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摘要：转换层设计时应重视概念设计和理论分析，对转换柱、转换梁、落地剪力墙和转换层楼板等关键构件应采取必要的加强措施。本文介绍了转换层型式的类型及特点，具体进行了梁式转换层的高层建筑结构设计。
关键词：梁式转换层，高层建筑，结构设计
Abstract: the conversion layers should be paid attention to when the design concept design and theoretical analysis, the column of conversion, transfer beam shear wall, ground floor and convert such key components should take the necessary measures. This paper introduces the conversion of the types and characteristics of type, the concrete beam type conversion layers of the high-rise building structure design.
Keywords: beam type conversion layers, high-rise buildings, the structure design
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
因建筑物功能的需要，上部需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体；下部则希望有尽可能大的空间，柱网要大，墙体要尽量少。因而，上部部分竖向杆件不能直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部竖向杆件连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。转换层因受力复杂，抗震能力弱，一直未被广泛应用。但随着高层建筑的不断增多和计算机硬件及软件的迅速发展，转换层结构的计算理论及方法也日趋完善，转换层的应用也越来越多。转换层设计时应重视概念设计和理论分析，对转换柱、转换梁、落地剪力墙和转换层楼板等关键构件应采取必要的加强措施。
一、转换层型式的类型及特点
转换层根据建筑功能的需要, 可作为正常使用的楼层,但此时应有较大的层高作保证; 在层高受限制或设备专业需要时, 也可专门作为设备层。在结构型式上, 转换层可分为以下几种类型:
1、梁式转换层
一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系。它是将上部剪力墙落在框支梁上, 再由框支柱支撑框支梁的结构体系。当需要纵横向同时转换时, 则采用双向梁布置。梁式转换层的设计和施工均较为简单, 传力较为明确, 是目前应用最为广泛的转换型式[。它的缺点在于, 当上下轴线错位布置时, 需增设较多的转换次梁, 空间受力较为复杂, 此时应对框支主梁进行应力分析。
2、箱式转换层
当转换梁截面过大时, 设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定与实际相符, 可在转换梁梁顶与梁底同时设一层楼板, 形成一个箱形梁。箱形梁转换结构, 一般宜遍布全层设置, 且宜沿建筑周边环通构成“箱子”, 即箱式转换层。箱式转换层的优点在于, 转换梁的约束强, 刚度大, 整体工作效果好, 上下部传力较为均匀, 并且建筑功能上还可将其作为“设备层”;缺点是转换梁梁中开设备洞较多, 施工复杂, 且造价较高。
3、厚板式转换层
当上下柱网错位较多, 难以用梁直接承托时, 则需做成厚板, 即板式转换层。厚板的厚度可根据柱网尺寸、上部结构荷载综合而定。板式转换层的优势在于, 下部柱网受上部结构布局影响较小, 可灵活布置。厚板刚度很大,形成一个承台, 整体性较好, 而且施工也较为便捷。但由于厚板自重很大, 地震作用也大, 容易产生震害。并且材料耗用多, 经济性也较差。
4、桁架式转换层
当高层建筑下部为大空间商场, 上部为小空间客房或写字楼, 且需设置管道设备层时, 也可采用桁架式转换层。上部柱墙可通过桁架传至下部柱墙, 而管道则可利用桁架间的空间穿行。采用桁架转换结构时, 一般宜跨满层布置,且上弦节点与上部密柱或墙肢形心宜对中。桁架式转换层的框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换型式相对较小。但此法施工复杂程度较高, 且对于轴线错位布置时难度较大。
