关键词：结构转换层高层建筑 结构设计
中图分类号： [TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
前言
转换层结构较为复杂且工程量又较大，因此设计人员首先应注重概念设计，这样一来可以少走弯路；其次通过上述计算和分析可以得知，此类建筑在平面布置上应尽可能的规则、对称，减少偏心，优化调整转换层上下结构的布置和刚度，使之接近是十分必要的；同时应注意框支梁、框支柱等构件的特殊性；最后也应考虑施工难度大的因素，因此在设计时，尽量考虑施工的可行性，以达到最为合理的设计。
一、结构转换层的功能和主要型式
1 结构转换层的功能
从结构功能的角度看, 转换层所实现的结构转换可以归纳为以下三类.
（1) 结构型式的转换。这种功能被广泛应用于框——剪结构和剪力墙结构, 结构转换层将上部剪力墙转换为下部框架, 如图1 所示, 给下部楼层创造一个较大的内部空间。
（2) 柱网、轴线的转换。转换层的上、下部结构型式没有改变, 但通过结构转换层, 使下层形成大柱网, 如图2 所示, 以满足外框筒的下层形成较大入口和较大空间的需要。
（3) 结构型式和轴线布置同时转换. 上部楼层剪力墙通过结构转换层改变为框架, 同时, 下部楼层柱网轴线与上部楼层的轴线错开, 形成上、下部结构不对齐的布置。
2结构转换层的主要型式
转换层常见的几种类型：梁式转换层、箱式转换层、厚板式转换层、桁架式转换层等，根据《高规》第10.2.4条的规定，非抗震设计和6度抗震设计时可采用厚板，7、8度抗震设计时地下室的转换结构构件可采用厚板。可见，采用厚板受地震影响比较大，使用时存在较大局限性。目前一般采用的是梁式转换层，即将上部剪力墙设于转换梁上，再由转换柱来支撑转换梁。他的优点是传力方向明确，设计和施工简便，造价低。而箱式转换层的优点是转换梁的约束性强，刚度大，整体受力效果好，其缺点是施工复杂，造价高。此外，桁架等转换型式也因为受力复杂，造价高，施工难度大等原因而较少在工程中得到实际应用。
二、工程设计实例
某小区工程，建筑总面积 11056m2。总建筑层数为 22层，其中半地下室1层，地上 21 层，地下 1 层为停车场，层高 2.40m；2 层为住户大堂及商铺，层高为 7.50m，3 层及 4 层局部为商业用途，其它均为住宅，建筑物总高度为70.50m。由于不同的使用功能需要不同的结构布置形式，所以必须在 2 层采用结构转换的方法将其过渡为另一种结构形式。经分析，决定采用梁式转换，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。转换层结构布置。
1结构分析计算
转换层只是高层建筑中的一部分，分析计算时，应先进行结构整体计算分析，即将转换层放入整个结构体系中按空间协同工作分析方法、三维空间分析方法或其他有效方法进行整体内力与位移计算。这样能较好的反映结构体系中各杆件对转换层的整体影响，使转换柱的位移和内力更接近实际情况。但由于整体分析时结构杆件较多，不能对转换层进行细化计算，因此难以保证接触面上的变形能完全协调，构件的计算有可能存在误差。由于上述原因，在完成整体计算分析后，还应对转换层进行局部分析，利用平面有限元分析法对转换构件进行详细的应力分析，确保结构体系的整体安全。
（1）本工程抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级（底部加强部位剪力墙及框支框架为一级），场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，按 100 年一遇基本风压值为 0.60kN/m2，地面粗糙度为 C 类。本工程 1～6 层墙柱混凝土等级为C40，2 层梁、板混凝土等级为 C30，其余各层梁板混凝土等级为 C25，采用 PKPM 的 SATWE 进行结构整体计算。
（2）根据经验初步选定转换梁截面，用 SATWE 进行结构整体计算，得到转换梁所受设计剪力后，按照该值不大于 0.15fcbh/0.85 校核截面尺寸。本工程转换层的层高为 7.50m，转换梁的最大跨度为 7.50m，转换梁截面尺寸为（1000mm－1200mm）×1500mm。梁宽度不小于上部墙体厚度(300mm)的两倍，梁高度大于梁跨度的 1/6，均满足要求。
根据建筑美观及结构受力、搭接等，确定框支柱主要截面尺寸:1000mm×1000mm。计算结果：第一扭转周期为 1.8897，第一平动周期为 2.2867，两者之比为 0.826，满足规范要求；位移比均小于 1.5，满足规范要求；震型数取了30个，X方向的有效质量系数为 95.46％，Y 方向的有效质量系数为94.63％，均满足规范要求。
2计算结果分析
经初步计算，由于本工程的转换位置基本都属于在原位转换，上部被转换的墙体离转换梁的端部较近，故弯距均不算大，纵筋基本上为构造配筋，但剪力却非常大，从结果上可以看出，转换梁的截面受剪承载力不满足。在建筑美观及层净高的要求下，转换梁截面不能再加大了，在这种情况下，只能加大转换梁的混凝土等级了，于是将转换层的全部转换梁混凝土等级由 C30 提高到 C40，经重新计算后，得到满意的结果，超筋问题得到解决。单独提高转换梁的混凝土等级可能会给施工带来不便，但不应麻木地增加梁的截面尺寸，而且此做法比增大梁截面更为经济。
另外，普通框架梁或主梁设计时，集中力作用处两侧均设置密箍或吊筋，这是结构设计人员普遍采用的做法。而对于框支梁集中力作用处按普通框架梁或主梁一样设置吊筋是非常难于处理的。由于框支梁上柱或剪力墙沿梁长方向尺度较大，而且柱或短支剪力墙的轴力相当大(通常为几千～几万KN)，如设置吊筋则吊筋在梁底部水平段较长已失去吊筋的作用，且吊筋的数量相当多(如柱集中力设计值 6000KN 时需设14Φ25);且容易与梁底筋形容很密的钢筋堆，对混凝土的浇注不利。所以在这种情况下，优先采用密箍是比较合理的。另外，上面提到的提高混凝土强度也是对这有利。
3其它加强措施
因为框支梁的受力很大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，而且是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，起到承上启下的作用，是一个复杂的受力构件，故设计时应设有较多富余储备。在竖向荷载作用下，梁端往往首先破坏，所以必须加强构造措施，伸入支座的钢筋在柱内应有可靠的锚固;负钢筋伸入梁下皮以下要大于 45d。框支梁不宜开洞，开洞时应做局部应力分析，要求开洞部位远离框支柱边，开洞部位要加强配筋构造措施。由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构，转换层楼面在其平面内受力很大，楼板变形显著，因此要适当加厚转换层楼板，应采用厚度不小于 180mm 的现浇板，这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配，并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力，也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层平面内刚度无限大的基本假定。而且混凝土强度 ≥C30，并采用双向双排钢筋网，每排钢筋的配筋率 >0.25％。转换层楼板不宜有大的开洞，当开洞时应在洞口四周设置次梁暗梁，楼板开洞位置尽可能远离外侧边。中间电梯筒的位置因开洞导致比较薄弱，所以在设计时采取加大周边板（即菱形范围内的板）的板厚至 160mm，且按弹性板考虑的措施。
