【摘 要】本文结合某住宅小区的工程实例的基础上，对厚板转换层结构的特点、设计中应考虑的问题以及施工时注意事项进行分析，并对厚板转换层结构的板厚取值进行分析和统计，为厚板转换层结构设计提供几点建议。
【关键词】厚板转换层；结构特点；板厚取值计算分析； 转换层施工
引言：
随着我国加入WTO，建筑市场国际化进展加快，建筑业的迅猛发展，高层建筑已经非常普遍。为实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设置水平转换构件，即转换层结构。高层建筑中，转换层的形式多种多样，现在常用的有梁式转换、板式转换、桁架式转换、空腹桁架式转换、箱形转换、预应力混凝土转换以及宽扁梁转换等。
一、转换层结构的特点
转换层技术在建筑与结构的功能中具有一定的优势，它特别适用于体型复杂、功能繁多的结构，它可以使高层建筑在转换层上下的墙、柱布置较为灵活，因而可以比较合理的布置构件，能够更为灵活的实现建筑物的功能，真正体现高层建筑的优势，改善整体结构的受力情况，这是其它形式的转换层结构所不能比拟的。在已建成的带有转换层结构的高层建筑中梁式转换层应用最广泛,它设计和施工简单,受力明确,一般广泛应用于底部大空间剪力墙结构体系中,转换梁可沿纵向与横向双向平行布置,受力性能好,结构计算也相对容易。当上下柱网轴线错开较多,难以用梁直接承托时则需要作成厚板,形成板式承台式转换层。板式转换层的下层柱网可以灵活布置,毋须与上层结构对齐。板式转换层一方面给上部结构的布置带来方便,另一方面也使板的传力变的不清楚,因而受力也非常模糊,结构计算相对困难,采用有限元计算时计算结果繁杂,给配筋设计带来不便。另外从受力角度考虑,往往需要在柱与柱,柱与墙之间配筋加强,相当于设置暗梁,增加配筋量。从抗剪和抗冲切的角度考虑转换板的厚度往往很大,这样的厚板一方面自重很大,增加了对下部垂直构件的承载力的设计要求,另一方面本层的混凝土用量也很大,不经济。厚板集中了很大的刚度和质量,在地震作用下,地震反应强烈,不仅板本身受力很大,而且由于沿竖向刚度突然变化,相邻上下层受到很大的作用力,容易发生震害。以往的模型震动台试验研究表明,厚板的上下相邻层结构出现明显的裂缝和混凝土剥落。另外,试验还表明,在竖向荷载和地震力共同作用下,板不仅发生冲切破坏,还可能产生剪切破坏,板内必须三向配筋。
二、工程实例
现有某小区共计8栋12层高层建筑,其中地下一层为车库,地上1、2层为商服用房,2～13层为普通住宅。为实现建筑功能的要求,结构采用厚板转换层结构,转换层位于地上2层,板厚1.5m,混凝土标号为C40,柱网7m×9m,框架柱之间,混凝土井筒边及厚板边缘均设置暗梁,加强配筋。该工程现已投入使用,用户反应良好。
三、厚板转换层的计算方法
当高层建筑采用板式转换层进行上下结构的转换时，转换板的内力分布有特殊的规律，其对整个结构的影响是结构设计的关键，所以对转换板的分析采用正确合理的方法是至关重要的。目前工程上常用的分析厚板转换层和相应结构的方法主要有以下几种：
1）划分交叉梁系方法
先将厚板转换划分为等效的交叉梁系参与结构整体分析，求得厚板的底面或顶面的墙和柱的内力并作为施加在其上的荷载，然后对厚板自身重新进行局部计算，得出其应力后，转化为内力再按杆件结构进行承载力计算。此工程采用TBPL软件，该软件以MindLin中厚板理论为依据，采用带内部结点的任意四边形八结点等参板单元和带边自由度的三结点三角形板单元对厚板进行离散，自动划分网格，适用于任意边界的中厚板，可考虑板的厚度不同、荷载不同、材料不同及板中开洞，可考虑板的支承为刚性支承或为弹性支承的情况(结点总数不超过7000，单元总数不超过2500)，并且该软件可以同TBSA接力行，从TBSA的计算结果读取各组内力并根据现行<混凝土结构设计规范》和《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规范》进行内力组合(对于剪力墙，TBSA将其简化为薄壁柱，将剪力墙实际传递到板上的荷载由分布荷载改为集中荷载)，除进行位移和内力分析外，还对厚板进行配筋计算和抗冲切承载力验算，可以输出板的挠度等值线图、板任意截面弯矩图、板配筋简图和板底支承反力图。
