简述抗震带高位转换层高层建筑结构抗震性能

【摘要】本文阐述了高层建筑结构转换层的概念及转换层上下结构的转换类型，系统分析了转换层位于不同高度对结构整体受力的影响。底盘结构规则性对结构抗震性能及扭转的影响以及侧向刚度比对结构抗震性能的影响。
【关键词】高层建筑带高位转换层抗震性能
在现代高层建筑发展中，为了满足建筑功能和建筑艺术的要求，复杂体型的建筑结构形式经常被结构工程师采纳，带高位转换层结构就属于其中的一种形式。这种结构形式平、立面布置不规则，结构的抗震受力机理复杂，本文探讨了带高位转换层建筑结构抗震性能。

一、高层建筑结构转换层的概念与结构形式

1、概念：因建筑功能需要，上部小空间，下部大空间，上部部分竖向构件不能连续贯通落地，而通过水平转换结构与下部竖向构件连接，这样构成的高层建筑结构称为带转换层高层建筑结构。
2、结构形式：针对不同的结构类型需采用不同的转换层结构形式，目前，实际工程中应用较多的转换层结构形式主要有五种基本结构形式：梁式；桁架式；空腹桁架式；箱形；厚板式。另外还存在一些其他形式的转换层结构形式。

二、转换层位于不同高度对结构整体受力的影响

随着高层建筑的迅速发展和框支剪力墙结构体系的广泛应用，为满足复杂建筑的需要，转换层位置的高度越来越高，按照《高规》的概念，当转换层的位置大于等于三层的时候，这就是我们所说的高位转换结构。在进行高位转换层设计时应该注意以下几个方面：
1、当转换层位置由二层逐渐提高时，结构的自振周期、振型和地震位移只略有一些量的改变，而没有质的变化。在转换层附近也没有非常显著的突变。
2、由于转换层的质量远大于其它楼层，所以不同振型作用下地震作用在转换层处有明显增大的突变，尤其转换层位置在振型曲线振幅最大处或附近时更为显著。所以我们在计算分析带高位转换层的高层建筑结构的时候，由于高振型的影响可能明显增大，所以要采用较多振型。
3、地震作用下，随着转换层位置的不断增高，转换层下部楼层的总地震剪力和总弯矩值会有所增大，这是转换层位置较高带来的很不利影响。但最大层地震剪力和弯矩由转换层位置的提高而引起的最大增值一般仍发生在首层。因为对层数较多的高层建筑(一股为30层左右的建筑)，转换层本身的地震作用，在全部地震作用中所占的比例仍不算很大。
　

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　4、对于设置转换层的建筑结构，在转换层处层间位移没有突变，但是结构楼层的层间位移角在转换层附近出现其值大小的突变，但其数值较转换层位置较低时的相应楼层的层间位移要小许多。转换层在下部高度位置改变时对层间位移的最大值的影响，比转换层在五层以上改变高度的影响更为显著。

三、底盘结构规则性对结构抗震性能及扭转的影响

近年来，随着经济的高速发展，多、高层建筑发展迅速，建筑平面布置变得越来越复杂，比如，L形、V形、Y形、H形等的复杂平面屡见不鲜；在竖向，结构的侧移刚度因为采用了转换层而发生刚度突变，同时，转换层上部住宅平面布置也设计得灵活多样化。
1、应当在不附加偏心距的状态下进行计算并检查结构位移比，检查刚心与质心是否相距过大。根据偏心情况调整剪力墙的布置，尽量做到结构平面刚度分布均匀，同时在此状态下检查周期比是否符合要求。如果周期比不满足要求，首先宜尽可能增大抗扭刚度，如果侧向平移刚度确实较大，可适当减小抗侧刚度。
2、提高抗扭刚度是概念设计中改进结构抗震性能的重要而且根本的措施之一，即使周期比满足要求，再采取增加抗扭刚度的措施，调整刚心位置或其他有效方法改进，还能够在一定程度上对减小位移比有利。此外，还应当注意，要在符合概念设计的要求下增大抗扭刚度。如果转换层上部结构的剪力墙较多，那么其抗扭刚度自然很大，所以其周期比就明显满足要求。
3、建议将位移比与最大层间位移角进行综合考虑，在扭转周期符合要求的前提下，对于刚度较大、位移较小的结构(层数不多、高度不大或剪力墙较多的住宅结构)，或偏置裙房而裙房高度不大的结构可适当放宽位移比限制值。
4、用具有附加偏心距的地震作用计算的内力参加内力组合，是提高结构抗扭承载力的重要措施。当位移比超过限值，调整确实有困难时，可适当加大附加偏心距数值，再计算地震作用的内力。
5、转换层位置设置在三层或三层以上时，对于平面布置不规则的建筑结构，其地震剪力影响比较大，且底部不规则平面的建筑结构，当转换层位置在同一层时其地震总剪力比底部平面布置相对较规则的值要大很多。
6、底部不规则平面的建筑结构总弯矩值也和地震总剪力的变化一样。而且，其随着转换层位置提高而增加的速度远远比底部布置规则的建筑结构要快很多。所以，对于底部不规则布置的带转换层的高层建筑结构，尤其是对于高位转换的建筑结构，要对其底层的剪力和弯矩进行严格的控制。

四、侧向刚度比对结构抗震性能的影响

因建筑功能需要，带转换层的建筑结构通常都是因为上部小空间，下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地，而通过水平转换结构与下部竖向构件连接。因此，设有转换层的高层建筑往往对于转换层上部与下部结构的刚度相差较大。这样在水平荷载作用下，当转换层上、下部楼层结构因侧向刚度相差较大，会导致转换层上、下部结构构件内力突变，促使部分构件提前破坏，当转换层位置相对较高时，这种内力突变会进一步加剧。因此如何有效的控制转换层上、下部分结构的刚度，防止其因刚度突变，对结构抗震带来的影响显得较为突出。笔者认为，满足侧向刚度比的要求有以下可行的措施：
1、在保证上部住宅剪力墙强度及层间位移满足规范的前提要求下，尽量减少上部剪力墙数量，减薄厚度，转换层以下厚度加大，以减小结构上部刚度，增大下部刚度。
2、核心筒剪力墙厚度，转换层以下为350mm和300nm，转换层以上墙厚由300mm过渡到200mm厚，逐渐减薄，避免刚度突变。
3、混凝土标号，转换层以下采用0混凝土，转换层以上采用0混凝土过渡到C30的混凝土。
4、调整转换层上部剪力墙，尽量采用短肢剪力墙，且剪力墙的分布尽量靠近中部质心位置。转换层上部的剪力墙墙厚也由250mm过渡到200mm的厚度以减小刚度。转换层下层的框支柱较大，且靠近结构，以增大转换层下部结构的刚度。
结语
随着高层建筑的不断发展，高层建筑结构形式日益丰富，带高位转换层建筑结构就是为了满足建筑艺术和建筑功能的需求应运而生的一种新型建筑结构形式。本文笔者对带高位转换层建筑结构抗震性能进行了探讨，取得了一些有实用价值的成果，但尚有一些问题有待进一步深入探讨。
【参考文献】
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