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【摘 要】 现在的高层建筑都在往高度更高、结构更复杂、使用范围更广泛的方向发展，所以在实际施工过层中要考虑到整个工程的整体布局，平面规划和立体构型等等方面。本文主要以带有高层转换层的框剪结构的高楼为例，重点阐述转换层部位的受力情况的合理处理以及整体的一系列创新性结构优化措施，希望给同行业的类似建筑提供一些参考。
【关键词】 高层综合楼；框剪结构；转换梁；转换柱；剪力墙；优化措施
1 工程概况
华丽商务中心综合楼总共有33层，其中地下一层为停车库，采用的是框剪结构，人防为7度；地上32层，其中1-4层为商业管理用房，5楼以上为公寓。整个工程占地58600m2，总的高度是98.5m。预计整个大厦使用年限为50年。
地面上部设置有两条温度伸缩缝，把结构分成三个简单的单元，基于总的长度为145m，所以三个单元的长度都会控制在60m以内，对于超过50m的会在其最中間设置一条后浇带，加上温度伸缩缝可以兼顾地震，所以整个结构不仅简单而且利于抗震。一般的地下部分不设有任何缝隙，所以在设计地下室时，不但要保证衔接的连贯性，还应同时考虑到抗压，抗风荷载、抗渗透等等因素。基于这样大的工程，工程基础一定要打牢，采用的是大直径人工挖空扩底灌注桩，持力层采用的是强风化泥岩。
2 高层综合楼概念设计及优化
整个大楼的5层以上均用于商业公寓，所以采取的是通常的框剪结构。但是楼下的4层用于商业管理，并且要求有两条宽敞的消防通道，因此要求其空间布局比较简单、各个独立的空间比较大，经过慎重考虑采用的是框支剪力墙结构。综合以上，在工程结构设计时需要注意的几点是：
2.1竖向承重及抗侧力构件的概念设计及优化措施
基于此工程的结构式混合式的，所以在转换处尤其要注意竖向的受力情况。在自下而上的框支结构转换到框剪结构的时候，转换层处的竖向受力构件的突然变换易导致建筑物竖向的刚度发生很大的突变，这样不仅不利于抗震更是使得转换层成为整个工程最薄弱环节，所以在进行系统设计时，我们需要采取以下几个措施来进行优化从而提高整个工程的合理性和稳定性
2.1.1转换层的转换构件传力简单、直接、尽量避免转换次梁及水平多级转换
为了达到这样的目标，在不影响建筑的使用功能的前提下，最终决定在每个单元格的剪力墙下面均匀的设置三根截面1200×1200mm的框架柱，实现最短传力，使得上面的剪力墙的重力通过框架梁大部分转到框架柱上，同时在每个单元的端头位置的短肢剪力墙下面都设置了一个600×1200mm的扁形框支柱，这样就使得其60%左右的截面直接落在了框支柱上。完美的减小了转换层处竖向刚度变化的浮度，避免了转换构件的多次传力。
2.1.2对转换层下部结构落地剪力墙及框支柱进行合理布置，适当加强
基于转换层下部承载了整个工程的所有力量，所以下面结构的稳定性十分关键，例如下面剪力墙的刚性，竖向水平方向受力情况等等。因此故意将框支柱两边的剪力墙加厚到300mm，并且双面配筋来加固，将楼梯、电梯的位置均设计成了落地核心筒的样子进一步提高整个系统的稳定性，另外还结合系统的需要加大了框支柱的截面。
2.1.3门洞设置
基于在支剪力墙的转换梁的上面这个剪力墙和中柱上方任何一处开一个门洞都会大大增加框支梁受到的剪力继而造成弯曲，所以一般转换梁上面的剪力墙都会连成一片。同时由于每个结构单元格中最中间的这片剪力墙受到的垂直力量最大，所以也不适宜开门洞。而个单元两边的框支剪力墙通常会沿横向分开，做成三片剪力墙，使得各自的形心与对应的框支柱形心重叠在一起，降低框支柱弯曲的可能性。
2.1.4控制转换层上下侧向刚度比
