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中南建筑设计院股份有限公司
【摘 要】多功能高层建筑实现功能转化中应用最为广泛的一种转换层结构设计方法就是梁式转换层结构设计。本文通过简单介绍梁式转换层设计在中国的发展史和应用于高层建筑中梁式转换层的设计原则。最后通过从建筑结构形式、设计的要求、受力机制三个不同的方面对梁式转换层的设计进行了详细的研究探讨。
【关键词】 高层建筑；建筑结构；梁式转换层；原理
1 引言
我国城镇化建设伴随着改革开放不断加快，城市土地由于人口的增加变得寸土寸金。因此，为了提高城市土地的利用率，在最近几年的城市建设中，建筑结构也逐渐向着更高层建筑结构发展。并且随着这个趋势越来越明显化，城市高层建筑的修建高度也是在不断刷新纪录。建筑结构也越来越复杂多变。例如，将一栋高层建筑内部划分成上中下三个不同的组成部分，上层是住宅的功能区域，中层是办公区域，下层是餐饮娱乐、购物区域，彻底转变了传统建筑设计中一栋建筑只能存在单一的使用功能的结构特点。然而由于新型的一栋建筑多元化使用功能的出现，每一种使用功能对建筑物结构和空间大小要求不同，因此，在建筑物施工结构设计中设置转换层，实现其不同功能间的互相转换目的。当今社会，在建筑结构设计中应用最广泛的就是计算、设计以及以施工颇为简单的梁式转换层结构。
2 梁式转换层结构设计在中国的发展史
我国初期开始接触到高层建筑结构设计中的应用梁式转换层结构是在上个世纪的七十年代，最初我国在高层建筑中应用梁式转换层结构不是为了实现对建筑功能的转化，而是为了达到使建筑物底层大开间的建筑结构设计[1]。不过，在上个世纪九十年代，梁式转换层结构设计就已经被我国沿用到建筑结构体系和设计的相关规章条例中，引起了政府相关部门对这样的架构设计的重视。
我国最初是在上个世纪的七十年代末期的上海修建了第一座梁式转换层结构的建筑，该建筑实体高度是13层，缺陷是当时这座建筑的功能依旧较为单一；紧接着，在1983年的大连修建了第二座高度为15层带有多功能化高层建筑结构特征的应用梁式转换层结构，该建筑下面三层主要是提供餐饮和购物区域，上面的十二层主要是用于居住的住宅小区。自此，我国逐渐兴起了应用梁式转换层结构的多功能高层建筑修建热潮，迅速融入我国建筑行业成为其中的一部分。
3 高层建筑中的梁式转换层结构其主要的设计原则
3.1 控制高层建筑的竖向构件使用
在高层建筑的梁式转换层结构设计期间，要最大程度的减少建筑物的竖向构件。因为应用越多的竖向构件于建筑结构中，所能转换的功能结构就会相对减少，梁式转换层结构设计中的刚性也会因受到影响而变小，最终会给整个建筑的抗地震设计埋下安全隐患。
3.2 对称布置剪力墙和转换柱
在对剪力墙和转换柱进行位置分布的过程中，应注重转换柱和剪力墙的对称性，转换柱最好布置在转换梁上面的正中位置，这样可以避免当转换梁变形时，对转换柱的柱脚造成过大的影响，进而转换柱也就不会发生大方向的变形，影响梁式转换层架构的安全稳定性。
3.3 保障梁式转换层的结构刚度
转换层的刚度不达标会直接导致建筑物的抗地震效果降低，因此，在梁式转换层架构设计初期要注意保障梁式转换层的刚度。梁式转换层的设计通常会要求梁的跨度至少比高度低12%，其使用的混凝土为了保障转换层的刚度也是选用品质最佳的混凝土，这样才能使转换层的刚度得到保障，在建筑物的安全性要求得到满足的基础上实现建筑物功能的转化。此外，在设计转换柱和剪力墙期间，要充分考量两者之间的受力大小情况，对两者的性能进行科学合理的设计，这样才可以达到最佳的转换效果。
3.4 转换层结构位置不能设置太高
