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【摘 要】 对建筑物抗震设计的分析，根据不同情况，要进行不同的分析。本文通过结合某高层建筑采用高位转换为实例，该塔楼为B级高度、高位转换的框支-剪力墙结构，为超限高层建筑，将针对该塔楼的抗震设计进行深入分析，探讨高层建筑中采用高位转换的抗震设计思路。
【关键词】 高层建筑;高位转换;抗震设计
一、工程概况
某项目为城市综合体中的一幢高档住宅，下配商业，主屋面出地面高度为119.0m，地下3层。因建设方对本子项功能的评估，依据建筑底部1-6层商业价值很高的商业特性，结构在地上第6层顶板处进行高位转换，结构体系为框支-剪力墙结构。此项目已通过抗震审查，完成施工图，目前在施工阶段。
二、高位转换结构设计
2.1、结构体系。本工程地面以上1-6层为商业，1层层高为5.5米、2-6层层高为5.1米、7层为设备转换层兼避难层，层高3.8米，8层以上为高档住宅，层高均3.0米，地上共35层，总高度为119.0米。地下为3层地下室，层高自上而下分别为5.5米，3.7米，3.8米。因业主对住宅及底部商业均有较高的品质要求，经综合评定，本子项在住宅部分设计为不露柱、梁的剪力墙结构;为满足业主对建筑功能的要求，确定在第6层顶板处采用梁式转换，将上部密集的剪力墙转换为便于下部商业及地下车库使用的较规则柱网，同时在尽可能减少对建筑功能的影响的前提下，依据结构设计需要将一部分剪力墙落地，整体结构成为框支-剪力墙体系。
2.2、结构设缝及抗震等级。2#楼原上部结构总长度为88米，相对规范允许不设伸缩缝的长度超过达到78%。基于合理性、可行性、经济性的综合评价，设置伸缩缝将上部结构在地下室顶板以上分为完全独立的两个结构单元，两结构单元长度（以標准层计）分别为：左塔32米和右塔56米，抗震缝参照前期结构估算位移和抗震审查的专家意见，抗震缝净宽度为400mm。该两塔均设计为在地下室顶板嵌固。底部加强区（地下1层～8层）剪力墙抗震等级设计为特一级，非底部加强区（9层及以上）剪力墙抗震等级设计为一级;框支框架（1层～6层）抗震等级设计为特一级，地下1层抗震等级设计为特一级，地下2、3层抗震等级设计为三级。
2.3、主要结构构件设计
（1）剪力墙设计。8层及以上住宅区段，层高为3米，采用200厚剪力墙，且墙长均大于8倍墙厚，混凝土强度等级从C55-C30渐变。第7层层高为3.8米，且为转换层上首层墙体，根据刚度、轴压比等要求、大多采用250-300厚剪力墙。为配合转换的合理性，尽量减少托头柱和二次转换，本层剪力墙将结合底部框支柱的设置适当延伸墙长度、调整开洞位置及高度，混凝土强度等级为C55。第1-6层剪力墙，为落地剪力墙。依据结构刚度需要，墙厚为350-500，墙长依据建筑功能尽可能长，以充分提高其对刚度的效率，混凝土强度等级为C55。（2）框支柱设计。为提高构件延性、控制柱截面尺寸，框支柱均采用型钢混凝土柱，型钢含量控制不小于6%，在兼顾结构刚度、轴压比控制及对建筑功能的影响下，柱混凝土强度等级取为C55，柱截面基本控制在1100×1100。（3）框支梁设计。为了提高框支梁（转换梁）的抗剪承载力、控制梁截面尺寸在1.8米以内，框支梁均采用型钢混凝土梁，型钢含量控制不小于4%，截面主要为900×1800;转换次梁依据计算要求，不设型钢，为普通钢筋混凝土梁，截面基本为800×1600。混凝土强度等级为C40。（4）楼板设计。采用现浇钢筋混凝土楼板，混凝土强度等级：除转换层为C40，其余均为C30。转换层（第7层）楼板，为保证其刚度，采用250厚楼板;转换层上下各一层，即第8层、第6层，因受到转换层刚度突变影响，加强为150厚;住宅区段各层楼板，依据江苏省对住宅质量控制的要求，基本采用120厚楼板，其他因情况适当减小或增大。地下室顶板为本上部塔楼的嵌固端，采用200厚楼板。（5）节点设计。如框支柱中的钢骨锚固，转换梁与上部剪力墙的有效连接、剪力墙水平钢筋在框支柱的有效锚固等，进行应力分析后做节点处理。
三、结构分析
3.1性能目标如表1：
表1
抗震烈度 多遇地震
（小震） 偶遇地震
（中震） 罕遇地震（大震）
性能水平定性描述 不损坏 1层-6层：基本可使用;
其余：修复后可使用 生命安全