为了保证在转换层处的竖向刚性不发生明显的突变，要求临近转换层的上下部的抗侧刚度接近，使得下柱有良好的抗侧力性能，提高了整个系统的抗震性，如表1。
通过以上的计算可见，不论X方向还是Y方向的均小于1.3，符合《高规》的要求。
2.2结构平面布置的概念设计及优化措施
由于建筑使用的需要，该大厦的楼梯和电梯的核心筒设置在北面，这就使得整个工程的质量中心和刚度中心不能够重合，如果按照常规的结构来布置剪力墙，整个系统的刚性和稳定性均会明显下降，为了优化这个布置，相对应的在房子的南面加密加长了剪力墙，同时还加固了楼板，楼板不仅厚度增加还双面加筋，相对应的形成一个楼板与剪力墙相互作用结构体，有效的提高了系统的稳定性。
转换层一般属于整个系统的薄弱环节，所以需要进一步加固。从转换层处转换构件到核心筒的整个范围的楼板都双面配筋且适当加厚。
2.3结构体系布置的概念设计及优化措施
1）该系统的5楼以上的框剪部分使用的是现浇肋梁楼盖，剪力墙的连接梁依据横截面的厚度以及跨度分别选用250mm×400-450mm、200mm×400mm-450mm等；次梁选用200mm×300-350mm等，现浇板厚一般为100mm，部分跨度非常大的用120-130mm。
2）为了保证整体的刚度和稳定，无论是转换层、地下室顶板还是裙楼顶板都加厚了，采用的是现浇梁板。对于转换构件的加固更是突出，中间框支梁和边框支梁断面分别加厚到500×1800mm和400×1500mm，并且还双面配筋了。
2.4结构构造措施要求
1）由于混凝土等级越高越容易产生裂缝，所以一般的梁板和墙柱要采用不同等级的混凝土，墙柱的混凝土等级相比较而言要比梁板的混凝土等级高1-2个等级，这样使得梁柱节点核心处的混凝土强度与墙柱的混凝土强度相当。
2）基于竖向压力比较大，所以一般在转换大梁时纵向的钢筋不能够搭接要采用焊接的方式同时其主筋要嵌入转换梁或是剪力墙中。 3 结构设计计算与分析
3.1计算分析方法
任何建筑的计算分析都会考虑到混凝土剪力墙，梁柱，楼板等等的内力分布和位移，所以一般采用弹性方法来分析，该项工程的梁端负弯矩调整系数为0.85。
对于这个建筑采用的是两种不同的力学模型相互辅助来分析，分别是使用SATWE程序分析的空间杆墙元模型和使用PNSAP程序分析的广义协调墙元模型。
3.2计算结果及分析
3.2.1周期
运用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法进行抗震分析，取得30个振型，前6分析结果如表2。
通过计算得出结论：
1）该工程的结构刚性符合要求，其扭曲效应保持在一个合理的范围内，主要是通过对楼面板和剪力墙的加固来达到这样的目标的；
2）依据计算结果可知此建筑受地震影响较小，不能够引起土地与结构共振。同时该计算结果也说明该建筑的结构布局较合理，进行地震分析取30个振型是合理有效的。
3.2.2位移比
考虑到地震作用的不均匀性，计算竖向各构件的最大水平位移与楼层间的平均位移之比最大为1.38，说明该建筑的屋角最不稳定，但是通过之前的剪力墙和框支柱的加固，已经明显提高了整个建筑的抗扭曲性能，不论是遇到地震还是风载荷较大，该处都不会出现太大的裂缝，完全符合建筑要求。
3.2.3结构的稳定性分析
3.2.3.1重力P-△效应
通过对该建筑的整体稳定性进行分析；X向、Y向的刚重比分别为3.69和4.03，均大于1.4，符合《高规》的要求，同时由于该结构的刚重比大于2.7，所以可以不必考虑其重力二阶效应。
计算结果表明：该结构的侧向刚性合适，几乎不受重力二阶效应影响，整个系统结构稳定。
3.2.3.2整体倾覆验算