2）采用PMSAP整体分析方法
采用PMSAP整体分析，转换厚板的计算结果同粱、柱、墙一样从整体分析中得出。假定转换厚板在平面内有无限刚度，平面外有一定刚度(弯曲刚度)，用弹性楼板来模拟厚板的受力与变形。这种组合有限元方法考虑了转换厚板与上下层勇力墙、柱之间的协调作用。
3）设置虚梁的分析方法
设置虚梁的分析方法是指先采用高层建筑结构空问有限元分析与设计软件(如PKPM系列中SATWE)中定义的虚梁(截面为100×100)建立柱联节点或元柱联节点网以形成转换板上、下部结构的力的有效传递,使转换板参与结构整体计算分析(虚梁没有刚度，不参与分析计算)，再采用PKPM系列中的SlabCAD程序对转换板进行局部有限元分析。
四、对本小区住宅厚板转换层的板厚取值计算分析
为了对厚板进行研究，本文取实际工程的一部分进行简化，各模型除转换层不同外，上、下层的构件及刚度均一样，为了研究方便，设计了四种模型进行整体计算。模型一:转换厚板采用交叉梁系整体计算，板上没有开洞。模型二:转换厚板采用交叉梁系整体计算，但板上开有小洞(洞口占总转换板面积的5一6%)。模型三:转换厚板采用设虚梁的方法来整体计算，板上没有开洞。模型四:转换厚板采用设虚梁的方法来整体计算，但板上开有小洞。此四种模型的转换层层高均为5.0m，上托14个标准层，标准层层高2.9m，框支柱为800mmx800mm，落地剪力墙墙厚X向400mm,Y向500mm，标准层墙厚为200mm，转换层与上层的侧移刚度的70%的比值为:X向为1.4,Y向为1.6左右。采用PMSAP整体分析法和设置虚梁的分析法对厚板进行简化计算。
通过计算分析发现：随着板厚的增加，转换层以及转换层的上、下层的地震作用力增加，当板厚为1400mm(1/5柱距)时，厚板中应力变化不大(板薄时有拉应力突变，而板厚增加时虽没有拉应力突变，但拉应力增大)，当板厚大于或小于这个板厚时，地震变化明显，所以从整体建筑来说，板厚太薄或板厚太厚对建筑物整体地震反应都是不利的，此工程的板厚取柱距的1/5左右来整体计算是较为合适的，在此基础上再去分析厚板自身的内力，也是比较准确的。厚板转换时板厚的取值，规范没有直接给出具体的公式，但是规定厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切计算确定，由于抗冲切计算的板厚一般较薄，可在此基础上先估算厚板的厚度，再按本文板厚取值的结论与建议对厚板板厚进行整体计算。
五、厚板转换层结构施工时注意事项
1）支撑和模板系统设计
转换厚板结构自重以及施工荷载较大,必须对其模板支撑方案进行设计以保证支撑系统有足够的强度和稳定性。搭设支撑时,要求上,下层支撑在同一位置,以保证荷载的正确传递,同时应确定合理的拆除支撑的次序,使施工阶段结构受力最小。
2）混凝土工程
进行转换厚板截面承载力计算和挠度验算时,还需考虑转换厚板结构混凝土徐变,收缩的影响及大体积混凝土的水化热问题。在选用水泥和施工上,应采取防止混凝土内外温差过大和提高混凝土抗拉强度措施。
3）钢筋工程
采用转换厚板时含钢量大,主筋长,布置密,正确的翻样和下料,合理安排好钢筋就位次序是钢筋施工关键,应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于操作。
六、结论
根据工程实例分析,带有厚板转换层的高层建筑结构设计和施工都比较复杂。厚板分析方法众多，板厚取值对结构整体与厚板自身设计都有较大影响，需慎重对待。但厚板换层的上下层柱网可以灵活布置，建筑使用功能大大提高，这种结构形式仍有较大的发展空间。