在众多的转换类型中，梁式转换层为结构设计时应用得最为广泛的一种结构形式。比较于其它转换而言，梁式转换层受力明确，传力简洁，计算模型简单且施工操作简单。为此，本文主要分析梁式转换层的高层建筑结构设计。
二、梁式转换层的高层建筑结构设计
1、转换层主要构件设计要点
在构件设计中，应把设计重点放在加强结构的竖向整体性上，许多工程经常由于转换层上下结构质量重心偏差较大，使得整个结构的扭转效应加大，因此应适当增大角柱与边缘的剪力墙，以增强结构的扭转刚度。
（1）转换柱设计要点
转换柱是带转换层结构重要构件，受力性能与普通框架大致相同，但受力大，破坏后果严重。计算分析和试验研究表明，随着地震作用的增大，落地剪力墙逐渐开裂、刚度降低，转换柱承受的地震作用逐渐增大。因此，《高规》除在对转换柱内力进行调整外，还对其构造配筋提出了比普通框架柱更高的要求，增大转换柱的安全性，推迟转换柱的屈服，以免影响整个结构的变形能力。《高规》为了让转换柱承受较小剪力，规定了框支柱与相邻落地剪力墙的距离，1~2层框支层时不宜大于12m，3层及3层以上框支层时不宜大于10m。以满足底部大空间层楼板的刚度要求，使转换层上部的剪力能有效地传递给落地剪力墙。
转换柱最薄弱是在与转换梁相交的位置，此处转换梁的线刚度远大于转换柱，对其有很强的约束性。在水平力作用下，柱端产生很大弯矩。为保证结构有足够的延性，《高规》对转换柱的轴压比也进行了严格控制，一级抗震时轴压比控制在0.6以内，二级抗震时控制在0.7以内。框支柱在上部墙体范围内的纵向钢筋应伸入上部墙体内不少于一层，已保证上下层的可靠连接。
（2）转换梁设计要点
转换梁是带转换层结构中应用最为广泛的转换结构构件。结构分析和试验研究表明，转换梁受力复杂，而且十分重要。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重要构件。因此《高规》规定了比一般框架梁更高的要求。主要规定如下：
第一、转换梁与转换柱截面中线宜重合。
第二、转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8。框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍和400mm的较大值。
第三、托柱转换梁应沿腹板高度配置腰筋，其直径不宜小于12mm，间距不宜大于200mm。
第四、转换梁纵向钢筋接头宜采用机械连接，同一连接区段内接头钢筋截面面积不宜超过全部纵筋截面面积的50%，接头位置应避开上部墙体开洞部位、梁上托柱部位及受力较大部位。
第五、转换梁不宜开洞。若必须开洞时，洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面应进行承载力计算，因开洞形成的上、下弦杆应加强纵向钢筋和抗剪箍筋的配置。
第六、托柱转换梁在转换层宜在托柱位置设置正交方向的框架梁或楼面梁。
（3）转换梁的计算要求
第一、转换梁的承载力一般是由斜截面受剪承载力控制。斜截面受剪承载力主要由混凝土和箍筋承担，梁水平腰筋也能承担一部分剪力，但一般不参与计算，而是作为安全储备使用。因此适当提高转换梁的水平腰筋不仅能减少裂缝的产生，还能加大其受剪承载力。
第二、转换梁的正截面受弯承载力计算与普通梁相同。
第三、由于上部荷載作用点或荷载作用线经常与梁截面中心线不重合，使得转换梁产生扭矩，而梁的抗扭承载力较低，因此设计时不仅要通过计算来确定抗扭承载力是或能满足，还应在开始设计时就尽量使两者重合，有条件的情况下可设置双向转换梁来平衡扭矩。
（4）落地剪力墙设计要点
第一、落地剪力墙承担的地震倾覆力矩应大于结构总地震倾覆力矩的50%；
第二、落地剪力墙洞口宜布置在墙体的中部；
第三、落地剪力墙的间距：非抗震时不宜大于3B和36m；抗震设计时，当底部框支层为1~2层时，不宜大于2B和24m；当底部框支层为3层及3层以上时，不宜小于1.5B和20m；B为落地墙之间楼盖的平均宽度。
（5）转换层及其相邻楼层楼板的设计要点
第一、转换层楼板厚度不宜小于180mm，应双层双向布置，且每层每方向的配筋率不宜小于0.25%，落地剪力墙外围楼板不宜开洞。
第二、与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强。
2、转换层计算要求
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。
参考文献：
[1] 陈明,朱旭飞,何涛,潘春宇. 带转换层的高层建筑结构设计[J]. 沿海企业与科技, 2008,(11) .
[2] 刘连杰,黄滔,杨科. 某带局部转换层的高层建筑结构设计[J]. 重庆建筑, 2009,(01) .
[3] 徐玉峰. SATWE在带转换层高层建筑结构计算中的运用[J]. 有色金属设计, 2009,(04) .
[4] 叶至峰. 带转换层的高层建筑结构设计[J]. 中国新技术新产品, 2011,(18) .