由于发生地震或是风荷载超级大的时候，一般建筑的基底刚性较弱的话，极容易发生建筑倾斜甚至倒塌，对于高层建筑此类危险性更高，所以对其进行整体倾覆验算是非常重要的。
通过验算，不论是在X方向还是Y方向的风荷载、地震作用下，其稳定性都在标准范围内，基底没有出现零反应区，所以该建筑整体结构稳定。
3.2.4剪重比
剪重比为地震作用与重力荷载代表值的比值。主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。经过计算：x方向和Y方向分别计算9层和3层的剪重比均小于1.6%，然后调整至1.6%，最大调整系数分别调整至1.28和1.15，尽管可见X方向的刚度不及Y方向，但是它们的最大调整系数都小于1.3，所以整个结构的刚度是符合要求的。
3.2.5楼层倾向刚度比与楼层层间抗侧力结构受剪承载力分析
3.2.5.1楼层倾向刚度比
计算结果显示：整个系统的结构侧向刚性是由下而上不断均匀减小的，同时要满足所有楼层的侧向刚度都不小于其相邻上部楼层的侧向刚度的70%或是其楼层以上3层平均数的80%。但是在转换层出的变化略有跳跃，但是变化不是非常大，只有顶部的4层变化比较突出，可能是由于此建筑顶部面积逐渐减小的原因，所以剪力墙数量也是不断减小的。因而强行指定第六层为薄弱层，其余都未出现薄弱层，所以该结构的竖向分布是合理的。
3.2.5.2楼层层间抗侧力结构抗剪承载力
只有薄弱层对于此力最为敏感，易遭到破坏。计算的结果是：所有楼层层间抗侧力结构抗剪承力均大于相邻上一层的90%，满足《高规》要求，这也是结构竖向分布合理的缘故。
3.2.6弹性动力时程分析
考虑到该建筑结构的复杂性，转换层下面采用的是框支剪力结构，以上采用的是框剪结构，这样在转换层处竖向的刚性会有变化，所以采用弹性动力时程进行补充计算。该方法选用了与该处场地特征相似的两组实际地震记录和一组人工模拟记录，如图2、3。
从上图中的CQC曲线（弹性动力时程与振型分解反应谱法）可以看出，X方向的最大层间位移发生在32层，可能与建筑的顶部4层面积和剪力墙逐渐减小有关，同时为了建筑外观的完美，支撐构架的柱截面也变小了，使得层间位移角度的改变，从而造成位移程度突变。除了32层的CQC值是弹性动力时程平均值的99%，其余各层的CQC值几乎等于或是略大于弹性动力时程平均值。
综合以上分析，不难看出采用振型分解反应谱法进行地震分析时，其中某些楼层运用CQC法分析得到的结果明显小于采用弹性动力时程分析的值时，需要对相应的该层的剪力墙进行配筋加固，正如此建筑的32层的支撑框架需要重点加固。
4 结构构件设计及局部优化措施
4.1梁、板的设计
一般建筑的梁板受力都是不均的并且受到的外在影响因素也比较多，所以采用弹性动力时程分析，要考虑的因素包括施工过程的变形，与地表土壤的作用等等。所以梁板按计算弯矩、剪力和裂缝宽度进行配筋，只是两者的裂缝宽度不同分别是0.2mm和0.3mm。
整个设计过程中对于需要重点加固的地方都进行了双向配筋，尤其是对薄弱层上一层的楼板更是加强处理。例如，顶楼板只有120mm厚度，但是地下室和转换层到核心筒的部分的楼板都有180mm厚。
4.2剪力墙设计
系统中剪力墙依照抗震等级不同分为不同的厚度和配筋要求。对于7层以下的剪力墙，承重压力大属于底部重点加强部位按抗震一级剪力墙要求设计，7层以上按照抗震二级剪力墙要求设计。
5 结语
综合全文，我们不难看出框剪结构的高层综合楼的底部采用框支剪力墙结构的方式会降低整个系统的稳定性，这样就必须采用比较合理的优化措施来提高系统的稳定性。在充分考虑建筑的平面布局和竖向布局的同时还要重点考虑转换层刚性突变问题。
基于本文介绍的这座大厦很好的解决了此类综合楼的稳定性问题，希望这个工程的设计方案能够为以后的同类建筑的设计提供参考。
