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（中工武大设计研究有限公司，湖北，武汉，430072）
【摘要】由于房地产行业的发展，高层建筑越来越经常的出现在人们生活之中。本文就高层建筑的结构转换问题进行分析，并提出结构转换的原则。
【关键词】框架转换结构；框支转换结构；设计原则
随着我国经济的快速发展和城市建设的步伐加快，城市建筑，尤其是城市大型建筑的建设，促进了建筑设计的发展。在建筑结构设计方面取得了较大的进步。
1 框架结构与框支结构
建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。在高层建筑结构设计中，经常会遇到结构转换问题。结构转换分为对上部剪力墙的转换（一般称为框支转换）和对上部框架柱的转换（一般称为框架转换）。
当转换构件承托的上部楼层竖向构件为剪力墙时，上部剪力墙被称为“支剪力墙”，相应的转换被称为框支转换。在框支转换中，转换会使上部剪力墙对竖向荷载的传力路径发生改变，而且还要将上部抗侧刚度较大的剪力墙转换为抗侧刚度相对较小的框支柱。根据转换位置和转换区域的大小，框支转换又可分为一般框支转换和局部框支转换。由于一般框支转换的转换层上下的侧向刚度比较大，容易形成结构软弱层和薄弱层，从而引起地震剪力的剧烈变化，对结构的抗震极为不利；而且转换部位受力比较复杂，比如转换梁将会由于上部剪力墙产生的拱效应而受到拉力作用，因此应采取严格而有效的抗震措施。和一般框支转换不同，局部框支转换的框支剪力墙数量少，且楼面结构对转换层有较强的约束，此类转换一般不会产生明显的结构薄弱层效应。
当转换构件承托的上部楼层竖向构件为框架柱时，相应的转换被称为框架转换。在框架转换中，转换虽然也改变了上部框架柱对竖向荷载的传力路径，但转换层上部和下部的框架刚度变化不明显。根据工程的具体情况，框架转换分为一般的框架转换和重要的框架转换两部分。一般框架转换结构应该具备下述性质：（1）转换梁的跨度较小（2）承受的竖向荷载较小（3）被转换的上部柱数量较少。（4）周围楼板对转换构件约束较好（5）转换层在建筑底部以上区域。重要框架转换结构要具备以下性质：（1）转换梁的跨度较大（2）承受的竖向荷载较大（3）被转换的上部柱数量较多（4）周围楼板对转换构件约束较差（5）转换层在建筑底部区域。一般框架转换结构和重要转换结构在转换梁跨度、承受力、上部柱数量、约束性及区域方面具有相反的性质。另外，当被转换的框架柱非常重要时，也就是说在被转换的框架柱失效的情况下会导致结构的全部或局部倒塌，在这种情况下，框架转换也可确定为重要框架转换。
2 转换结构层的作用
一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，或者在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接贯通落地时，就必须在结构改变的楼层布置水平转换构件，即结构转换层。
转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作为技术设备层。在进行布置时，要保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对于那些底层空间大的多塔楼商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，为了避免中间出现刚度特别小的楼层，减低地震发生的危险，要加大屋面梁、板的尺寸和厚度。
转换层结构既有有利的一面，也存在不利的一面。转换层结构由于扩大了底部无柱空间，使建筑布局的灵活性大大增强，这使建筑物的功能有了更多选择，对于大型商场非常适合。从安全性方面来说，转换层结构通过水平转换结构把上部竖向荷载传递给下部竖向构件，使得竖向抗侧力构件不贯通，从根本上改变了传力途径，增强了建筑物的抗震性能。由于传力途径多次转换，受力复杂。竖向刚度和剪力在转换层发生突变，易形成薄弱部位。在偏心荷载作用下，转换梁还发生扭转效应。
3 转换层结构设计需遵循的原则
结构设计是一项复杂的工作，在工作中要遵循一定的原则，以保证建筑物的施工质量。
3.1 减少转换。布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。
3.2 尽量避免高位转换。根据建筑行业的实际调查结果显示，转换层位于3层以上时，易形成薄弱层，对抗震非常不利。原因是此时转换层间的位移角、剪力分配方式及传力路径都会发生很大的改变。另外，有些在高层建筑的部分框支剪力墙结构中，转换层的位置应该按照以下规定进行，7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。转换层位置超过上述规定时，要组织专业研究人员对其进行研究并对可能出现的情况提前采取有效措施。在有些情况下，转换层可适度增加，比如，6度时其楼层可适当增加，还有底部带转换层的框架一核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构，其转换层的位置可适当增加。
