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【摘要】现代高层建筑空间功能朝着体形复杂、功能多样发展的趋势，为适应这一功能的运用，高层建筑结构需设置上部小空间、下部大空间功能的过渡转换层结构。因此，对高层建筑转换层结构设计与施工的研究，是确保整栋高层建筑质量、提高抗震强度、减少经济投资具有重大的现实意义。
【关键词】高层建筑，转换层，结构设计
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
一．前言
高层建筑转换层结构的设计对整栋楼层起着至关重要的环节，所以，控制好高层建筑转换层结构在设计时的注意事项，及时提出措施加以解决就显得尤为重要。本文笔者就结合自己多年来在高层建筑转换层结构设计方面的研究和实践工作经验，对于高层建筑转换层结构设计进行研究分析，希望对于该领域的研究具有一定的作用。
二．高层建筑转换层结构简析
为满足高层建筑结构将上部布置小空间，刚度大的剪力墙，下部布置大空间、刚度小的框架柱而专门在楼层拦腰一层设置的一种转换结构构件。一般随建筑结构的多样性呈现多种形式，有的是非曲直转换板形式，实心的厚板结构，里面不能住人；有的是转换梁结构，可以安装设备或住人，其高度限定在2.2m以下，以减少占用规划指标。转换层的结构形式，一般分为：斜杆桁架式、梁式、空腹桁架式、箱形和板式。其中较为常用的结构形式为梁—柱体系。
三．高层结构转换层的特点
1．转换结构构件常常承受上部结构传来的巨大竖向荷载或悬挂下部结构的多层荷载，使得转换结构构件的内力很大，因此竖向荷载成为控制转换结构设计的主要因素；
2．转换结构构件跨度通常是上部结构跨度的数倍，所以转换结构构件的挠度称为严格控制的目标；
3．转换结构的连续施工强度大，过程复杂；
4．由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径改变很大，所以转换层结构的分析和设计与常规结构不同。
四．各种转换层结构的设计要点
1．几种基本结构：
（一）梁式转换层
梁式转换层的传力直接、明确，传力途径清楚。跨度较大且承托层数较多时，采用较大的截面高度为1. 6~4. 0 m。跨度较小及承托层数少时，采用0. 9~1. 4 m较小的截面高度。施工方便且构造简单，工作可靠，转换梁受力性能好，结构计算也相对容易，很多情况下混凝土用量可达到板式转换层混凝土用量的几倍。
（二）桁架式转换层
桁架式转换层传力明确、传力途径清楚。其节间可采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构自重，同时抗侧力刚度比转换梁小，地震反应要比梁式转换的高层建筑小得多。但构造和施工复杂，且转换桁架使充分利用该转换层空间成为可能.，为开洞与设置管道具备了很大灵活性的位置和大小的条件。也从施工工程中得知，转换桁架其混凝土用量比、钢材的采用比转换梁节约成本些。
（三）板式转换层
板式转换层传力不清楚，受力复杂，相邻上、下层受很大作用力。从抗剪和抗冲切角度考虑，容易在地震作用下反应强烈。一般板厚度有在2. 至2. 8 米区间，且结构计算困难。施工中，上部结构布置不便，造成混凝土用量大。也由于本身受力很大，增大了下部垂直构件的承载力设计要求，故板必须三向配筋。
2．转换层合理取值要点
为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大.，为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大，保证转换层上、下部主体结构刚度与变形特征的接近。应控制好剪切刚度比，上、下主体结构的刚度分别要一个弱化一个强化。从而确保转换层下部大空间整体结构，达到合适的强度、刚度、延性和抗震能力。
（一）大底盘大空间剪力墙结构
由于转换层附近结构内力非常复杂，为保持主体刚度力求变化不过于悬殊，大底盘大空间剪力墙结构的上层与底盘刚度变化较小。仅主体部分部份上层与底盘剪切刚度比，大底盘的总刚度力求等于或稍大于上部楼层刚度，上层与底盘(包括主体和裙房)剪切刚度比小于或于1。.因此,底盘尽可能布置纵、横向剪力墙并加大厚度，剪力墙尽量布置在底盘的边、角部位,以加大其抗扭刚度.。
（二）底部大空间剪力墙结构
由于底部大空间剪力墙结构，底层大且部分剪力墙不落地改为框支，为防止底部刚度显着减小的突变。因此，应控制转换层上、下层剪切刚度比，其中：非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间，抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间。
