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摘要：随着我国城市化进程的逐步加快，高层建筑的发展也发生了很大的变化，这不仅仅提高了人们的生活环境，对于节约土地资源也有些非常大的帮助。而高层建筑结构转换层作为高层建筑结构的一个连接点，其结构设计质量关系到高层建筑结构的整体质量。因此，针对高层建筑结构转换层的结构设计问题一定要加以重视。基于此，文中笔者从转换层的定义及其功能入手，分别对几种类型的结构转换层进行了简要的分析，并针对各转换层结构设计过程中存在的问题的解决进行了深入的总结。
关键词：高层建筑、结构转换层、结构设计
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
高层建筑结构设计是一项非常复杂的过程，在进行设计施工之前就必须对其进行仔细的分析，只有在确定设计方案无误的情况下方可进行施工。但高层建筑转换层的结构设计也存在一定的难度，从力学角度来说，高层建筑转换层的上下层内力比较集中，并且地震力也较为集中，这都给转换层的结构设计带来了一定的难度。
二、结构转换层的类型及设计方法论述
高层建筑结构转换层可以分为四种类型：梁式转换层、厚板式转换层、箱式转换层和桁架式转换层。
1、梁式转换层结构的设计遵循原则
( 1) 尽可能减少需要结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，梁式转换层的转换构件越少，所造成的刚度突变也越小，从而减小于转换层构对结构抗震性能的影响。
( 2) 梁式转换层结构设计时，要确保转换层具有足够的刚度，一般情况下，设计转换梁的高度不得小于跨度的六分之一，以确保内力在转换层结构和下部构件中能够合理分配，以确保转换柱和转换梁具有良好的受力性能。
( 3) 梁式转换层结构设计时，应采用“楼板在平面内刚度无限大”的假定，确保剪力墙和所有框支柱位移相等，水平力按照落地剪力墙和框支柱的刚度比进行分配。由于转换层楼板需要将上部结构的水平剪力传递到下部结构中，其本身需要承受较大的竖向荷载和平面内剪力，转换层楼板在自身平面内应力的影响下，存在较为显著的变形，因此需要确保转换层楼板具有足够的刚度。
2、梁式转换层的施工技术难点和措施
( 1) 模板支撑系统的结构安全必须通过软件或者人工的计算，确定支撑系统的安全性。支撑不同截面、不同跨度的结构构件的钢管，在位置和空间上应尽量布置合理。从材料利用率上考虑，尽可能使模板的周转次数最大化并考虑装拆的简便。在结构设计上，对较难支模的部分和节点必须通过软件得出详图。
( 2) 由于在转换梁的截面上的钢筋型号繁杂、间距较密，数量较多的布置在大梁的上下面，故对钢筋的下料及绑扎造成较大的困难。因此每一道梁的钢筋放样图和下料图必须严格按照规范和图纸设计要求，先进行简单的排列，找出最适合实际情况的绑扎方式再进行现场操作，严禁下料之后胡乱放置钢筋，导致钢筋无法较好的绑扎，影响混凝土的振捣质量。
( 3) 转换层的构件尺寸较大，故混凝土浇筑必须按照大体积混凝土的浇筑技术要求进行操作。浇筑的办法有一次浇筑完毕，但该办法容易导致振捣不到位，进而影响了梁底的质量和观感，并且该种浇筑方法对模板支撑系统的安全系数要求较高。如果采用二次浇筑，对结构的整体性有不利影响，且两次浇筑的施工缝分层部位难以处理。因此转换层混凝土的浇筑需结合不同建筑结构形式的特点选用相应的浇筑方法，并从设计和施工两个方面采取措施保证转换层混凝土构件的浇筑质量。
2、箱型转换结构
当转换梁的截面较大时，可以在转换梁的梁顶和梁底同时设置一层楼板，遍布全层，使得整个楼层都构成“箱子”形式，也因此被称为“箱型转换层。
箱型转换结构也是高层建筑设计中较为常用的一种结构形式，在设计过程中主要要注意支撑体系的合理设置，这是保证建筑施工质量的重要前提，主要特点有：层高大、自重大、混凝土强度高、结构受力比较复杂、墙柱模板支设困难等，主要优点是转换层本身的整体性非常好，但是，它也有其缺点，就是它直接占用了整个楼层的面积，使得这个楼层不能再有其他用途，只能当做设备层使用，还有一个缺点就是上面所提出的自重大、造价高，这也是在实际应用当中很少使用的原因。
3、厚板式转换层
这种厚板厚梁式转换结构主要优点是布置灵活，整体性比较好，当上、下柱网线错开比较多很难用梁来承托时就需要采取这种形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根据上下的结构以及柱网尺寸而定，但是这种厚板式转换层的自重很大，地震作用大，耗费材料多，不仅耗费资金而且还容易发生震害，所以这种方法采用的也不是很多。厚板式转换层可以采用TBSA等的三维空间分析程序对整体进行内力分析，主要是转换板的不规则边界，这样的一般会采用有效单元法进行内力分析，还可以采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算，还可以对板在收到竖向压力荷载的受弯和局部压力等的进行计算。
4、桁架式转换层
