转换层结构在新旧不同规范下内力和位移的比较

马 勇

(大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山西 大同 037008)

0 引言

随着房地产的快速发展，为了迎合市场需求，高层建筑不断向多功能和用途发展，常见的一种结构形式为下部若干层为商业，上部为居民住宅楼，因此结构必须设置转换层来满足建筑的需要。但该结构受力相对比较复杂，应该合理谨慎应用。转换层所在楼层越低越好、转换层的层数越少越好。力求满足安全的前提下，同时也能保证建筑功能的使用。该结构体系二十世纪六七十年代在日本发展比较快，而在国内是20世纪90年代开始，建设的数量迅速增加。最早1996年深圳建设成的地王大厦，后续在北京、上海、广州、沈阳、大连、杭州开始新建。到目前为止，该结构体系已经发展成熟，在各个城市进行高层设计时作为主要考虑的一种结构形式。

本工程位于北方某城市，一栋地上16层建筑(地下1层)，地上1层为商场，2层～16层为住宅楼，建筑总面积为15 436 m2，结构高度为49.6 m。采用部分框支剪力墙转换结构形式，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，场地类别为2类，地震分组第一组。地基土层从上而下依次为粉质粘土、粘土、碎石土，初步定为持力层碎石土。由于持力层的承载力强度达到410 kPa,初步采用桩基础或筏板基础形式，通过计算分析比较其经济效果，最后选定为粉煤灰碎石桩基础。不论新旧规范，底部加强区剪力墙抗震等级二级，转换柱抗震等级二级；当地基本风压为 0.55 kN/m2，100年风压为0.65 kN/m2。剪力墙的混凝土标号从下到上依次为C45，C40，C35，C30，C25；框支梁混凝土标号为C40，其他楼层框架梁混凝土从下到上依次为C35，C30，C25；楼层楼板的混凝土标号与梁的标号相同，满足施工的方便。转换层楼板较其他层加厚，最小板厚采用130 mm，受力钢筋双层双向；不仅满足最小配筋率，同时要满足转换层对于楼板的配筋率要求，这样有利于控制结构的耐久性，同时也可以改善转换层的刚度。

1 转换层的介绍

结构转换层，笼统的讲是指上下层建筑功能发生改变、承重构件种类和数量发生变化。目前转换层的结构形式种类主要有梁式、桁架式、空腹桁架式、板式转换层，本工程通过综合对比，最终采用梁式转换层结构层。

2 转换层在建筑结构设计中应注意的要点

在转换层设计过程中应尽量减少结构转换的竖向构件,建筑侧向刚度应缓慢减小，避免侧向刚度减小太快,形成侧向刚度不规则,对建筑物抗震性能不利;转换层的位置在满足建筑功能的条件下，越低越好，避免形成楼层侧向刚度不规则或楼层受剪承载力突变的薄弱层，这样就在一定程度上可以保证结构的安全性和经济性。转换层结构应具备受力平衡性效果，要求横向落地剪力墙的数目不小于横向墙的45%～55%；尽量要求落地剪力墙对称布置，落地剪力墙的间距应在边缘适当较中部减小，比保证结构在短向方面的抗扭效果加强。

3 PKPM2010版本软件的改进

2010版PKPM局部修改的规范:GB 50011—2010建筑抗震设计规范、GB 50010—2010混凝土结构设计规范、JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程。PMCAD改进的主要内容：修改计算混凝士保护层厚度方法，增加“考虑结构使用年限的活荷载调整系数”，增加强度为500 MPa的热轧带肋钢筋，用HPB300钢筋替代HPB235，新增“抗震构造措施的抗震等级”下拉列表， SATWE改进的主要内容(部分)：在计算地震作用时,提出了规定水平力下的概念，增加“嵌固端所在层号”参数，增加“承载力设计时风荷载效应放大系数” 参数, SATWE增加了关于风荷载的两个风压值,一个用于计算风荷载,一个用于舒适度验算。增加“中震(或大震)设计”参数，梁刚度放大系数可由软件自动计算，SATWE前处理增加了“X，Y方向相对偶然偏心”参数，10版将“框支梁”改为“转换梁”,将“框支柱”改为“转换柱”。

4 内力和位移比较

PKPM2010版本《高层建筑混凝土结构技术规程2010》和《建筑抗震设计规范2010》计算的(简称新规范)；PKPM2008版本基于《高层建筑混凝土结构技术规程2002》和《建筑抗震设计规范2008》(简称旧规范)。本工程是在2009年完成的，采用的是旧规范计算的。因为新旧规范对于一些结构参数有较大修改，由此会对结构内力和位移会引起一些变化。建筑结构的内力和位移是重要指标，它不仅决定于该结构是否合理，也决定于其是否经济可行。 因此，比较内力和位移至关重要，但是构件数量较多，不可能都一一作比较，下面就针对一些主要构件做一比较，得出它们在新旧不同规范下有何差异。

位移角、位移比、内力比较见表1。

位移角主要用来结构整体刚度的大小，初步确定结构的经济效果。位移角一般在框架结构中控制在1/600～1/650、部分框支剪力墙一般控制在1/1 100～1/1 300、纯剪力墙结构一般控制在1/1 050～1/1 200之间。当然不同的工程在不同的地震作用下，该数值也会发生改变。位移比用来控制结构平面扭转规则的大小，避免结构产生过大扭转而导致整体在地震作用下抗震能力减弱。工程结构在地震作用下产生平动和扭转，一般平动效果不会导致结构发生破坏(结构整体刚度满足基本的条件下)，大多数结构在地震作用下，发生的破坏都是由于扭转导致的，而且扭转破坏的危害很大，到目前为止，关于扭转如何准确结算仍无法解答，仅能通过抗震措施和抗震构造措施进行加强和预防。工程上一般对于高层建筑，位移比不宜大于1.3。

表1 转换梁的内力比较

转换层属于薄弱层，薄弱层地震剪力增大系数由1.15(旧规范)调整为1.25(新规范)；二级转换构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.25(旧规范)调整为1.3(新规范)；二级转换构件柱与转换构件相连的柱上端、底层柱下端截面的弯矩组合设计值应分别乘以1.25(旧规范)调整为1.3(新规范)。由于规范变化前后，内力增大系数有所调整，造成转换梁内力发生了较大的变化；另外，内力增大系数，尤其是剪力内力系数的增大，从而引起层间位移和层位移都会发生改变。本工程转换梁的内力(弯矩、剪力)以及转换柱和底部墙(弯矩、剪力)都有变化，而且变化的幅度还较大。规范修正后，结构产生的作用效应变大，相应的结构抗力也会增大，结构将来会更加安全，即提高了结构的安全储备。

5 结语

1)对于复杂结构尤其注意薄弱层的刚度和强度，使其受力尽量合理，加强抗震构造措施和抗震措施，增加安全储备。

2)新旧规范对于薄弱层内力调整系数变化，主要是在大量的工程经验的参考下，进行的局部加强修订，为了提高结构的安全性。

3)部分框支剪力墙结构应该适当增加落地剪力墙数量和墙体厚度、混凝土标号，以增强底部若干层的刚度，避免形成转换层上、下层刚度比过大，对结构产生不利的影响。

参考文献：

[1] GB 50011—2008,建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ 3—2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[4] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[5] 卢长来.带转换层高层建筑结构设计分析[J].建筑知识(学术刊)，2014 (6):112.