（三）鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构
为防止鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构的刚度减少太多，且在下部大空间层过于集中变形，因此，转换层上、下层剪切纵、横两个方向的刚度比，应为非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间；抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间。
3．转换层楼板平面内力和变形的计算
为确保转换层结构控制质量安全可靠，必须精确计算位于楼板平面内力和变形。目前，实际工程设计过程采用的计算分析程序，均假定楼板在自身平面内刚度为无穷大，只作刚体运动，没有相对变形，导致框支柱的剪力比计算值大几倍。
4．转换梁结构设计方法
转换梁的设计方法主要有：
（一）按普通梁进行受弯构件承载力计算，但须采用高层建筑结构计算分析程序 TAT、TBSA 或 TOWER 等；
（二）按偏心受拉构件截面设计方法进行计算，但必须把限元分析得到的转换大梁的内力转化为截面内力，然后进行正截面承载力和斜截面承载力计算。
（三）按深梁截面进行设计，取转换大梁高跨比在 1/8到1/6，此时要考虑转换大梁的跨度，一般转换大梁跨度大于 12m时，要考虑上部墙体多于 3 层进行分析计算，否则计算结果偏不安全。
（四）直接用应力进行计算，利用高精度有限元法计算转换大梁截面沿高度方向的应力假设所有拉力都由钢筋承担，利用以下计算公式进行正截面和斜截面承载力计算：应力受拉区：
应力受压区：
设计剪力：
（五）由剪压比确定转换梁断面
转换梁断面可由剪压比控制计算，避免出现脆性破坏，落地剪力墙和筒体结构适宜的剪压比限值见表 1。
式中,Vmax为转换梁支座截面最大组合剪力设计值；Fc，转换层压力比为 (Vmax/fcbho)。
式中，Vmax为转换梁混凝土抗压强度设计值；f为转换梁腹板宽度；ho为转换梁截面有效高度。在初步确定转换梁断面时可取Vmax=（0.6——0.8）G
式中，G为转换梁按简支状态计算分配上部传来的所有重力荷载下支座截面的剪力设计值，当上部结构整体钢度较好且能与转换梁协同工作时取小值，否则取大值。
表1 落地剪力墙和简体结构适宜的剪压比限值
5.转换梁设计的注意点
（一）轉换梁设计占高层建筑转换层设计的决大多数，在实际应用中，通常把转换层作为设备层来使用。因此，在转换梁设计中要考虑腹部开口相对大小和开口位置。
（二）要充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度，通常分为完全、部分和没有共同工作三种情况来分析，否则会造成梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况发生很大差异。
（三）尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变，对下部结构在满足建筑物使用功能要求的基础上，应提高下部结构的截面尺寸，增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，一般转换层混凝土强度等级应不低于 C30。
六．结束语
综上所述，在高层建筑转换层施工中，由于其楼板厚、结构受力复杂、对支撑系统要求高，因此施工过程中的质量控制显得十分重要，只有在科学计算的基础上，精心组织，规范施工，做好施工过程中的质量控制，才能为建筑物整体质量打下坚实的基础。
参考文献：
[1]赵西安 钢筋混凝土高层建筑结构设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，1995：10l一156．
[2]中国建筑科学研究院 JGJ3—2002高层建筑混凝土结构技术规程[s]．[2007—10—30]．
[3]张北风 王兴邦 高层建筑转换层大体积混凝土大梁的施工[J]．施工技术，1993(8)
[4]唐兴荣 高层建筑转换层结构施工中几个问题的探讨[J]．施工技术，2000(8)：39—40．
[5]魏剑侠; 王景枝; 薛全超 高层建筑梁式转换层结构设计的要点现代建设工程应用技术学术交流会论文集2009-03-01中国会议
[6]杨春; 蔡健; 吴轶 钢骨混凝土梁式转换层结构的应用初探中国钢协钢-混凝土组合结构协会第八次年会论文集2001-05-01中国会议
