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摘要：为了适应高层建筑的要求，转换层的建筑结构应运而生，并得到较为广泛的应用。但带转换层的结构是一把双刃剑，施工人员必须要正确的选择和合理设计转换层，才能保证建筑的安全性。本文阐述了高层建筑结构转换层的情况，并结合结构设计的工程实例探讨了高层建筑梁式转换层结构设计的要点。
关键词：高层建筑梁式转换层结构设计要点
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
自从2005年开始我国规定超过10层的住宅建筑以及高度超过24米的其他民用建筑称为高层建筑以来，高层建筑的发展呈现复杂性、多样性和综合性，内部空间使用功能多变，而且建筑在不同的竖直高度位置处也具有各异的功能和特点，例如，上部建筑用于居住时一般要求轴网的间距较小，隔墙较多，中部建筑多用于办公写字间使用，可以使柱位于中等大小的房间内，下部建筑用来布置商场、酒店等公共服务设施，柱网间距较大，对开间的要求较大。这样一来，为了维持结构的稳定性，就需要在不同结构形式的交界楼层设置水平转换构件，即为转换层。转换层可以实现剪力墙结构和框架结構转换，增大下层结构的柱间距，或者使上下层的结构可以错位排布，便于房间的自由划分。
目前工程中应用较多的转换层的形式多种多样，有梁式、梁墙式、板式、箱式、桁架式以及框架式等等，其中，梁式转换层结构传力直接、简单明确，结构简便，可靠度高，经济合理，较易施工，应用最多。
一、高层建筑结构转换层的情况
1、钢骨混凝土转换层
众所周知钢骨混凝土梁拥有很强的承载力和很好的刚度，不仅大大减小了截面的尺寸，而且值得一赞的是塑造性、耐力和抗震性能都比钢筋混凝土梁好得多。一直以来，国内采用钢骨混凝土转换构件的实际工程并不多，而国外已经广泛波及。
2、预应力应用在混凝土转换层
预应力广泛运用在土木建筑的各个领域，它自身所具有的优点可带来许多结构和施工上创新设计运用，阿赫利采用的预应力混凝土的结构十分有利于建造承重荷载的大面积转换层，因为轻巧方便，并且节省钢材和混凝土。
3、转换梁改善性能
一般情况下可在转换梁上部框架中设计一定数量的斜腹杆，这样可让转换梁上相当一部分垂直荷载将改变传力的方向，这相当于拱传力的作用。剪承载力控制转换梁的截面尺寸，截面尺寸通常比较大。分别承托好多层，分担了单独转换梁上承受的荷载。经常会为了使梁支托的柱上荷载，在传给转换梁之前，会提前卸去一部分给两边落地的竖向框架柱，同时并且竖向传力的多道转换能设置多道转换梁，使得一层转换梁承托得住上部所有层，变成多道转换梁。从而改变了受力性能。
4、框架结构和框架剪力墙
一些大尺寸的框架结构或称巨型框架结构体系将其中的框架部分设计成主框架和次框架。根据建筑功能和角度的要求，在楼层局部布置转换层，转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，在各个高层建筑高度方向一处或多处灵活布置，而且它本身在这个空间被作为正常使用楼层的同时，也可当作技术设备层，但要注意的是转换层它有足够的刚度，要避免竖向刚度过于悬殊。
二、设计实例
1、工程概况
某工程为商住合一的高层建筑.建筑高度为79.97m,两层地下室，地上部分28 层,1、2 层为商业用房,3~28 层为住宅,地下1层层高3.7m，地下2 层层高3.6m，2 层商业用房部分为:底层层高5.0m，2 层层高4.0m, 转换层层高5.7m，住宅部分层高为2.9m。由于不同的用途需要不同的空间组合形式,因此除了主体中间部分(电梯间、楼梯间等公共部分)布置成落地剪力墙核心筒,其他部分均不能采用一种结构体系。采用在2 层顶采用转换结构的方法过渡为另一种结构形式。
2、结构设计
（1）结构选型
结构转换层的类型很多,对于此工程来说,如果采用厚板转换存在以下问题:转换厚板的混凝土及钢材用量都很大,增加投资成本,并且施工难度大;受力情况复杂,计算过程繁琐。如果选用箱形转换,优点是结构整体性好,不管上部结构布置多么复杂,仍能保证上、下竖向构件的有效传力。但是从结构设计角度考虑,内力分析较为复杂,转换层设计的技术储备不足,难度相对较大,且施工难度也大。
梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单, 转换构件受力明确,经济合理性强。内部空间自由畅通,满足管线布置要求,在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口, 容易满足建筑对功能的要求。
（2）转换层结构布置
由于上部住宅空间划分很多, 所以在转换层需要设置为二次转换,即设置转换主梁和次梁;同时设置了部分短肢剪力墙以满足建筑功能要求,转换层结构布置平面如图所示。
（3）构造措施
首先对整体结构进行概念设计, 采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施:
第一、加强底部框支层的刚度和延性。根据转换层结构设计原则, 转换层上下结构等效侧向刚度比值在抗震设计时不应大于1.3。为了减小上下层刚度比, 底部两层核心筒及剪力墙厚度500mm,4 层以上为200mm;混凝土等级C50,4 层以上C45～C30。由于平面削弱较大，Y 向刚度较小,因此在底部南边位置适当部位加厚墙肢厚度,使刚心和质心尽量重合,也提高了底部刚度,使其满足刚度比限值。
第二、加强转换层楼板的刚度及延性,确保水平荷载的可靠传递,楼板厚度取为200mm,双层双向配筋,每层每方向的配筋率为0.25%,加强了整体性。
第三、墙肢墙尽量布置在框支柱上,避免在框支柱间设置剪力墙,墙肢可以长一些,这样大幅度降低了转换大梁的弯矩,同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用L 型、T 型,避免使用一字型。
第四、为加强转换层的整体协调能力,在转换层楼面上周边及内部非门洞口的地方做一些矮墙,墙高伸至窗台底面。作为一种安全储备,在计算中未考虑该段墙。
（4）结构计算
对于高层结构的分析,合理选择计算软件非常重要,它直接影响结果的精度和可靠度。本工程选用以墙元模型模拟剪力墙的SATWE 空间有限元软件。根据经验初步选定转换梁截面,用SATWE 进行结构整体计算,得到转换梁所受设计剪力后,按照该值不大于0.15fcbh/0.85 校核截面尺寸。对转换梁不仅有强度要求,也有刚度要求。本工程转换层的层高为5.7m,转换梁的最大跨度为6.5m,大梁截面尺寸为800mm×1800mm,700mm×1600mm,梁宽度不小于上部墙体厚度(200mm),梁高度大于梁跨度的1/6,均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸:800mm×800mm,1000mm×1000mm,1200mm×1200mm。
对于复杂高层建筑,需要考虑扭转耦联,计算中还要考虑模拟施工加载, 计算发现梁一次加载在结构的大部分位置配筋均多于分层加载配筋。采用SATWE 整体分析求出结构顶点位移、层间相对位移、落地剪力墙所分担的地震剪力。由于设置次梁转换,使结构处于复杂的空间受力状态,现有程序不能正确反映其受力,因此在整体分析的基础上,取其内力进行人工配筋校核。根据上部结构传递给转换层的荷载, 用FEQ 对转换层本身及其上下几层进行平面有限元分析,对于转换梁、框支柱在整体计算的基础上, 采用平面有限元框支剪力墙计算软件FEQ 进行局部有限元精确分析,并按应力校核配筋。另外,对于一些结构构件采取以下构造措施:
第一、框支梁的支座处及上部墙体开门洞附近剪力均较大,箍筋应加密配置;当洞口靠近梁端时,也可采用梁端加腋提高其抗剪承载力,并加密配箍。
第二、对于二次转换梁,集中荷载引起应力更加复杂,在相应梁端处按应力分析进行配筋,并适当加大抗剪箍筋直径，作为抗剪的安全储备。如5- B 轴线梁在C 轴两侧各有一个二次转换梁。
第三、框支层上剪力墙洞口上部的连梁,设计上要保证强剪弱弯,在连梁内充分配筋,配置交叉斜筋,保证梁内塑性绞的出现。
参考文献：
[1] 杨桦,陈小菲.高层建筑梁式转换层结构设计初探[J]. 中国新技术新产品. 2010(14)
[2] 朱亮,周伟.探讨高层建筑梁式转换层结构设计[J]. 四川建材. 2009(01)
[3] 董堃,孙颖.高层建筑梁式转换层结构实用设计方法探讨[J]. 工业建筑. 2009(S1)
[4] 杨忠昌.对某高层建筑梁式转换层的结构设计探讨[J]. 经营管理者. 2009(17)
[5] 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(02)
