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摘要:论文从转换层结构施工特点开始进行介绍，其次对于转换层型式的选择进行了分析，最后以梁式转换层的高层建筑结构设计的方面做了重点的解析。
关键词:梁式转换层，高层建筑，结构设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
由于社会的完善和前进，高层建筑朝着多功用和体型复杂的方向完善。这些年，由于我国经济的不断增长，人们对高层建筑的功用需求趋向于多元化，这就对梁式变换层的高层建筑结构规划的需求越来越高。
二、转换层结构施工特点
部分竖向构件在转换层处被打断，使竖向力的传递被迫发生转折，而转换层就是实现转折功能的大型水平构件。带转换层的高层建筑是一受力复杂、不利抗震的结构体系，该结构及其支撑系统有自身的特点。
1、转换层设计
带转换层的多高层建筑，转换层的下部楼层由于设置大空间的要求，其刚度会产生突变，一般比转换层上部楼层的刚度小，设计时应采取措施减少转换层上、下楼层结构抗侧刚度及承载力的变化，以保证满足抗风、抗震设计的要求。转换构件为重要传力部位，应保证转换构件的安全性。2.8度抗震设计时除考虑竖向荷载、风荷载或水平地震作用外。还应考虑竖向地震作用的影响，转换构件的竖向地震作用，可采用反应谱方法或动力时程分析方法计算；作为近似考虑，也可将转换构件在重力荷载标准值作用下的内力乘以增大系数1.1。
2、经济指标
从抗剪和抗冲切的角度考虑，转换板的厚度往往很大。一般可达2.0m~2.8m。这样的厚板一方面重量很大，增大了对下部垂直构件的承载力设计要求，另一方面本层的混凝土用量也很大。转换梁常用截面高度为1.6~4.0m，只有在跨度较小以及承托的层数较少时才转换梁常用截面高度0.9~1.4m，而跨度较大且承托较大且承托的层数较多时，或构件条件特殊时才采用较大的截面高度4.0~8.2m。
3、抗震性能
由于厚板集中了很大的刚度和质量，在地震作用下，地震反应强烈。不仅板本身受力很大，而且由于沿竖向刚度突然变化，相邻上、下层受到很大的作用力，容易发生震害。以往的模型振动台试验研究表明，厚板的上、下相邻层结构出现明显裂缝和混凝土剥落。另外，试验还表明，在竖向荷载和地震力共同作用下，板不仅发生冲切破坏，而且可能产生剪切破坏，板内必须三向配筋。
三、转换层型式的选择
1、梁式转换层
一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系。它是将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系。当需要纵横向同时转换时，则采用双向梁布置。梁式转换层的设计和施工均较为简单，传力较为明确，是目前应用最为广泛的转换型式。它的缺点在于，当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂，此时应对框支主梁进行应力分析。
2、箱式转换层
当转换梁截面过大时，设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定与实际相符，可在转换梁梁顶与梁底同时设一层楼板，形成一个箱形梁。箱形梁转换结构，一般宜遍布全层设置，且宜沿建筑周边环通构成“箱子”，即箱式转换层。箱式转换层的优点在于，转换梁的约束强，刚度大，整体工作效果好，上下部传力较为均匀，并且建筑功能上还可将其作为“设备层”；缺点是转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且造价较高。
3、厚板式转换层
当上下柱网错位较多，难以用梁直接承托时，则需做成厚板，即板式转换层。厚板的厚度可根据柱网尺寸、上部结构荷载综合而定。板式转换层的优势在于，下部柱网受上部结构布局影响较小，可灵活布置。厚板刚度很大，形成一个承台，整体性较好，而且施工也较为便捷。但由于厚板自重很大，地震作用也大，容易产生震害。并且材料耗用多，经济性也较差。
4、桁架式转换层
当高层建筑下部为大空间商场，上部为小空间客房或写字楼，且需设置管道设备层时，也可采用桁架式转换层。上部柱墻可通过桁架传至下部柱墙，而管道则可利用桁架间的空间穿行。采用桁架转换结构时，一般宜跨满层布置，且上弦节点与上部密柱或墙肢形心宜对中。桁架式转换层的框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换型式相对较小。但此法施工复杂程度较高，且对于轴线错位布置时难度较大。
四、梁式转换层的高层建筑结构设计
1、结构选型与结构布置
单栋建筑，地下五层，地上三十一层。地下室为车库和设备用房，首层为商场，二、三层为办公楼，四层为会所兼作转换层，要求有较大的柱网，采用框架剪力墙结构；五至三十一层为住宅，采用剪力墙结构。四层以上墙体除楼、电梯间墙体落地以外，其余墙体均未落地，其内力需经转换构件来传递。由于厚板转换传力路线不清晰，受力复杂，会引起转换层附近构件应力集中现象严重，故采用主次梁转换(见图1、图2、图3)。梁式转换层受力明确，施工相对简单，同时，在转换梁受力较小部位可以开设合适的洞口，容易满足建筑功能和设备管线布置的要求。因此，本工程采用梁式转换层，转换层的层高5。7m，转换主梁最大截面为1400mm×2500mm，典型转换主梁截面为900mm×2500mm，典型转换次梁截面为600mm×2200mm和800mm×2200mm。转换层板厚取为200mm，转换梁托上部剪力墙，转换层结构混凝土强度等级为C45。