在梁式转换层结构设计期间，要控制好转换层位置处于合理化的高度，否则，转换层高度一旦超过标准要求，就会造成转换层的刚度减低、转换梁、转换柱的受力增加的现象。进而影响到建筑物体的防地震效果。
3.5 严格规划计算梁式转换层的结构
建筑结构设计中较为重要的一部分就是梁式转换层结构设计，对于建筑结构的实用性和稳定性都会带来重要的影响。因此，在设计梁式转换层结构期间，为保障其设计的准确性和科学合理性，对于相关的数据应进行严格的核算。特别是在建筑物的真实受力变形状态下搭建计算模型的时候，应采用三维空间的整体结构对模型進行研究，务必确保设计计算的真实性和准确性。
4 梁式转换层结构设计
4.1 梁式转换层的结构形式
梁式转换层结构的别名叫做梁式框支剪力墙结构，它主要是通过下部转化大梁将上部剪力墙架落在框支梁上，最后再由框支柱独自支撑框支梁，形成一种较为独特的支撑体系[]。最终达到转换建筑功能结构的目标。因为这种独特的支撑体系其表现形式明确、直接，分析过程较为便捷，所以经常将梁式转换层结构应用于高层建筑功能转化结构设计中。但是，这种转换层结构同时存在一些缺陷，如果将建筑的下轴线和上轴线位置调换，在后期的结构设计期间就需要增加转换梁的使用数量，将建筑物得受力情况复杂化，对于建筑施工非常不利。结合实际设计情况，可以根据梁式转换结构的具体需求，把转换层分为下图（3.1-1）的几种不同结构形态。
图（3.1-1）转换层结构形式
4.2 设计和受力机理的分析
转换梁的受力情况主要是被剪力墙的传导力量、转换梁的刚度以及支撑转换梁的转换柱的刚度所影响。因此，相关工作人员应用限元程序以转换梁承托的具体层数对转换梁受力影响进行分析研究。结果得出，当转化量的跨度小于等于十二米，转换梁所能承托的标准层数是三层，但是后续以承托层数为四层或者是五层进行分析计算时，偏差不会大于5%，都在其正常承受范围内。由此可知，在梁式转换层结构设计承托层在三至五层范围内都可直接采用三层的标准进行计算。这种情况出现的主要原因有两点：第一，转换梁正好位于结构整体弯曲的受拉区域，在转换大梁前应力积分就会出现轴向拉力；其二转换梁被剪力墙体的竖向压力作用下，传力方式就会由之前的竖向传递变化成拱式传递，力量也不会直接作用于转换梁，导致支座出现轴向压力，转换梁中间位置出现拉力的情况。
4.3 梁式转换层设计要求
在设计转换层过程中，要充分考虑到建筑的抗地震需求，严格要求转换层的设计过程，在对大底盘的商住高层建筑的转换层设计期间，对屋面的转换梁以及转换层的楼板尺寸和厚度都要进行一个加厚处理，避免建筑楼层中建出现刚度不稳定的楼层，进而影响到建筑物的抗地震效果。在对普通高等建筑的转换楼层设计期间，严格对转换层的位置高度进行控制。
5 结论
在社会主义现代化发展的今天，高层建筑物的数量越来越多，其中一大部分都是多功能高层建筑，这种建筑的特点主要是结构复杂、不同的功能区对建筑空间的需求不同，需要通过转换层实现功能转换的最终目的。增加了高层建筑的设计困难程度。通过对高层建筑梁式转换层结构设计的过程，实现高层建筑的功能变化需求。
参考文献：
[1]杨永康.浅谈高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[J].中华民居（下旬刊），2014，10：113-114.
[2]邱龙斌.关于高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].河南建材，2014，06：82-83.
[3]陈磊，肖兴北.高层建筑梁式转换层结构设计[J].门窗，2015，02：107-108.