[5] 黄凤秋. 高位转换框支剪力墙的设计、技术处理措施[J]. 现代物业(上旬刊), 2011,(07) .
关键词：梁式转换层，高层建筑，结构设计
Abstract: the conversion layers should be paid attention to when the design concept design and theoretical analysis, the column of conversion, transfer beam shear wall, ground floor and convert such key components should take the necessary measures. This paper introduces the conversion of the types and characteristics of type, the concrete beam type conversion layers of the high-rise building structure design.
Keywords: beam type conversion layers, high-rise buildings, the structure design
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
因建筑物功能的需要，上部需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体；下部则希望有尽可能大的空间，柱网要大，墙体要尽量少。因而，上部部分竖向杆件不能直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部竖向杆件连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。转换层因受力复杂，抗震能力弱，一直未被广泛应用。但随着高层建筑的不断增多和计算机硬件及软件的迅速发展，转换层结构的计算理论及方法也日趋完善，转换层的应用也越来越多。转换层设计时应重视概念设计和理论分析，对转换柱、转换梁、落地剪力墙和转换层楼板等关键构件应采取必要的加强措施。
一、转换层型式的类型及特点
转换层根据建筑功能的需要, 可作为正常使用的楼层,但此时应有较大的层高作保证; 在层高受限制或设备专业需要时, 也可专门作为设备层。在结构型式上, 转换层可分为以下几种类型:
1、梁式转换层
一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系。它是将上部剪力墙落在框支梁上, 再由框支柱支撑框支梁的结构体系。当需要纵横向同时转换时, 则采用双向梁布置。梁式转换层的设计和施工均较为简单, 传力较为明确, 是目前应用最为广泛的转换型式[。它的缺点在于, 当上下轴线错位布置时, 需增设较多的转换次梁, 空间受力较为复杂, 此时应对框支主梁进行应力分析。
2、箱式转换层
当转换梁截面过大时, 设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定与实际相符, 可在转换梁梁顶与梁底同时设一层楼板, 形成一个箱形梁。箱形梁转换结构, 一般宜遍布全层设置, 且宜沿建筑周边环通构成“箱子”, 即箱式转换层。箱式转换层的优点在于, 转换梁的约束强, 刚度大, 整体工作效果好, 上下部传力较为均匀, 并且建筑功能上还可将其作为“设备层”;缺点是转换梁梁中开设备洞较多, 施工复杂, 且造价较高。
3、厚板式转换层
当上下柱网错位较多, 难以用梁直接承托时, 则需做成厚板, 即板式转换层。厚板的厚度可根据柱网尺寸、上部结构荷载综合而定。板式转换层的优势在于, 下部柱网受上部结构布局影响较小, 可灵活布置。厚板刚度很大,形成一个承台, 整体性较好, 而且施工也较为便捷。但由于厚板自重很大, 地震作用也大, 容易产生震害。并且材料耗用多, 经济性也较差。
4、桁架式转换层
当高层建筑下部为大空间商场, 上部为小空间客房或写字楼, 且需设置管道设备层时, 也可采用桁架式转换层。上部柱墙可通过桁架传至下部柱墙, 而管道则可利用桁架间的空间穿行。采用桁架转换结构时, 一般宜跨满层布置,且上弦节点与上部密柱或墙肢形心宜对中。桁架式转换层的框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换型式相对较小。但此法施工复杂程度较高, 且对于轴线错位布置时难度较大。
在众多的转换类型中，梁式转换层为结构设计时应用得最为广泛的一种结构形式。比较于其它转换而言，梁式转换层受力明确，传力简洁，计算模型简单且施工操作简单。为此，本文主要分析梁式转换层的高层建筑结构设计。