结束语
在进行实际工程设计时，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，选择合适的构件尺寸。在进行结构分析时，要概念明确，思路清晰，利用适合梁式转换层结构分析的空间或平面有限元程序进行计算，而且对某些结果再进行调整使其更为理想，不能麻木地只加大梁截面。对于框支梁、框支柱的配筋选取应留有一定富余储备。
参考文献
[1] 孙巍.高层建筑梁式转换层的结构设计[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2007(10)
[2] 朱亮,周伟.探讨高层建筑梁式转换层结构设计[J]. 四川建材. 2009(01)
关键词：高层建筑工程结构转换层施工设计技术
现代社会的城市化进程，推动了建筑工程的规模性建设，土地资源的供求矛盾以及建筑结构造型的多样化需求，导致建筑工程趋向高空发展的同时必须注重其使用功能的综合性开发。现代建筑施工条件下，设置结构转换层已成为高层建筑施工中传递上部结构荷载的重要技术措施。本文针对高层建筑转换层结构的类型特征进行了简要分析，阐述了结构转换层的施工技术。
一建筑转换层结构
现代建筑理论认为，建筑工程的转换层结构，主要是针对现代高层建筑的多功能设计需求，在整体建筑结构体系的施工过程中，为有效解决建筑平面或竖向结构的突变性变化问题，而特别设计的单元型转换结构。
转换层结构的设置，主要是为了满足建筑结构不同的使用功能需求，当前人们生活理念的转变，导致高层建筑功能需求的多元化趋向，不同的空间划分布置要具备不同的建筑结构形式，如何通过合理地转换过渡，完成主体建筑不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换，成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技术。随着高层建筑施工技术的完善，转换层结构，在具备安全稳固功能的基础上，有效解决了诸如在转换层结构空间内布置管道设备等特殊技术需求的难题，在剪力墙结构及框架剪力墙结构的建筑体系中应用较为广泛。
二高层建筑转换层结构形式
随着多功能高层建筑的开发，不同的建筑造型，不同的功能需求，采用的转换层结构也不一样。常见的转换层方式如下：
1梁式转换层结构
梁式转换层是运用托梁施工技术在现浇钢筋混凝土楼板上布置单向、双向或斜向托梁，用来承托上部各层建筑结构的重力。梁式转换层一般用于底部大空间剪力墙建筑结构，是目前高层建筑转换层中应用最广的结构形式，梁式转换层结构具有同时受力性强、传力途径清晰，构造简单可靠等技术优势。
2板式转换层结构
板式转换层结构通常是针对高层建筑的上下柱网出现不规则工况时、或者轴线错位较大的情况下，采用板式结构进行设置的转换层构造。一般来说，用以承载建筑结构重荷的转换层板，其厚度相对较大，耗材也多。为更好地实现多功能高层建筑的要求，板式转换层的结构布置通常较为简便。
3斜柱转换层结构
斜柱转换层是现代高层、超高层建筑中广泛采用的转换结构形式，具有传力效果直接，能有效减小转换梁尺寸，转换方式灵活的效果，从受力模式上看，斜柱转换层属于高效型结构形式。斜柱式转换层结构侧向刚性强度相对加大，弹塑性变形相对较小，减轻了梁柱所承受的建筑剪切应力负荷，能有效避免转换层弊端。
4桁架转换层结构
桁架转换层结构，是利用转换桁架针对高层建筑的竖向荷载，通过增大中间节间跨度或减小端节间跨度来改变内力分布的建筑结构形式。高层建筑结构转换层的实际施工过程中，采用桁架转换层，能较好地布置大型管道等设备，在满足建筑功能的前提下，能充分利用建筑空间。受力明确，灵活性大，经济实惠。
5箱式转换层结构
高层建筑施工过程中，从上层向大跨度下层结构进行转换时，通常采用箱式转换层结构进行设计施工。采用箱式基础造型，是由上、下层较厚的楼板与单向托梁、双向托梁共同组成的建筑结构形式，具有很大的整体空间刚度，能够胜任较大跨度、较大空间、较大荷载的转换。
三高层建筑转换层结构的设计要点
随着高层建筑功能需求的多样化发展，转换层结构的设计需求也各有差异，设计时必须注意如下要点：
1设计目标：转换层的设计要符合建筑需求，结合封闭式开间的布置，均匀对称的设置落地构件，通过提高落地构件的强度等级，适当加大截面尺寸，采用钢与混凝土组合构件等方法，增强抗侧力构件在转换层以下的抗弯、抗剪刚度。
2结构选择：高层建筑转换层结构形式主要有梁式、桁架、箱式，斜柱式、板式等形式买不同的结构形式具有不同的优势，设计时可根据具体的工程施工情况以及建筑功能需求进行合理的优化和选择转换层形式。
3刚度保障：转换层结构设计时，要可以采取控制落地剪力墙的比例，加大落地墙的厚度，提高砼的强度等级，减小洞口尺寸，增强结构强度性能，还可以增设补偿剪力墙，来增加空间层的刚度控制转换层上下层结构的刚度变化率。 4轴压比控制：由于转换层以上墙体的垂直荷截不能借助楼板平面内的刚度传递给落地剪力墙，因此要严格控制框支柱的轴压比，箍筋应沿框支柱全高加密，并采用复合箍或螺旋箍，通过提高柱箍筋配箍率，来提高转换层柱的抗剪能力。
5配筋设计：相对来说高层建筑的梁跨中正弯矩向支座减弱的速度较慢，支座负弯矩衰减较快，转换层配筋设计时，框支梁下部钢筋应避免设置弯筋，并全部伸入支座锚固，梁跨不大时，可沿梁高配置适度腰筋并拉通上部支座负筋。
6空间设计：高层建筑施工中，砖混层结构去昂王对于空间影响较大，特别谁结构转换层和设备转换层会共同设置在同一楼层内时，应科学考虑建筑上下层结构的转换功能，还应综合具体的空间设计需求。
四高层建筑转换层结构设计应注意的问题
1转换层结构应尽量避免高位转换
由于转换层结构的竖向刚度以及上下层附近的刚度、变位和内力都存在一定程度的突变性，容易形成薄弱层，高层建筑转换层的结构设置，应坚持宜低不宜高的原则，尽量降低转换层的层位，尤其抗震结构设计，宜避免高位转换。
2尽量优化转换层结构形式的选择
高层建筑的转换层结构中，由于厚板式转换层结构受力不好，设计难度高，施工困难，施工中应尽可能优化转换层结构形式，设计时尽量采用上下轴网部份对齐，使结构受力更明确，尽量与建筑方案进行保持协调性。
3合理布置建筑框柱与剪力墙结构
建筑框柱与剪力墙结构是高层建筑的重要组成部分，高层建筑施工时必须保证部份剪力墙直接落地，转换层下面的框支柱的柱距疏密要均匀，保证其足够的刚度、强度、延性和抗震能力。框支柱与剪力墙的距离位不宜太大。