[7]娄宇; 傅传国 几种托柱转换层形式的结构分析第六届全国结构工程学术会议论文集（第二卷）1997-10-01中国会议
【关键词】高层建筑，转换层，结构设计
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
一．前言
高层建筑转换层结构的设计对整栋楼层起着至关重要的环节，所以，控制好高层建筑转换层结构在设计时的注意事项，及时提出措施加以解决就显得尤为重要。本文笔者就结合自己多年来在高层建筑转换层结构设计方面的研究和实践工作经验，对于高层建筑转换层结构设计进行研究分析，希望对于该领域的研究具有一定的作用。
二．高层建筑转换层结构简析
为满足高层建筑结构将上部布置小空间，刚度大的剪力墙，下部布置大空间、刚度小的框架柱而专门在楼层拦腰一层设置的一种转换结构构件。一般随建筑结构的多样性呈现多种形式，有的是非曲直转换板形式，实心的厚板结构，里面不能住人；有的是转换梁结构，可以安装设备或住人，其高度限定在2.2m以下，以减少占用规划指标。转换层的结构形式，一般分为：斜杆桁架式、梁式、空腹桁架式、箱形和板式。其中较为常用的结构形式为梁—柱体系。
三．高层结构转换层的特点
1．转换结构构件常常承受上部结构传来的巨大竖向荷载或悬挂下部结构的多层荷载，使得转换结构构件的内力很大，因此竖向荷载成为控制转换结构设计的主要因素；
2．转换结构构件跨度通常是上部结构跨度的数倍，所以转换结构构件的挠度称为严格控制的目标；
3．转换结构的连续施工强度大，过程复杂；
4．由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径改变很大，所以转换层结构的分析和设计与常规结构不同。
四．各种转换层结构的设计要点
1．几种基本结构：
（一）梁式转换层
梁式转换层的传力直接、明确，传力途径清楚。跨度较大且承托层数较多时，采用较大的截面高度为1. 6~4. 0 m。跨度较小及承托层数少时，采用0. 9~1. 4 m较小的截面高度。施工方便且构造简单，工作可靠，转换梁受力性能好，结构计算也相对容易，很多情况下混凝土用量可达到板式转换层混凝土用量的几倍。
（二）桁架式转换层
桁架式转换层传力明确、传力途径清楚。其节间可采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构自重，同时抗侧力刚度比转换梁小，地震反应要比梁式转换的高层建筑小得多。但构造和施工复杂，且转换桁架使充分利用该转换层空间成为可能.，为开洞与设置管道具备了很大灵活性的位置和大小的条件。也从施工工程中得知，转换桁架其混凝土用量比、钢材的采用比转换梁节约成本些。
（三）板式转换层
板式转换层传力不清楚，受力复杂，相邻上、下层受很大作用力。从抗剪和抗冲切角度考虑，容易在地震作用下反应强烈。一般板厚度有在2. 至2. 8 米区间，且结构计算困难。施工中，上部结构布置不便，造成混凝土用量大。也由于本身受力很大，增大了下部垂直构件的承载力设计要求，故板必须三向配筋。
2．转换层合理取值要点
为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大.，为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大，保证转换层上、下部主体结构刚度与变形特征的接近。应控制好剪切刚度比，上、下主体结构的刚度分别要一个弱化一个强化。从而确保转换层下部大空间整体结构，达到合适的强度、刚度、延性和抗震能力。
（一）大底盘大空间剪力墙结构
由于转换层附近结构内力非常复杂，为保持主体刚度力求变化不过于悬殊，大底盘大空间剪力墙结构的上层与底盘刚度变化较小。仅主体部分部份上层与底盘剪切刚度比，大底盘的总刚度力求等于或稍大于上部楼层刚度，上层与底盘(包括主体和裙房)剪切刚度比小于或于1。.因此,底盘尽可能布置纵、横向剪力墙并加大厚度，剪力墙尽量布置在底盘的边、角部位,以加大其抗扭刚度.。
（二）底部大空间剪力墙结构
由于底部大空间剪力墙结构，底层大且部分剪力墙不落地改为框支，为防止底部刚度显着减小的突变。因此，应控制转换层上、下层剪切刚度比，其中：非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间，抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间。
