浅谈框支转换和一般转换的几点区别

浅谈框支转换和一般转换的几点区别

浅谈框支转换和一般转换的几点区别

摘要：为了争取建筑物有较大空间，满足使用功能要求，结构设计上一般有两种处理方法：对剪力墙，可以通过在某些楼层开大洞获得需要的大空间；对框架，可以在相应的楼层上抽去几根柱子形成大空间。两者的共同特点是上部楼层的部分竖向构件(剪力墙或框架柱)不能直接连续贯通落地，需设置结构转换构件，而结构转换构件传力不直接，应力复杂。

关键词：转换构件、框支剪力墙、转换层楼板、转换梁

结构转换构件可采用实腹梁、桁架、箱形结构、斜撑等，非抗震设计、6度抗震设计以及7、8度抗震设计的地下室，其转换构件可采用厚板。这两种转换都广泛应用于底部为商店、餐厅、车库、机房，上部为住宅、公寓、饭店、综合楼等的多高层建筑。在建筑功能上大空间的效果相同，但在结构设计上，受力性能却很不一样，转换构件内力、配筋计算和构造设计上也有很大的区别。

1 受力及竖向刚度变化以单片框支剪力墙和单榀抽柱框架的实腹转换梁为例，前者为框支转换梁，后者可称为托柱转换梁。

1.1 两者受力不同在竖向荷载作用下，框支剪力墙转换层的墙体有拱效应，两支座处竖向应力大，同时有水平向应力（推力），跨中则会出现拉应力。框支梁就像是拱的拉杆，在竖向荷载下除了有弯矩、剪力外，还有轴向拉力。拉力沿梁全长不均匀，跨中处大，支座处减小。框支柱除受有弯矩、轴力外，还承受较大的剪力。而抽柱转换形成的托柱梁在竖向荷载作用下的内力和普通跨中有集中荷载的框架梁相似，只不过是梁跨度较大，跨中有很大的集中荷载，故梁端和跨中的弯矩、剪力都很大，但基本没有轴向拉力，柱的剪力较小。节点的不平衡弯矩完全按相交于该节点的梁、柱刚度进行分配。

1.2 竖向刚度变化不同框支剪力墙转换层框支梁以上为抗侧力刚度很大的剪力墙，与下面的框支柱抗侧力刚度差异很大，而抽柱转换仅是托柱梁上下层柱子根数略有变化，其竖向刚度差异不大，故在水平荷载下框支剪力墙转换层和抽柱转换层两者的内力差异很大。

1.3 转换层楼板的作用有别抽柱转换层加厚楼板仅是为了加大楼板的水平刚度，以便更有效地传递水平力；而框支转换层加厚楼板除了能更有效地传递水平力之外，还有协助框支梁受拉的作用。

2 转换梁的承载力计算及配筋构造框支梁和托柱梁在承载力计算和配筋构造上有很大区别。框支梁为拉、弯、剪构件，正截面承载力按偏心受拉计算，斜截面承载力按拉、剪计算。高规第10.2.8条第2款规定：偏心受拉的框支梁，其支座上部纵向受力钢筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内。作者理解：应根据工程实际情况，当配筋计算是由跨中正弯矩和拉力组合控制时，支座上部纵向受力钢筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内；当配筋计算是由支座负弯矩和拉力组合控制时，支座上部纵向受力钢筋应全部(100%)沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内。另外，框支梁以上墙体是转换构件的组成部分，应力复杂，与一般剪力墙的配筋构造也不一样。而托柱梁为弯、剪构件，正截面承载力按纯弯计算，斜截面承载力按受剪计算。其配筋构造和一般梁相同。框支梁和托柱梁在构造做法上还有很多区别，限于篇幅，不再赘述。无论是框支梁、托柱梁还是托不完整墙体转换梁，除应进行整体分析外，还应进行局部补充计算。

3 转换梁的平面外设计一般情况下，设计假定剪力墙平面外抗弯刚度为零或很小，框支梁与框支柱或框支梁与其上的墙体截面中心线宜重合。此时，可将该片框支剪力墙按平面结构进行有限元计算分析，计算模型与结构实际受力状态基本一致，计算结果是正确可靠的。若框支梁与框支柱或框支梁与其上的墙体截面中心线不重合，偏心距较大，则转换梁扭矩不可忽视，如仍按切榀计算，又未采取合理可靠的构造措施，则肯定存在安全隐患，甚至有可能导致该转换梁的剪力

和扭矩作用截面的剪压比远大于限值，使梁受剪破坏。此时，应考虑偏心所产生的扭矩，或按空间结构进行有限元计算分析，并据此采取合理可靠的构造措施，如在其平面外增设次梁以平衡平面外弯矩，加大框支梁截面尺寸或配置抗扭钢筋等。对托柱梁，由于托柱梁上托的是空间受力的框架柱，柱的两主轴方向都有较大的弯矩，故设计中除应对此柱按计算配足两个方向的受力钢筋外，还应在垂直于托柱梁轴线方向的转换层板内设置拉梁(或暗梁)，以平衡柱根部弯矩，保证梁平面外承载力满足设计要求。当托柱梁所受柱子传来的集中荷载较大(所托层数较多)时，宜验算托柱梁上梁柱交接处的混凝土局部受压承载力。

4 转换层位置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也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。此外，落地墙或筒体易受弯产生裂缝，从而使框支柱内力增大，转换层上部的墙体易于破坏，不利于抗震。因此，高规规定：底部大空间部分框支-剪力墙高层建筑结构在地面以上的大空间层数，8度时不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时层数可适当增加。底部带转换层的框架-核心筒结构和外筒为密柱的筒中筒结构，结构竖向刚度变化不像部分框支-剪力墙那么大，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，故其转换层位置可适当提高。抗震设计时，应尽量避免高位转换，如必须高位转换，应当慎重设计，并应作专门分析及采取可靠有效的措施。

当采用框支剪力墙且仅为少量的局部转换时，虽然也会使结构的楼层竖向刚度发生较大变化，传力不直接，转换构件应力复杂，甚至结构竖向不规则，产生薄弱层等，但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，故转换层位置可根据上下层刚度比适当放宽，特别是对梁托柱的局部转换，转换层位置更可放宽。例如，某工程在18层有局部退台，需在此层设置3根单跨的托柱梁，虽然传力间接，但并未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。但对局部转换部位的构件应根据结构的实际受力情况予以加强，例如提高转换层构件的抗震等级，水平地震作用的内力乘以增大系数，提高配筋率等。