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摘要：为了能更好的满足人们对停车以及购物等等需求，越来越多的高层建筑采用梁式转换层结构，主要就是上部采用纯剪力墙转换层结构，下部采用框架式剪力墙，该具备传力途径简洁、明确、直接等很多优点，这已经成为目前高层建筑设计中最常用最流行的结构形式。本文即详细阐述了高层建筑梁式转换层结构设计的相关要点。
关键词：高层建筑；梁式转换层；转换梁；计算；刚度
中图分类号：TU97 文献标识码： A
一、梁式转换层结构形式
在《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ3－2002) 中，规范对转换梁的最小高度和宽度作如下规定: 框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的2倍，且不易小于400mm；当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时转换梁高不小于其跨度的 1/6；非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。从该设计规程中可知，采取这些限制主要是保证转换梁结构的整体刚度，增强结构的可靠性。
（一）梁式转换层结构形式
实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。
（二）梁式转换结构受力机理分析
梁式转换层结构的传力途径为墙—梁—柱(墙)的形式，传力直接，便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。主要原因: ①由于转换大梁处于结构整体弯曲的受拉区，应力积分后在转换大梁中就会出现轴向拉力；②由于上部墙体竖向力作用于转换大梁时形成了拱的传力方式，这样竖向力转变成斜向
力作用于转换大梁，从而在转换大梁跨中出现拉力，支座出现轴向压力的情况。
二、梁式转换层结构设计要点
（一）结构竖向布置
高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，属于“高位转换”。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种:
1、与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地，这些无疑都大大增强了底部刚度。
2、加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为 600mm，其余部分的厚度取为400mm。
3、底部剪力墻尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。
4、提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用 C50混凝土(框支柱采用C50混凝土) 。
5、适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞(结构施工完毕后再用填充墙填实)，以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载； 增大结构自振周期，减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后，转换层上下刚度比在 X 方向为0.725，在Y方向为0.813，满足规范要求，效果良好。虽然上下部刚度比满足要求，但毕竟工程仍属于竖向不规则结构，转换层及其下各层为结构薄弱层，因而应将该两层的地震剪力乘以1.15 的增大系数。
（二）结构平面布局
工程底部为框架－剪力墙结构，体型简单、规则；上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，东西向完全对称，南北向质量中心与刚度中心偏差不超过 2m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为 0.85，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.3，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。
（三）转换层结构的构件设计
1、转换柱
在进行梁式转换层结构设计的时候，需要对转换柱的轴压比进行很好的控制，主要是为使结构能够具备非常好的延性。这主要是从抗震的层面上考虑的，假设该高层建筑在一级抗震的要求下进行设计，需要将轴压比控制在0.6，假设该高层建筑在二级抗震的要求下进行设计，需要将轴压比控制在0.7。
2、楼板
由于整个建筑的剪力大部分都在建筑的下部结构，导致转换层楼面所受到的力非常的大。因此，需要对楼面进行加厚，这样有利于剪力的重新分配，另外，值得注意的是，转换层的楼板不能够有太大的开洞，并且开洞时应该在洞口的周围设置暗梁，还应该将开洞的位置尽量的远离外侧边，如果需要设计电梯的话，那么在电梯间应该用钢筋混凝土墙围成一个筒体。
