摘要：高层建筑的转换层结构设计随着城市化进程的加快已经成为一个重要的课题，在设计过程中，为了更好地满足高层建筑各部分结构功能的正常发挥，这就要求建筑设计师充分掌握高层建筑转换层结构的主要类型及设计方法，采用科学合理的方法进行转换层结构设计。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
1.高层建筑结构转换层的定义
结构转换层，顾名思义就是对结构可以起到转换作用的楼层。因建筑物功能的需要，上部分民用住房需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体，而下部分的商业用房则需要较大的空间，柱网要尽可能大，墙体也要尽可能少。因而，上部部分的竖向杆不可以直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部部分的竖向杆连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。
2.高层建筑结构转换层的类型及设计方法
2.1梁式转换层
特点：梁式转换层分为托柱形式转换梁截面设计和托墙形式转换梁截面设计，这两者是按功能不同来进行划分的。
2.1.1托柱形式转换梁截面设计。普通式截面配筋计算具有广泛的适用性，尤其是当普通框架作为转化梁的施重者时，这种计算方式能够精准的将转换梁的承载力计算出来。而且，上述的情况中转换梁承载普通框架所受的力等同于普通梁此时的受力状况，但是，当转换梁承受的是上部斜杆框架时，就应该按偏心受拉构件进行截面尺寸设计，因为，此时的转换面承受的是轴向拉力。
2.1.2托墙形式转换梁截面设计。由于本身是技术施工要求较高的工作，所以必须重视力学上的问题。当上层的墙体作为转换梁的施重者且满跨不开洞时，转换梁应采取的截面设计方法是深梁截面设计方法，它的受力特点和破坏形态表现为深梁，不过此时的转换梁跨中较大范围的内力较大，所以其纵向的钢筋就不应该弯曲或者截断了。
2.2箱式转换结构
箱式转换结构的本质是单箱托梁和双向托梁与上层及下层较厚楼板连接起来，形成的一个整体，并具有较高刚度的转换层，其优势在于结构完整，受力点均匀。当高层建筑的上层结构的构建较多较繁杂时，其垂直向的组成构件对外力传递较为有效，但是缺点在于其在布置时，挤占了楼层的使用空间，导致该楼层功能单一，无法作为他用，只能作为设备层。其垂直向构件的剪力墙容易与其他设备及管道线路的设计发生位置的重叠，且其施工难度大、成本高，自身重量较大，内力构成颇为复杂，分析及计算有一定的困难，因此建筑行业应用并非十分广泛。
2.3厚板式转换层
在现代高层建筑结构设计过程中，经常由于上下柱网的轴线出现较大的错开，而不得不利用厚板用于承重，因而为了满足这一要求，就必须对厚板厚梁式转换层结构进行精心设计。但在设计过程中，必须充分考虑到，虽然利用厚板厚梁式转换层结构能灵活地布置下层的柱网，也不用同下层结构之间相互对其，但是厚板厚梁式转换层结构的自重往往较大，且消耗的施工材料较多，加上在传力过程中难题结算机构，所以必须结合实际针对性地确定结构的厚度，使其在承受荷载的同时保证整个结构运行的安全性。
2.4桁架式转换层
在桁架的分类中，主要有空腹法和实腹法这两种桁架转换方式，桁架式转换层的技术应用原理主要是是借鉴于梁式转换层结构转换原理，并加以改进，使其在受力上更为精准、整体性更强、抗震性更高、框架支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点的优势，然而同时它也有许多明显的不足，例如技术施工较为困难、转换层制作工序繁杂、节点设置较难等等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对其结构进行整体性的内部受力分析，在高层建筑低层是大型商业场所时，所需空间大，相反高层则需要单个的小型空间，这时就应该能够采用桁架式转换层技术，其中尤其是在进行管道设置施工环节时，更需要使用这种方式，因为这种桁架式转换层施工技术能够更精准的进行管道设置。另外，此种转换层技术布置施工时要跨满层进行，还要将上弦节点和上部密柱中心的位置处于同一水平线，这样能够降低下层框架对整个转换层重量的承载比例，从而保护下层框架。
3.实例分析某高层建筑转换层结构设计
3.1工程概况
某大厦为高层商住综合楼，地下1层，地上30层。大厦1～2层为商业楼，3～30层为住宅；转换层设在2层顶；该工程为丙类建筑，抗震设防烈度为 6 度，建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度为C类。
3.2结构布置设计
住宅建筑平面形状复杂，高宽比的计算方法没有明确的标准。如果按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比：东座达90.2∶9.3=9.7，西座达87.3∶9.3=9.4，远远超过了规范限值6。该工程平面中，局部突出部分占有相当大的面积，并且其外伸长宽比4.55∶7.2=0.63比较小，如果按包括突出部分的最大投影宽度计算高宽比，东座为90.2∶17.2=5.2，西座为87.3∶17.2=5.1。
为了得到理想的户型布置，尽量不加大平面南北向最小宽度，而是通过剪力墙的平面布置来控制结构的侧向刚度和承载能力，保证稳定，防止倾覆，并实现良好的技术经济指标。结构布置中增加Y 轴方向剪力墙的数量和长度，南北立面上局部突出的部分加强了剪力墙布置，尤其注意保证了足够的y轴方向落地剪力墙，满足规范‘底层框架部分承担的地震倾覆力矩，不应大于结构总地震倾覆力矩的50%的要求。
该建筑结构设计中，东座由于平面狭长，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比偏大。延长周边剪力墙，同时缩短内部剪力墙，使抗侧力构件的平面布置更加合理有效。调整剪力墙布置时，同时关注刚心的移动，避免无意间增大了偏心率而收到降低耦联周期比的效果。
西座由于严重不对称，楼层扭转位移比很大。通过调整剪力墙布置，尽可能减小楼层刚度中心与质量中心之间的偏心。关于多高层结构刚心的定义存在争议，现代空间结构计算方法并不需要确定刚心的位置，但刚心仍是概念设计的有用工具。SATWE 软件把每一楼层当作单层结构计算出楼层刚心，PMSAP 软件按照某种方式考虑所计算楼层与整体结构的关系而得出楼层刚心。参考软件计算的刚心和质心位置，调整平面布置。
东座平面规则，框支柱距比较大，而且由于商场建筑布局的需要以及保证结构Y向刚度和控制落地墙间距的考虑，Y向落地剪力墙较多，X向落地墙较少，使得X向转换层附近竖向刚度突变比较明显。框支框架截面和落地墙厚已无法加大，主要通过适当缩短上部住宅剪力墙，加宽洞口，并利用裙房的侧向刚度，使转换层上、下结构等效侧向刚度比满足规范要求。
结束语
高层建筑的转换层结构设计一直是建筑行业人员十分关注的问题，由于其结构的复杂性和工程量巨大，相关设计人员必须充分意识到加强转换层结构设计的重要性，并进行合理的规划设计，为整个高层建筑的施工提供科学的施工依据。
参考文献
[1]白东明.浅析高层建筑转换层结构设计[J].山西建筑.2012.
[2]陈林.带转换层小高层建设结构转换层设计探讨[J].建筑知识.2012.
[3]关度豪.试述如何做好高层建筑转换层的结构设计[J].价值工程.2010.
论文作者:张勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：结构论文; 高层建筑论文; 截面论文; 厚板论文; 结构设计论文; 刚度论文; 桁架论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;