3.3传力直接。在转换层上下主体竖向结构布置时，尽量避免多级复杂转换和厚板转换，尤其是传力复杂、抗震不利、质量大、耗材多、不经济不合理的厚板转换。上下主题竖向结构布置应该使水平转换结构直接传力，以便于建筑的抗震功能。
3.4 强化下部弱化上部。在转换层结构设计时为保证下部拥有较大的空间，使得整体结构在强度、延性、刚度和抗震能力方面符合标准，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。对于下部核心筒框架、上部剪力墙的带转换层高层建筑商住楼结构，应强化下部核心筒，可采取加厚筒壁厚度、加大筒体尺寸、加高混凝土强度等级等措施，在特殊情况下还可以在房屋周边增置部分剪力墙，或者在剪力墙上开洞、开口、短肢、薄墙等，到达弱化上部剪力墙的目的。
3.5 优化转换结构。有些建筑物对抗震性能要求较高，在进行转换结构设计时就要把抗震因素考虑进去。在抗震设计时，有的转换要求在符合建筑的特殊功能，在这种情况下要进行高位转换，这时候，转换结构要选择引起框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架（包括支撑）、空腹桁架和宽扁梁等。另外，由于设计的目的是抗震，所以要在材料的强度和刚度上达到抗震的标准，否则会因为材料不达标造成抗震设计的失败。
3.6 计算全面准确。在进行转换结构计算时，要从建筑的整体结构角度进行考虑，根据转换结构的受力形态，利用计算模型，进行正确的三维空间整体结构计算。
4 结语
近年来，国内的高层结构越来越多，结构体系也越来越复杂，转换层结构体系的应用已经比较普遍。如何更好的运用好转换层，使其在建筑结构中更好的发挥作用，是我们当前建筑设计的重要目標。
参考文献
[1]唐兴荣.高层建筑转换层设计与施工.北京[M]:中国建筑工业出版社.2008
[2]邓磊.预应力厚板转换层在高层建筑中的应用[M].中国科技信息.2006年第12期
[3]刘远.高层结构转换层在竖向受力情况下的应力分析[D].西安：西安交通大学出版社,2007
[4]岑继光.高层建筑厚板转换层的结构分析与设计[J].四川建材.2007年第2期
【摘要】由于房地产行业的发展，高层建筑越来越经常的出现在人们生活之中。本文就高层建筑的结构转换问题进行分析，并提出结构转换的原则。
【关键词】框架转换结构；框支转换结构；设计原则
随着我国经济的快速发展和城市建设的步伐加快，城市建筑，尤其是城市大型建筑的建设，促进了建筑设计的发展。在建筑结构设计方面取得了较大的进步。
1 框架结构与框支结构
建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。在高层建筑结构设计中，经常会遇到结构转换问题。结构转换分为对上部剪力墙的转换（一般称为框支转换）和对上部框架柱的转换（一般称为框架转换）。
当转换构件承托的上部楼层竖向构件为剪力墙时，上部剪力墙被称为“支剪力墙”，相应的转换被称为框支转换。在框支转换中，转换会使上部剪力墙对竖向荷载的传力路径发生改变，而且还要将上部抗侧刚度较大的剪力墙转换为抗侧刚度相对较小的框支柱。根据转换位置和转换区域的大小，框支转换又可分为一般框支转换和局部框支转换。由于一般框支转换的转换层上下的侧向刚度比较大，容易形成结构软弱层和薄弱层，从而引起地震剪力的剧烈变化，对结构的抗震极为不利；而且转换部位受力比较复杂，比如转换梁将会由于上部剪力墙产生的拱效应而受到拉力作用，因此应采取严格而有效的抗震措施。和一般框支转换不同，局部框支转换的框支剪力墙数量少，且楼面结构对转换层有较强的约束，此类转换一般不会产生明显的结构薄弱层效应。
当转换构件承托的上部楼层竖向构件为框架柱时，相应的转换被称为框架转换。在框架转换中，转换虽然也改变了上部框架柱对竖向荷载的传力路径，但转换层上部和下部的框架刚度变化不明显。根据工程的具体情况，框架转换分为一般的框架转换和重要的框架转换两部分。一般框架转换结构应该具备下述性质：（1）转换梁的跨度较小（2）承受的竖向荷载较小（3）被转换的上部柱数量较少。（4）周围楼板对转换构件约束较好（5）转换层在建筑底部以上区域。重要框架转换结构要具备以下性质：（1）转换梁的跨度较大（2）承受的竖向荷载较大（3）被转换的上部柱数量较多（4）周围楼板对转换构件约束较差（5）转换层在建筑底部区域。一般框架转换结构和重要转换结构在转换梁跨度、承受力、上部柱数量、约束性及区域方面具有相反的性质。另外，当被转换的框架柱非常重要时，也就是说在被转换的框架柱失效的情况下会导致结构的全部或局部倒塌，在这种情况下，框架转换也可确定为重要框架转换。