参考文献：
[1]陈咏明.框-剪结构高层综合楼结构设计及优化措施分析探讨[J].中外建筑.2010（12）
[2]李为国.某大悬挑建筑的结构设计与分析[J].福建工程学院学报.2011（01）
【关键词】 高层综合楼；框剪结构；转换梁；转换柱；剪力墙；优化措施
1 工程概况
华丽商务中心综合楼总共有33层，其中地下一层为停车库，采用的是框剪结构，人防为7度；地上32层，其中1-4层为商业管理用房，5楼以上为公寓。整个工程占地58600m2，总的高度是98.5m。预计整个大厦使用年限为50年。
地面上部设置有两条温度伸缩缝，把结构分成三个简单的单元，基于总的长度为145m，所以三个单元的长度都会控制在60m以内，对于超过50m的会在其最中間设置一条后浇带，加上温度伸缩缝可以兼顾地震，所以整个结构不仅简单而且利于抗震。一般的地下部分不设有任何缝隙，所以在设计地下室时，不但要保证衔接的连贯性，还应同时考虑到抗压，抗风荷载、抗渗透等等因素。基于这样大的工程，工程基础一定要打牢，采用的是大直径人工挖空扩底灌注桩，持力层采用的是强风化泥岩。
2 高层综合楼概念设计及优化
整个大楼的5层以上均用于商业公寓，所以采取的是通常的框剪结构。但是楼下的4层用于商业管理，并且要求有两条宽敞的消防通道，因此要求其空间布局比较简单、各个独立的空间比较大，经过慎重考虑采用的是框支剪力墙结构。综合以上，在工程结构设计时需要注意的几点是：
2.1竖向承重及抗侧力构件的概念设计及优化措施
基于此工程的结构式混合式的，所以在转换处尤其要注意竖向的受力情况。在自下而上的框支结构转换到框剪结构的时候，转换层处的竖向受力构件的突然变换易导致建筑物竖向的刚度发生很大的突变，这样不仅不利于抗震更是使得转换层成为整个工程最薄弱环节，所以在进行系统设计时，我们需要采取以下几个措施来进行优化从而提高整个工程的合理性和稳定性
2.1.1转换层的转换构件传力简单、直接、尽量避免转换次梁及水平多级转换
为了达到这样的目标，在不影响建筑的使用功能的前提下，最终决定在每个单元格的剪力墙下面均匀的设置三根截面1200×1200mm的框架柱，实现最短传力，使得上面的剪力墙的重力通过框架梁大部分转到框架柱上，同时在每个单元的端头位置的短肢剪力墙下面都设置了一个600×1200mm的扁形框支柱，这样就使得其60%左右的截面直接落在了框支柱上。完美的减小了转换层处竖向刚度变化的浮度，避免了转换构件的多次传力。
2.1.2对转换层下部结构落地剪力墙及框支柱进行合理布置，适当加强
基于转换层下部承载了整个工程的所有力量，所以下面结构的稳定性十分关键，例如下面剪力墙的刚性，竖向水平方向受力情况等等。因此故意将框支柱两边的剪力墙加厚到300mm，并且双面配筋来加固，将楼梯、电梯的位置均设计成了落地核心筒的样子进一步提高整个系统的稳定性，另外还结合系统的需要加大了框支柱的截面。
2.1.3门洞设置
基于在支剪力墙的转换梁的上面这个剪力墙和中柱上方任何一处开一个门洞都会大大增加框支梁受到的剪力继而造成弯曲，所以一般转换梁上面的剪力墙都会连成一片。同时由于每个结构单元格中最中间的这片剪力墙受到的垂直力量最大，所以也不适宜开门洞。而个单元两边的框支剪力墙通常会沿横向分开，做成三片剪力墙，使得各自的形心与对应的框支柱形心重叠在一起，降低框支柱弯曲的可能性。
2.1.4控制转换层上下侧向刚度比
为了保证在转换层处的竖向刚性不发生明显的突变，要求临近转换层的上下部的抗侧刚度接近，使得下柱有良好的抗侧力性能，提高了整个系统的抗震性，如表1。
通过以上的计算可见，不论X方向还是Y方向的均小于1.3，符合《高规》的要求。