层间位移角限值 1/1000 1-6层：1/500 1-6层：1/100
6层以上：1/120
专家建议值：1/200
构
件
性
能 框支
框架 弹性 弹性 框支柱：抗剪满足截面
控制条件;框支梁：满足截面控制条件，且强度按极限承载力控制
加强区
墙体 弹性 受剪承载力：弹性
正截面承载力：不屈服 抗剪满足截面控制条件
其它
剪力墙 弹性 局部进入非弹性工作阶段，但变形及破坏控制在可修复的范围
节点 不先于构件破坏
表2 第9层与第10层的侧向刚度比
9F刚度
（kN/m） 10F刚度
（kN/m） 刚度比
SATWE X向 0.8536E+07 0.3672E+07 2.32
Y向 0.8004E+07 0.7254E+07 1.10
表3 第3层与第4层的剪切刚度
3F刚度（kN/m） 4F刚度（kN/m） 刚比度
X向 39525000 93112000 2.36
Y向 48938000 101902000 2.11 3.2计算结果分析
（1）SATWE小震下，各项计算指标和配筋满足设计要求。
位移：本结构SATWE计算的最大层间位移角为1/1253（18层），ETABS计算的最大层间位移角为1/1119（30层），均满足规范要求的层间位移角≤1/800的要求;SATWE计算的最大位移比为1.07，ETABS计算的最大位移比为1.21，仅在裙房底部几层略有超出规范1.2的限值，因底部位移较小，基本为扭转规则结构。
转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比：采用的楼层刚度的剪弯刚度算法，转换层所在层号为9，转换层下部结构起止层号及高度为4-9，高度为31.00。转换层上部结构起止层号及高度为9-19，高度为30.80。X方向下部刚度=0.5133E+07，X方向上部刚度=0.1307+07，X方向刚度比=0.2531。Y方向下部刚度=0.5465E+07，Y方向上部刚度=0.4714E+07，Y方向刚度比=0.8571。
等效侧向刚度比：依据《高规》第10.2.3条以及该规程附录E的要求：底部大空间层数大于1层时，其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，抗震设计时不应大于1.3。针对底部大空间层数为6的转换结构，依据SATWE计算结果，等效刚度比满足规范要求。依据《高规》附录E的要求：当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相临上部楼层侧向刚度的60%。依据SATWE的“层剪力与位移比”结果以及ETABS结果，第9层与第10层的侧向刚度比结果见表2所示，從表1结果表明，本结构转换层上、下楼层刚度比均满足规范要求。
楼层侧向刚度比：依据《高规》第4.4.2条的要求：抗震设计的高层建筑，楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。按照SATWE的“层剪力与位移比”算法以及ETABS结果（详《结构计算书》），其余各层层间刚度比均满足该要求，整个结构无薄弱层。
楼层抗剪承载力：依据《高规》第4.4.3条的要求：B级高度高层建筑的楼层侧向抗侧力结构的抗剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。按照SATWE的“层剪力与位移比”算法以及ETABS结果（详《结构计算书》），其余各层层间刚度比均满足该要求，整个结构无软弱层。
嵌固要求：依据《抗规》第6.1.14条的要求：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的2倍。SATWE按照“剪切刚度”算法的结果见表3所示。
（2）SATWE中震下和ETABS校核下，框支框架满足中震弹性，底部加强区段剪力墙抗剪承载力满足弹性要求;中震不屈服分析底部加强区段剪力墙的正截面承载力满足设计要求;转换层楼板满足抗剪截面限制和抗剪强度验算。
（3）EPDA大震下，-1～6层位移小于1/100，6层以上小于1/120要求。框支柱、框架梁、剪力墙截面满足抗剪要求，框支梁强度按极限承载力进行配筋控制。
四、结语