3、转换梁
在进行转换梁设计的时候，考虑到转换梁的受力非常的复杂，转换梁是上层和下层荷载的主要传输枢纽，因此，在实际设计的时候，应该设计足够多的储备，减少转换梁的受力程度。在竖向荷载的作用下，转换梁的梁端往往是最先受到破坏的，因此应该对其构造进行不断的加强。
三、计算要求
（一）转换大梁的设计
梁式转换层的建筑结构设计大致分成两部分:第一部分，转换层大梁是柱传下来的竖向荷载或者是承托建筑结构上部剪力墙的重要组成构件，其本身的受力比较大，也是做为整个建筑结构抗震安全的重要部位;第二部分，转换层的楼板需要将建筑结构上层的水平剪力传递给下层的抗剪结构中去，其本身所承受的平面内剪力就比较大，而且还承受着一部分的竖向荷载，所以，必须要求建筑楼板有着足够的刚度和强度。我们在实际的设计当中，一半是采用三维空间的分析程序，技术要求非常高，并且转换大梁设计在整个的建筑转换层结构设计中都有着重要的作用，应该引起高度的重视。
（二）分析计算转换层
建筑整体结构计算完毕之后，还应该对转换层采取平面有限元计算，并且对局部的应力进行相应的补充计算。在实施局部计算分析的时候，应该考虑转换结构楼层房盖的平面内刚度的影响，以及上下楼层能否进入局部的计算模式中进行计算，我们还需要注意实际结构的三维空间盒子的效应，以及符合实际操作的情况下进行正确的计算模型。实践得出，框支剪力墙计算非常的复杂，其下部许多跟柱与上部的剪力墙是相连接的，假如这样的连接存在着不当连接，那么极有可能出现较大的计算误差。建筑空间的分析程序主要是以梁柱做为基本元素，而对底部框支剪力墙进行分析的时候，是以剪力墙做为柱的基本元素而考虑的。
四、工程实例
某高层建筑，建筑高度为40.9m，地上部分共13层，一、二层为商业用房，三至十三层为住宅；地下室层高4.5m，二层商业用房部分:底层层高4.5m，二层层高4.45m，住宅部分层高为2.9m。此工程为商住合一的高层建筑，除了主体中间部分(电梯间、楼梯间等公共部分)布置成落地剪力墙核心筒，其他部分均不能采用一种结构体系。必须在二层顶采用结构转换。
（一）结构选型
梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单，转换构件受力明确，经济合理性强。内部空间自由畅通，满足管线布置要求，在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口，容易满足建筑对功能的要求。
（二）构造措施
首先对整体结构进行概念设计，采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施:
1、加强底部框支层的刚度和延性。为了减小上下层刚度比，底部两层核心筒及剪力墙厚度为300mm，3层以上为200mm;混凝土等级C40，3层以上C35-C25。由于核心筒位置较偏，北向刚度较大，因此在底部南边位置适当部位增设了短肢剪力墙，使刚心和质心尽量重合，也提高了底部刚度，使其满足刚度比限值。
2、加强转换层楼板的刚度及延性，确保水平荷载的可靠传递，楼板厚度取为180mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为0125%，加强了整体性。
3、短肢剪力墙尽量布置在框支柱上，避免在框支柱间设置剪力墙，墙肢可以长一些，这样大幅度降低了转换大梁的弯矩，同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用L型、T型，避免使用一字型。
4、为加强转换层的整体协调能力，在转换层楼面上周边及内部非门洞口的地方做一些矮墙，墙高伸至窗台底面。作为一种安全储备，在计算中未考虑该段墙。
（三）结构计算
本工程根据经验初步选定转换梁截面，用SATWE进行结构整体计算。转换层的层高为4.45m，转换梁的最大跨度为6.5m，大梁截面尺寸为450mm×1400mm，400mm×1400mm，450mm×1100mm。梁宽度不小于上部墙体厚度(200mm)，梁高度大于梁跨度的1/6，均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸700mm×900mm，900mm×900mm，850mm×850mm。对于复杂高层建筑，需要考虑扭转耦联，还要考虑模拟施工加载，计算发现梁一次加载在结构的大部分位置配筋均多于分层加载配筋。采用SATWE整体分析求出结构顶点位移、层间相对位移、落地剪力墙所分担的地震剪力，在整体分析的基础上，取其內力进行人工配筋校核。根据上部结构传递给转换层的荷载，用FEQ对转换层本身及其上下几层进行平面有限元分析，对于转换梁、框支柱在整体计算的基础上，采用FEQ进行局部有限元精确分析，并按应力校核配筋。
参考文献
[1]朱炳寅.对转换结构的认识和把握[J].建筑结构--技术通讯，2008.9.
[2]吕革，吴菲.谈高层建筑中梁式转换层结构设计在实际工程中的运用[J].中国新技术新产品，2012.12.