桁架可以分为两种，一种是空腹桁架，另一种是实腹桁架，这种桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转换而来的，与梁式转换层相比它的受力更加明确、整体性好、抗震能力强、框架支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点，这是它主要的优点，但是缺点也比较明显，施工难度大，更加复杂、节点设计难度大。可以对其进行整体结构的内力分析，当高层建筑的下部为大商场时，需要的空间必须要大，上部则是居住办公等的小空间，在这时就可以采用桁架式转换层，特别是在需要设置管道时，更要采取这种方式，一般采用桁架式转换层时应该跨满层进行布置，而且上弦节点要与上部密柱中心对齐。桁架式转换层的重量比较小，所以也减小了下部框架的承重负荷。
四、转换层施工遇到的问题及对策
1、施工可操作性和建筑使用功能要求在设计时应充分加以考虑。
2、高层建筑转换层设计中转换梁设计占有比例很高，通常在实际应用中把转换层作为设备层来使用。因此在梁腹部的开洞位置和洞口相对尺寸在转换梁结构设计中要加以充分考虑。
3、在满足建筑使用功能要求的基础上，对下部结构应提高其截面尺寸、增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变。
4、根据上部结构与转换梁共同工作的特點，分析中一般按照完全、部分和没有共同工作三种状态进行包络设计，从而保证梁的支座剪力和跨中弯矩与实际情况较为吻合，确保转换构件和整体结构的安全。
五、结语
综上所述，在高层建筑结构设计中，转换层的结构设计一直都是设计人员关注的重点，由于转换层结构的复杂性和工程量较为巨大，这就性要求设计人员必须对建筑整体结构设计进行充分的了解，对结构设计进行合理的规划，在设计布置时，加强主要构件来增加设计结构的安全性和稳定性。当前，我国高层建筑转换层的结构设计还不是很完善，这还需要我们在日后的工作中不断加强自身专业知识的学习，不断研发，要重视转换层结构施工技术的研究，保证施工质量，以推动我国建筑行业的进一步发展。
参考文献：
[1] 赵鸿铁 胡安妮：《高层建筑转换层结构形式选择影响因素的统计分析》，《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》，2000年01期
[2] 王海燕：《浅议高层建筑结构转换层施工技术》，《科技致富向导》，2010年20期
[3] 谢晓锋：《高层建筑转换层结构型式的应用现状及问题》，《广东土木与建筑》，2004年02期
[4] 黄钊 张涛 黄龙：《高层建筑转换层结构设计与施工研究》，《华北水利水电学院学报》，2008年02期
[5] 杨京俊 陈海新：《高层建筑中转换层结构的影响因素与分析方法》，《山西建筑》，2007年08期
关键词：高层建筑、结构转换层、结构设计
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
高层建筑结构设计是一项非常复杂的过程，在进行设计施工之前就必须对其进行仔细的分析，只有在确定设计方案无误的情况下方可进行施工。但高层建筑转换层的结构设计也存在一定的难度，从力学角度来说，高层建筑转换层的上下层内力比较集中，并且地震力也较为集中，这都给转换层的结构设计带来了一定的难度。
二、结构转换层的类型及设计方法论述
高层建筑结构转换层可以分为四种类型：梁式转换层、厚板式转换层、箱式转换层和桁架式转换层。
1、梁式转换层结构的设计遵循原则
( 1) 尽可能减少需要结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，梁式转换层的转换构件越少，所造成的刚度突变也越小，从而减小于转换层构对结构抗震性能的影响。
( 2) 梁式转换层结构设计时，要确保转换层具有足够的刚度，一般情况下，设计转换梁的高度不得小于跨度的六分之一，以确保内力在转换层结构和下部构件中能够合理分配，以确保转换柱和转换梁具有良好的受力性能。
( 3) 梁式转换层结构设计时，应采用“楼板在平面内刚度无限大”的假定，确保剪力墙和所有框支柱位移相等，水平力按照落地剪力墙和框支柱的刚度比进行分配。由于转换层楼板需要将上部结构的水平剪力传递到下部结构中，其本身需要承受较大的竖向荷载和平面内剪力，转换层楼板在自身平面内应力的影响下，存在较为显著的变形，因此需要确保转换层楼板具有足够的刚度。
2、梁式转换层的施工技术难点和措施
( 1) 模板支撑系统的结构安全必须通过软件或者人工的计算，确定支撑系统的安全性。支撑不同截面、不同跨度的结构构件的钢管，在位置和空间上应尽量布置合理。从材料利用率上考虑，尽可能使模板的周转次数最大化并考虑装拆的简便。在结构设计上，对较难支模的部分和节点必须通过软件得出详图。
( 2) 由于在转换梁的截面上的钢筋型号繁杂、间距较密，数量较多的布置在大梁的上下面，故对钢筋的下料及绑扎造成较大的困难。因此每一道梁的钢筋放样图和下料图必须严格按照规范和图纸设计要求，先进行简单的排列，找出最适合实际情况的绑扎方式再进行现场操作，严禁下料之后胡乱放置钢筋，导致钢筋无法较好的绑扎，影响混凝土的振捣质量。