文章通过结合某塔楼为B级高度、高位转换的框支-剪力墙结构，针对该塔楼采取高位转换设计，提出其相关构件及其参数的定取，通过两种软件结果对比分析，表明该高位转换结构相关计算结果满足规范要求，可为同类工程提供参考借鉴。
【关键词】 高层建筑;高位转换;抗震设计
一、工程概况
某项目为城市综合体中的一幢高档住宅，下配商业，主屋面出地面高度为119.0m，地下3层。因建设方对本子项功能的评估，依据建筑底部1-6层商业价值很高的商业特性，结构在地上第6层顶板处进行高位转换，结构体系为框支-剪力墙结构。此项目已通过抗震审查，完成施工图，目前在施工阶段。
二、高位转换结构设计
2.1、结构体系。本工程地面以上1-6层为商业，1层层高为5.5米、2-6层层高为5.1米、7层为设备转换层兼避难层，层高3.8米，8层以上为高档住宅，层高均3.0米，地上共35层，总高度为119.0米。地下为3层地下室，层高自上而下分别为5.5米，3.7米，3.8米。因业主对住宅及底部商业均有较高的品质要求，经综合评定，本子项在住宅部分设计为不露柱、梁的剪力墙结构;为满足业主对建筑功能的要求，确定在第6层顶板处采用梁式转换，将上部密集的剪力墙转换为便于下部商业及地下车库使用的较规则柱网，同时在尽可能减少对建筑功能的影响的前提下，依据结构设计需要将一部分剪力墙落地，整体结构成为框支-剪力墙体系。
2.2、结构设缝及抗震等级。2#楼原上部结构总长度为88米，相对规范允许不设伸缩缝的长度超过达到78%。基于合理性、可行性、经济性的综合评价，设置伸缩缝将上部结构在地下室顶板以上分为完全独立的两个结构单元，两结构单元长度（以標准层计）分别为：左塔32米和右塔56米，抗震缝参照前期结构估算位移和抗震审查的专家意见，抗震缝净宽度为400mm。该两塔均设计为在地下室顶板嵌固。底部加强区（地下1层～8层）剪力墙抗震等级设计为特一级，非底部加强区（9层及以上）剪力墙抗震等级设计为一级;框支框架（1层～6层）抗震等级设计为特一级，地下1层抗震等级设计为特一级，地下2、3层抗震等级设计为三级。
2.3、主要结构构件设计
（1）剪力墙设计。8层及以上住宅区段，层高为3米，采用200厚剪力墙，且墙长均大于8倍墙厚，混凝土强度等级从C55-C30渐变。第7层层高为3.8米，且为转换层上首层墙体，根据刚度、轴压比等要求、大多采用250-300厚剪力墙。为配合转换的合理性，尽量减少托头柱和二次转换，本层剪力墙将结合底部框支柱的设置适当延伸墙长度、调整开洞位置及高度，混凝土强度等级为C55。第1-6层剪力墙，为落地剪力墙。依据结构刚度需要，墙厚为350-500，墙长依据建筑功能尽可能长，以充分提高其对刚度的效率，混凝土强度等级为C55。（2）框支柱设计。为提高构件延性、控制柱截面尺寸，框支柱均采用型钢混凝土柱，型钢含量控制不小于6%，在兼顾结构刚度、轴压比控制及对建筑功能的影响下，柱混凝土强度等级取为C55，柱截面基本控制在1100×1100。（3）框支梁设计。为了提高框支梁（转换梁）的抗剪承载力、控制梁截面尺寸在1.8米以内，框支梁均采用型钢混凝土梁，型钢含量控制不小于4%，截面主要为900×1800;转换次梁依据计算要求，不设型钢，为普通钢筋混凝土梁，截面基本为800×1600。混凝土强度等级为C40。（4）楼板设计。采用现浇钢筋混凝土楼板，混凝土强度等级：除转换层为C40，其余均为C30。转换层（第7层）楼板，为保证其刚度，采用250厚楼板;转换层上下各一层，即第8层、第6层，因受到转换层刚度突变影响，加强为150厚;住宅区段各层楼板，依据江苏省对住宅质量控制的要求，基本采用120厚楼板，其他因情况适当减小或增大。地下室顶板为本上部塔楼的嵌固端，采用200厚楼板。（5）节点设计。如框支柱中的钢骨锚固，转换梁与上部剪力墙的有效连接、剪力墙水平钢筋在框支柱的有效锚固等，进行应力分析后做节点处理。
三、结构分析
3.1性能目标如表1：
表1
抗震烈度 多遇地震
（小震） 偶遇地震
（中震） 罕遇地震（大震）
性能水平定性描述 不损坏 1层-6层：基本可使用;
其余：修复后可使用 生命安全
层间位移角限值 1/1000 1-6层：1/500 1-6层：1/100
6层以上：1/120
专家建议值：1/200
构
件
性
能 框支
框架 弹性 弹性 框支柱：抗剪满足截面
