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（廊坊荣盛建筑设计有限公司河北廊坊065000）
【摘要】近年来，高层建筑也层出不穷，迅速发展，高层建筑在体型复杂、内部空间多变及功能多样等方面有了更多的要求，因此，就需要转换高层建筑的层结构，本文介绍了梁式转换层结构形式、设计要求以及构件的设计。
【关键词】高层转换层设计
一、前言
梁式转换层结构形式
高层建筑结构下部受力比上部大，按常理来说，在高层建筑结构的设计中就要考虑下部的刚度要大于上部结构，采用的措施就是下部增加墙体、增加柱网，而上部逐渐减少墙柱的密度。显然，这在高层建筑设计中是不现实的，因为高层建筑的使用功能对空间要求却是下部大空间，往上部逐渐减小，因此对高层建筑结构的设计就要考虑反常规设计方法。在《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ3 － 2002) 中，规范对转换梁的最小高度和宽度作如下规定: 框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的2 倍，且不易小于400mm; 当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时转换梁高不小于其跨度的1 /6; 非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1 /8。
1、梁式转换层结构形式
实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。
2、梁式转换结构受力机理分析
转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能，文献中已对转换梁承托层数对其内力的影响用有限元程序进行了分析，从分析结果中我们知道，对一般结构转换大梁( 跨度小于12m) ，上部墙体考虑三层与考虑4 层、5 层内力的设计控制内力差异不大于5%，故在分析计算时可只考虑计算3 层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。主要原因:
（1）由于转换大梁处于结构整体弯曲的受拉区，应力积分后在转换大梁中就会出现轴向拉力。
（2）由于上部墙体竖向力作用于转换大梁时形成了拱的传力方式，这样竖向力转变成斜向力作用于转换大梁，从而在转换大梁跨中出现拉力，支座出现轴向压力的情况。
二、梁式转换层结构的设计及要求
框支主梁需要承受其上部剪力墙和梁传给的剪力，因此容易发生受剪破坏。在有可能发生地震的地区，建筑物必须具有抗震设防，为了进一步提高受力性能及其抗震能力，在进行平面结构设计时，应使落地剪力墙与剪力墙和框支墙协作受力。
1、框支柱的设计与构造要求
一般情况下，由轴压比来进行计算确定框支柱的截面尺寸。在抗震设计时，应该用最大的系数乘以框支柱的柱顶弯矩，并将其放大后进行配筋。对剪力也要作相应的调整，当框支柱少于十根时，而且在一至二层，每层框支柱所受剪力至少要取基底剪力的百分之二；如果在三层或三层以上时，至少要取基底剪力的百分之三；如果框支柱多于十根时，框支层在一至二层时，每层每根柱承受的剪力和应该是基底层剪力的百分之二十；如果是三层及三层以上时，其应该取基底层剪力的百分之三十，在对框支柱剪力做相应的调整之后，应对相应的框支柱的弯矩等进行调整，但其框支柱轴力可以不做调整。当抗震等级为一级时，其纵向钢筋配筋率应大于百分之一点二，二级时应大于百分之一点零，三级时应大于百分之零点九，四级是应大于百分之零点八。在抗震设计时，纵向钢筋间距应该在八十到二百毫米之间，全部纵向钢筋配筋率应小于百分之四。
2、转换梁的设计及要求
通过剪压比的计算可以确定转换梁的截面尺寸，转换梁最好不要开洞，如果需要开洞，洞口最好定在梁中和轴附近。为了提高其抗剪能力，必须对洞口的上、下弦杆采取一定的加强措施。转换梁的混凝土强度等级应大于或者等于C30。在非抗震设计时，转换梁上、下主筋的最小配筋率应为百分之零点三，而且最好不存在接头，转换梁上部应该有超过百分之五十的主筋沿梁全长贯通，下部主筋要伸入柱内。
3、截面设计方法
目前国内在结构设计工作中，通常采用的梁截面转换方法是应力截面设计方法。该方法通过对转换梁进行分析，得到的结果是应力和分布规律，为了能直接运用分析结果，假设不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担，受压的混凝土强度达到预期设计值。
4、托墙形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部墙体不开洞时，转换梁将和上部墙体共同工作，深梁将表现出受力特征，这时，应该采用应力截面设计法或深梁截面设计方法，通过计算，确定出其适当的分配位置。此时转换梁跨中的内力较大，底部纵向钢筋最好不要弯起或者是截断，要全部伸进支座。当转换梁所承托的上部墙体是小墙肢时，转换梁上可按照普通截面设计的方法进行计算，纵向钢筋可集中布置在转换梁的底部。
