摘要：随着城镇化建设进程的不断加快，人们对高层建筑的需求不断增加，高层建筑也开始向复杂的结构方向发展。因此，在空间的多样性变化过程中，需要对高层建筑转换层结构进行设计。本文就转换层的分类为切入点，分析了高层建筑转换层结构的形式，概述了高层建筑转换层的设计原则，并对其高层建筑转换层结构的具体设计进行了研究探讨。
关键词：高层建筑；转换层；分类；结构形式 ；结构设计
引言
高层建筑的结构转换层设计是一项非常复杂的工程，在设计施工之前必须要对其进行细致的分析讨论，确定方案无误时才能进行施工，从力学的角度来分析，可以看出高层建筑转换层的上下层内力比较集中，并且地震力集中，设计起来非常困难，这也逐渐成为高层建筑设计的重要问题之一，一直受到国内外的高度重视，为了保证设计的舒适安全，必须要对高层建筑的结构变化处设置转换层，下面我们就对转换层设计进行系统的论述。
一、转换层的分类
通过转换层来实现结构转换可以分为三大类。第一类，上下层结构类型：这种转换是广泛用于剪力墙结构和框架的剪力墙结构，它可以将上面的剪力墙转化成下部的框架，以创建内部很大的自由空间。第二类，同时转换结构轴线位置和结构形式：上部剪力墙结构通过转换层错开轴线，形成不对齐的上下结构布置。第三类，上、下层轴线、柱网改变：在转换层，上、下部结构的形式没有变化，但是通过转换层，使得下层柱间距扩大，形成大的柱网。常用于外框筒的下面，以形成一个较大的进口。
在实际工程施工中转换层的结构形式是多种多样的，带转换层的结构形式主要有梁式、柑架式、空腹析架式、箱式和板式。从转换梁的功能可分为托柱、托墙：从所转换梁的形式，可分成加腋和不加腋两种；使用的材料上转换梁结构可分为钢骨混凝土和钢筋混凝土，结构等。从跨数，可分为单跨，两跨和多跨；从上部墙体形式，可分为满跨、非满跨、开孔、不开孔、开门孔和开窗孔。
当内部要形成大空间，包括结构类型转变和轴线转变时，可采用梁式、桁架式、空腹桁架式、箱形和板式转换层；当框筒结构在底层要形成大的入口，可以有多种转换层的形式，如梁式、桁架式、墙式、合柱式和拱式等。目前，国内用得最多的是梁式转换层，它设计和施工简单，受力明确，一般用于底部大空间剪力墙结构。当上下柱网、轴线错开较多，难以用梁直接承托时，可以做成厚板或箱式转换层，但其自重较大，材料耗用较多，计算分析也较复杂。
二、高层建筑转换层结构的形式
1、箱式转换
利用箱式转换时，其主要是将单向托梁或者双向托梁与上、下层较厚的楼板浇筑成为一个整体，从而实现转换，而且利用箱式转换时转换层具有较大的刚度。
2、梁式转换
高层建筑进行结构转换时有多种转换形式可以选择，但在这些结构中，梁式转换具有良好的传递途径，便于工程计算和设计，成本也较低，所以在目前高层建筑中在进行垂直转换时通常都会选择梁式转换，其将上部墙经转换后传给下部柱，从而实现整体建筑的使用功能。
3、桁架转换
桁架转换层在进行转换时可以有两种选择，一种是利用空腹桁架进行转换，另一种是实腹桁架转换。桁架转换具有比梁式转换层更明确的受力途径，而且有更大的活动空间，不仅自重较小，而且具有非常好的抗震性能。但由于其设计时节点较为复杂，受到的影响因素较多，所以在目前高层建筑中应用还不是很广泛。
4、板式转换
在高层建筑转换层设置时，在需要对上下柱网具有较多错开及无次序布置的情况下，而且无法实现用梁承托时，则会考虑利用一定厚度的转换板来进行转换层的设置，确保转换层具有一定的抗剪和抗冲击性能。利用板式进行转换时，可以使下层柱进行灵活的摆动，但由于其所需要的材料较多，施工成本较高，而且施工难度也较大。
5、斜柱转换