二、梁式转换层的高层建筑结构设计
1、转换层主要构件设计要点
在构件设计中，应把设计重点放在加强结构的竖向整体性上，许多工程经常由于转换层上下结构质量重心偏差较大，使得整个结构的扭转效应加大，因此应适当增大角柱与边缘的剪力墙，以增强结构的扭转刚度。
（1）转换柱设计要点
转换柱是带转换层结构重要构件，受力性能与普通框架大致相同，但受力大，破坏后果严重。计算分析和试验研究表明，随着地震作用的增大，落地剪力墙逐渐开裂、刚度降低，转换柱承受的地震作用逐渐增大。因此，《高规》除在对转换柱内力进行调整外，还对其构造配筋提出了比普通框架柱更高的要求，增大转换柱的安全性，推迟转换柱的屈服，以免影响整个结构的变形能力。《高规》为了让转换柱承受较小剪力，规定了框支柱与相邻落地剪力墙的距离，1~2层框支层时不宜大于12m，3层及3层以上框支层时不宜大于10m。以满足底部大空间层楼板的刚度要求，使转换层上部的剪力能有效地传递给落地剪力墙。
转换柱最薄弱是在与转换梁相交的位置，此处转换梁的线刚度远大于转换柱，对其有很强的约束性。在水平力作用下，柱端产生很大弯矩。为保证结构有足够的延性，《高规》对转换柱的轴压比也进行了严格控制，一级抗震时轴压比控制在0.6以内，二级抗震时控制在0.7以内。框支柱在上部墙体范围内的纵向钢筋应伸入上部墙体内不少于一层，已保证上下层的可靠连接。
（2）转换梁设计要点
转换梁是带转换层结构中应用最为广泛的转换结构构件。结构分析和试验研究表明，转换梁受力复杂，而且十分重要。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重要构件。因此《高规》规定了比一般框架梁更高的要求。主要规定如下：
第一、转换梁与转换柱截面中线宜重合。
第二、转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8。框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍和400mm的较大值。
第三、托柱转换梁应沿腹板高度配置腰筋，其直径不宜小于12mm，间距不宜大于200mm。
第四、转换梁纵向钢筋接头宜采用机械连接，同一连接区段内接头钢筋截面面积不宜超过全部纵筋截面面积的50%，接头位置应避开上部墙体开洞部位、梁上托柱部位及受力较大部位。
第五、转换梁不宜开洞。若必须开洞时，洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面应进行承载力计算，因开洞形成的上、下弦杆应加强纵向钢筋和抗剪箍筋的配置。
第六、托柱转换梁在转换层宜在托柱位置设置正交方向的框架梁或楼面梁。
（3）转换梁的计算要求
第一、转换梁的承载力一般是由斜截面受剪承载力控制。斜截面受剪承载力主要由混凝土和箍筋承担，梁水平腰筋也能承担一部分剪力，但一般不参与计算，而是作为安全储备使用。因此适当提高转换梁的水平腰筋不仅能减少裂缝的产生，还能加大其受剪承载力。
第二、转换梁的正截面受弯承载力计算与普通梁相同。
第三、由于上部荷載作用点或荷载作用线经常与梁截面中心线不重合，使得转换梁产生扭矩，而梁的抗扭承载力较低，因此设计时不仅要通过计算来确定抗扭承载力是或能满足，还应在开始设计时就尽量使两者重合，有条件的情况下可设置双向转换梁来平衡扭矩。
（4）落地剪力墙设计要点
第一、落地剪力墙承担的地震倾覆力矩应大于结构总地震倾覆力矩的50%；
第二、落地剪力墙洞口宜布置在墙体的中部；
第三、落地剪力墙的间距：非抗震时不宜大于3B和36m；抗震设计时，当底部框支层为1~2层时，不宜大于2B和24m；当底部框支层为3层及3层以上时，不宜小于1.5B和20m；B为落地墙之间楼盖的平均宽度。
（5）转换层及其相邻楼层楼板的设计要点
第一、转换层楼板厚度不宜小于180mm，应双层双向布置，且每层每方向的配筋率不宜小于0.25%，落地剪力墙外围楼板不宜开洞。
第二、与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强。
2、转换层计算要求
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。
参考文献：
[1] 陈明,朱旭飞,何涛,潘春宇. 带转换层的高层建筑结构设计[J]. 沿海企业与科技, 2008,(11) .
[2] 刘连杰,黄滔,杨科. 某带局部转换层的高层建筑结构设计[J]. 重庆建筑, 2009,(01) .
[3] 徐玉峰. SATWE在带转换层高层建筑结构计算中的运用[J]. 有色金属设计, 2009,(04) .
[4] 叶至峰. 带转换层的高层建筑结构设计[J]. 中国新技术新产品, 2011,(18) .
[5] 黄凤秋. 高位转换框支剪力墙的设计、技术处理措施[J]. 现代物业(上旬刊), 2011,(07) .