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摘要：高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。高层建筑的结构体系是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。
关键词：高层建筑 梁式转换层结构 设计
1高层建筑结构的相关问题
1.1 结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
1.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
1.3 嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
2转换层的结构设计原则
2.1转换层设计原则
2.1.1转换层的竖向布置
转换结构可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；也可根据建筑功能的要求，在楼层局部布置转换层，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作技术设备层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，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3层。转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施。 2.1.2转换层的结构布置
研究得出，底部转换层位置越高，转换层上、下刚度突变越大，转换层上、下内力传递途径的突变就越加剧；此外，转换层位置越高，落地剪力墙或简体易出现受弯裂缝，从而使框支柱的内力增大，转换层上部附近的墙体易于破坏。总之，转换层位置越高对抗震越不利。
底部带转换层结构，转换层上部的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，因此，必须设置安全可靠的转换构件。按现有的工程经验和研究结果，转换构件可采用转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。由于转换厚板在地震区使用经验较少，可在非地震区和6度抗震设计时采用，对于大空间地下室，因周围有约束作用，地震反应小于地面以上的框支结构，故7，8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。
2.1.3转换层的抗震设计
为保证设计的安全性，规定部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按高规规定提高一级采用，提高其抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架一核心简结构和外围为密柱框架的简中简结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大；8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。
3梁式转换层结构的设计
由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙与剪力墙协同工作的受力体系。
3.1转换梁的设计
转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1．2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。
转换梁的混凝土强度等级不应低于C30。
3.2框支柱的设计
框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整：框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于1 0根时，当框支层为1-2层时，每层第根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；框支柱的数目多于10根时，当框支层为l-2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。
4设计实例工程
4.1工程概况
某综合大厦,总建筑面积为28000m2,地下室1层,地上22层。其中1～4层为商业楼层,1层层高是5.1m,2～4层层高均是4.2m,5～22层为住宅,层高均为3m。 4层设置结构转换层兼设备层,转换层以上为住宅楼(纯剪力墙结构),以下为框架—剪力墙结构。该建筑位于六度抗震区,建筑场地为Ⅱ类。
4.2梁式转换层结构的设计要点
4.2.1结构平面布局为了提高其抗震能力,改善结构的受力性能,对于有抗震设防要求的建筑,为了改善结构的受力性能,提高其抗震能力,在对有抗震设防要求的建筑进行结构平面布置时,可以将一部分剪力墙落地,并贯通至基础,做成框支墙与落地剪力墙协同工作的受力体系。
该工程上部为纯剪力墙结构,底部为体型规则、简单的框架——剪力墙结构。
南北向刚度中心与质量中心偏差不超过2米,东西向完全对称,为了增强抗扭效果,除核心筒外的其余剪力墙应尽量沿周边均匀、分散布置。
4.2.2结构竖向布置高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,可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;也可以按照建筑功能需要,在楼层局部布置转换层。对于框支剪力墙结构高层建筑7度区不宜在第五层以上设置转换层,8度区不宜在第三层以上设置转换层。抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。
该工程的竖向布置设计遵循“强化下部,弱化上部”的原则。尽量减少轉换层上部剪力墙数目,控制剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中,核心筒部分的厚度取为400mm,其余部分的厚度取为350mm。为了增强底部刚度,在底部增设部分剪力墙,且还要让核心筒两侧各有一片剪力墙落地。可选用C50混凝土,以提高底部柱、墙混凝土强度等级。
4.2.3抗震等级的确定抗震等级是根据建筑物设防烈度和建筑物使用功能的重要性确定的,根据《建筑抗震设防分类标准》(GB50223)的规定,建筑工程分为四个抗震设防类别:特殊设防类(甲类)、重点设防类(乙类)、标准设防类(丙类)、适度设防类(丁类)。当剪力墙转换层结构设置在三层以上时,为了保证设计的安全性,框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应提高一级。另外,在8度抗震设计时,还应考虑竖向地震作用的影响。
5 结语