2、结构分析
抗震设防烈度为7度的建筑物，设计基本地震加速度值为0。1g，设计地震分组为第一组，100年重现期的基本风压值ωo=0。6kN/m2，地面粗糙度C类，建筑体形系数μs=1。4。采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的SATWE(空间杆—墙板元模型)和TAT(空间杆—薄壁杆系模型)程序进行结构计算，并采用PMSAP分析楼板应力，其结构自振周期、剪重比、基底剪力、位移及倾覆弯距计算结果。
3、带转换层的高层建筑结构设计关键问题
保证大空间层有足够的刚度，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70%。根据《高规》附录E控制转换层上下结构等效侧向刚度比宜大于1。0，不应大于1。3。为此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。加强转换层楼板平面内的整体性和刚度，采用现浇混凝土楼板，板厚取为200mm，同时加强转换层下一层楼板平面内刚度，板厚取为150mm；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。
按《工程场地地震安全性评价报告》提供的人工合成地震波加速度和选择两条典型的地震波加速度记录，进行结构弹性时程分析；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；计算中考虑双向地震作用下的扭转影响；除计算正交的X、Y向外，还计算可能受力不利的45°和135°方向。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他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率。按《高规》验算结构抗倾覆和整体稳定；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150mm，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。
五、结束语
这些年，高层建筑不断增多，建筑中功用的转变也日趋复杂，因为变换层结构的复杂性以及工程量的繁琐，施工中首先就应该注重梁式变换层的高层建筑结构的规划。
参考文献
[1]章斌全.框支剪力墙转换层结构设计探索[J].工程建设与设计，2003(2)
[2]高雪峰.转换层结构设计的改进建议[J].建筑技术开发，2003(3)
[3]熊进刚，吴晓莉，陈礼建，等.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J].工业建筑，2001
关键词:梁式转换层，高层建筑，结构设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
由于社会的完善和前进，高层建筑朝着多功用和体型复杂的方向完善。这些年，由于我国经济的不断增长，人们对高层建筑的功用需求趋向于多元化，这就对梁式变换层的高层建筑结构规划的需求越来越高。
二、转换层结构施工特点
部分竖向构件在转换层处被打断，使竖向力的传递被迫发生转折，而转换层就是实现转折功能的大型水平构件。带转换层的高层建筑是一受力复杂、不利抗震的结构体系，该结构及其支撑系统有自身的特点。
1、转换层设计
带转换层的多高层建筑，转换层的下部楼层由于设置大空间的要求，其刚度会产生突变，一般比转换层上部楼层的刚度小，设计时应采取措施减少转换层上、下楼层结构抗侧刚度及承载力的变化，以保证满足抗风、抗震设计的要求。转换构件为重要传力部位，应保证转换构件的安全性。2.8度抗震设计时除考虑竖向荷载、风荷载或水平地震作用外。还应考虑竖向地震作用的影响，转换构件的竖向地震作用，可采用反应谱方法或动力时程分析方法计算；作为近似考虑，也可将转换构件在重力荷载标准值作用下的内力乘以增大系数1.1。
2、经济指标
从抗剪和抗冲切的角度考虑，转换板的厚度往往很大。一般可达2.0m~2.8m。这样的厚板一方面重量很大，增大了对下部垂直构件的承载力设计要求，另一方面本层的混凝土用量也很大。转换梁常用截面高度为1.6~4.0m，只有在跨度较小以及承托的层数较少时才转换梁常用截面高度0.9~1.4m，而跨度较大且承托较大且承托的层数较多时，或构件条件特殊时才采用较大的截面高度4.0~8.2m。
3、抗震性能
由于厚板集中了很大的刚度和质量，在地震作用下，地震反应强烈。不仅板本身受力很大，而且由于沿竖向刚度突然变化，相邻上、下层受到很大的作用力，容易发生震害。以往的模型振动台试验研究表明，厚板的上、下相邻层结构出现明显裂缝和混凝土剥落。另外，试验还表明，在竖向荷载和地震力共同作用下，板不仅发生冲切破坏，而且可能产生剪切破坏，板内必须三向配筋。
三、转换层型式的选择
1、梁式转换层
一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系。它是将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系。当需要纵横向同时转换时，则采用双向梁布置。梁式转换层的设计和施工均较为简单，传力较为明确，是目前应用最为广泛的转换型式。它的缺点在于，当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂，此时应对框支主梁进行应力分析。
