对转换层结构的认识与把握

在多高层建筑结构设计中经常遇到转换结构问题。对剪力墙的框支转换和对一般框架柱的框架转换，对结构影响有很大的不同，结构设计中如何把握?

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，对框支转换应进行抗震性能设计。同时也应区分局部框支转换和非局部框支转换的关系。局部框支转换时，可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。

应区分对剪力墙的框支转换和对框架柱的框架转换，区别--般的框架转换和重要的框架转换。一般的框架转换时，可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，对重要的框架转换应进行抗震性能设计。

转换结构分类及设计对策汇总见表3. 6.1-1。

[问题分析]

1.结构的转换分为对上部剪力墙的转换(- -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，而且将上部侧向刚度很大的剪力墙转换为侧向刚度相对较小的框支柱，转换层上下的侧向刚度比很大，形成结构薄弱层或软弱层，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》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。

2.《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”一规范明确了《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10.2.5条限定的底部大空间层数确定为其底部的范围(见表3.6.1-2)，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3.6.1-2的数值时，应报请进行抗震设防超限审查。

注意:表3.6.1-2控制的是“地面以上大空间层数”，一般可不考虑由于上部结构嵌固端下移的影响，如某高层建筑工程，抗震设防烈度为8度，地面以上第1、2层为大空间楼层，由于地下室顶面不能作为上部结构的嵌固部位而导致嵌固端下移至地下一层地面(注意:上部结构的嵌固部位应按图3. 1.5-5确定。按文献[6]确定的嵌固部位不是真正意义.上的嵌固部位，不能作为判别底部大空间层数的依据)，此时，地面以上大空间的层数仍按2层计算(注意:还应根据工程的具体情况，对上部结构及地下室顶面采取相应的结构加强措施，详见本章第3.1.5条)。

(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)”一明确了只适用于“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。

3)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。

4)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。

3.对局部框支转换的把握

1)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。

2)《抗震规范》第6.1.1条:当剪力墙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10%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3.6. 1-1)，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剪力墙采用(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)。

3)注意:上述规定仅适用于“剪力墙结构”，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。

4)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3.6.1-2)，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。

4.对框架柱转换的把握

1)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。

2)广东省和江苏省还规定: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。

3)可根据工程的具体情况，将框架转换分为-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3.6.1-3)，执行上述2)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3.6.1-4)，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及相关支承构件。

5.工程设计中为减小上部剪力墙结构的刚度并减小地震作用，对上部剪力墙进行开洞处理，墙肢较短有的甚至为短肢剪力墙。当采用空间分析程序计算时，框支梁的内力及配筋均较小，此时，应注意加强对框支梁的复核验算，有条件时还应加强框支梁以上一层

墙体整体性(即该层墙体少开洞或不开洞)。

6.由于在框架核心简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简剪力墙的转换，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3.6.1-2适当提高。当实际工程中确需对核心简或内简剪力墙的转换时，仍然需要按表3.6.1-2控制转换位置，并严格执行规范对框支转换的设计规定。

7.转换层上、下结构侧向刚度比的计算

1)结构层刚度比计算中经常需要选择层刚度比的计算方法，目前可采用的方法有三种:

2)采用“剪弯刚度”法对转换层下、上的结构侧向刚度比计算时应注意，按规范方法进行转换层上部结构的侧向刚度计算时，将转换层顶部作为嵌固端计算，忽略了转换层位置实际存在的转动变形，夸大了转换层上部结构的侧向刚度，转换层上部与转换层及下部结构的等效侧向刚度比(见图3.6.1-5)，必要时应采用“地震剪力与层间位移的比值法”进行比较计算。注意:转换层结构中非转换层部位的楼层侧向刚度比，仍应采用地震剪力与层间位移的比值法计算。

3)楼层侧向刚度比的计算方法各有其适应性和近似性，采用不同的计算方法其计算结果相差较大，实际工程中对计算方法和计算结果应综合分析。必要时，应采用其他方法进行补充计算。同时对计算结果应结合工程实际情况灵活把握，不应死抠计算数值。