（三）鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构
为防止鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构的刚度减少太多，且在下部大空间层过于集中变形，因此，转换层上、下层剪切纵、横两个方向的刚度比，应为非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间；抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间。
3．转换层楼板平面内力和变形的计算
为确保转换层结构控制质量安全可靠，必须精确计算位于楼板平面内力和变形。目前，实际工程设计过程采用的计算分析程序，均假定楼板在自身平面内刚度为无穷大，只作刚体运动，没有相对变形，导致框支柱的剪力比计算值大几倍。
4．转换梁结构设计方法
转换梁的设计方法主要有：
（一）按普通梁进行受弯构件承载力计算，但须采用高层建筑结构计算分析程序 TAT、TBSA 或 TOWER 等；
（二）按偏心受拉构件截面设计方法进行计算，但必须把限元分析得到的转换大梁的内力转化为截面内力，然后进行正截面承载力和斜截面承载力计算。
（三）按深梁截面进行设计，取转换大梁高跨比在 1/8到1/6，此时要考虑转换大梁的跨度，一般转换大梁跨度大于 12m时，要考虑上部墙体多于 3 层进行分析计算，否则计算结果偏不安全。
（四）直接用应力进行计算，利用高精度有限元法计算转换大梁截面沿高度方向的应力假设所有拉力都由钢筋承担，利用以下计算公式进行正截面和斜截面承载力计算：应力受拉区：
应力受压区：
设计剪力：
（五）由剪压比确定转换梁断面
转换梁断面可由剪压比控制计算，避免出现脆性破坏，落地剪力墙和筒体结构适宜的剪压比限值见表 1。
式中,Vmax为转换梁支座截面最大组合剪力设计值；Fc，转换层压力比为 (Vmax/fcbho)。
式中，Vmax为转换梁混凝土抗压强度设计值；f为转换梁腹板宽度；ho为转换梁截面有效高度。在初步确定转换梁断面时可取Vmax=（0.6——0.8）G
式中，G为转换梁按简支状态计算分配上部传来的所有重力荷载下支座截面的剪力设计值，当上部结构整体钢度较好且能与转换梁协同工作时取小值，否则取大值。
表1 落地剪力墙和简体结构适宜的剪压比限值
5.转换梁设计的注意点
（一）轉换梁设计占高层建筑转换层设计的决大多数，在实际应用中，通常把转换层作为设备层来使用。因此，在转换梁设计中要考虑腹部开口相对大小和开口位置。
（二）要充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度，通常分为完全、部分和没有共同工作三种情况来分析，否则会造成梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况发生很大差异。
（三）尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变，对下部结构在满足建筑物使用功能要求的基础上，应提高下部结构的截面尺寸，增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，一般转换层混凝土强度等级应不低于 C30。
六．结束语
综上所述，在高层建筑转换层施工中，由于其楼板厚、结构受力复杂、对支撑系统要求高，因此施工过程中的质量控制显得十分重要，只有在科学计算的基础上，精心组织，规范施工，做好施工过程中的质量控制，才能为建筑物整体质量打下坚实的基础。
参考文献：
[1]赵西安 钢筋混凝土高层建筑结构设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，1995：10l一156．
[2]中国建筑科学研究院 JGJ3—2002高层建筑混凝土结构技术规程[s]．[2007—10—30]．
[3]张北风 王兴邦 高层建筑转换层大体积混凝土大梁的施工[J]．施工技术，1993(8)
[4]唐兴荣 高层建筑转换层结构施工中几个问题的探讨[J]．施工技术，2000(8)：39—40．
[5]魏剑侠; 王景枝; 薛全超 高层建筑梁式转换层结构设计的要点现代建设工程应用技术学术交流会论文集2009-03-01中国会议
[6]杨春; 蔡健; 吴轶 钢骨混凝土梁式转换层结构的应用初探中国钢协钢-混凝土组合结构协会第八次年会论文集2001-05-01中国会议
[7]娄宇; 傅传国 几种托柱转换层形式的结构分析第六届全国结构工程学术会议论文集（第二卷）1997-10-01中国会议