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摘要：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。本文详细介绍了带转换层高层建筑的主要结构设计概念，分别通过对转换层、转换柱、转换梁三个方面说明了设计要点。
关键词：带结构转换层；建筑；结构设计
中图分类号： TU318文献标识码： A 文章编号：
现代带结构转换层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，带结构转换层高层建筑结构需设置上部小空间、下部大空间功能的过渡带转换层结构。因此，对带结构转换层高层建筑结构设计的研究，对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。
一、转换层的功能
1、上、下层结构类型转换
转换层将上部剪力墙转换为下部的框架。这种转换层多用于剪力墙和框架- 剪力墙结构中，以获得较大的内部自由空间。
2、上、下层结构柱网和轴线的改变
转换层上、下的结构形式未改变，通过转换层能使下部结构的柱距扩大，形成大柱网。这种形式常用于外框筒的下层以形成较大的出入口。
3、同时转换上、下层结构类型和柱网
上部剪力墙结构通过转换层改变为框支剪力墙结构的同时，下部柱网与上部剪力墙的轴线错开，形成上、下柱网不对齐的布置。
二、建筑转换层结构的重要性
1、在扩大了室内空间方面。在传统和以往的建筑工程中，一般的高层建筑的室内的空间都是一定的，这种情况就造成了高层建筑剪力墙间距的减小，从而就造成了如需在高层的室内布置会客厅和百货商场空间小足的情况。如果采用可建筑工程转换层结构施工就可以扩大高层建筑剪力墙的间距，从而就可以实现室内空间的扩大。
2、为高层建筑提供更加广阔的出入口。当前社会的发展和人民需求的不断增强造成了传统的高层建筑设计的出入口并小能满足相关的需求，高层建筑转换层的结构施工就可以解决这一难题。在建筑的下层的部分中通过转换层结构施工就可以改变柱距，这就可以实现出入口的扩大。
三、带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。本工程最初考虑将前半部分剪力墙全部通过转换梁转换为框支柱落地，经过试算后发现结构整体扭转较大，经过反复调整后仍不能得到较好解决。分析后认为，由于剪力墙和框支柱的侧向刚度相差较大，修改后的结构质量重心向后偏移，使单体产生较大扭转。跟建筑协商后决定，单体两侧的剪力墙不进行转换，仍做落地剪力墙，按墙体开洞设计，尽量减少对建筑的影响，修改后扭转问题很快得到解决。
2、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，以免影響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。
3、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：
（1）转换梁与转换柱截面中线宜重合。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
4、转换层楼板
框支剪力墙结构以转换层为分界， 上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层， 外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配; 而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异， 水平剪力主要集中在落地剪力墙上， 即在转换层处荷载分配产生突变。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务; 并且由于转换层楼板自身平面内受力很大， 而变形也很大， 所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。转换层楼板采用C35混凝土，厚度200 mm。5 14@ 100 钢筋双层双向整板拉通， 配筋率达到01 28%。另外， 为了协助转换层楼板完成剪力重分配， 将该层以上两层及以下各层楼板也适当加强， 均取厚度150 mm。
5、带转换层高层建筑结构设计的主要抗震措施。
（1）保证大空间层需求的裙房有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊， 严格控制转换层上下结构的侧向刚度比。抗震设计时， 转换层结构侧向刚度不小于其上一层结构侧向刚度的60%，同时应保证一定比例的剪力墙落地， 加大落地剪力墙的厚度， 提高落地剪力墙混凝土强度等级， 减小洞口尺寸， 使纵横墙尽量连接形成筒体。
（2）加强转换层楼板平面内的整体性和侧向刚度， 采用现浇混凝土楼板， 板厚取为180 mm， 同时加强转换层上、下一层楼板平面内刚度， 板厚最小取为120 mm; 结构布置尽量左右对称， 加强薄弱部位楼板的厚度及配筋; 在结构整体分析中， 考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响; 通过调整剪力墙的布置方式， 使结构质心和刚心接近， 避免扭转; 平面尽量布置规则。
（3） 采用两个不同力学模型的结构空间分析程序进行计算， 一个采用空间杆，薄壁杆系模型， 另一个采用空间杆，墙板元模型; 计算中考虑偶然偏心或双向地震作用下的扭转影响。
（4）控制风荷载和地震作用下结构层间位移角， 地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力荷载代表值的比值限制; 控制结构底部加强区剪力墙及其它部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。
（5）适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率;采用现浇钢筋混凝土楼板， 增强结构整体性; 核心筒内部楼板厚采用150 mm， 双层双向配筋; 围护材料选用新型轻质材料， 有利于减轻建筑自重， 减小地震反应。
总之，带结构转换层的高层建筑的结构设计在现代建筑设计中应用的十分普遍，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。
参考文献:
[1]张根俞 梁书亭 朱筱俊 某综合楼型钢混凝土梁式转换结构设计与分析 [期刊论文] 《建筑技术》 ISTIC PKU -2009年5期
[2]陶英容 带箱形转换建筑结构的试验研究与分析 [学位论文]， 2008 - 同济大学土木工程学院 同济大学：建筑与土木工程