【摘 要】多功能高层建筑实现功能转化中应用最为广泛的一种转换层结构设计方法就是梁式转换层结构设计。本文通过简单介绍梁式转换层设计在中国的发展史和应用于高层建筑中梁式转换层的设计原则。最后通过从建筑结构形式、设计的要求、受力机制三个不同的方面对梁式转换层的设计进行了详细的研究探讨。
【关键词】 高层建筑；建筑结构；梁式转换层；原理
1 引言
我国城镇化建设伴随着改革开放不断加快，城市土地由于人口的增加变得寸土寸金。因此，为了提高城市土地的利用率，在最近几年的城市建设中，建筑结构也逐渐向着更高层建筑结构发展。并且随着这个趋势越来越明显化，城市高层建筑的修建高度也是在不断刷新纪录。建筑结构也越来越复杂多变。例如，将一栋高层建筑内部划分成上中下三个不同的组成部分，上层是住宅的功能区域，中层是办公区域，下层是餐饮娱乐、购物区域，彻底转变了传统建筑设计中一栋建筑只能存在单一的使用功能的结构特点。然而由于新型的一栋建筑多元化使用功能的出现，每一种使用功能对建筑物结构和空间大小要求不同，因此，在建筑物施工结构设计中设置转换层，实现其不同功能间的互相转换目的。当今社会，在建筑结构设计中应用最广泛的就是计算、设计以及以施工颇为简单的梁式转换层结构。
2 梁式转换层结构设计在中国的发展史
我国初期开始接触到高层建筑结构设计中的应用梁式转换层结构是在上个世纪的七十年代，最初我国在高层建筑中应用梁式转换层结构不是为了实现对建筑功能的转化，而是为了达到使建筑物底层大开间的建筑结构设计[1]。不过，在上个世纪九十年代，梁式转换层结构设计就已经被我国沿用到建筑结构体系和设计的相关规章条例中，引起了政府相关部门对这样的架构设计的重视。
我国最初是在上个世纪的七十年代末期的上海修建了第一座梁式转换层结构的建筑，该建筑实体高度是13层，缺陷是当时这座建筑的功能依旧较为单一；紧接着，在1983年的大连修建了第二座高度为15层带有多功能化高层建筑结构特征的应用梁式转换层结构，该建筑下面三层主要是提供餐饮和购物区域，上面的十二层主要是用于居住的住宅小区。自此，我国逐渐兴起了应用梁式转换层结构的多功能高层建筑修建热潮，迅速融入我国建筑行业成为其中的一部分。
3 高层建筑中的梁式转换层结构其主要的设计原则
3.1 控制高层建筑的竖向构件使用
在高层建筑的梁式转换层结构设计期间，要最大程度的减少建筑物的竖向构件。因为应用越多的竖向构件于建筑结构中，所能转换的功能结构就会相对减少，梁式转换层结构设计中的刚性也会因受到影响而变小，最终会给整个建筑的抗地震设计埋下安全隐患。
3.2 对称布置剪力墙和转换柱
在对剪力墙和转换柱进行位置分布的过程中，应注重转换柱和剪力墙的对称性，转换柱最好布置在转换梁上面的正中位置，这样可以避免当转换梁变形时，对转换柱的柱脚造成过大的影响，进而转换柱也就不会发生大方向的变形，影响梁式转换层架构的安全稳定性。
3.3 保障梁式转换层的结构刚度
转换层的刚度不达标会直接导致建筑物的抗地震效果降低，因此，在梁式转换层架构设计初期要注意保障梁式转换层的刚度。梁式转换层的设计通常会要求梁的跨度至少比高度低12%，其使用的混凝土为了保障转换层的刚度也是选用品质最佳的混凝土，这样才能使转换层的刚度得到保障，在建筑物的安全性要求得到满足的基础上实现建筑物功能的转化。此外，在设计转换柱和剪力墙期间，要充分考量两者之间的受力大小情况，对两者的性能进行科学合理的设计，这样才可以达到最佳的转换效果。
3.4 转换层结构位置不能设置太高