[6] 孙巍.高层建筑梁式转换层的结构设计[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2007(10)
关键词：高层建筑梁式转换层结构设计要点
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
自从2005年开始我国规定超过10层的住宅建筑以及高度超过24米的其他民用建筑称为高层建筑以来，高层建筑的发展呈现复杂性、多样性和综合性，内部空间使用功能多变，而且建筑在不同的竖直高度位置处也具有各异的功能和特点，例如，上部建筑用于居住时一般要求轴网的间距较小，隔墙较多，中部建筑多用于办公写字间使用，可以使柱位于中等大小的房间内，下部建筑用来布置商场、酒店等公共服务设施，柱网间距较大，对开间的要求较大。这样一来，为了维持结构的稳定性，就需要在不同结构形式的交界楼层设置水平转换构件，即为转换层。转换层可以实现剪力墙结构和框架结構转换，增大下层结构的柱间距，或者使上下层的结构可以错位排布，便于房间的自由划分。
目前工程中应用较多的转换层的形式多种多样，有梁式、梁墙式、板式、箱式、桁架式以及框架式等等，其中，梁式转换层结构传力直接、简单明确，结构简便，可靠度高，经济合理，较易施工，应用最多。
一、高层建筑结构转换层的情况
1、钢骨混凝土转换层
众所周知钢骨混凝土梁拥有很强的承载力和很好的刚度，不仅大大减小了截面的尺寸，而且值得一赞的是塑造性、耐力和抗震性能都比钢筋混凝土梁好得多。一直以来，国内采用钢骨混凝土转换构件的实际工程并不多，而国外已经广泛波及。
2、预应力应用在混凝土转换层
预应力广泛运用在土木建筑的各个领域，它自身所具有的优点可带来许多结构和施工上创新设计运用，阿赫利采用的预应力混凝土的结构十分有利于建造承重荷载的大面积转换层，因为轻巧方便，并且节省钢材和混凝土。
3、转换梁改善性能
一般情况下可在转换梁上部框架中设计一定数量的斜腹杆，这样可让转换梁上相当一部分垂直荷载将改变传力的方向，这相当于拱传力的作用。剪承载力控制转换梁的截面尺寸，截面尺寸通常比较大。分别承托好多层，分担了单独转换梁上承受的荷载。经常会为了使梁支托的柱上荷载，在传给转换梁之前，会提前卸去一部分给两边落地的竖向框架柱，同时并且竖向传力的多道转换能设置多道转换梁，使得一层转换梁承托得住上部所有层，变成多道转换梁。从而改变了受力性能。
4、框架结构和框架剪力墙
一些大尺寸的框架结构或称巨型框架结构体系将其中的框架部分设计成主框架和次框架。根据建筑功能和角度的要求，在楼层局部布置转换层，转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，在各个高层建筑高度方向一处或多处灵活布置，而且它本身在这个空间被作为正常使用楼层的同时，也可当作技术设备层，但要注意的是转换层它有足够的刚度，要避免竖向刚度过于悬殊。
二、设计实例
1、工程概况
某工程为商住合一的高层建筑.建筑高度为79.97m,两层地下室，地上部分28 层,1、2 层为商业用房,3~28 层为住宅,地下1层层高3.7m，地下2 层层高3.6m，2 层商业用房部分为:底层层高5.0m，2 层层高4.0m, 转换层层高5.7m，住宅部分层高为2.9m。由于不同的用途需要不同的空间组合形式,因此除了主体中间部分(电梯间、楼梯间等公共部分)布置成落地剪力墙核心筒,其他部分均不能采用一种结构体系。采用在2 层顶采用转换结构的方法过渡为另一种结构形式。
2、结构设计
（1）结构选型
结构转换层的类型很多,对于此工程来说,如果采用厚板转换存在以下问题:转换厚板的混凝土及钢材用量都很大,增加投资成本,并且施工难度大;受力情况复杂,计算过程繁琐。如果选用箱形转换,优点是结构整体性好,不管上部结构布置多么复杂,仍能保证上、下竖向构件的有效传力。但是从结构设计角度考虑,内力分析较为复杂,转换层设计的技术储备不足,难度相对较大,且施工难度也大。
梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单, 转换构件受力明确,经济合理性强。内部空间自由畅通,满足管线布置要求,在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口, 容易满足建筑对功能的要求。