4整体计算结构外加局部应力分析。
转换层的结构型式复杂，内部应力集中，受力程度不均衡，设计时必须针对转换层结构的应力分析进行科学的整体性预算，最好以墙元或有限元分析为原理的计算程序进行设计，详细分析其各处的应力，并按有限元计算进行配筋。
关键词：高层建筑；结构特点；基础结构设计
0.引言
高层建筑结构设计越来越成为高层建筑设计工作的难点与重点，给工程设计人员提出了更高的要求。在高层建筑结构设计中，基础设计极其重要，扎实、适用的基础，是确保高层建筑质量的关键所在。在进行高层建筑结构设计时，要结合当地情况，考虑好可能存在的一系列影响因素，把基础设计做好。本文就高层结构设计的特点、设计原则以及基础的结构设计中存在的几个问题进行探讨。
1.高层建筑结构设计特点
1.1水平荷载成为决定因素
首先，数据显示楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值仅与楼房高度的一次方成正比，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力与楼房高度的两次方成正比。因此，水平荷载对高层建筑稳定性的影响作用是很大的。
1.2轴向变形不可忽视
高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
1.3侧移成为控制指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（=qH4/8EI）。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：
（1）因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。（2）使居住人员感到不适或惊慌。（3）使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。（4）使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。A，结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。B，抗震设计要求更高。有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
2.高层建筑结构设计基本原则
高层建筑结构设计的基本原则是：注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措施。钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。在抗震设计中，应保证结构的整体性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。结构应满足下列基本要求：
（l）应具有必要的承载力、刚度和变形能力。（2）应避免因局部破坏而导致整个结构破坏。（3）对可能的薄弱部位要采取加强措施。（4）结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。
3.高层建筑结构的基础设计基本要求
基础是房屋结构的重要组成部分，房屋所受的各种荷载都要经过基础传至地基。由于高层建筑层数多、上部结构荷载很大，导致使其基础具有埋置深度大，材料用量多，施工周期长，工程造价高等特点。为此，高层建筑基础设计时应满足以下几方面的要求：
（1）高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量沉降戒倾斜，满足建筑物正常使用要求。还应注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高，确保施工安全。（2）基础设计应根据上部结构和地质状况进行，宜考虑地基、基础与上部结构相互作用的影响。需要降低地下水位的，应在施工时采取有效措施，避免因基坑降水而影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等正常使用和安全。同时还应注意降水的时间要求，以免停止降水后，水位过早上升，使建筑物发生上浮等问题。（3）高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。（4）高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。（5）在地震区，高层建筑宜避开对抗震不利的地段；当条件不允许避开不利地段时，应采取可靠措施，使建筑物在地震地不致由于地基失稳而破坏，或者产生过量下沉或倾斜。
4.基础的埋深问题
高层建筑的基础应该要有一定的埋深，埋置深度可以从室外地坪一直算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定，但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：
4.1提高地基承载力
当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。
4.2有利于高层建筑上部结构的整体稳定
高层建筑地下室外墙一般采用钢筋硷墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。
此外在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：（1）天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；（2）桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求及本规程第12.1.6条规定的前提下，基础埋深可不受本条第1、2两款的限制。当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。
5.结语
近些年来，我国的高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加。在高层建筑结构设计中，地基是大楼的基础，设计者应根据实际情况，作出合理的结构方案选择。并能根据具体情况进行具体分析采取适当的措施解决实际问题。才能不断地完善和发展高层建筑。
参考文献：
梁式转换：梁式转换层是指在普通的现浇钢筋混凝土楼板上布置相应的托梁，以承载在上部楼层落空的各承重柱或剪力墙传来的荷载，一般多用于有大空间、大开间要求的底层结构。当需要纵、横双向同时进行结构转换时，应采用双向结构转换梁布置。
板式转换：当高层建筑结构的上下柱网、轴线相互之间存在较大错位，可考虑选择采用板式转换结构，以形成厚板式承台转换层，其下部楼层的柱网可以灵活布置。厚板转换结构多适用于上下楼层柱网极不规则的高层建筑结构转换，使得转换层上、下楼层的结构功能布置灵活。