2 转换结构层的作用
一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，或者在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接贯通落地时，就必须在结构改变的楼层布置水平转换构件，即结构转换层。
转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作为技术设备层。在进行布置时，要保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对于那些底层空间大的多塔楼商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，为了避免中间出现刚度特别小的楼层，减低地震发生的危险，要加大屋面梁、板的尺寸和厚度。
转换层结构既有有利的一面，也存在不利的一面。转换层结构由于扩大了底部无柱空间，使建筑布局的灵活性大大增强，这使建筑物的功能有了更多选择，对于大型商场非常适合。从安全性方面来说，转换层结构通过水平转换结构把上部竖向荷载传递给下部竖向构件，使得竖向抗侧力构件不贯通，从根本上改变了传力途径，增强了建筑物的抗震性能。由于传力途径多次转换，受力复杂。竖向刚度和剪力在转换层发生突变，易形成薄弱部位。在偏心荷载作用下，转换梁还发生扭转效应。
3 转换层结构设计需遵循的原则
结构设计是一项复杂的工作，在工作中要遵循一定的原则，以保证建筑物的施工质量。
3.1 减少转换。布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。
3.2 尽量避免高位转换。根据建筑行业的实际调查结果显示，转换层位于3层以上时，易形成薄弱层，对抗震非常不利。原因是此时转换层间的位移角、剪力分配方式及传力路径都会发生很大的改变。另外，有些在高层建筑的部分框支剪力墙结构中，转换层的位置应该按照以下规定进行，7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。转换层位置超过上述规定时，要组织专业研究人员对其进行研究并对可能出现的情况提前采取有效措施。在有些情况下，转换层可适度增加，比如，6度时其楼层可适当增加，还有底部带转换层的框架一核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构，其转换层的位置可适当增加。
3.3传力直接。在转换层上下主体竖向结构布置时，尽量避免多级复杂转换和厚板转换，尤其是传力复杂、抗震不利、质量大、耗材多、不经济不合理的厚板转换。上下主题竖向结构布置应该使水平转换结构直接传力，以便于建筑的抗震功能。
3.4 强化下部弱化上部。在转换层结构设计时为保证下部拥有较大的空间，使得整体结构在强度、延性、刚度和抗震能力方面符合标准，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。对于下部核心筒框架、上部剪力墙的带转换层高层建筑商住楼结构，应强化下部核心筒，可采取加厚筒壁厚度、加大筒体尺寸、加高混凝土强度等级等措施，在特殊情况下还可以在房屋周边增置部分剪力墙，或者在剪力墙上开洞、开口、短肢、薄墙等，到达弱化上部剪力墙的目的。
3.5 优化转换结构。有些建筑物对抗震性能要求较高，在进行转换结构设计时就要把抗震因素考虑进去。在抗震设计时，有的转换要求在符合建筑的特殊功能，在这种情况下要进行高位转换，这时候，转换结构要选择引起框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架（包括支撑）、空腹桁架和宽扁梁等。另外，由于设计的目的是抗震，所以要在材料的强度和刚度上达到抗震的标准，否则会因为材料不达标造成抗震设计的失败。
3.6 计算全面准确。在进行转换结构计算时，要从建筑的整体结构角度进行考虑，根据转换结构的受力形态，利用计算模型，进行正确的三维空间整体结构计算。
4 结语
近年来，国内的高层结构越来越多，结构体系也越来越复杂，转换层结构体系的应用已经比较普遍。如何更好的运用好转换层，使其在建筑结构中更好的发挥作用，是我们当前建筑设计的重要目標。
参考文献
[1]唐兴荣.高层建筑转换层设计与施工.北京[M]:中国建筑工业出版社.2008
[2]邓磊.预应力厚板转换层在高层建筑中的应用[M].中国科技信息.2006年第12期
[3]刘远.高层结构转换层在竖向受力情况下的应力分析[D].西安：西安交通大学出版社,2007
[4]岑继光.高层建筑厚板转换层的结构分析与设计[J].四川建材.2007年第2期