( 3) 转换层的构件尺寸较大，故混凝土浇筑必须按照大体积混凝土的浇筑技术要求进行操作。浇筑的办法有一次浇筑完毕，但该办法容易导致振捣不到位，进而影响了梁底的质量和观感，并且该种浇筑方法对模板支撑系统的安全系数要求较高。如果采用二次浇筑，对结构的整体性有不利影响，且两次浇筑的施工缝分层部位难以处理。因此转换层混凝土的浇筑需结合不同建筑结构形式的特点选用相应的浇筑方法，并从设计和施工两个方面采取措施保证转换层混凝土构件的浇筑质量。
2、箱型转换结构
当转换梁的截面较大时，可以在转换梁的梁顶和梁底同时设置一层楼板，遍布全层，使得整个楼层都构成“箱子”形式，也因此被称为“箱型转换层。
箱型转换结构也是高层建筑设计中较为常用的一种结构形式，在设计过程中主要要注意支撑体系的合理设置，这是保证建筑施工质量的重要前提，主要特点有：层高大、自重大、混凝土强度高、结构受力比较复杂、墙柱模板支设困难等，主要优点是转换层本身的整体性非常好，但是，它也有其缺点，就是它直接占用了整个楼层的面积，使得这个楼层不能再有其他用途，只能当做设备层使用，还有一个缺点就是上面所提出的自重大、造价高，这也是在实际应用当中很少使用的原因。
3、厚板式转换层
这种厚板厚梁式转换结构主要优点是布置灵活，整体性比较好，当上、下柱网线错开比较多很难用梁来承托时就需要采取这种形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根据上下的结构以及柱网尺寸而定，但是这种厚板式转换层的自重很大，地震作用大，耗费材料多，不仅耗费资金而且还容易发生震害，所以这种方法采用的也不是很多。厚板式转换层可以采用TBSA等的三维空间分析程序对整体进行内力分析，主要是转换板的不规则边界，这样的一般会采用有效单元法进行内力分析，还可以采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算，还可以对板在收到竖向压力荷载的受弯和局部压力等的进行计算。
4、桁架式转换层
桁架可以分为两种，一种是空腹桁架，另一种是实腹桁架，这种桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转换而来的，与梁式转换层相比它的受力更加明确、整体性好、抗震能力强、框架支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点，这是它主要的优点，但是缺点也比较明显，施工难度大，更加复杂、节点设计难度大。可以对其进行整体结构的内力分析，当高层建筑的下部为大商场时，需要的空间必须要大，上部则是居住办公等的小空间，在这时就可以采用桁架式转换层，特别是在需要设置管道时，更要采取这种方式，一般采用桁架式转换层时应该跨满层进行布置，而且上弦节点要与上部密柱中心对齐。桁架式转换层的重量比较小，所以也减小了下部框架的承重负荷。
四、转换层施工遇到的问题及对策
1、施工可操作性和建筑使用功能要求在设计时应充分加以考虑。
2、高层建筑转换层设计中转换梁设计占有比例很高，通常在实际应用中把转换层作为设备层来使用。因此在梁腹部的开洞位置和洞口相对尺寸在转换梁结构设计中要加以充分考虑。
3、在满足建筑使用功能要求的基础上，对下部结构应提高其截面尺寸、增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变。
4、根据上部结构与转换梁共同工作的特點，分析中一般按照完全、部分和没有共同工作三种状态进行包络设计，从而保证梁的支座剪力和跨中弯矩与实际情况较为吻合，确保转换构件和整体结构的安全。
五、结语
综上所述，在高层建筑结构设计中，转换层的结构设计一直都是设计人员关注的重点，由于转换层结构的复杂性和工程量较为巨大，这就性要求设计人员必须对建筑整体结构设计进行充分的了解，对结构设计进行合理的规划，在设计布置时，加强主要构件来增加设计结构的安全性和稳定性。当前，我国高层建筑转换层的结构设计还不是很完善，这还需要我们在日后的工作中不断加强自身专业知识的学习，不断研发，要重视转换层结构施工技术的研究，保证施工质量，以推动我国建筑行业的进一步发展。
参考文献：
[1] 赵鸿铁 胡安妮：《高层建筑转换层结构形式选择影响因素的统计分析》，《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》，2000年01期
[2] 王海燕：《浅议高层建筑结构转换层施工技术》，《科技致富向导》，2010年20期
[3] 谢晓锋：《高层建筑转换层结构型式的应用现状及问题》，《广东土木与建筑》，2004年02期
[4] 黄钊 张涛 黄龙：《高层建筑转换层结构设计与施工研究》，《华北水利水电学院学报》，2008年02期
[5] 杨京俊 陈海新：《高层建筑中转换层结构的影响因素与分析方法》，《山西建筑》，2007年08期