2、箱式转换层
当转换梁截面过大时，设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定与实际相符，可在转换梁梁顶与梁底同时设一层楼板，形成一个箱形梁。箱形梁转换结构，一般宜遍布全层设置，且宜沿建筑周边环通构成“箱子”，即箱式转换层。箱式转换层的优点在于，转换梁的约束强，刚度大，整体工作效果好，上下部传力较为均匀，并且建筑功能上还可将其作为“设备层”；缺点是转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且造价较高。
3、厚板式转换层
当上下柱网错位较多，难以用梁直接承托时，则需做成厚板，即板式转换层。厚板的厚度可根据柱网尺寸、上部结构荷载综合而定。板式转换层的优势在于，下部柱网受上部结构布局影响较小，可灵活布置。厚板刚度很大，形成一个承台，整体性较好，而且施工也较为便捷。但由于厚板自重很大，地震作用也大，容易产生震害。并且材料耗用多，经济性也较差。
4、桁架式转换层
当高层建筑下部为大空间商场，上部为小空间客房或写字楼，且需设置管道设备层时，也可采用桁架式转换层。上部柱墻可通过桁架传至下部柱墙，而管道则可利用桁架间的空间穿行。采用桁架转换结构时，一般宜跨满层布置，且上弦节点与上部密柱或墙肢形心宜对中。桁架式转换层的框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换型式相对较小。但此法施工复杂程度较高，且对于轴线错位布置时难度较大。
四、梁式转换层的高层建筑结构设计
1、结构选型与结构布置
单栋建筑，地下五层，地上三十一层。地下室为车库和设备用房，首层为商场，二、三层为办公楼，四层为会所兼作转换层，要求有较大的柱网，采用框架剪力墙结构；五至三十一层为住宅，采用剪力墙结构。四层以上墙体除楼、电梯间墙体落地以外，其余墙体均未落地，其内力需经转换构件来传递。由于厚板转换传力路线不清晰，受力复杂，会引起转换层附近构件应力集中现象严重，故采用主次梁转换(见图1、图2、图3)。梁式转换层受力明确，施工相对简单，同时，在转换梁受力较小部位可以开设合适的洞口，容易满足建筑功能和设备管线布置的要求。因此，本工程采用梁式转换层，转换层的层高5。7m，转换主梁最大截面为1400mm×2500mm，典型转换主梁截面为900mm×2500mm，典型转换次梁截面为600mm×2200mm和800mm×2200mm。转换层板厚取为200mm，转换梁托上部剪力墙，转换层结构混凝土强度等级为C45。
2、结构分析
抗震设防烈度为7度的建筑物，设计基本地震加速度值为0。1g，设计地震分组为第一组，100年重现期的基本风压值ωo=0。6kN/m2，地面粗糙度C类，建筑体形系数μs=1。4。采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的SATWE(空间杆—墙板元模型)和TAT(空间杆—薄壁杆系模型)程序进行结构计算，并采用PMSAP分析楼板应力，其结构自振周期、剪重比、基底剪力、位移及倾覆弯距计算结果。
3、带转换层的高层建筑结构设计关键问题
保证大空间层有足够的刚度，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70%。根据《高规》附录E控制转换层上下结构等效侧向刚度比宜大于1。0，不应大于1。3。为此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。加强转换层楼板平面内的整体性和刚度，采用现浇混凝土楼板，板厚取为200mm，同时加强转换层下一层楼板平面内刚度，板厚取为150mm；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。
按《工程场地地震安全性评价报告》提供的人工合成地震波加速度和选择两条典型的地震波加速度记录，进行结构弹性时程分析；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；计算中考虑双向地震作用下的扭转影响；除计算正交的X、Y向外，还计算可能受力不利的45°和135°方向。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他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率。按《高规》验算结构抗倾覆和整体稳定；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150mm，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。
五、结束语
这些年，高层建筑不断增多，建筑中功用的转变也日趋复杂，因为变换层结构的复杂性以及工程量的繁琐，施工中首先就应该注重梁式变换层的高层建筑结构的规划。
参考文献
[1]章斌全.框支剪力墙转换层结构设计探索[J].工程建设与设计，2003(2)
[2]高雪峰.转换层结构设计的改进建议[J].建筑技术开发，2003(3)
[3]熊进刚，吴晓莉，陈礼建，等.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J].工业建筑，2001