5、设计方法的选择
托柱形式转换梁截面设计：当转换梁承托普通框架时，可以按普通的梁截面设计方法进行配筋计算；当其为斜杆框架式，应该按偏心受拉构件进行截面设计。
三、转换层结构的构件设计
1、转换柱
我们在进行梁式转换层结构设计的时候, 需要对转换柱的轴压比进行很好的控制, 主要是为使结构能够具备非常好的延性。这主要是从抗震的层面上考虑的,假设该高层建筑在一级抗震的要求下进行设计,我们需要将轴压比控制在0.6,假设该高层建筑在二级抗震的要求下进行设计,我们需要将轴压比控制在0.7。
2、樓板
由于整个建筑的剪力大部分都在建筑的下部结构,导致转换层楼面所受到的力非常的大。因此,我们需要对楼面进行加厚,这样有利于剪力的重新分配,另外,值得注意的是,转换层的楼板不能够有太大的开洞,并且开洞时应该在洞口的周围设置暗梁,我们还应该将开洞的位置尽量的远离外侧边,如果需要设计电梯的话,那么在电梯间应该用钢筋混凝土墙围成一个筒体。
3、转换梁
我们在进行转换梁设计的时候,考虑到转换梁的受力非常的复杂,转换梁是上层和下层荷载的主要传输枢纽,因此,我们在实际设计的时候,应该设计足够多的储备,减少转换梁的受力程度。在竖向荷载的作用下,转换梁的梁端往往是最先受到破坏的,因此,我们应该对其构造进行不断的加强。
四、发展趋势
带转换层结构的高层建筑的发展趋势主要体现有：
1、预应力混凝土转换层
由于预应力技术有能减小截面尺寸、控制裂缝和挠度及减轻支撑负担等优点，因此，此结构适合于建造承受大荷载、大跨度的转换层，能节省钢材和混凝土。
2、钢骨混凝土转换层
钢骨混凝土梁和钢筋混凝土梁相比，具有刚度好、承载力高，可塑性、耐久性和抗震性能高等特点，因此可以减少支模，定位准确，提高施工的速度，但它主要在国外被使用，国内工程中使用的并不多。
结论
经济的发展推动了建筑功能需求的扩大，由于建筑受到自身特点的影响，复杂高层建筑经常出现上、下部分刚度不对称、质量不均匀、传力途径不直接等问题。梁式转换结构作为高层建筑实现垂直转换的常用结构形式，能有效解决这些问题。通过对梁式转换层的结构形式与受力特点的探讨，主要分析梁式转换层结构设计的原则和转换层构造的方法，为相关设计工作者提供一定的参考价值。
参考文献
[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[2]陈敏明.浅析高层建筑梁式转换层设计施工研究[J]．广东建材，2010（1）.
[3]郑黄鹤.浅析高层建筑梁式转换层结构设计的要点[J]．中国建设信息，2010（2）.
【摘要】近年来，高层建筑也层出不穷，迅速发展，高层建筑在体型复杂、内部空间多变及功能多样等方面有了更多的要求，因此，就需要转换高层建筑的层结构，本文介绍了梁式转换层结构形式、设计要求以及构件的设计。
【关键词】高层转换层设计
一、前言
梁式转换层结构形式
高层建筑结构下部受力比上部大，按常理来说，在高层建筑结构的设计中就要考虑下部的刚度要大于上部结构，采用的措施就是下部增加墙体、增加柱网，而上部逐渐减少墙柱的密度。显然，这在高层建筑设计中是不现实的，因为高层建筑的使用功能对空间要求却是下部大空间，往上部逐渐减小，因此对高层建筑结构的设计就要考虑反常规设计方法。在《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ3 － 2002) 中，规范对转换梁的最小高度和宽度作如下规定: 框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的2 倍，且不易小于400mm; 当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时转换梁高不小于其跨度的1 /6; 非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1 /8。
1、梁式转换层结构形式
实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。
2、梁式转换结构受力机理分析
转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能，文献中已对转换梁承托层数对其内力的影响用有限元程序进行了分析，从分析结果中我们知道，对一般结构转换大梁( 跨度小于12m) ，上部墙体考虑三层与考虑4 层、5 层内力的设计控制内力差异不大于5%，故在分析计算时可只考虑计算3 层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。主要原因:
（1）由于转换大梁处于结构整体弯曲的受拉区，应力积分后在转换大梁中就会出现轴向拉力。
（2）由于上部墙体竖向力作用于转换大梁时形成了拱的传力方式，这样竖向力转变成斜向力作用于转换大梁，从而在转换大梁跨中出现拉力，支座出现轴向压力的情况。
二、梁式转换层结构的设计及要求
