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【摘要】随着我国建筑建设技术水平的不断提升，高层建筑成为了当前建筑建设的主要对象，而设计人员在当前对高层建筑进行设计的过程中，开始面临越来越多的转换层的问题。本文介绍了高层建筑结构转换层各种结构形式，探讨了其设计原则和设计要点。
【关键词】高层 结构 转换层 设计
中图分类号：TU97 文献标识码： A
前言
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，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。因此，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，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对底层大空间多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。
一、高层建筑转换层结构形式及受力特点
高层建筑转换层的主要结构形式及特点
1、粱式转换
粱式转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，其传力途径为上部墙—转换粱—下部柱。具有传力直接、明确和清楚的优点，便于工程计算、分析和设计，且造价较为节省，据资料统计，粱式转换层数量约占转换层总量的77％。转换梁的截面高度为0.8- 6m，高层建筑带转换层结构的绝大多数为梁式转换层。
2、箱式转换
是单向托粱和双向托粱同上、下层较厚的楼板浇筑成一整体共同工作，从而形成刚度较大的箱式转换层。
3、板式转换
当转换层上下柱网错开较多。布置又不规则，难以用梁直接承托时，则需要做成厚板，形成板式转换层，从抗剪和抗冲切考虑，转换板厚度往往很大，实际转换板厚度可达2.0- 2.8m，板式转换层的下层柱可以灵活布置，但自重很大，材料耗用多，拖工难度大。
4、桁架转换
桁架分为空腹桁架与实腹桁架两种。桁架转换层与梁式转换相比，受力状态更明确，可使用空间更大，自重小，抗震性能好，但其节点设计难度大，“强斜腹杆、强节点”是桁架转换层设计的基本原则，而节点的受力状态复杂，容易发生剪切脆性破坏，造成计算配筋多，施工不便，限制了桁架转换的应用。桁架转换层设计中应注意以下问题：首先是桁架转换层一般要求高度在3m以上，当层高较小时斜压腹杆形成超短柱，在地震作用时容易产生脆性破坏；其次是要保证上弦节点与上部集中荷载的中心对齐，充分发挥桁架的受力优势；在上下弦和斜拉腹杆中施加预应力，可以显著减小构件截面，经济效果好。
5、斜柱转换
斜柱转换式是较为特殊的一种结构型式，它可以较好地发挥混凝土的受压性能，形成更多更好利用的建筑空间。斜柱转换中会产生较大的水平荷载，在实际工程中可以结合建筑物的平面布置，通过加设圈梁或拉梁，使其以最短的路径相互平衡。转换斜柱尽可能通过较多的楼层，以减小其在上下樓层产生的水平力，使转换层设计更加方便。
6、巨型框架转换
巨型框架是目前国内建筑结构发展的一个重要方向，它由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，具有良好的抗震性能。也可认为是多次梁式转换。巨型框架要采用模拟施工过程的设计方法，在未形成巨型结构之前应合理地解决临时支撑和保证足够的抗侧刚度；巨型梁以下几层范围内的柱内存在拉应力，应按受拉构件进行设计。
二、转换层的设计原则
1、转换层的竖向布置
带有转换的高层结构可根据其建筑功能和结构传力的路径，可以沿高层建筑的高度方向一处或多处灵活布置；也可根据建筑的使用功能要求，在楼层某些局部布置相应的转换层，可根据自身的特点作为正常使用楼层，也可作技术设备层，在转换层的设计中应确保转换层具有足够的强度和刚度，保证竖向刚度不能过大。如果对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房与塔楼的交接楼面处，并加大楼面转换梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下楼层的刚度保持接近，以避免中间出现刚度特别小的楼层，进而地震对高层建筑的危害。
2、高层建筑转换层的结构布置
实验研究证明，底部的转换层设置的越高，转换层所在层上、下层刚度的变化也就越大，在荷载的作用下转换层上、下层内力传递途径的突变就越明显；除此之外，高层建筑转换层的位置越高，落地剪力墙因受弯也就更加容易出现裂缝，从而使框支柱的内力增大，造成转换层附近上部墙体易于破坏。总而言之，高层建筑转换层位置越高对建筑的抗震越不利。对于底部带转换层结构而言，转换层上部的部分竖向构件（如：柱、剪力墙等）久不能直接连续贯通落地，因此，这就要求建筑结构师在设计是必须设置具有更加安全可靠的转换构件。
3、抗震等级