[3]吴蓉蓉 大底盘多塔楼结构若干关键性设计技术问题研究 [学位论文]， 2008 - 同济大学土木工程学院 同济大学：建筑与土木工程
关键词：带结构转换层；建筑；结构设计
中图分类号： TU318文献标识码： A 文章编号：
现代带结构转换层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，带结构转换层高层建筑结构需设置上部小空间、下部大空间功能的过渡带转换层结构。因此，对带结构转换层高层建筑结构设计的研究，对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。
一、转换层的功能
1、上、下层结构类型转换
转换层将上部剪力墙转换为下部的框架。这种转换层多用于剪力墙和框架- 剪力墙结构中，以获得较大的内部自由空间。
2、上、下层结构柱网和轴线的改变
转换层上、下的结构形式未改变，通过转换层能使下部结构的柱距扩大，形成大柱网。这种形式常用于外框筒的下层以形成较大的出入口。
3、同时转换上、下层结构类型和柱网
上部剪力墙结构通过转换层改变为框支剪力墙结构的同时，下部柱网与上部剪力墙的轴线错开，形成上、下柱网不对齐的布置。
二、建筑转换层结构的重要性
1、在扩大了室内空间方面。在传统和以往的建筑工程中，一般的高层建筑的室内的空间都是一定的，这种情况就造成了高层建筑剪力墙间距的减小，从而就造成了如需在高层的室内布置会客厅和百货商场空间小足的情况。如果采用可建筑工程转换层结构施工就可以扩大高层建筑剪力墙的间距，从而就可以实现室内空间的扩大。
2、为高层建筑提供更加广阔的出入口。当前社会的发展和人民需求的不断增强造成了传统的高层建筑设计的出入口并小能满足相关的需求，高层建筑转换层的结构施工就可以解决这一难题。在建筑的下层的部分中通过转换层结构施工就可以改变柱距，这就可以实现出入口的扩大。
三、带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。本工程最初考虑将前半部分剪力墙全部通过转换梁转换为框支柱落地，经过试算后发现结构整体扭转较大，经过反复调整后仍不能得到较好解决。分析后认为，由于剪力墙和框支柱的侧向刚度相差较大，修改后的结构质量重心向后偏移，使单体产生较大扭转。跟建筑协商后决定，单体两侧的剪力墙不进行转换，仍做落地剪力墙，按墙体开洞设计，尽量减少对建筑的影响，修改后扭转问题很快得到解决。
2、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，以免影響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。
3、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：
（1）转换梁与转换柱截面中线宜重合。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
4、转换层楼板
框支剪力墙结构以转换层为分界， 上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层， 外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配; 而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异， 水平剪力主要集中在落地剪力墙上， 即在转换层处荷载分配产生突变。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务; 并且由于转换层楼板自身平面内受力很大， 而变形也很大， 所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。转换层楼板采用C35混凝土，厚度200 mm。5 14@ 100 钢筋双层双向整板拉通， 配筋率达到01 28%。另外， 为了协助转换层楼板完成剪力重分配， 将该层以上两层及以下各层楼板也适当加强， 均取厚度150 mm。
5、带转换层高层建筑结构设计的主要抗震措施。
（1）保证大空间层需求的裙房有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊， 严格控制转换层上下结构的侧向刚度比。抗震设计时， 转换层结构侧向刚度不小于其上一层结构侧向刚度的60%，同时应保证一定比例的剪力墙落地， 加大落地剪力墙的厚度， 提高落地剪力墙混凝土强度等级， 减小洞口尺寸， 使纵横墙尽量连接形成筒体。
（2）加强转换层楼板平面内的整体性和侧向刚度， 采用现浇混凝土楼板， 板厚取为180 mm， 同时加强转换层上、下一层楼板平面内刚度， 板厚最小取为120 mm; 结构布置尽量左右对称， 加强薄弱部位楼板的厚度及配筋; 在结构整体分析中， 考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响; 通过调整剪力墙的布置方式， 使结构质心和刚心接近， 避免扭转; 平面尽量布置规则。
（3） 采用两个不同力学模型的结构空间分析程序进行计算， 一个采用空间杆，薄壁杆系模型， 另一个采用空间杆，墙板元模型; 计算中考虑偶然偏心或双向地震作用下的扭转影响。
（4）控制风荷载和地震作用下结构层间位移角， 地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力荷载代表值的比值限制; 控制结构底部加强区剪力墙及其它部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。
（5）适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率;采用现浇钢筋混凝土楼板， 增强结构整体性; 核心筒内部楼板厚采用150 mm， 双层双向配筋; 围护材料选用新型轻质材料， 有利于减轻建筑自重， 减小地震反应。
总之，带结构转换层的高层建筑的结构设计在现代建筑设计中应用的十分普遍，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。
参考文献:
[1]张根俞 梁书亭 朱筱俊 某综合楼型钢混凝土梁式转换结构设计与分析 [期刊论文] 《建筑技术》 ISTIC PKU -2009年5期
[2]陶英容 带箱形转换建筑结构的试验研究与分析 [学位论文]， 2008 - 同济大学土木工程学院 同济大学：建筑与土木工程
[3]吴蓉蓉 大底盘多塔楼结构若干关键性设计技术问题研究 [学位论文]， 2008 - 同济大学土木工程学院 同济大学：建筑与土木工程