（2）转换层结构布置
由于上部住宅空间划分很多, 所以在转换层需要设置为二次转换,即设置转换主梁和次梁;同时设置了部分短肢剪力墙以满足建筑功能要求,转换层结构布置平面如图所示。
（3）构造措施
首先对整体结构进行概念设计, 采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施:
第一、加强底部框支层的刚度和延性。根据转换层结构设计原则, 转换层上下结构等效侧向刚度比值在抗震设计时不应大于1.3。为了减小上下层刚度比, 底部两层核心筒及剪力墙厚度500mm,4 层以上为200mm;混凝土等级C50,4 层以上C45～C30。由于平面削弱较大，Y 向刚度较小,因此在底部南边位置适当部位加厚墙肢厚度,使刚心和质心尽量重合,也提高了底部刚度,使其满足刚度比限值。
第二、加强转换层楼板的刚度及延性,确保水平荷载的可靠传递,楼板厚度取为200mm,双层双向配筋,每层每方向的配筋率为0.25%,加强了整体性。
第三、墙肢墙尽量布置在框支柱上,避免在框支柱间设置剪力墙,墙肢可以长一些,这样大幅度降低了转换大梁的弯矩,同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用L 型、T 型,避免使用一字型。
第四、为加强转换层的整体协调能力,在转换层楼面上周边及内部非门洞口的地方做一些矮墙,墙高伸至窗台底面。作为一种安全储备,在计算中未考虑该段墙。
（4）结构计算
对于高层结构的分析,合理选择计算软件非常重要,它直接影响结果的精度和可靠度。本工程选用以墙元模型模拟剪力墙的SATWE 空间有限元软件。根据经验初步选定转换梁截面,用SATWE 进行结构整体计算,得到转换梁所受设计剪力后,按照该值不大于0.15fcbh/0.85 校核截面尺寸。对转换梁不仅有强度要求,也有刚度要求。本工程转换层的层高为5.7m,转换梁的最大跨度为6.5m,大梁截面尺寸为800mm×1800mm,700mm×1600mm,梁宽度不小于上部墙体厚度(200mm),梁高度大于梁跨度的1/6,均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸:800mm×800mm,1000mm×1000mm,1200mm×1200mm。
对于复杂高层建筑,需要考虑扭转耦联,计算中还要考虑模拟施工加载, 计算发现梁一次加载在结构的大部分位置配筋均多于分层加载配筋。采用SATWE 整体分析求出结构顶点位移、层间相对位移、落地剪力墙所分担的地震剪力。由于设置次梁转换,使结构处于复杂的空间受力状态,现有程序不能正确反映其受力,因此在整体分析的基础上,取其内力进行人工配筋校核。根据上部结构传递给转换层的荷载, 用FEQ 对转换层本身及其上下几层进行平面有限元分析,对于转换梁、框支柱在整体计算的基础上, 采用平面有限元框支剪力墙计算软件FEQ 进行局部有限元精确分析,并按应力校核配筋。另外,对于一些结构构件采取以下构造措施:
第一、框支梁的支座处及上部墙体开门洞附近剪力均较大,箍筋应加密配置;当洞口靠近梁端时,也可采用梁端加腋提高其抗剪承载力,并加密配箍。
第二、对于二次转换梁,集中荷载引起应力更加复杂,在相应梁端处按应力分析进行配筋,并适当加大抗剪箍筋直径，作为抗剪的安全储备。如5- B 轴线梁在C 轴两侧各有一个二次转换梁。
第三、框支层上剪力墙洞口上部的连梁,设计上要保证强剪弱弯,在连梁内充分配筋,配置交叉斜筋,保证梁内塑性绞的出现。
参考文献：
[1] 杨桦,陈小菲.高层建筑梁式转换层结构设计初探[J]. 中国新技术新产品. 2010(14)
[2] 朱亮,周伟.探讨高层建筑梁式转换层结构设计[J]. 四川建材. 2009(01)
[3] 董堃,孙颖.高层建筑梁式转换层结构实用设计方法探讨[J]. 工业建筑. 2009(S1)
[4] 杨忠昌.对某高层建筑梁式转换层的结构设计探讨[J]. 经营管理者. 2009(17)
[5] 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(02)
[6] 孙巍.高层建筑梁式转换层的结构设计[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2007(10)