桁架转换：在采用托柱形式的梁式转换结构时，当转换梁构件的跨度很大且上层传递的荷载较大时，可根据上下楼层柱网的轴线位置变化情况设置相应的桁架转换层进行结构转换，其有效克服了梁式转换和厚板转换形式存在的缺点，转换灵活，传力直接，减轻了梁构件的剪力负担，是一种可在超高层建筑结构转换工程中推广应用的结构转换形式。
二、转换层结构的构件设计
1、框支柱
为了保证结构具有足够的延性，框支柱的轴压比要严格控制，这使得框支柱比一般的框架柱有更大的延性和抗倒塌性能。框支柱轴压比：μN = Nmax/ （ fcbh0）
式中： Nmax ―框支柱最大组合轴力设计值（包括地震作用下轴力调整） ；
fc ―框支柱混凝土抗压强度设计值；
b ―框支柱截面的宽度；
h0 ―框支柱截面的有效高度。
一级抗震时， 框支柱的轴压比控制在0.7 以下； 二级抗震时，应该控制在0.75 以下；三级抗震时， 控制在0.8 以下；非抗震设计时，控制在0.85 以下。箍筋沿柱全高加密并采用复合箍筋，且不少于Ф10 @100。框支柱应有部分纵筋伸至框支梁以上的墙体内，延伸长度等于层高以加强上下层的可靠连接 。
2、框支梁
因为框支梁的受力很大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，而且是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂的受力构件，故设计时应设有较多冗余储备。宜在结构整体计算后，按有限元方法进行详细分析，分析和试验结构表明，在竖向荷载和水平荷载作用下，框支梁大多数情况下为偏心受拉构件，并承受很大的剪力，因此《高层建筑混泥土结构技术规程》规定了对框支梁截面高度的设计要求及框支梁截面组合的最大剪力设计值的限制条件。在竖向荷载作用下，梁端往往首先破坏，所以必须加强构造措施，伸入支座的钢筋在柱内应有可靠的锚固；负钢筋伸入梁下皮以下要大于45d 。框支梁不宜开洞，开洞时应做局部应力分析，要求开洞部位远离框支柱边，开洞部位要加强配筋构造。
3、楼板
由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构，转换层楼面在其平面内受力很大，楼板变形显著，因此要适当加厚转换层楼面，建议采用厚度不小于180mm 的现浇板，这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配，并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力，也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假定。而且混凝土强度> C30 ，并采用双向双排钢筋网，每排钢筋的配筋率> 0.25 % ，必要时，转换层混凝土加1 %的钢纤维则抗力效果更佳；它不仅可以使同一等级的混凝土抗剪强度提高45 % ，而且可以有效的提高混凝土的抗裂性能 。转换层楼板不宜有大的开洞，当开洞时应在洞口四周设置次梁暗梁，楼板开洞位置尽可能远离外侧边，与转换层相近的楼板也应加强。若必须在大空间部分设置楼、电梯间时，应用钢筋砼墙围成筒体。
三、高层建筑转换层设计要点
1、高层建筑的转换层结构布置
转换结构可以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（或是楼层局部布置转换层），且自身的这个空间既可以作为正常使用楼层，也可以作为技术设备层，但应该保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。当建筑物较高柔（如框架-核心筒结构），整体刚度可能不足，在结构竖向的一定部位设置水平刚性楼层（加强层），人为地加强结构的整体弯曲效应，这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。对大底层上部为多塔的建筑，塔楼的转换层宜设置在裙楼的屋面层，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。对部分框支剪力墙高层建筑结构，其转换层的位置，7度区不宜超过第5层；8度区不宜超过第三层。
2、高层建筑转换层结构的过度受力及轴压比控制
（1）过度受力。高层建筑转换层的结构设计，不是我们想象的那么简单，在这个过程中，楼层的梁面和柱面分别有两种表现形式，从柱面来看，主要的突出表现有强柱和弱柱，从梁面来看主要由强梁和弱梁。不要轻视这两个构件，它们直接影响着转换层的竖向负载能力以及构架的内力，在高层建筑施工期间，对施工的进度和时间也有一定影响，尤其是在转换层构架与若干层构架同时出现在施工阶段的时候，这个构架的内力变化尤为突出，若不及时采取措施，必会因为施工阶段转换构件的过渡受力而影响高层的进度，造成高层建筑施工延时延工。
（2）控制轴压比。高层建筑中转换层还要注意轴压的比率，尽量控制这个比率，我们知道，转换层的支梁和支柱在内交角的位置，有一个突出的应力表现情况，由于深受水平负载以及垂直负载的双重影响，柱子的横截面，柱子的剪力，以及柱子的弯矩在相对条件下较小，所以轴压力的承受力主要受框支柱所支撑，转换层以上的墙体垂直负载和水平负载差不多都能借助板平面内的刚度传递给落地剪力墙，因此要严格控制框支柱的轴压比。例如，在一高层建筑实处，设计的方案是这样的：抗震设计时框支柱的轴压比小于0.6，砼的强度等级高于C20，但低于C30，采用螺旋箍围绕框支柱全高密度较小，箍筋直径要不足10，问距不足100rnm，这个设计方案，在真正实行的过程中限制了柱箍筋配箍率，减弱了转换层柱的抗剪能力。因此要切合实际的对高层建筑进行科学的检测，确保万无一失。
【关键词】高层建筑；转换层；结构设计
近年来，我国在加快现代化城市建设的同时，为了满足越日渐增长的人口对于房屋建筑源源不断的需求，建筑企业一直致力于高层建筑的建设和发展，且高层建筑正向着大型化、功能复杂化的方向发展。那么，对于高层建筑而言，在进行功能划分时，为了满足建筑在功能方面的需求，必须对结构形式的变化进行过渡，因此，转换层在高层建筑中得到了应用，而且发挥着举足轻重的作用。本文即将围绕高层建筑的转换层，浅谈转换层结构设计的主要内容。
1. 转换层的概念
一般情况下，高层建筑结构底部所承受的力明显大于上部受力。因此，为了保证结构的安全可靠性，往往需要针对底部结构做好设计工作，即设置更多的墙体，并保证有足够的强度和密集的柱网，离顶部越近，那么墙体和柱的数量也会越来越少，致使柱网扩大，最终造成顶部的活动空间与底部结构相比之下，要大得多，那么高层建筑在功能和空间上的需求就无法得到满足。因此，对于高层建筑，必须要突破传统的思想和模式，进行改革创新，而引入转换层结构则不失为一个有效的方法。通过应用转换层结构，实现了结构转换的楼层设计水平在构件上的转换，从而满足了建筑在功能上的需求，保证了结构的安全性。
2. 转换层的设计原则