[3]林红雨.浅析高层建筑梁式转换层结构的抗震设计--以某高层住宅建筑为例[J].建筑知识:学术刊，2012.2.
关键词：高层建筑；梁式转换层；转换梁；计算；刚度
中图分类号：TU97 文献标识码： A
一、梁式转换层结构形式
在《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ3－2002) 中，规范对转换梁的最小高度和宽度作如下规定: 框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的2倍，且不易小于400mm；当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时转换梁高不小于其跨度的 1/6；非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。从该设计规程中可知，采取这些限制主要是保证转换梁结构的整体刚度，增强结构的可靠性。
（一）梁式转换层结构形式
实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。
（二）梁式转换结构受力机理分析
梁式转换层结构的传力途径为墙—梁—柱(墙)的形式，传力直接，便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。主要原因: ①由于转换大梁处于结构整体弯曲的受拉区，应力积分后在转换大梁中就会出现轴向拉力；②由于上部墙体竖向力作用于转换大梁时形成了拱的传力方式，这样竖向力转变成斜向
力作用于转换大梁，从而在转换大梁跨中出现拉力，支座出现轴向压力的情况。
二、梁式转换层结构设计要点
（一）结构竖向布置
高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，属于“高位转换”。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种:
1、与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地，这些无疑都大大增强了底部刚度。
2、加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为 600mm，其余部分的厚度取为400mm。
3、底部剪力墻尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。
4、提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用 C50混凝土(框支柱采用C50混凝土) 。
5、适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞(结构施工完毕后再用填充墙填实)，以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载； 增大结构自振周期，减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后，转换层上下刚度比在 X 方向为0.725，在Y方向为0.813，满足规范要求，效果良好。虽然上下部刚度比满足要求，但毕竟工程仍属于竖向不规则结构，转换层及其下各层为结构薄弱层，因而应将该两层的地震剪力乘以1.15 的增大系数。
（二）结构平面布局
工程底部为框架－剪力墙结构，体型简单、规则；上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，东西向完全对称，南北向质量中心与刚度中心偏差不超过 2m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为 0.85，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.3，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。
（三）转换层结构的构件设计
1、转换柱
在进行梁式转换层结构设计的时候，需要对转换柱的轴压比进行很好的控制，主要是为使结构能够具备非常好的延性。这主要是从抗震的层面上考虑的，假设该高层建筑在一级抗震的要求下进行设计，需要将轴压比控制在0.6，假设该高层建筑在二级抗震的要求下进行设计，需要将轴压比控制在0.7。
2、楼板
由于整个建筑的剪力大部分都在建筑的下部结构，导致转换层楼面所受到的力非常的大。因此，需要对楼面进行加厚，这样有利于剪力的重新分配，另外，值得注意的是，转换层的楼板不能够有太大的开洞，并且开洞时应该在洞口的周围设置暗梁，还应该将开洞的位置尽量的远离外侧边，如果需要设计电梯的话，那么在电梯间应该用钢筋混凝土墙围成一个筒体。
3、转换梁
