摘 要：結合某8層框架-剪力墻建筑結構的轉換層結構設計實踐，重點對框支轉換和托柱轉換兩種轉換形式的受力特點、豎向剛度變化、轉換構件承載力計算及配筋構造、轉換層設置位置及相關規范規定等方面進行了探討，可供同類結構設計處理參考。

　　關鍵詞：建筑結構,轉換層結構,框支轉換,托柱轉換

　　1 引言

　　在中、高層建筑結構設計中，經常為獲得結構底部樓層的大空間而需要設置相應的轉換層結構。例如，部分框支剪力墻結構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，而在框架結構底層相應的位置抽去若干根柱子也可以獲得相對較大的空間，這兩種結構轉換形式分別為對剪力墻上部墻體的轉換和對框架結構上部柱子的轉換，通常情況下分別稱為框支轉換和托柱轉換。但是，在我國現行的規范《高層建筑混凝土結構技術規程》[1] (JGJ3-2002)(簡稱高規)的相應章節中，只是對底部大空間部分的框支剪力墻高層建筑結構的框支轉換處理作了相對詳細明確的規定，對托柱轉換和其他形式的結構轉換形式并沒有明確規定和說明，而且在其他現行的國家標準及規范(如現行抗震規范)中也沒有對轉換層結構進行相應的規定說明。所以，在我國中、高層建筑結構設計中遇到的結構轉換層設計處理的問題，結構計算、設計和處理的難度相對較大。

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　　2 工程概況

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

　　3 轉換層結構設計處理分析

　　該結構轉換層是一個很常見的局部托柱轉換形式。但是，在計算設計該轉換層結構時，該轉換梁結構是否需要執行現行高規中對框支轉換形式的規定，還需要結合結構的實際受力特點和傳力規律以及相關規定，從多個角度區分、認識這兩種結構轉換形式。

　　框支轉換和托柱轉換這兩種轉換形式之間的共同特點，是其上部樓層部分豎向構件(下部被開洞處理的剪力墻上部墻體或被抽底的框架柱)不能直接連續貫通落地與基礎固結連接，需通過設置相應的轉換構件進行結構轉換，而轉換構件傳力途徑相對曲折，構件內力作用巨大且應力作用復雜。但在轉換層結構設計中，兩種轉換形式的受力性能差異較大，轉換構件的內力作用、配筋計算和構造設計等各個方面都有較大的區別，主要體現在以下方面：

　　(1) 框支轉換和托柱轉換兩種形式的受力不同：在豎向荷載作用下，框支剪力墻轉換區域的洞口上部墻體有一定的拱效應，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。而托柱轉換形成的托柱梁構件，在上部抽底柱傳來的豎向荷載作用下，其內力作用和普通跨中受集中荷載作用的框架梁類似，只不過是轉換梁的跨度一般更大，跨中承受的集中荷載一般更重，在轉換梁構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，梁柱節點區域的不平衡彎距也完全按相交于該節點區域的梁、柱構件相對剛度進行分配，受力特點與普通跨中受集中荷載作用的框架梁柱結構基本相同。

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

　　(3)轉換梁的承載力計算及配筋構造的差異：框支轉換梁為拉、彎、剪構件，正截面的承載力計算應按偏心受拉進行計算，斜截面承載力驗算應按拉、剪作用進行計算。根據高規的相應規定，承受偏心拉力作用的框架梁構件，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全部直通到柱內。而托柱轉換形式的梁構件只承受彎、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，其構造配筋和普通梁構件相同。

　　(4)結構轉換層所處位置不同：對于部分框支剪力墻結構，當轉換層結構所處位置越高時，轉換層上、下結構的抗側剛度突變越明顯，越不利于結構抗震、抗風。在我國現行高規中已做出明確規定，對于結構底部設有大空間的部分框支剪力墻高層建筑結構，在地面以上的大空間結構層數，8度設防區內不宜超過3層，7度設防區內不宜超過5層，6度設防區內其層數可適當增加。而對托柱轉換形式，因為結構轉換層上、下部分不存在明顯的抗側力剛度突變問題，因此，高規中對框架結構的托柱轉換形式的大空間層數并沒有作出明確的限制規定，結構設計中只需滿足現行高規對一般框架結構設計的要求，而不必執行現行高規對部分框支剪力墻轉換層結構設計的相關規定。

　　通過上述對兩種轉換形式從各個角度的分析，明確了框支轉換和托柱轉換的共同特點和異同，找出了兩種不同轉換形式的轉換層結構的設計依據。鑒于我國現行高規和其他現行國家標準及規范對于托柱轉換未作出明確的規定，設計時還可參照一些省、部、地方性標準、規范的規定進行處理。參照廣東省現行實施的國家高規相關補充規定[2]可知：當框架-剪力墻結構或筒體結構僅存在少量的剪力墻不能連續貫通，需要設置相應的轉換層結構時，當需轉換處理的上部剪力墻面積不超過剪力墻結構總面積的8%時，可通過加大剪力墻水平力轉換路徑范圍內的板厚，增設轉換部分的板內配筋，并提高轉換結構及構件的抗震等級(框支轉換結構的抗震等級提高一級，特一級時不再提高)等措施來實現。

　　對于托柱轉換形式廣東省現行實施的高規補充規定中還指出：對于中、高層建筑結構上部樓層僅存在部分柱不能連續貫通時，可通過加強轉換層部位的樓蓋，適當提高轉換層托梁構件的承載力安全儲備值，適當增大構件內力增大系數(不低于1.1)等措施實現，托梁構件的構造措施根據實際結構的受力情況確定。

　　4 結論

　　綜合上述分析及相關規范規定的要求，該框架結構底部當采用局部梁托柱的轉換形式進行結構轉換設計時，轉換層的位置可根據上下層剛度比進行相應的調整，但轉換層的位置調整范圍可適當放寬，通過加強轉換層部位的樓蓋，適當提高轉換層托梁構件的承載力安全儲備，適當增大構件內力增大系數(1.2)等措施，確保轉換層結構的設計合理性。

　　參考文獻

　　[1] JGJ3-2002高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2002.

　　[2] DBJ/T15-46-2005廣東省實施.高層建筑混凝土結構技術規程.(JGJ3-2002)補充規定[S].北京:中國建筑工業出版社,2005.