在高层建筑中，由于设置了转换层结构，因此竖向刚度难免会发生突变，导致建筑的抗震能力显著降低。为了避免这种问题发生，在进行设计时，应当注意以下设计原则：用于结构转换的竖向构件会由于转换层的作用而发生刚度突变的现象，对结构的抗震能力产生极为不利的影响，因此，在设计时，竖向落地的构件应当成为首要选择；在高层建筑的竖直方向上，选择较低的位置作为转换层的设立位置，尽量避免过高的位置；在选择材料时，应当注意材料的材质，保证其在换层结构形式上具有较强的导力，以此对转换层结构进行优化，从而满足结构分析设计的相关需求，工程量也因此而得到有效的保障；为了满足建筑在安全、经济方面的需求，应当尽量选择较小的转换刚度。
3. 高层建筑的转换层结构的主要形式
3.1 梁式转换
从高层建筑的结构来看，往往会采用梁式转换的方式，实现在垂直方向上的转换。梁式转换方式利用转换梁，从上部墙将力直接传递给下部柱，从而满足了建筑的使用功能需求。该转换方式具有易于计算、成本低廉的特点，因此在高层建筑中应用比较广泛。
3.2 箱式转换
箱式转换方式主要是通过单向、双向托梁以及楼板的共同作用而实现的，可以形成箱形转换层，与单层梁板相比之下，其刚度要大许多。
3.3 板式转换
对于板式转换层而言，其上下柱网错开比较多，而且脱离了梁的承托作用，且没有按照一定的规则进行布置。考虑到抗剪和抗冲切，转换层的转换板应当具有足够的厚度。这种转换方式具有下层柱自由活动的特点，但是板式转换层本身自重比较大，而且所使用的材料过于复杂，因此，不利于施工操作。
3.4 斜柱转换
混凝土的压缩性能可以通过斜柱转换形式充分体现出来。通过采用斜柱转换方式，可以起到扩大建筑空间的作用。虽然斜柱转换层在实际的应用过程中，水平荷载会显著增加，然而完全可以通过其它途径来弥补这个缺点。选择建筑平面作为基点，在进行转换层的施工过程中，新设圈梁或者拉梁，保证路径最短，从而保持平衡性。此外，对于斜柱转换层而言，其荷载分担应当引起重视，要保证转换层的安全性，必须将斜柱所承受的荷载进行分析和转换。
3.5 巨型框架转换
巨型框架转换一直是专业人员研究工作的重点，该转换层有很大的发展空间。巨型框架转换层具有很强的抗震功能，它包括竖向筒体或者巨型柱以及一定数量的大梁，即是由多个梁式转换层合并而成。在施工还未开始之前，应当进行模拟实验，预知施工过程中将要发生的情况，从而针对临时支撑情况采用合理的对策予以解决，并保证该转换层具有足够的抗侧刚度。
4. 转换层结构的构件设计
4.1 框支柱
框支柱作为十分重要的一个构件，对于转换层结构的安全性能发挥着不容小觑的作用。在高层建筑实际的工程中，楼板在各种因素的影响作用下发生变形，而且剪力墙也会因此而出现裂缝，大大降低了结构的刚度，使框支柱的剪力明显增加。因此，在结构设计这一阶段，对于提高框支柱剪力存在可能性的部分，应当将其单独列出，然后严格按照相关规范要求，进行针对性的设计。除此之外，对于那些在框支柱上部墙体的纵筋，应当将其伸入上部墙体的内层，从而使转换层的上、下层之间连接更为紧密。此外，对于在墙体范围之外的纵筋，应当采用水平锚入转换层梁板内的方式，从而达到锚固要求。
4.2 框支梁
框支梁作为一种传输枢纽，在上、下层之间具有传输荷载能力的作用，从而为框支剪力墙的抗震性能提供了充足的保证。剪压比的多少直接关系着框支梁的截面尺寸，一般情况下，框支梁截面宽度应当超过其上墙2倍厚度，关于框支梁的高度，则必须进行跨度计算，以跨度六分之一的标准来设计高度。在进行结构设计过程中，由于框支梁的承受荷载较大且比较复杂，因此必须考虑充足的安全储备。对于存在于框支梁的纵筋而言，一般将抗震等级分为二级，因此，其配筋率应当超过0.4%才满足要求。此外，在此基础之上，应当以0.8%为界限，框支梁的配筋率需要超过这个数值，再加上框支梁受力不均匀，因此，必须保证一定数量的腰筋量，以免施工受阻。对于腰筋而言，应当选用Φ8钢筋，控制梁高间距在200mm范围之内。框支梁作为结构抗震性能的关键构件，其受剪很大，因此，在施工过程中，应当严格依据强剪弱弯的原则，如果纵筋数量超过了一定的范围，应当及时采用加强箍筋的措施。
4.3 转换层楼板
在转换层结构中，通过采用楼板可以将框支剪力墙进行分层，即上、下两个部分，且受力情况存在一定的差异。关于上部楼层，以各片剪力墙的等效刚度比例为依据，对外荷载产生的水平力进行分配。而在下部楼层中，框支柱与落地剪力墙相比之下，两者的刚度有所不同，且落地剪力墙所承受的剪力主要来自于水平方向，导致荷载分配不均匀。对于转换层的楼板而言，承担有非常之多的任务，且以上、下楼层的剪力重的分配为主，转换层楼板所承受的力较大，变形幅度也比较大，为了保证转换层楼板能够顺利完成任务，刚度必须足够，并以此作为结构的支撑。
结语
总而言之，随着高层建筑的迅速发展，转换层也得到了广泛地应用。对于高层建筑而言，必须满足结构安全性能、抗震性能等方面的要求，而转换层则能秀好地解决这方面的问题，因此，必须做好转换层的结构设计。在进行结构设计时，基于对各个转换层形式的了解，选择最佳的转换层类型，并严格按照相关规范要求，对转换层楼板、框支梁等比较关键的部位，进行重点设计，使转换层的质量得到保障。
参考文献
[1]李福顺.浅谈高层建筑梁式转换层结构设计[J].建筑知识：学术刊，2012（10）.
[2]陈林.带转换层小高层建设结构转换层设计探讨[J]. 建筑知识：学术刊，2012（10）.
[3]付秀兰.论建高层建筑结构转换层设计方案[J].建筑知识：学术刊，2012（29）.
关键词：转换层；高层建筑；梁式；竖向；抗震
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、转换层的功能与设计原则
（一）转换层的功能
1、建筑功能
利用转换层结构可以为高层建筑提供宽阔的室内空间和出入口。
2、结构功能
高层建筑利用转换层可以实现上下部结构的转换，上部的剪力墙结构更适合于民用住宅结构，而下部框架结构由于可以具有较大的内部空间，更适宜商用。通过转换层将两者有效的融合为一体，确保了高层建筑结构的多样化。
3、轴线及上下层柱网转换
利用转换层进行结构设计时，在其不改变上下结构形式的情况下，可以通过对轴线及上下层柱网的改变，实现下部柱距的扩大，以大柱网的形式满足下部大空间的需求。
4、错位布置
在进行上下结构转换时，可以对上部结构和下部结构的轴线和柱网轴线进行错位布置。
（二）设计原则
高层建筑由于自身重量较大，所以对其稳定性和抗震性具有较高的要求，但在进行转换层设置时，极易导致竖向刚度突变的发生，从而导致高层建筑结构的抗震性能受到较大的影响，所以在进行转换层设计时需要遵循利用直接落地的竖向构件、宜低不宜高、宜小不宜大的诸多原则。即在进行转换层设置时，由于竖向构件会对刚度和结构的抗震性能带来突变，所以需要选择直接落地的竖向构件来进行设置；在进行转换层设置时，尽量选择高层建筑竖向位置较低的地方；同时为了确保所设置的转换层结构型式能够具有更明确的传力路径，所以需要对转换层结构进行优化，这样对于结构设计和施工都会有一定的益处；在转换时需要对刚度进行适度的控制，不宜过大，这样不仅有利于建筑物的安全性，而且也会带来较好的经济性。
