一．超限设计——六层高位设计相关概念
随着时代的发展，使现代的城市建筑向着高层发展，高层建筑也向多功能和综合用途发展，在同一竖直线上，顶部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作办公用房，下部楼层作商店、餐馆和文化娱乐设施。不同用途的楼层，需要大小不同的开间，采用不同的结构形式。建筑要求上部小开间的轴线布置、较多的墙体，中部办公用房要小的和中等大小的室内空间，下部公用部分，则希望有尽可能大的自由灵活空间，柱网要大，墙尽量少。这种要求与结构的合理、自然布置正好相反，因为结构下部楼层受力很大，即正常应当下部刚度大、墙多、柱网密，到上部逐渐减少。为了满足建筑功能的要求，结构必须以与常规方式相反进行布置，上部小空间，布置刚度大的剪力墙，下部大空间，布置刚度小的框架柱。为此，必须在结构转换的楼层设置转换层，称结构转换层。因此当代的建筑就涉及到一个超限高位转换设计的问题。
所谓超限高层建筑，我国住房和城乡建设部下的定义是：“超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型的建筑工程，体型特别不规则的建筑工程，以及有关规范规程规定应进行抗震专项审查的高层建筑”。而在六层设置转换层则是属于超限高位转换设计了。从建筑结构的合理性分析，任何一项“超限高位转换建筑”都不可能列入优秀工程的范围。
二．提高超限设计高位转换安全性的措施
因而，高位转换工程要注意很多工程与结构问题。在六层的高位转换中框支剪力墙结构在转换层以下，支撑框架与落地剪力墙并存，形成了“支撑框架—剪力墙”体系。此中，支撑框架是一个薄弱环节。这种结构体系，在六层高位转换时，由于在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。同时，支撑框架柱要直接承担上部传来的重力荷载，直接承担其上剪力墙由于倾覆力矩产生的轴力，要直接承担不可能依靠楼板全部间接传力给落地剪力墙而有一部分直接传来的地震水平剪力。这样使得转换层以下支撑框架柱的内力合理的安全的限度。对此采取以下措施：
在塔楼范围内六层以下框支部分采用钢骨混凝土柱，钢筋混凝土梁混合结构。作为解决高位转换和高度超限的一项重要措施。
在塔楼高振型的影响下，承受较大反复作用下的纵向拉压力及横向剪力，受力十分复杂。同时，由于建筑使用功能的要求，在裙楼中部开设大洞以便设置电梯，对楼板削弱较大。针对这一不利因素，在设计中采用了加强开大洞处楼板四周梁的断面及配筋，加大楼板厚度，增设斜筋的措施。
由于上部住宅为蝶形平面，在转换层个别部位出现了二次转换梁。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.10条的规定：转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。针对这一不利因素，应当采取了加强框支主梁的配筋构造措施，并在框支主梁的下部配筋区设置钢梁的措施。
在住宅部分开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，对其抗震性能带来了不利影响，改变了剪力墙与框支梁之间的传力方式。针对这一不利因素，应当从受力计算和构造措施两方面予以加强处理。
三．超限高位转换建筑设计的内容以及注意事项
（一）对于六层超限高位转换建筑结构设计中应包含以下主要内容：
抗震计算分析报告中应包含以下内容： 高位转换结构自振特性的计算结果，分析和评价其中扭转振型的影响；高位转换结构总变形大小和沿高度的分布情况；结构最大层间位移及其沿高度的分布，分析有无变形突变层；结构地震作用力及剪力沿高度的分布，分析有无突变层；各主轴方向地震剪力与总重力荷载代表值的比值；超限部位的内力和变形分析；高度和高宽比超限时的稳定和抗倾覆验算、外围构件轴压比控制及桩身抗拔验算；对于竖向结构布置有突变的情况，要给出结构抗侧刚度沿高度的分布。
抗震措施中应阐述超限高位转换设计可行的理由及应对措施，应包括：减少扭转效应的措施，例如调整结构抗侧力构件的布置、加强外围构件的刚度和强度等；针对各项超限情况的抗震措施。对每一项超限，都要有相应的结构措施来保证其受力合理和结构抗震安全，并能在计算模型中予以考虑。
（二）此外，对于高位转换建筑还应该注意：
框支柱是框支结构的薄弱环节，低位转换时框支柱是剪切失效，而高位转
换时是弯曲失效。设计时应严格控制框支柱轴压比，加强框支柱上下端的抗弯和
抗剪承载力。当结构为低位转换时，应注重提高框支柱的抗剪承载力；高位转换
时，应注重提高框支柱的抗弯承载力。
对于框支剪力墙结构，加强框支层刚度十分重要，设计时应严格控制结构
的上下刚度比。
规范规定低位转换应控制结构的剪切刚度比，高位转换应控制结构的等效
侧向刚度比是合理的必要的。
影响框支剪力墙结构抗震性能的主要因素有结构刚度（层间变形），转换
层上下刚度比，转换层设置高度，后两者引起转换层附近位移、内力突变。
结合结构转换层上、下刚度比及结构刚度（层间变形）确定转换层合理设
置高度更为合理。
四，中国超限高位转换设计的现状
改革开放以来，中国城市建设的规模是空前的，也涌现了一批“超限高位转换建筑”，已建成的全国最高“超限建筑”有：上海环球金融中心（高度492米）；上海金茂大厦（高度420.5米）；深圳地王大厦（总高度383.95米，实高324.8米）；广州中信大厦（高度391米）。这些“超限建筑”的共同特点是高度超限，高位转换，但也有一些高楼的造型难觅特色。
目前高层建筑转换层结构的实际工程的应用虽然较多，但对其性能的研究还不够完善。对于下部数层大开间，上部为小开间，中间带有转换层的高层建筑仅有理论分析和工程实践的经验总结，没有系统的进行过试验研究，尤其是对于转换层位置设置在三层以上的高位转换层，相关的研究和分析更加贫乏。另外，由于设置了转换层沿建筑物高度方向结构刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径有很大的改变，这就决定了转换层结构不能以通常结构来进行分析和设计。对转换层结构的动力特性和抗震性能，目前也没有明确的方法。
五．总论
总之，虽然超限高位转换建筑在理论界存在着不同的甚至相异的观点，但是从节约土地和节约能源角度来看，超高层高位转换建筑无疑具有一定的优势。因此，在土地资源贫乏，人口众多的中国，特别是在人口密度高的大城市中，适当建造一些超高层居住建筑是必要的，也是一种势不可挡的发展趋势。问题是如何实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。这些都是我们设计工作者在进行超限高位转换建筑设计者所要精心考虑的。
参考文献：
[1] 中国建筑科学院研究院.高层建筑混凝土结构技术规程(C).中国建筑工业出版社.2002年.
[2] 中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范(C).中国建筑工业出版社.2001年.
[3] 赵西安.现代高层建筑结构设计（M）.上册.科学出版社.2000年.
[4] 方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计(C).机械工业出版社，2004年.
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文章名称：
超限结构设计——六层高位转换
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