2.2结构平面布置的概念设计及优化措施
由于建筑使用的需要，该大厦的楼梯和电梯的核心筒设置在北面，这就使得整个工程的质量中心和刚度中心不能够重合，如果按照常规的结构来布置剪力墙，整个系统的刚性和稳定性均会明显下降，为了优化这个布置，相对应的在房子的南面加密加长了剪力墙，同时还加固了楼板，楼板不仅厚度增加还双面加筋，相对应的形成一个楼板与剪力墙相互作用结构体，有效的提高了系统的稳定性。
转换层一般属于整个系统的薄弱环节，所以需要进一步加固。从转换层处转换构件到核心筒的整个范围的楼板都双面配筋且适当加厚。
2.3结构体系布置的概念设计及优化措施
1）该系统的5楼以上的框剪部分使用的是现浇肋梁楼盖，剪力墙的连接梁依据横截面的厚度以及跨度分别选用250mm×400-450mm、200mm×400mm-450mm等；次梁选用200mm×300-350mm等，现浇板厚一般为100mm，部分跨度非常大的用120-130mm。
2）为了保证整体的刚度和稳定，无论是转换层、地下室顶板还是裙楼顶板都加厚了，采用的是现浇梁板。对于转换构件的加固更是突出，中间框支梁和边框支梁断面分别加厚到500×1800mm和400×1500mm，并且还双面配筋了。
2.4结构构造措施要求
1）由于混凝土等级越高越容易产生裂缝，所以一般的梁板和墙柱要采用不同等级的混凝土，墙柱的混凝土等级相比较而言要比梁板的混凝土等级高1-2个等级，这样使得梁柱节点核心处的混凝土强度与墙柱的混凝土强度相当。
2）基于竖向压力比较大，所以一般在转换大梁时纵向的钢筋不能够搭接要采用焊接的方式同时其主筋要嵌入转换梁或是剪力墙中。 3 结构设计计算与分析
3.1计算分析方法
任何建筑的计算分析都会考虑到混凝土剪力墙，梁柱，楼板等等的内力分布和位移，所以一般采用弹性方法来分析，该项工程的梁端负弯矩调整系数为0.85。
对于这个建筑采用的是两种不同的力学模型相互辅助来分析，分别是使用SATWE程序分析的空间杆墙元模型和使用PNSAP程序分析的广义协调墙元模型。
3.2计算结果及分析
3.2.1周期
运用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法进行抗震分析，取得30个振型，前6分析结果如表2。
通过计算得出结论：
1）该工程的结构刚性符合要求，其扭曲效应保持在一个合理的范围内，主要是通过对楼面板和剪力墙的加固来达到这样的目标的；
2）依据计算结果可知此建筑受地震影响较小，不能够引起土地与结构共振。同时该计算结果也说明该建筑的结构布局较合理，进行地震分析取30个振型是合理有效的。
3.2.2位移比
考虑到地震作用的不均匀性，计算竖向各构件的最大水平位移与楼层间的平均位移之比最大为1.38，说明该建筑的屋角最不稳定，但是通过之前的剪力墙和框支柱的加固，已经明显提高了整个建筑的抗扭曲性能，不论是遇到地震还是风载荷较大，该处都不会出现太大的裂缝，完全符合建筑要求。
3.2.3结构的稳定性分析
3.2.3.1重力P-△效应
通过对该建筑的整体稳定性进行分析；X向、Y向的刚重比分别为3.69和4.03，均大于1.4，符合《高规》的要求，同时由于该结构的刚重比大于2.7，所以可以不必考虑其重力二阶效应。
计算结果表明：该结构的侧向刚性合适，几乎不受重力二阶效应影响，整个系统结构稳定。
3.2.3.2整体倾覆验算
由于发生地震或是风荷载超级大的时候，一般建筑的基底刚性较弱的话，极容易发生建筑倾斜甚至倒塌，对于高层建筑此类危险性更高，所以对其进行整体倾覆验算是非常重要的。
通过验算，不论是在X方向还是Y方向的风荷载、地震作用下，其稳定性都在标准范围内，基底没有出现零反应区，所以该建筑整体结构稳定。