最近几年，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不那么理想。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到的各种问题。
关键词：高层建筑 梁式转换层结构 设计
1高层建筑结构的相关问题
1.1 结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
1.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
1.3 嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
2转换层的结构设计原则
2.1转换层设计原则
2.1.1转换层的竖向布置
转换结构可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；也可根据建筑功能的要求，在楼层局部布置转换层，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作技术设备层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，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3层。转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施。 2.1.2转换层的结构布置
研究得出，底部转换层位置越高，转换层上、下刚度突变越大，转换层上、下内力传递途径的突变就越加剧；此外，转换层位置越高，落地剪力墙或简体易出现受弯裂缝，从而使框支柱的内力增大，转换层上部附近的墙体易于破坏。总之，转换层位置越高对抗震越不利。
底部带转换层结构，转换层上部的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，因此，必须设置安全可靠的转换构件。按现有的工程经验和研究结果，转换构件可采用转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。由于转换厚板在地震区使用经验较少，可在非地震区和6度抗震设计时采用，对于大空间地下室，因周围有约束作用，地震反应小于地面以上的框支结构，故7，8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。
2.1.3转换层的抗震设计
为保证设计的安全性，规定部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按高规规定提高一级采用，提高其抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架一核心简结构和外围为密柱框架的简中简结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大；8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。
3梁式转换层结构的设计
由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙与剪力墙协同工作的受力体系。
3.1转换梁的设计
转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1．2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。
转换梁的混凝土强度等级不应低于C30。
3.2框支柱的设计
框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整：框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于1 0根时，当框支层为1-2层时，每层第根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；框支柱的数目多于10根时，当框支层为l-2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。
4设计实例工程
4.1工程概况
某综合大厦,总建筑面积为28000m2,地下室1层,地上22层。其中1～4层为商业楼层,1层层高是5.1m,2～4层层高均是4.2m,5～22层为住宅,层高均为3m。 4层设置结构转换层兼设备层,转换层以上为住宅楼(纯剪力墙结构),以下为框架—剪力墙结构。该建筑位于六度抗震区,建筑场地为Ⅱ类。
4.2梁式转换层结构的设计要点
4.2.1结构平面布局为了提高其抗震能力,改善结构的受力性能,对于有抗震设防要求的建筑,为了改善结构的受力性能,提高其抗震能力,在对有抗震设防要求的建筑进行结构平面布置时,可以将一部分剪力墙落地,并贯通至基础,做成框支墙与落地剪力墙协同工作的受力体系。
该工程上部为纯剪力墙结构,底部为体型规则、简单的框架——剪力墙结构。
南北向刚度中心与质量中心偏差不超过2米,东西向完全对称,为了增强抗扭效果,除核心筒外的其余剪力墙应尽量沿周边均匀、分散布置。
4.2.2结构竖向布置高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,可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;也可以按照建筑功能需要,在楼层局部布置转换层。对于框支剪力墙结构高层建筑7度区不宜在第五层以上设置转换层,8度区不宜在第三层以上设置转换层。抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。
该工程的竖向布置设计遵循“强化下部,弱化上部”的原则。尽量减少轉换层上部剪力墙数目,控制剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中,核心筒部分的厚度取为400mm,其余部分的厚度取为350mm。为了增强底部刚度,在底部增设部分剪力墙,且还要让核心筒两侧各有一片剪力墙落地。可选用C50混凝土,以提高底部柱、墙混凝土强度等级。
4.2.3抗震等级的确定抗震等级是根据建筑物设防烈度和建筑物使用功能的重要性确定的,根据《建筑抗震设防分类标准》(GB50223)的规定,建筑工程分为四个抗震设防类别:特殊设防类(甲类)、重点设防类(乙类)、标准设防类(丙类)、适度设防类(丁类)。当剪力墙转换层结构设置在三层以上时,为了保证设计的安全性,框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应提高一级。另外,在8度抗震设计时,还应考虑竖向地震作用的影响。
5 结语
最近几年，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不那么理想。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到的各种问题。