对于一般工程来说，其转换层以下为框架- - 剪力墙结构, 转换层以上为纯剪力墙结构, 是多种结构形式共存的复杂高层建筑, 因而不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级, 而应该严格按照现行规范的不同章节, 有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属框支剪力墙, 高度98 .7m, 6 度设防, 框支框架等级为二级, 剪力墙底部加强部位为二级, 非底部加强部位剪力墙为三级。
三、结构设计中的问题要点
1、转换层下部主体结构的刚度分布
对于转换层结构来说竖向刚度突变是设计人员不可避免的、也是最复杂的问题。抗震设计时，为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足的要求，常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件（主要是核心筒体）截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。这里由两个问题值得注意:
（1）筒体截面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所占的比重变得更大，筒体所承受的地震荷载呈现级数增大的趋势，此时作为抗震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视。
（2）在增设剪力墙来提高抗侧刚度时，要注意整体刚度的均匀分布，保证刚度中心与质量中心尽可能重合，避免由于两者偏心引起的建筑物整体扭转。
2、剪力墙的合理布置对上下刚度传递的影响
前面提到要使上下两种不同结构形式内力得以准确传递，首先要尽量避免转换层上下结构的刚度突变，这个问题可从两方面解决：
（1）减少上部刚度，即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙，墙肢在满足轴压比的前提下尽量短;
（2）加大下部刚度，在建筑使用功能允许的条件下，可在大空间层的适当部位设置若干落地剪力墙，同时注意落地剪力墒的布局应均匀、对称，避免过于集中。
3、转换层结构刚度的合理选择
在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。这一点在正交主次转换梁结构中的转换次梁中表现最为突出，此时不仅转换次梁要选用合适的截面尺寸，还要保证转换主梁具有足够的刚度，以减小因转换主梁挠度引起转换次梁的支座沉降而导致上部结构构件产生的次应力。
结论
转换层的结构作为当前高层建筑设计人员普遍面临的一项工作，直接决定着该建筑设计方案对于用户需求的满足程度，并且影响高层建筑的结构设计质量。
【参考文献】
[1]耿丽君,高层建筑转换层结构的设计与施工[J]建材技术与应用.2009(07).
[2]方武国,浅谈带转换层的复杂小高层结构设计方式[J]科技促进发展(应用版) 2010(02).
【关键词】高层 结构 转换层 设计
中图分类号：TU97 文献标识码： A
前言
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，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。因此，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，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对底层大空间多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。
一、高层建筑转换层结构形式及受力特点
高层建筑转换层的主要结构形式及特点
1、粱式转换
粱式转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，其传力途径为上部墙—转换粱—下部柱。具有传力直接、明确和清楚的优点，便于工程计算、分析和设计，且造价较为节省，据资料统计，粱式转换层数量约占转换层总量的77％。转换梁的截面高度为0.8- 6m，高层建筑带转换层结构的绝大多数为梁式转换层。
2、箱式转换
是单向托粱和双向托粱同上、下层较厚的楼板浇筑成一整体共同工作，从而形成刚度较大的箱式转换层。
3、板式转换
当转换层上下柱网错开较多。布置又不规则，难以用梁直接承托时，则需要做成厚板，形成板式转换层，从抗剪和抗冲切考虑，转换板厚度往往很大，实际转换板厚度可达2.0- 2.8m，板式转换层的下层柱可以灵活布置，但自重很大，材料耗用多，拖工难度大。
4、桁架转换
桁架分为空腹桁架与实腹桁架两种。桁架转换层与梁式转换相比，受力状态更明确，可使用空间更大，自重小，抗震性能好，但其节点设计难度大，“强斜腹杆、强节点”是桁架转换层设计的基本原则，而节点的受力状态复杂，容易发生剪切脆性破坏，造成计算配筋多，施工不便，限制了桁架转换的应用。桁架转换层设计中应注意以下问题：首先是桁架转换层一般要求高度在3m以上，当层高较小时斜压腹杆形成超短柱，在地震作用时容易产生脆性破坏；其次是要保证上弦节点与上部集中荷载的中心对齐，充分发挥桁架的受力优势；在上下弦和斜拉腹杆中施加预应力，可以显著减小构件截面，经济效果好。
5、斜柱转换