3.2.4剪重比
剪重比为地震作用与重力荷载代表值的比值。主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。经过计算：x方向和Y方向分别计算9层和3层的剪重比均小于1.6%，然后调整至1.6%，最大调整系数分别调整至1.28和1.15，尽管可见X方向的刚度不及Y方向，但是它们的最大调整系数都小于1.3，所以整个结构的刚度是符合要求的。
3.2.5楼层倾向刚度比与楼层层间抗侧力结构受剪承载力分析
3.2.5.1楼层倾向刚度比
计算结果显示：整个系统的结构侧向刚性是由下而上不断均匀减小的，同时要满足所有楼层的侧向刚度都不小于其相邻上部楼层的侧向刚度的70%或是其楼层以上3层平均数的80%。但是在转换层出的变化略有跳跃，但是变化不是非常大，只有顶部的4层变化比较突出，可能是由于此建筑顶部面积逐渐减小的原因，所以剪力墙数量也是不断减小的。因而强行指定第六层为薄弱层，其余都未出现薄弱层，所以该结构的竖向分布是合理的。
3.2.5.2楼层层间抗侧力结构抗剪承载力
只有薄弱层对于此力最为敏感，易遭到破坏。计算的结果是：所有楼层层间抗侧力结构抗剪承力均大于相邻上一层的90%，满足《高规》要求，这也是结构竖向分布合理的缘故。
3.2.6弹性动力时程分析
考虑到该建筑结构的复杂性，转换层下面采用的是框支剪力结构，以上采用的是框剪结构，这样在转换层处竖向的刚性会有变化，所以采用弹性动力时程进行补充计算。该方法选用了与该处场地特征相似的两组实际地震记录和一组人工模拟记录，如图2、3。
从上图中的CQC曲线（弹性动力时程与振型分解反应谱法）可以看出，X方向的最大层间位移发生在32层，可能与建筑的顶部4层面积和剪力墙逐渐减小有关，同时为了建筑外观的完美，支撐构架的柱截面也变小了，使得层间位移角度的改变，从而造成位移程度突变。除了32层的CQC值是弹性动力时程平均值的99%，其余各层的CQC值几乎等于或是略大于弹性动力时程平均值。
综合以上分析，不难看出采用振型分解反应谱法进行地震分析时，其中某些楼层运用CQC法分析得到的结果明显小于采用弹性动力时程分析的值时，需要对相应的该层的剪力墙进行配筋加固，正如此建筑的32层的支撑框架需要重点加固。
4 结构构件设计及局部优化措施
4.1梁、板的设计
一般建筑的梁板受力都是不均的并且受到的外在影响因素也比较多，所以采用弹性动力时程分析，要考虑的因素包括施工过程的变形，与地表土壤的作用等等。所以梁板按计算弯矩、剪力和裂缝宽度进行配筋，只是两者的裂缝宽度不同分别是0.2mm和0.3mm。
整个设计过程中对于需要重点加固的地方都进行了双向配筋，尤其是对薄弱层上一层的楼板更是加强处理。例如，顶楼板只有120mm厚度，但是地下室和转换层到核心筒的部分的楼板都有180mm厚。
4.2剪力墙设计
系统中剪力墙依照抗震等级不同分为不同的厚度和配筋要求。对于7层以下的剪力墙，承重压力大属于底部重点加强部位按抗震一级剪力墙要求设计，7层以上按照抗震二级剪力墙要求设计。
5 结语
综合全文，我们不难看出框剪结构的高层综合楼的底部采用框支剪力墙结构的方式会降低整个系统的稳定性，这样就必须采用比较合理的优化措施来提高系统的稳定性。在充分考虑建筑的平面布局和竖向布局的同时还要重点考虑转换层刚性突变问题。
基于本文介绍的这座大厦很好的解决了此类综合楼的稳定性问题，希望这个工程的设计方案能够为以后的同类建筑的设计提供参考。
参考文献：
[1]陈咏明.框-剪结构高层综合楼结构设计及优化措施分析探讨[J].中外建筑.2010（12）
[2]李为国.某大悬挑建筑的结构设计与分析[J].福建工程学院学报.2011（01）