朱炳寅：对转换结构的认识与把握

发布于：2015-05-14 10:13:14 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

在多高层建筑结构设计中经常遇到转换结构问题。结构的转换分为对上部剪力墙的转换（一般称其为框支转换）和对上部框架柱的转换（一般称其为框架转换）。在框支转换中，转换不仅改变了上部剪力墙对竖向荷载的传力路径，而且将上部抗侧刚度很大的剪力墙转换为抗侧刚度相对很小的框支柱，转换层上下的侧向刚度比很大，形成结构软弱层和薄弱层，引起地震剪力的剧烈变化，对结构的抗震极为不利，应采取严格而有效的抗震措施；而在框架转换中，转换虽然也改变了上部框架柱对竖向荷载的传力路径，但转换层上部和下部的框架刚度变化不明显，属于一般托换，对结构的抗震能力影响不大，其抗震措施可比框支转换适当降低。

由于高规[1]在第10.2节中没有明确区分框支转换和框架转换，加大了对转换结构设计的难度。因此，结合相关规定，明确转换结构的概念，区分并把握好转换结构类型是做好转换结构设计工作的重要前提。

一、对转换结构的认识

1、高规第10.2.1条规定，“在高层建筑的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，应设置结构转换层”。理解上述规定时应注意规范的下列关键用词：
1）“高层建筑的底部”——规范明确了高规所涉及转换的位置，就是在高层建筑的底部。对高层建筑的底部可从以下两方面理解：
（1）对剪力墙转换时，可将高规第10.2.2条限定的底部大空间层数确定为其底部的范围（见表1），其中，6度区底部大空间的层数可按不超过6层控制。当底部大空间层数超过表1的数值时，应报请进行抗震设防超限审查。
（2）对框架柱转换时，由于转换层上下不存在明显的刚度突变问题，因此，对一般框架转换可不限制转换层的位置。可将地面以上1/3房屋高度范围内确定为建筑的底部，此范围内的框架转换应采取适当加强措施。

2）“上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）”——明确了只适用于“上部楼层部分竖向构件”的转换，这也就是我们经常要控制落地剪力墙数量（一般情况下，可控制落地剪力墙的面积不小于全部剪力墙面积的50%）的原因；同时也明确了结构的转换不仅适用于建筑底部的剪力墙，同样也适用于框架柱。当转换构件承托的上部楼层竖向构件为剪力墙时，上部剪力墙被称作为“框支剪力墙”，相应的转换被称作为框支转换；当转换构件承托的上部楼层竖向构件为框架柱时，相应的转换被称作为框架转换。规范对剪力墙的转换有严格的位置（层数）要求，而对框架转换没有明确的层数限制要求。
根据转换位置和转换区域的大小，框支转换又可分为一般框支转换和局部框支转换。

2、应避免对边柱、边剪力墙的转换，不应对角柱、角部剪力墙进行转换。

二、对局部框支转换的把握

和一般框支转换不同，局部框支转换的框支剪力墙数量少，且楼面结构对转换层有较强的约束，此类转换，一般不会产生明显的结构薄弱层效应。
广东省[2]和江苏省[3]规定：当框架-剪力墙或筒体结构仅少量剪力墙不连续，需转换的剪力墙面积不大于剪力墙总面积的8%时，可仅加大水平力转换路径范围内的板厚、加强此部分的板配筋（图1），并提高转换结构的抗震等级。框支框架的抗震等级应提高一级，特一级时不再提高。房屋的最大适用高度可按一般框架-剪力墙或筒体结构采用（注意：此时房屋的最大适用高度的限值可不考虑结构的框支问题）。
注意：上述适用于“框架-剪力墙或筒体结构”的规定同样适用于剪力墙结构，这是因为，相对于框架-剪力墙或筒体结构中的剪力墙，剪力墙结构中的剪力墙由于其分布更加均匀，各单片剪力墙的重要程度要低于“框架-剪力墙或筒体结构”中的剪力墙。
还应注意：转换的平面位置也是影响局部框支转换的重要因素，对位于结构边缘部位的局部框支转换（图2），除满足上述对局部框支转换的一般要求外，还应适当加强与之相关部位的构造措施，确保转换的合理有效。
图1 一般的局部框支转换图2 特殊的局部框支转换