二、结构转换层的类型及设计方法论述
高层建筑结构转换层可以分为四种类型：梁式转换层、厚板式转换层、箱式转换层和桁架式转换层。
（一）梁式转换层
特点：梁式转换层分为托柱形式转换梁截面设计和托墙形式转换梁截面设计，这两者是按功能不同来进行划分的。
1、托柱形式转换梁截面设计
当转换梁承接的是上部的普通框架时，可以按照普通的截面设计进行配筋计算，因为这时的转换梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一样的，但是，当转换梁承受的是上部斜杆框架时，就应该按偏心受拉构件进行截面尺寸设计，因为，此时的转换面承受的是轴向拉力。
2、托墙形式转换梁截面设计
在转换梁的施工过程中，力学问题是一个关键问题，必须要予以重视，当转换梁承受上部的墙体是小墙体时，要采取普通梁的截面设计方法进行配筋计算，且纵向的钢筋也可以放置在转换梁的底部，像普通梁那样布置就可以了；当转换梁承受的是上部墙体且满跨不开洞时，转换梁应采取的截面设计方法是深梁截面设计方法，它的受力特点和破坏形态表现为深梁，不过此时的转换梁跨中较大范围的内力较大，所以其纵向的钢筋就不应该弯曲或者截断了；当转换梁承托上部墙体满跨或者不满跨时，但是剪力墙长度比较大时，应该采取的转换梁设计方法是深梁截面设计方法。
（二）箱型转换结构
当转换梁的截面较大时，可以在转换梁的梁顶和梁底同时设置一层楼板，遍布全层，使得整个楼层都构成“箱子”形式，也因此被称为“箱型转换层。
箱型转换结构也是高层建筑设计中较为常用的一种结构形式，在设计过程中主要要注意支撑体系的合理设置，这是保证建筑施工质量的重要前提，主要特点有：层高大、自重大、混凝土强度高、结构受力比较复杂、墙柱模板支设困难等，主要优点是转换层本身的整体性非常好，但是，它也有其缺点，就是它直接占用了整个楼层的面积，使得这个楼层不能再有其他用途，只能当做设备层使用，还有一个缺点就是上面所提出的自重大、造价高，这也是在实际应用当中很少使用的原因。
（三）厚板式转换层
这种厚板厚梁式转换结构主要优点是布置灵活，整体性比较好，当上、下柱网线错开比较多很难用梁来承托时就需要采取这种形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根据上下的结构以及柱网尺寸而定，但是这种厚板式转换层的自重很大，地震作用大，耗费材料多，不仅耗费资金而且还容易发生震害，所以这种方法采用的也不是很多。
厚板式转换层可以采用T B SA 等的三维空间分析程序对整体进行内力分析，主要是转换板的不规则边界，这样一般会采用有效单元法进行内力分析，还可以采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算，还可以对板进行在竖向压力荷载作用下的受弯和局部压力等的计算。
（四）桁架式转换层
桁架可以分为两种，一种是空腹桁架，另一种是实腹桁架，这种桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转换而来的，与梁式转换层相比它的受力更加明确、整体性好、抗震能力强、框支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点，这是它主要的优点，但是缺点也比较明显，施工难度大，更加复杂、节点设计难度大。可以对其进行整体结构的内力分析，当高层建筑的下部为大商场时，需要的空间必须要大，上部则是居住办公等的小空间，这时就可以采用桁架式转换层，特别是在需要设置管道时，更要采取这种方式，一般采用桁架式转换层时应该满层进行布置，而且上弦节点要与上部密柱中心对齐。桁架式转换层的重量比较小，所以也减小了下部框架的承重负荷。
三、带转换层的高层建筑结构设计要点
（一）转换层结构布置
据相关研究已经显示，在底部的转换层中，如果其位置越高，它的上下高度的突变就会越大，转换层的上下内力的传递途径，其突变也会加剧，落地的剪力墙以及其他墙体就容易出现裂缝现象，框支柱内力加大，使得转换层的上部其附近的一些墙体就会被破坏。所以说，转换层的位置如果过于高，就会对抗震产生不利的影响。按照相关的研究结果显示，转换构件能够运用箱形结构、斜撑、厚板、转换大梁等形式，在地震区对于一些转换厚板的使用经验是比较少的，可以在一些非地震区采用，在一些大空间的地下室中，因为其周围有着约束的作用，而地震的反应也低于上部的框支结构，所以，在 7 度到 8 度地区的地震设计的一些地下室就能够采用这种厚板转换层。
（二）转换层竖向布置
转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能需要，沿着层高的建筑方向灵活布置，也可以符合建筑功能要求的基础上，能够在楼层的局部来设置转换层，而且自身的空间可以作为一种技术设备层，也可以作为一种正常的使用层，但是前提是要保证转换层的刚度，这样来防止刚度的过分悬殊。
（三）转换层抗震设计
为了进一步的保证设计的准确性与安全性，规定在一些框支剪力墙其转换层的位置如果是设置在第三层以上，那么框支柱以及剪力墙其底部的抗震等级要提高一级，如果已经是特一级就不再需要提高，而对于底部的框架来说，如果其为密柱框架，其抗震等级就不用再提高。转换层其构件在水平地震作用下的内力要将其调整，如果是八度的抗震设计，就要对竖向地震的影响需要考虑。
（四）转换层楼板设计
转换层将框支剪力墙分成上下两部分，对于这两者来说，其受力情况是有一定差距的，在上部的楼层中，因为外荷载而产生的水平力，有自己的分配原则，它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中，框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的，后者承担着水平剪力，也就是说，在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务，转换楼板其自身的变形大、受力大，应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。
参考文献
[1]李多龙. 高层建筑结构设计的基本流程分析[J]. 江西建材. 2013(06)
关键词:高层建筑；结构设计；转换层；探讨
Abstract: this paper expounds the characteristics of the structure stress, the actual engineering for example, analyzed the conversion layers problems encountered in the design of structure, and the conversion layers structure design put forward some reasonable Suggestions.