在进行转换梁设计的时候，考虑到转换梁的受力非常的复杂，转换梁是上层和下层荷载的主要传输枢纽，因此，在实际设计的时候，应该设计足够多的储备，减少转换梁的受力程度。在竖向荷载的作用下，转换梁的梁端往往是最先受到破坏的，因此应该对其构造进行不断的加强。
三、计算要求
（一）转换大梁的设计
梁式转换层的建筑结构设计大致分成两部分:第一部分，转换层大梁是柱传下来的竖向荷载或者是承托建筑结构上部剪力墙的重要组成构件，其本身的受力比较大，也是做为整个建筑结构抗震安全的重要部位;第二部分，转换层的楼板需要将建筑结构上层的水平剪力传递给下层的抗剪结构中去，其本身所承受的平面内剪力就比较大，而且还承受着一部分的竖向荷载，所以，必须要求建筑楼板有着足够的刚度和强度。我们在实际的设计当中，一半是采用三维空间的分析程序，技术要求非常高，并且转换大梁设计在整个的建筑转换层结构设计中都有着重要的作用，应该引起高度的重视。
（二）分析计算转换层
建筑整体结构计算完毕之后，还应该对转换层采取平面有限元计算，并且对局部的应力进行相应的补充计算。在实施局部计算分析的时候，应该考虑转换结构楼层房盖的平面内刚度的影响，以及上下楼层能否进入局部的计算模式中进行计算，我们还需要注意实际结构的三维空间盒子的效应，以及符合实际操作的情况下进行正确的计算模型。实践得出，框支剪力墙计算非常的复杂，其下部许多跟柱与上部的剪力墙是相连接的，假如这样的连接存在着不当连接，那么极有可能出现较大的计算误差。建筑空间的分析程序主要是以梁柱做为基本元素，而对底部框支剪力墙进行分析的时候，是以剪力墙做为柱的基本元素而考虑的。
四、工程实例
某高层建筑，建筑高度为40.9m，地上部分共13层，一、二层为商业用房，三至十三层为住宅；地下室层高4.5m，二层商业用房部分:底层层高4.5m，二层层高4.45m，住宅部分层高为2.9m。此工程为商住合一的高层建筑，除了主体中间部分(电梯间、楼梯间等公共部分)布置成落地剪力墙核心筒，其他部分均不能采用一种结构体系。必须在二层顶采用结构转换。
（一）结构选型
梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单，转换构件受力明确，经济合理性强。内部空间自由畅通，满足管线布置要求，在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口，容易满足建筑对功能的要求。
（二）构造措施
首先对整体结构进行概念设计，采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施:
1、加强底部框支层的刚度和延性。为了减小上下层刚度比，底部两层核心筒及剪力墙厚度为300mm，3层以上为200mm;混凝土等级C40，3层以上C35-C25。由于核心筒位置较偏，北向刚度较大，因此在底部南边位置适当部位增设了短肢剪力墙，使刚心和质心尽量重合，也提高了底部刚度，使其满足刚度比限值。
2、加强转换层楼板的刚度及延性，确保水平荷载的可靠传递，楼板厚度取为180mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为0125%，加强了整体性。
3、短肢剪力墙尽量布置在框支柱上，避免在框支柱间设置剪力墙，墙肢可以长一些，这样大幅度降低了转换大梁的弯矩，同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用L型、T型，避免使用一字型。
4、为加强转换层的整体协调能力，在转换层楼面上周边及内部非门洞口的地方做一些矮墙，墙高伸至窗台底面。作为一种安全储备，在计算中未考虑该段墙。
（三）结构计算
本工程根据经验初步选定转换梁截面，用SATWE进行结构整体计算。转换层的层高为4.45m，转换梁的最大跨度为6.5m，大梁截面尺寸为450mm×1400mm，400mm×1400mm，450mm×1100mm。梁宽度不小于上部墙体厚度(200mm)，梁高度大于梁跨度的1/6，均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸700mm×900mm，900mm×900mm，850mm×850mm。对于复杂高层建筑，需要考虑扭转耦联，还要考虑模拟施工加载，计算发现梁一次加载在结构的大部分位置配筋均多于分层加载配筋。采用SATWE整体分析求出结构顶点位移、层间相对位移、落地剪力墙所分担的地震剪力，在整体分析的基础上，取其內力进行人工配筋校核。根据上部结构传递给转换层的荷载，用FEQ对转换层本身及其上下几层进行平面有限元分析，对于转换梁、框支柱在整体计算的基础上，采用FEQ进行局部有限元精确分析，并按应力校核配筋。
参考文献
[1]朱炳寅.对转换结构的认识和把握[J].建筑结构--技术通讯，2008.9.
[2]吕革，吴菲.谈高层建筑中梁式转换层结构设计在实际工程中的运用[J].中国新技术新产品，2012.12.
[3]林红雨.浅析高层建筑梁式转换层结构的抗震设计--以某高层住宅建筑为例[J].建筑知识:学术刊，2012.2.