斜柱转换式是较为特殊的一种结构型式，它可以较好地发挥混凝土的受压性能，形成更多更好利用的建筑空间。斜柱转换中会产生较大的水平荷载，在实际工程中可以结合建筑物的平面布置，通过加设圈梁或拉梁，使其以最短的路径相互平衡。转换斜柱尽可能通过较多的楼层，以减小其在上下樓层产生的水平力，使转换层设计更加方便。
6、巨型框架转换
巨型框架是目前国内建筑结构发展的一个重要方向，它由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，具有良好的抗震性能。也可认为是多次梁式转换。巨型框架要采用模拟施工过程的设计方法，在未形成巨型结构之前应合理地解决临时支撑和保证足够的抗侧刚度；巨型梁以下几层范围内的柱内存在拉应力，应按受拉构件进行设计。
二、转换层的设计原则
1、转换层的竖向布置
带有转换的高层结构可根据其建筑功能和结构传力的路径，可以沿高层建筑的高度方向一处或多处灵活布置；也可根据建筑的使用功能要求，在楼层某些局部布置相应的转换层，可根据自身的特点作为正常使用楼层，也可作技术设备层，在转换层的设计中应确保转换层具有足够的强度和刚度，保证竖向刚度不能过大。如果对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房与塔楼的交接楼面处，并加大楼面转换梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下楼层的刚度保持接近，以避免中间出现刚度特别小的楼层，进而地震对高层建筑的危害。
2、高层建筑转换层的结构布置
实验研究证明，底部的转换层设置的越高，转换层所在层上、下层刚度的变化也就越大，在荷载的作用下转换层上、下层内力传递途径的突变就越明显；除此之外，高层建筑转换层的位置越高，落地剪力墙因受弯也就更加容易出现裂缝，从而使框支柱的内力增大，造成转换层附近上部墙体易于破坏。总而言之，高层建筑转换层位置越高对建筑的抗震越不利。对于底部带转换层结构而言，转换层上部的部分竖向构件（如：柱、剪力墙等）久不能直接连续贯通落地，因此，这就要求建筑结构师在设计是必须设置具有更加安全可靠的转换构件。
3、抗震等级
对于一般工程来说，其转换层以下为框架- - 剪力墙结构, 转换层以上为纯剪力墙结构, 是多种结构形式共存的复杂高层建筑, 因而不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级, 而应该严格按照现行规范的不同章节, 有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属框支剪力墙, 高度98 .7m, 6 度设防, 框支框架等级为二级, 剪力墙底部加强部位为二级, 非底部加强部位剪力墙为三级。
三、结构设计中的问题要点
1、转换层下部主体结构的刚度分布
对于转换层结构来说竖向刚度突变是设计人员不可避免的、也是最复杂的问题。抗震设计时，为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足的要求，常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件（主要是核心筒体）截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。这里由两个问题值得注意:
（1）筒体截面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所占的比重变得更大，筒体所承受的地震荷载呈现级数增大的趋势，此时作为抗震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视。
（2）在增设剪力墙来提高抗侧刚度时，要注意整体刚度的均匀分布，保证刚度中心与质量中心尽可能重合，避免由于两者偏心引起的建筑物整体扭转。
2、剪力墙的合理布置对上下刚度传递的影响
前面提到要使上下两种不同结构形式内力得以准确传递，首先要尽量避免转换层上下结构的刚度突变，这个问题可从两方面解决：
（1）减少上部刚度，即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙，墙肢在满足轴压比的前提下尽量短;
（2）加大下部刚度，在建筑使用功能允许的条件下，可在大空间层的适当部位设置若干落地剪力墙，同时注意落地剪力墒的布局应均匀、对称，避免过于集中。
3、转换层结构刚度的合理选择
在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。这一点在正交主次转换梁结构中的转换次梁中表现最为突出，此时不仅转换次梁要选用合适的截面尺寸，还要保证转换主梁具有足够的刚度，以减小因转换主梁挠度引起转换次梁的支座沉降而导致上部结构构件产生的次应力。
结论
转换层的结构作为当前高层建筑设计人员普遍面临的一项工作，直接决定着该建筑设计方案对于用户需求的满足程度，并且影响高层建筑的结构设计质量。
【参考文献】
[1]耿丽君,高层建筑转换层结构的设计与施工[J]建材技术与应用.2009(07).
[2]方武国,浅谈带转换层的复杂小高层结构设计方式[J]科技促进发展(应用版) 2010(02).