Keywords: high building; Structure design; Conversion layers; explore
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
1 结构受力特点
工程中经常遇到的带转换层的结构形式即为底层大空间剪力墙结构,即结构的部分剪力墙落地,部分剪力墙在底部变为框架,这种结构形式的受力特点是:
1) 底层大空间剪力墙结构以转换层为界,其上部所有剪力墙变形曲线相似,由水平外力产生的楼层剪力按各片剪力墙的等效刚度比例分配,其下部由于框支剪力墙的侧向刚度急剧变小,使底层框架承担的水平力也迅速减小,而落地剪力墙在底层承担的水平力却迅速增加。
2) 水平力在底层分配关系迅速改变,这种改变是通过转换层的刚性楼板对内力的传递作用而实现的。转换层楼板在完成上下楼层剪力重新分配的同时,自身在平面内受到很大的力,也产生了较明显的平面内变形,从而影响了关于楼板平面刚度无限大的基本假定。
3) 当底层框支柱和落地剪力墙按等效刚度分配水平力时,由于框支柱的侧向刚度通常不到剪力墙侧向刚度的1 % ,因此在计算中它所承担的水平力是极小的。但当转换层楼板有变形时,底层在框支柱区域内水平位移达到最大,从而使框支柱实际受到的剪力要比理论分析所得到的剪力大得多。
以上受力特点表明,转换层上下附近的受力状况是比较复杂的,在工程设计时必须对落地剪力墙和框支柱留有安全储备。
2 工程概况及结构设计
某旧城改造回迁楼工程建筑面积63362m2 ,总建筑层数为地下1 层,地上26层。地下1层为车库及设备配套用房,地上1～2层为商铺,3层～26层为住宅,建筑物总高77.8m ,地下1层整体大地盘，上部结构划分为五个单元。由于功能和使用上的要求,地上1～2层需要大开间,柱距6.9m,8m,因而在结构布置上采用框支剪力墙结构,电梯间核心筒为落地剪力墙,其余为6.9m ,8m 间距的框架柱;3层以上结构形式采用剪力墙结构,为了保证上下层结构受力的准确传递,在3层设梁式结构转换层。
3 结构分析
1) 本工程属丙类建筑,抗震设防烈度为8 度(0. 2g) ,场地类别为Ⅲ类,设计地震分组为第一组,按50 年一遇基本风压值为0. 40kN/ m2 ,地面粗糙度为C 类。
2) 正常设计的高层建筑下部楼层侧向刚度宜大于上部楼层侧向刚度,否则变形会集中于刚度小的下部楼层形成薄弱层,为了防止这种薄弱层的出现，要求楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层的70 %或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 %。在本工程中转换层上一层剪力墙厚度为250 mm ,转换层及以下结构的剪力墙厚度加大为500 mm ,柱子截面尺寸取900 mm ×1300 mm ,1100 mm ×1300 mm 等。
3) 落地剪力墙抗剪能力验算。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》7. 2. 1122 有:
取受力较大的一段墙肢,墙长4m ,墙厚500 mm , V =6980.4kN ,M = 525.5 kN·m , N =22867.8 kN ,经验算满足抗剪要求。
4 结构设计中遇到的问题
4. 1 合理的剪力墙布置对转换层受力的影响
本工程的方案设计由外方承担,户型变换较多，在与中方建筑施工图设计配合中,为了提高建筑物的抗震性能，尽量避免了二级转换和宽扁梁转换,使结构受力更合理。同时，为了发挥转换梁与上部剪力墙的共同拱作用，我们尽量将剪力墙满跨或接近满跨，减少梁中支撑承托上部小墙肢的情况。优化后的转换层结构布置图如图1所示。
图1 转换层结构平面
4. 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,一方面减少上部刚度,即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙 ,另一方面加大下部刚度,在建筑使用功能允许的条件下,加大落地剪力墙以及框支柱截面,同时注意剪力墙的布局均匀、对称。本工程转换层同其上一层的侧向刚度比为X 向1.3左右 ,Y向1.1左右，结构受力较为合理经济。
4. 3 转换梁刚度对其自身内力、配筋及上部剪力墙内力的影响
由于转换层附近结构内力分布非常复杂,一般在实际工程中首先根据建筑设计要求估算确定剪力墙的布置,对转换梁的构件尺寸进行计算、试算、调整,有关资料表明,转换梁断面一般宜由剪压比控制,以避免脆性破坏和具有合适的含箍率,本工程框架抗震等级为一级,适宜的转换梁剪压比控制值应为0. 08 左右。转换梁剪压比:
式中: Vmax ———转换梁支座截面最大组合剪力设计值,kN ;
fc ———转换梁混凝土抗压设计强度,MPa ;
b ———转换梁截面的宽度,m;
h0 ———转换梁截面有效高度,m。
在初步计算时，根据工程经验，Vmax=（0.4～05）G，G为转换梁上全部重力荷载设计值。
经过计算比较,结合建筑层高要求，本工程转换梁断面取600mm ×1200mm以及700mm ×1200mm。
4.4 转换梁截面设计方法分析
转换梁截面设计方法主要有三种：1、普通梁截面计算，直接取用高层建筑结构计算分析程序（如PKPM）内力计算结果进行计算；2、偏心受拉构件截面计算，将转换梁进行有限元分析得出的应力转换成截面内力进行计算；3、深梁截面计算，转换梁与上部墙体组合成一倒T形深梁进行计算。
普通梁截面计算适用于转换梁承托上部普通框架柱或上部小墙肢，偏心受拉构件截面计算适用于转换梁承托上部斜杆框架，其余情况适合采用深梁截面计算方法。本工程转换梁承托小墙肢以及满跨或接近满跨墙体，故采取普通梁及深梁截面计算方法。普通梁截面计算方法直接读取PKPM计算结果，深梁计算方法则取转换层以上三层高度墙体与转换梁一起组成倒T深梁，对PKPM计算结果进行核算。
5 结语
关键词：高层建筑 结构转换层 结构设计
1.工程概况
某大厦，建筑面积为32000m2，地下一层，根据战时和平时的使用需要，平时作地下停车库，战时为人防空间；底部一、二、三层为商业和娱乐用房；四层为结构转换层，转换层以上为高层住宅塔楼，建筑总层数为三十一层，总高度为99.30m，本建筑位于六度抗震区，建筑场地为Ⅱ类，丙类建筑，框支柱和剪力墙底部加强部位的抗震等级为一级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级，在楼、电梯部位设置上下对齐的落地剪力墙形成核心筒，并在筒体对称位置设置纵横落地剪力墙。
2.结构方案
根据建筑功能要求，本工程底部商业和娱乐部分要求有较大的柱网，形成大空间；上部为住宅，分隔空间较小。从结构受力角度来看，建筑物沿竖向正常的布置应该是下部楼层的墙、柱多而密，刚度大，上部则逐渐减少墙、柱，减小刚度，这样布置可是结构刚度沿竖向均匀递减，避免刚度突变.而建筑功能要求常使竖向结构的布置正好相反，结构设计在方案确定时，底部为框架——剪力墙结构，上部采用剪力墙结构，在第四层楼面位置设置转换层，转换层结构构件大致可采用梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等，非抗震设计及六度抗震设计时亦可采用厚板。
3.结构设计
本工程采用钢筋混凝土大梁作为结构转换层，将上部剪力墙结构变为下部三层以柱为主的大空间结构，满足建筑上使用功能的需要，在结构设计时，应着重从以下几个方面着手：
①构件截面的确定
②框支剪力墙截面的确定
③框支柱截面的确定
本工程根据SETWE软件计算，框支柱根据轴压比限值为0.6的要求确定，同时结合框支梁的截面宽度及框支梁计算跨度，最后采用柱截面为1200mm×1200～1400mm不等。