框支主梁需要承受其上部剪力墙和梁传给的剪力，因此容易发生受剪破坏。在有可能发生地震的地区，建筑物必须具有抗震设防，为了进一步提高受力性能及其抗震能力，在进行平面结构设计时，应使落地剪力墙与剪力墙和框支墙协作受力。
1、框支柱的设计与构造要求
一般情况下，由轴压比来进行计算确定框支柱的截面尺寸。在抗震设计时，应该用最大的系数乘以框支柱的柱顶弯矩，并将其放大后进行配筋。对剪力也要作相应的调整，当框支柱少于十根时，而且在一至二层，每层框支柱所受剪力至少要取基底剪力的百分之二；如果在三层或三层以上时，至少要取基底剪力的百分之三；如果框支柱多于十根时，框支层在一至二层时，每层每根柱承受的剪力和应该是基底层剪力的百分之二十；如果是三层及三层以上时，其应该取基底层剪力的百分之三十，在对框支柱剪力做相应的调整之后，应对相应的框支柱的弯矩等进行调整，但其框支柱轴力可以不做调整。当抗震等级为一级时，其纵向钢筋配筋率应大于百分之一点二，二级时应大于百分之一点零，三级时应大于百分之零点九，四级是应大于百分之零点八。在抗震设计时，纵向钢筋间距应该在八十到二百毫米之间，全部纵向钢筋配筋率应小于百分之四。
2、转换梁的设计及要求
通过剪压比的计算可以确定转换梁的截面尺寸，转换梁最好不要开洞，如果需要开洞，洞口最好定在梁中和轴附近。为了提高其抗剪能力，必须对洞口的上、下弦杆采取一定的加强措施。转换梁的混凝土强度等级应大于或者等于C30。在非抗震设计时，转换梁上、下主筋的最小配筋率应为百分之零点三，而且最好不存在接头，转换梁上部应该有超过百分之五十的主筋沿梁全长贯通，下部主筋要伸入柱内。
3、截面设计方法
目前国内在结构设计工作中，通常采用的梁截面转换方法是应力截面设计方法。该方法通过对转换梁进行分析，得到的结果是应力和分布规律，为了能直接运用分析结果，假设不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担，受压的混凝土强度达到预期设计值。
4、托墙形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部墙体不开洞时，转换梁将和上部墙体共同工作，深梁将表现出受力特征，这时，应该采用应力截面设计法或深梁截面设计方法，通过计算，确定出其适当的分配位置。此时转换梁跨中的内力较大，底部纵向钢筋最好不要弯起或者是截断，要全部伸进支座。当转换梁所承托的上部墙体是小墙肢时，转换梁上可按照普通截面设计的方法进行计算，纵向钢筋可集中布置在转换梁的底部。
5、设计方法的选择
托柱形式转换梁截面设计：当转换梁承托普通框架时，可以按普通的梁截面设计方法进行配筋计算；当其为斜杆框架式，应该按偏心受拉构件进行截面设计。
三、转换层结构的构件设计
1、转换柱
我们在进行梁式转换层结构设计的时候, 需要对转换柱的轴压比进行很好的控制, 主要是为使结构能够具备非常好的延性。这主要是从抗震的层面上考虑的,假设该高层建筑在一级抗震的要求下进行设计,我们需要将轴压比控制在0.6,假设该高层建筑在二级抗震的要求下进行设计,我们需要将轴压比控制在0.7。
2、樓板
由于整个建筑的剪力大部分都在建筑的下部结构,导致转换层楼面所受到的力非常的大。因此,我们需要对楼面进行加厚,这样有利于剪力的重新分配,另外,值得注意的是,转换层的楼板不能够有太大的开洞,并且开洞时应该在洞口的周围设置暗梁,我们还应该将开洞的位置尽量的远离外侧边,如果需要设计电梯的话,那么在电梯间应该用钢筋混凝土墙围成一个筒体。
3、转换梁
我们在进行转换梁设计的时候,考虑到转换梁的受力非常的复杂,转换梁是上层和下层荷载的主要传输枢纽,因此,我们在实际设计的时候,应该设计足够多的储备,减少转换梁的受力程度。在竖向荷载的作用下,转换梁的梁端往往是最先受到破坏的,因此,我们应该对其构造进行不断的加强。
四、发展趋势
带转换层结构的高层建筑的发展趋势主要体现有：
1、预应力混凝土转换层
由于预应力技术有能减小截面尺寸、控制裂缝和挠度及减轻支撑负担等优点，因此，此结构适合于建造承受大荷载、大跨度的转换层，能节省钢材和混凝土。
2、钢骨混凝土转换层
钢骨混凝土梁和钢筋混凝土梁相比，具有刚度好、承载力高，可塑性、耐久性和抗震性能高等特点，因此可以减少支模，定位准确，提高施工的速度，但它主要在国外被使用，国内工程中使用的并不多。
结论
经济的发展推动了建筑功能需求的扩大，由于建筑受到自身特点的影响，复杂高层建筑经常出现上、下部分刚度不对称、质量不均匀、传力途径不直接等问题。梁式转换结构作为高层建筑实现垂直转换的常用结构形式，能有效解决这些问题。通过对梁式转换层的结构形式与受力特点的探讨，主要分析梁式转换层结构设计的原则和转换层构造的方法，为相关设计工作者提供一定的参考价值。
参考文献
[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[2]陈敏明.浅析高层建筑梁式转换层设计施工研究[J]．广东建材，2010（1）.
[3]郑黄鹤.浅析高层建筑梁式转换层结构设计的要点[J]．中国建设信息，2010（2）.