三、对框架柱的转换的把握

规范对框架柱的转换没有明确的层数限制，结构设计时只需要满足高规对框架柱转换的要求，不必执行高规对部分框支剪力墙结构的设计要求。

广东省[2]和江苏省[3]还规定：对建筑物上部（注意：此处与高规第10.2.1条的“高层建筑结构的底部”相对应）楼层仅部分柱不连续时，可仅加强转换部位楼盖，但转换托梁的承载力安全储备应适当提高，内力增大系数不宜小于1.1，托梁的构造按实际的受力情况确定。

可根据工程的具体情况，将框架转换分为一般的框架转换和重要的框架转换两部分，当为一般结构、被转换的上部柱数量不多、其承受的竖向荷载较小、转换梁的跨度较小、周围楼板对转换构件约束较好、转换层在建筑底部以上区域时，可确定其为一般的框架转换（见图3），参考执行广东和江苏的规定；当为重要结构、被转换的上部柱数量较多、其承受的竖向荷载较大、转换梁的跨度较大、周围楼板对转换构件约束较差、转换层在建筑底部区域、或当被转换的框架柱非常重要（被转换的框架柱失效将导致结构的全部或局部倒塌）时，可确定为重要的框架转换（见图4），应参照建筑底部范围的框支转换而采取适当的加强措施，必要时应按性能设计要求设计转换构件。
图3 一般的框架转换图4 重要的框架转换
高规第10.2.2条规定：“底部带转换层的框架-核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构，其转换位置可适当提高”。需要说明的是，规范的上述规定有其特殊的适用前提，由于在框架-核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构中，底部大空间一般不涉及对核心筒剪力墙的转换，主要是对外框架及外筒密柱的转换，此类转换从本质上讲属于框架转换的范畴，其侧向刚度突变比部分框支剪力墙结构有很大改善，因此，转换层位置可比表1适当提高。当实际工程中确需对核心筒或内筒剪力墙的转换时，仍然需要按表1控制转换位置，并严格执行规范对框支转换的设计规定。

四、小结

1、对框支转换应按高规的相关要求采取严格的抗震措施，必要时，对框支转换进行抗震性能设计。同时也应区分局部框支转换和非局部框支转换的关系。对局部框支转换可参考广东和江苏规定的要求，仅对相关部位采取必要的结构措施；对特殊的局部框支转换，应适当加强抗震措施；
建筑结构技术通讯 2008.9 论文编号 zby24
2、应分清框支转换和框架转换，区别一般的框架转换和重要的框架转换。对一般的框架转换可参考广东和江苏规定的要求，仅对转换部位楼盖和转换托梁采取必要的加强措施。对重要的框架转换，应根据工程的具体情况，采取高于一般框架转换（而不高于框支转换）的抗震措施，必要时，对重要的框架转换进行抗震性能设计。
3、转换结构分类及设计对策汇总见表2
转换结构的分类及设计对策表2
转换结构分类
转换结构的特征
设计对策
说明
一般框支转换
50% AW≥AWC＞8%AW
按高规对框支转换的要求
一般的
局部框
支转换
AWC≤8%AW且楼板对转换构件约束较强
参考广东、江苏规定，仅对相关部位采取必要的结构措施
框支转换
局部
框支
转换
特殊的
局部框
支转换
AWC≤8%AW但楼板对转换构件约束较差
参考广东、江苏规定，采取比局部框支转换更有效的措施
AWC为需转换的剪力墙面积；AW为剪力墙总面积；
一般的
框架转换
一般结构、被转换的上部柱数量不多、其承受的竖向荷载较小、转换梁的跨度较小、周围楼板对转换构件约束较好、转换层在建筑底部以上区域
参考广东、江苏规定，仅对相关部位采取必要的结构措施
框架转换
重要的
框架转换
重要结构、被转换的上部柱数量较多、其承受的竖向荷载较大、转换梁的跨度较大、周围楼板对转换构件约束较差、转换层在建筑底部区域、被转换的框架柱非常重要
参照框支转换采取适当的加强措施
参考文献
[1] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）（S）中国建筑工业出版社，2002
[2] 广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）补充规定（DBJ/T15-46-2005），中国建筑工业出版社，2005
[3] 江苏省房屋建筑工程抗震设防审查细则，中国建筑工业出版社，2007
[4] 徐培福主编，复杂高层建筑结构设计，中国建筑工业出版社，2005

结构