在梁式转换层结构设计期间，要控制好转换层位置处于合理化的高度，否则，转换层高度一旦超过标准要求，就会造成转换层的刚度减低、转换梁、转换柱的受力增加的现象。进而影响到建筑物体的防地震效果。
3.5 严格规划计算梁式转换层的结构
建筑结构设计中较为重要的一部分就是梁式转换层结构设计，对于建筑结构的实用性和稳定性都会带来重要的影响。因此，在设计梁式转换层结构期间，为保障其设计的准确性和科学合理性，对于相关的数据应进行严格的核算。特别是在建筑物的真实受力变形状态下搭建计算模型的时候，应采用三维空间的整体结构对模型進行研究，务必确保设计计算的真实性和准确性。
4 梁式转换层结构设计
4.1 梁式转换层的结构形式
梁式转换层结构的别名叫做梁式框支剪力墙结构，它主要是通过下部转化大梁将上部剪力墙架落在框支梁上，最后再由框支柱独自支撑框支梁，形成一种较为独特的支撑体系[]。最终达到转换建筑功能结构的目标。因为这种独特的支撑体系其表现形式明确、直接，分析过程较为便捷，所以经常将梁式转换层结构应用于高层建筑功能转化结构设计中。但是，这种转换层结构同时存在一些缺陷，如果将建筑的下轴线和上轴线位置调换，在后期的结构设计期间就需要增加转换梁的使用数量，将建筑物得受力情况复杂化，对于建筑施工非常不利。结合实际设计情况，可以根据梁式转换结构的具体需求，把转换层分为下图（3.1-1）的几种不同结构形态。
图（3.1-1）转换层结构形式
4.2 设计和受力机理的分析
转换梁的受力情况主要是被剪力墙的传导力量、转换梁的刚度以及支撑转换梁的转换柱的刚度所影响。因此，相关工作人员应用限元程序以转换梁承托的具体层数对转换梁受力影响进行分析研究。结果得出，当转化量的跨度小于等于十二米，转换梁所能承托的标准层数是三层，但是后续以承托层数为四层或者是五层进行分析计算时，偏差不会大于5%，都在其正常承受范围内。由此可知，在梁式转换层结构设计承托层在三至五层范围内都可直接采用三层的标准进行计算。这种情况出现的主要原因有两点：第一，转换梁正好位于结构整体弯曲的受拉区域，在转换大梁前应力积分就会出现轴向拉力；其二转换梁被剪力墙体的竖向压力作用下，传力方式就会由之前的竖向传递变化成拱式传递，力量也不会直接作用于转换梁，导致支座出现轴向压力，转换梁中间位置出现拉力的情况。
4.3 梁式转换层设计要求
在设计转换层过程中，要充分考虑到建筑的抗地震需求，严格要求转换层的设计过程，在对大底盘的商住高层建筑的转换层设计期间，对屋面的转换梁以及转换层的楼板尺寸和厚度都要进行一个加厚处理，避免建筑楼层中建出现刚度不稳定的楼层，进而影响到建筑物的抗地震效果。在对普通高等建筑的转换楼层设计期间，严格对转换层的位置高度进行控制。
5 结论
在社会主义现代化发展的今天，高层建筑物的数量越来越多，其中一大部分都是多功能高层建筑，这种建筑的特点主要是结构复杂、不同的功能区对建筑空间的需求不同，需要通过转换层实现功能转换的最终目的。增加了高层建筑的设计困难程度。通过对高层建筑梁式转换层结构设计的过程，实现高层建筑的功能变化需求。
参考文献：
[1]杨永康.浅谈高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[J].中华民居（下旬刊），2014，10：113-114.
[2]邱龙斌.关于高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].河南建材，2014，06：82-83.
[3]陈磊，肖兴北.高层建筑梁式转换层结构设计[J].门窗，2015，02：107-108.