（山东建大建筑规划设计研究院 山东 济南 250013）
【摘 要】转换层是目前复杂高层建筑中应用较为广泛的一种结构，在研究转换层的主要结构形式和受力特点的基础上，总结了高层建筑结构转换层的设计原则、提出了当转换层竖向布置及横向布置时的设计方法，分析了转换层的设置位置对结构的影响，为高层建筑转换设计提出了理论指导。
【关键词】转换层；结构设；设计要点
【中图分类号】TU973 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）14-0024-02
为满足建筑功能（室内空间大，出入口大）和结构功能（上下层结构类型、轴线转换），在高层建筑中通常设置转换层结构。从建筑角度看，剪力墙结构为实现在建筑下部形成大空间，可将部分剪力墙通过转换层变为框支剪力墙；筒中筒结构为提供大的出入口可沿建筑角筒或者周边柱列布置桁架、大梁、拱等形式的转换结构。从结构角度看，转换层结构使结构形式发生转换，上部剪力墙结构转换成下部框架结构；使结构布置错位，上下部楼层的轴线错开；下部形成大柱网的形式。
1.转换层的主要结构形式及受力
梁式转换是目前工程中应用最多的转换层结构形式。常见的还有板式转换、桁架转换、箱形转换和搭接柱转换等。由于转换结构的上部传来的或下部承担的竖向荷载很大，故竖向荷载是设计的重要因素。而且转换结构构件的跨度很大，挠度问题也不容忽视。高而大的截面可以保证转换结构有足够的强度和刚度。
转换层结构不同于常规结构。转换层的存在使建筑物沿高度方向的刚度不均匀，而且改变了力的传递途径，使结构成为竖向不规则结构。
2.高层建筑转换层结构设计要点
2.1 转换层结构设计原则
在高层建筑设转换层会出现竖向刚度突变，严重减弱了高层建筑结构的抗震能力。经过长期以来工程经验的积累，一般遵循以下几种设计准则可以避免类似问题的发生：第一，慎重选择竖向落地的构件。在设立转换层的过程中，转换的竖向构件会导致刚度突变，最终影响结构的抗震功能。为了保证转换层结构的刚度，要注意确保转换层的结构刚度不低于其上层结构刚度的70%；第二，尽量将转换层结构设立在建筑物竖向偏低的位置，遵循能低就低的准则。当转换层高度超出一定的范围后，结构所受的各项作用力的作用效应便会呈明显的上升趋势，给结构的设计带来困难。因此，应当尽量降低转换层所处了位置。通常情况下，转换层的位置应以三层以下为宜，最高不得超过六层；第三，优化转换层结构，建筑材料选材时应选择导力较强的材质，这样能更好的达到结构设计的需要，尽可能使质量中心与刚度中心相对应；第四，在满足结构安全性的前提下转换层的刚度要小，尽量减小转换层高度。
2.2 转换层结构的竖向布置
转换层空间可作为设备层也可作为正常楼层使用。转换结构的竖向布置位置十分灵活，可一处或多处布置，这取决于建筑的使用功能和结构传力的需求。同时为防止结构发生竖向刚度突变，要使转换层有足够的刚度。
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当需要加强结构的整体刚度时，可以设置加强层，这时转换层同加强层、设备层等统一考虑。对于转换层的位置，根据规范可知，部分框支剪力墙高层建筑结构7度地区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。为避免刚度特别小的楼层出现，对于大底盘多塔楼的建筑，可以将转换层设在裙房的屋面层，此时，屋面梁、板的尺寸和厚度要适当加大。高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。在设计过程中要强化下部，弱化上部。常见的处理方案有：使尽可能多的剪力墙落地，可以增设不向上延伸的底部剪力墙；加大底部剪力墙的厚度；提高底部框架柱、剪力墙的混凝土等级；减少上部剪力墙数量和厚度，上部剪力墙适宜部位可开洞，已达到弱化上部刚度的目的，还可以减小上部荷载增大结构自振周期、减少地震作用。
2.3 转换层结构构件平面的布置
将水平转换构件布置在角筒或周边柱列上，可达到扩大底层入口的目的，同时也可改善上、下层柱网。将转换梁与相邻层错开间隔或双向布置可达到在内部获得大空间的目的。也可沿纵横向平行布置或与相邻层互相垂直布置。当建筑平面及核芯筒为圆形时，可放射性布置转换结构构件。将大梁布置在两个方向的剪力墙上并向两端悬挑时可使底层四周自由开敞。
当转换梁上部为剪力墙时，为使大梁受到的扭矩不大，应保证上部结构落在转换梁的形心上，而且不宜采用间接传力形式（如：梁搭梁），可设置框支柱。剪力墙平面布置宜对称。当南北向质量中心与刚度中心偏差不超过2m，东西向完全对称时结构偏心率就可以达到较小。当各层最大水平位移与层间位移比值不大于1.3，周期比小于0.85时，满足控制扭转和平面布置的要求。
2.4 转换层的设置位置对结构的影响
转换层上下部结构的侧向刚度比要符合规范的规定。转换层设置的位置越高越不利于抗震。转换层的上下部刚度相差较大，导致内力传递途径发生突变，设置的位置越高，框支柱内力增大，转换层上部附近的墙体和落地剪力墙墙体容易破坏。
转换层的存在，使其上部的部分竖向构件不能落地，为保证安全，要设置转换构件。可采用的转换构件有：转换梁、桁架、斜撑、厚板等。由于转换厚板在地震区使用经验较少，可在非地震区和地震反应小的地区采用。
在发生地震时，为防止转换层下部结构发生破坏，要确定落地剪力墙和框支柱位置。而且“高规”中对带转换层的筒体结构、框支剪力墙结构均作了要求。如：带转换层的筒体结构的内筒应全部上、下贯通落地并按刚度要求增加墙厚，框支剪力墙结构要有足够比例的剪力墙上、下贯通落地并按刚度比要求增加墙厚，落地柱周围的楼板不应错层。这些都是为了防止转换层下部结构发生破坏。
将洞口设在墙体的中部，可使落地剪力墙的各墙肢受力均匀。框支剪力墙转换梁的上一层墙体内不应存在边门洞而且中柱上方不得有门洞，因为这些门洞会增大框支梁的剪力，产生应力集中。
3.总结
随着高层建筑的不断发展，复杂的带转换层的建筑结构越来越多，结构模型也越来越多样化。本文根据多年学习和设计实践探索，对高层带转换层的结构设计特点和方法进行了研究和探索，可供相关设计参考。
参考文献
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3一2010)(第一版)[M].中国建筑工业出版社，2011.
[2]赵西安.现代高层建筑结构设计[M].科学出版社,2000.
论文作者:张晓非
论文发表刊物:《建筑知识》2017年14期
论文发表时间:2017/7/14
标签：结构论文; 刚度论文; 剪力墙论文; 构件论文; 高层建筑论文; 位置论文; 建筑论文; 《建筑知识》2017年14期论文;