控制条件;框支梁：满足截面控制条件，且强度按极限承载力控制
加强区
墙体 弹性 受剪承载力：弹性
正截面承载力：不屈服 抗剪满足截面控制条件
其它
剪力墙 弹性 局部进入非弹性工作阶段，但变形及破坏控制在可修复的范围
节点 不先于构件破坏
表2 第9层与第10层的侧向刚度比
9F刚度
（kN/m） 10F刚度
（kN/m） 刚度比
SATWE X向 0.8536E+07 0.3672E+07 2.32
Y向 0.8004E+07 0.7254E+07 1.10
表3 第3层与第4层的剪切刚度
3F刚度（kN/m） 4F刚度（kN/m） 刚比度
X向 39525000 93112000 2.36
Y向 48938000 101902000 2.11 3.2计算结果分析
（1）SATWE小震下，各项计算指标和配筋满足设计要求。
位移：本结构SATWE计算的最大层间位移角为1/1253（18层），ETABS计算的最大层间位移角为1/1119（30层），均满足规范要求的层间位移角≤1/800的要求;SATWE计算的最大位移比为1.07，ETABS计算的最大位移比为1.21，仅在裙房底部几层略有超出规范1.2的限值，因底部位移较小，基本为扭转规则结构。
转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比：采用的楼层刚度的剪弯刚度算法，转换层所在层号为9，转换层下部结构起止层号及高度为4-9，高度为31.00。转换层上部结构起止层号及高度为9-19，高度为30.80。X方向下部刚度=0.5133E+07，X方向上部刚度=0.1307+07，X方向刚度比=0.2531。Y方向下部刚度=0.5465E+07，Y方向上部刚度=0.4714E+07，Y方向刚度比=0.8571。
等效侧向刚度比：依据《高规》第10.2.3条以及该规程附录E的要求：底部大空间层数大于1层时，其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，抗震设计时不应大于1.3。针对底部大空间层数为6的转换结构，依据SATWE计算结果，等效刚度比满足规范要求。依据《高规》附录E的要求：当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相临上部楼层侧向刚度的60%。依据SATWE的“层剪力与位移比”结果以及ETABS结果，第9层与第10层的侧向刚度比结果见表2所示，從表1结果表明，本结构转换层上、下楼层刚度比均满足规范要求。
楼层侧向刚度比：依据《高规》第4.4.2条的要求：抗震设计的高层建筑，楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。按照SATWE的“层剪力与位移比”算法以及ETABS结果（详《结构计算书》），其余各层层间刚度比均满足该要求，整个结构无薄弱层。
楼层抗剪承载力：依据《高规》第4.4.3条的要求：B级高度高层建筑的楼层侧向抗侧力结构的抗剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。按照SATWE的“层剪力与位移比”算法以及ETABS结果（详《结构计算书》），其余各层层间刚度比均满足该要求，整个结构无软弱层。
嵌固要求：依据《抗规》第6.1.14条的要求：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的2倍。SATWE按照“剪切刚度”算法的结果见表3所示。
（2）SATWE中震下和ETABS校核下，框支框架满足中震弹性，底部加强区段剪力墙抗剪承载力满足弹性要求;中震不屈服分析底部加强区段剪力墙的正截面承载力满足设计要求;转换层楼板满足抗剪截面限制和抗剪强度验算。
（3）EPDA大震下，-1～6层位移小于1/100，6层以上小于1/120要求。框支柱、框架梁、剪力墙截面满足抗剪要求，框支梁强度按极限承载力进行配筋控制。
四、结语
文章通过结合某塔楼为B级高度、高位转换的框支-剪力墙结构，针对该塔楼采取高位转换设计，提出其相关构件及其参数的定取，通过两种软件结果对比分析，表明该高位转换结构相关计算结果满足规范要求，可为同类工程提供参考借鉴。