④转换层楼板厚度确定
4.结构计算
（1）框支剪力墙结构的内力分析分两步：首先采用三维空间方法进行整体结构的内力分析，得到各构件的内力和配筋；然后对转换梁（框支梁）附近楼层进行平面有限元分析，取得详细应力分布，然后决定转换梁（框支梁）和附近墙体内的配筋，平面有限元分析的范围选取底层框架和框支层以上4层的墙，底层框支梁柱的有限单元按300划分，在梁柱全截面高度下划为五等分，上层墙体结合洞口位置均匀划分。
（2）内力分析后，应对楼层剪力作如下调整： 1）底层落地剪力墙承担该层全部剪力；
框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁（不包括转换梁）的剪力、弯矩，框支柱的轴力可不调整。
（3）带转换层的高层建筑，转换层的下部楼层由于设置大空间的要求，使得部分竖向抗侧力构件不连续，侧向刚度会产生突变，一般比转换上部楼层的刚度小，设计时应采取措施减少转换层上、下楼层结构侧向刚度及承载力的变化，以保证满足抗风、抗震设计的要求.底部带转换层结构的薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。
5.构件配筋
6.结束语
转换层结构较为复杂且工程量又较大，因此设计人员首先应注重概念设计，这样一来可以少走弯路；其次通过上述计算和分析可以得知，此类建筑在平面布置上应尽可能的规则、对称，减少偏心，优化调整转换层上下结构的布置和刚度，使之接近是十分必要的；同时应注意框支梁、框支柱等构件的特殊性；最后也应考虑施工难度大的因素，因此在设计时，尽量考虑施工的可行性，以达到最为合理的设计。
参考文献：
[1]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002．
关健词：高层建筑 结构设计 高宽比
1关于宽度计算
对于高宽比中的宽度,虽然《混凝土高规》4.2.3条的条文解释已有说明,但在具体执行中,仍存在各种不同的理解,摘录探讨如下:
1.1最小宽度
一般理解为平面的最小进深,常有设计人员将《混凝土高规》条文解释中的“最小投影宽度”理解为各方向的最小宽度。由于采用最小宽度将忽略平面短向的突出物,使得平面整体刚度并未得到体现。因此这一理解与《混凝土高规》的条文解释中关于“最小投影宽度”的说明并不符合,且偏于保守。
1.2加权平均宽度
加权平均宽度即按结构平面各凹凸部分分段加权后的平均宽度。
B=ΣLiBi/ΣLi(1)
式(1)中:Li―分段长度;
Bi―分段宽度。
虽然在一定程度上考虑了平面凹凸后的综合宽度。但其属于平面加权的数学概念,没有直接与结构抗侧刚度发生关联。仍属于偏保守的计算方法。
1.3最小投影宽度
这是《混凝土高规》条文解释提出的计算方法,《混凝土高规》4.2.3条文解释中提到“在复杂体型的高层建筑中,如何计算高宽比是比较难以确定的问题。一般场合,可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比”,“对于不宜采用最小投影宽度计算高宽比的情况,应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法”。条文解释明确了以“最小投影宽度”作为高宽比计算指标,但并未明确复杂情况下“合理的计算方法”的具体内容。由于结构平面短向突出部分占结构纵向长度的比例可大可小,若采取投影宽度将得到同一结果,显然不能完全体现与刚度关联的原则。另外,“最小投影宽度”也未解释悬挑构件是否应列入高宽比计算范围,容易造成误解。
王亚勇、戴国莹在《建筑抗震设计规范疑问解答》中也阐述了对最小投影宽度的理解。“一般情况下,结构平面宽度可按该平面各水平方向的最小投影宽度计算,如L形平面的水平方向最小投影宽度指相应直角三角形斜边的高度”[1]。这一观点与《混凝土高规》是符合的,且关于L形平面的解释,更印证了最小投影宽度并非最小宽度。
1.4等效宽度
这是《混凝土高规》补充规定中介绍的一种方法。“当建筑平面非矩形时,可取平面的等效宽度B=3.5r,r为建筑平面(不计外挑部分)最小回转半径”。这一取值原则与《砌体结构设计规范(GB5003-2001)》5.1.2条中用于计算砌体构件高厚比的折算宽度hT=3.5i(i为截面回转半径)一致。笔者认为,这一计算方法既体现了等效宽度与结构侧向刚度的关联性,也比较方便实用,是计算复杂平面高层结构高宽比的较合理方法。
1.5悬挑结构是否计入宽度
很明显,悬挑结构不涉及结构的侧向刚度。高宽比的宽度指标,应以结构竖向构件的外边缘包络线为计算基准。如以最小投影宽度计算结构高宽比时,应注意不计入悬挑构件的投影宽度。
高宽比既然作为一个控制概念在规范中提出,其宽度的计算宜有相对统一的认识,以便实际设计、审图等阶段中操作。经上述分析,笔者认为《混凝土高规》中的最小投影宽度可作为方案选型阶段的高宽比计算指标,而广东省《混凝土高规》补充规定中的等效宽度,可作为初步设计、施工图设计阶段的高宽比计算指标。而最小宽度以及加权平均宽度,由于其不能体现与结构侧向刚度的关联性,一般不宜作为宽度计算指标。对此,本文案例将作进一步分析。
2关于高度计算
关于高厚比中的高度取值,目前认识比较统一。高宽比的计算高度指室外地面(地下室顶板)至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。值得注意的是,《混凝土高规》条文解释中提到:对于带有裙房的高层建筑,当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时,计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上部分考虑。
3高宽比的执行标准
关于高宽比能否突破的问题,王亚勇、戴国莹在《建筑抗震设计规范疑问解答》中提到“不再将高宽比作为超限高层建筑的一个判断指标”。在《混凝土高规》中的相应严格用词是“不宜超过”规定值,允许有所松动,而且可以按有效数字取整数控制,不计入小数点后的数字”[1]。北京市建筑设计研究院编《建筑结构专业技术措施》中也提到,“高宽比不宜作为结构设计中的一项限制指标。尚未见到国外抗震规范中对于房屋高宽比的限制。我国抗震规范中也无高宽比的限值,这绝非一个疏漏”[2]。
从工程设计的实际经验来看,高宽比接近或超过限值,已是一个比较常见的现象。比如高层板式建筑(住宅或酒店),从使用角度而言,其合理最大进深一般为15～16m,当结构高度接近或超过100m,必然带来高宽比接近或超过限值的问题。在结构计算程序日渐成熟的今天,层间位移角、剪重比等指标比高宽比更能精确地反映结构刚度及稳定性能。因此,高宽比可以作为一个宏观控制指标对结构形体的合理性作一个初步判断。在特定的建筑形体要求下,高宽比指标接近或超过限值时,可结合层间位移角、剪重比等计算指标对结构进行较精确的综合分析。建议具体可以采取以下措施:
(1)严格控制层间位移角,并与规范最低要求相比,有一定的余量。
(2)进行结构整体抗倾覆及稳定验算,控制基础边缘不出现负应力。
(3)适当加强结构的抗侧构件刚度,确保结构的剪重比指标。
(4)对剪力墙底部加强区、外边缘柱等轴压比进行控制,并有一定余量。
4案例分析
某高层酒店式公寓,结构总高度99m,最小宽度12.6m,最大宽度16.7m,纵向长度65m。抗震设防烈度为7度,采用剪力墙结构体系,剪力墙抗震等级二级。
现按本文提及的各种宽度计算高宽比,并列于表1。
可见,按最小宽度和加权平均宽度计算高宽比,由于其与结构刚度没有关联,因此结果偏于保守。按《混凝土高规》的最小投影宽度计算高宽比,结果为5.9
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