浅谈转换结构的整体转换和局部转换
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浅谈转换结构的整体转换和局部转换
张维斌/中国中元国际工程公司 唐晓丽/中国建筑标准设计研究院
1  整体转换与局部转换的区别
根据建筑的功能要求，结构转换可能是整体转换
（同一个楼层有多处转换，形成转换层；或结构中不
在同一楼层有多处转换，致使结构多处不规则），也可能是局部转换（一个楼层仅有小范围转换，仅需局部设置少数转换构件）。这两种转换在结构受力上虽然都存在相似的缺点，但在程度上有很大不同。
首先，整体转换的结构不但在竖向荷载下传力不直接，传力路径复杂，而且转换层上、下部楼层结构竖向刚度发生突变，在地震作用下易形成结构下部变形过大的软弱层，进而发展成为承载力不足的薄弱层，抗
震性能很差，在大震时易倒塌。故其对结构的影响是整体性的，且程度很严重。而局部转换的结构虽然在竖向荷载作用下结构传力不直接，传力路径复杂，但结构楼层的竖向刚度一般不会发生突变。比如在框架结构或框架-剪力墙结构中，某楼层抽去一、二根柱子的托柱实腹梁转换；上、下楼层柱子错位采用搭接柱转换或斜撑转换等，显然结构整体抗侧力刚度变化并不大，转换层上、下楼层结构竖向刚度变化也很小。虽然转换构件及其邻近的一些构件内力较大，但毕竟影响是局部性的，且程度较轻。
其次，由框支剪力墙和其他落地剪力墙满足一定间距要求组成的底部大空间部分框支-剪力墙结构，当地面以上的大空间层数越多即转换层位置越高时，转换层上、下刚度突变越大，层间位移角和内力传递途径的突变越加剧，结构的扭转效应越严重。此外，落地墙或筒体易产生受弯裂缝，从而使框支柱内力增大；转换层上部的墙体也易发生破坏，不利于抗震。底部带转换层的框架-核心筒结构仅外框架有抽柱转换，承担结构绝大部分侧力的内筒剪力墙体从上到下建筑上无变化，没有结构转换，故其竖向刚度变化不像部分框支-剪力墙结构的那么大，转换层上、下内力传递途径的突变程度也小于部分框支-剪力墙结构的；而当结构仅为局部转换时，由于转换层上下层刚度变化比部分框支-剪力墙结构的要小，因此由结构高位转换所引起的不利影响也较整体转换的程度要轻。 2  整体转换与局部转换设计应遵循的原则
结构的整体转换，转换位置越高，转换层以下各层构件的受力越复杂，延性越差，因此，剪力墙底部加强部位越高，对构件的抗震等级要求也越高。
当为整体转换时，由于在转换楼层上下的竖向抗侧力构件刚度差异较大，为了更好更有效地传递水平力，对转换层楼板及相邻层楼板的平面内刚度和整体性有很高的要求。而对局部转换结构，对楼板的这个要求一般是局部性的，只要满足局部转换部位的水平力传递和整体性要求即可。
区别建筑结构的整体转换和局部转换是一个重要问题。如果把局部转换的结构按规范带转换层结构的要求进行设计（例如对某结构第8层上、下楼层柱子错位采用搭接柱转换时，也将整个楼层楼板加厚，强调高位转换，甚至要求超限审查等），显然要求过高，造成不必要的浪费。由于结构转换范围的不同，整体转换和局部转换在转换构件（包括转换层邻近构件）内力和结构楼层侧向刚度等方面在程度上都有很大的不同。笔者认为，当为结构的整体转换时，房屋的最大适用高度、转换结构在地面以上的大空间层数、结构的平面和竖向布置、结构的楼盖选型、结构的抗震等级、剪力墙底部加强部位的规定等均可参考部分框支-剪力墙结构的有关规定。而当结构为局部转换时，上述要求可根据工程实际情况考虑适当放宽，具体有：
1）房屋的最大适用高度：仅在个别楼层设置转换构件，且转换层上、下部结构竖向刚度变化不大的结构房屋的最大适用高度仍可按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002（以下简称高规）表4.2.2-1、表4.2.2-2取用。对转换部位较多但仍为局部转换时，房屋的最大适用高度可比高规表4.2.2-1、表4.2.2-2规定的数值适当降低。
2）转换结构在地面以上的大空间层数：结构的转换层位置可适当放宽。例如：采用剪力墙结构其中仅有一片墙在底部开大洞形成一榀框支剪力墙，特别是由于局部抽柱形成的梁托柱、搭接柱、斜撑这一类形式的局部转换，转换层位置更可根据上下层刚度比适当放宽。例如，某工程在18层由于建筑功能要求，需在此层设置二根单跨的托柱梁，虽然传力间接，但并未
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使结构的楼层竖向刚度发生较大变化，不应受高规有关高位转换的限制。
3）结构的平面和竖向布置：满足结构布置的一般要求。注意平面布置的简单、规则、均衡对称，尽可能使水平荷载的合力中心与结构刚度中心接近，减小扭转的不利影响；注意结构竖向抗侧力刚度的均匀性。一般可根据建筑功能要求进行布置。
4）结构的楼盖选型：转换楼层宜采用现浇式楼盖，转换层楼板可局部加厚，加厚范围不应小于转换构件向外延伸两跨，且应超过转换构件邻近落地剪力墙不少于一跨。
5）结构的抗震等级：除转换结构及结构其他重要构件以外的部分，均可按高规表4.8.2、4.8.3采用。
6）剪力墙底部加强部位：楼板加厚范围内的落地剪力墙和框支剪力墙应按部分框支剪力墙结构确定其剪力墙底部加强部位，其它部分可按一般剪力墙结构确定其剪力墙底部加强部位。
应该指出的是，局部转换虽然在上述方面可以适当放宽，但由于转换部位本身受力不合理，故对局部转换部位的转换构件的抗震措施应加强。抗震设计时要注意提高转换构件的承载能力和延性，提高其抗震等级、水平地震作用的内力乘以增大系数、提高构件的配筋率、加强构造措施等。对转换构件相邻的有关
构件（如落地剪力墙、梁板等），应在计算及构造上予以加强。其他构造措施亦应加强。 3  如何区分整体转换和局部转换
可以举出一些整体转换和局部转换的例子：比如由多片底部开大洞的框支剪力墙和多片落地剪力墙构成的部分框支剪力墙结构等，一般为结构整体转换；采用箱形转换、桁架转换等转换形式的带转换层结构（整个楼层的转换），采用厚板转换形式的带转换层结构（整个楼层的转换），一般也都是结构整体转换；而采用剪力墙结构其中仅有一片墙底部开大洞形成框支剪力墙、由于局部抽柱形成梁托柱、搭接柱、斜撑等形式的局部转换，一般为结构局部转换。
但在实际工程中，是整体转换还是局部转换，有时是难以区别的。笔者认为，重要的是看其是否造成转换层上、下部结构竖向刚度发生突变和转换楼层数的多少以及转换层所在的位置。当结构整个楼层进行转换，转换结构的受荷面积占楼层面积的比例很大，造成结构竖向刚度突变时，应按结构整体转换进行设计；当结构有多处转换，造成结构多处不规则时，建议按结构整体转换进行设计；否则，可按结构局部转换进行设计。对于已经满足在地下室顶板嵌固条件的建筑结构，当地下室仅有个别框支转换结构时，也可按结构局部转换进行设计。
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