出现塑性铰，提高结 构的延性。 ４．强剪弱弯 转换层结构中各构件应按“强剪弱弯”的原则 进行设计，以使构件发生延性较好、有预兆的受弯 破坏，避免发生没有预兆的剪切破坏。 ７１ 力特性影响越明显，同时传力路线的突变越大，使 得下部结构更容易破坏；转换层高度低的建筑，只 需控制侧向刚度比即可控制转换层附近的层间位移 角；对于转换层高度更高的建筑，还须控制转换层 上下部结构的等效刚度比。转换层高度越高，转换 层上下部结构在地震作用下的变形效应就越大，转 换层上下部结构等效侧向刚度比的作用也就越小。 ２．柱宜直接落在转换层主结构上 根据《建筑抗震设计规范》中第Ｅ．２．４条规定： 转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落 在转换层的主结构上。即上部密柱宜与转换桁架斜 腹杆的交点、空腹桁架的竖腹杆在位置上重合。这 样使得结构的传力路线明确，受力合理，且相邻斜 腹杆可形成拱效应，与竖腹杆共同承受竖向力，同 时有利于提高结构抵抗地震竖向作用的能力。 四、结语 高层建筑的功能如今日趋多样化，复杂化，所 以对转换层的受力要求也越来越高，设计难度也明 显增大。在高层建筑中，正是因为有了转换层的存 在，才使得建筑结构在满足了功能需要的同时，建 筑结构的本身也更加合理，满足了人们对建筑物的 综合要求。因此，在转换层的设计中，要结合工程 实际，通过对建筑结构全面整体的论证、设计和分 析，选用合理的转换层结构设计方案，才能达到整 个建筑结构上的安全、经济、合理、适用、耐久。 参考文献 ［１］戴国亮，蒋永生，梁书亭，傅传国．高层型钢混凝 土底部大空间转换层结构性能研究［Ｊ］．土木工程学 报，２００３（０４）：２４—３２． ［２］张新新．带空腹桁架转换层结构的抗震性能研究 ［Ｄ］．西安：西安建筑科技大学，２０１３． ［３］戚雯．带桁架转换层高层结构抗震性能研究［Ｄ］． 成都：西南交通大学，２０１２． ［４］李婷婷，陈清军．带钢桁架转换层结构的地震反 应分析与比较研究［Ｊ］．结构工程师，２００９，０２： ８５ ９Ｏ． （作者单位：西南大学工程技术学院，重庆 ４００７１５）