这种转换层能够发挥混凝土可压缩性能的优势，为整个建筑扩大利用空间，其为比较特殊的一种结构形式。使用此类转换层，会增大水平荷载，因此为了克服这个缺点，以建筑物的平面布置为前提，在转换层施工中添加圈梁或拉梁，以最短的路径，达到相互平衡。施工时，应考虑斜柱转换层的荷载分担，只有将转换斜柱尽量连接在更多的楼层，而减少分布在上下楼层的荷载，才能保证此类转换层的安全及设计的方便。
6、巨型框架转换
此类转换层具有比较好的前景，也是目前我国建筑业的发展方向。巨型框架转换具有较好的抗震性能，主要是由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，从结构上看，也是由多个梁式转换层组成。在施工前，通过模拟施工过程的设计方法，掌握在施工中遇见的问题，有效解决支撑情况及维持足够的抗侧刚度。
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三、高层建筑转换层的设计原则
高层建筑由于自身重量较大，所以对其稳定性和抗震性具有较高的要求，但在进行转换层设置时，极易导致竖向刚度突变的发生，从而导致高层建筑结构的抗震性能受到较大的影响，所以在进行转换层设计时需要遵循利用直接落地的竖向构件、宜低不宜高、宜小不宜大的诸多原则。即在进行转换层设置时，由于竖向构件会对刚度和结构的抗震性能带来突变，所以需要选择直接落地的竖向构件来进行设置；在进行转换层设置时，尽量选择高层建筑竖向位置较低的地方；同时为了确保所设置的转换层结构型式能够具有更明确的传力路径，所以需要对转换层结构进行优化，这样对于结构设计和施工都会有一定的益处；在转换时需要对刚度进行适度的控制，不宜过大，这样不仅有利于建筑物的安全性，而且也会带来较好的经济性。
四、高层建筑转换层结构的具体设计
1、转换层结构布置的设计
据相关研究已经显示，在底部的转换层中，如果其位置越高，它的上下高度的突变就会越大，转换层的上下内力的传递途径，其突变也会加剧，落地的剪力墙以及简体就容易出现裂缝现象，框架的支柱内力加大，使得转换层的上部其附近的一些墙体就会被破坏。所以说，转换层的位置如果是过于高，就会对抗震产生不利的影响。按照相关的研究结果显示，转换构件能够运用箱形结构、斜撑、厚板、转换大梁等形式，在地震区对于一些转换厚板的使用经验是比较少的，可以在一些非地震区采用，在一些大空间的地下室中，因为其周围有着约束的作用，而地震的反应也低于上部的框支结构，所以，在7度到8度的地震设计的一些地下室就能够采用这种厚板转换层。
2、 转换层竖向布置的设计
转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能需要，沿着高层的建筑方向灵活布置，也可以符合建筑功能要求的基础上，能够在楼层的局部来设置转换层，而且自身的空间可以作为一种技术设备层，也可以作为一种正常的使用层，但是前提是要保证转换层的刚度，这样来防止刚度的过分悬殊。
3、转换层结构抗震的设计
在高层建筑抗震设计中，由于高位转换具体情况，从而对整个结构受力极为不利。根据相关计算结果表明：在水平性地震作用中，由于倾覆性力矩以转折形式在转换层呈现，下部以剪力墙结构呈现，落地剪力墙在倾覆力矩下递较快的同时，让倾覆力矩以转折的形式呈现。当整个高层建筑位置较高时，传力途径和剪力分配就会产生极大的变化，由于落地式剪力墙极容易出现裂缝，在上部墙体内力较大的过程中，下部支撑极容易屈服，进而出现薄弱层。为了保障整个工程设计的合理性、安全性，框支转换层设置必须在3层之上，剪力墙、框支柱抗震等级必须增强一级，除了特一级、外围密柱框架、核心筒结构不需提高。
4、转换层楼板的设计
转换层将框支剪力墙分成上下两部分，对于这两者来说，其受力情况是有一定差距的，在上部的楼层中，因为外荷载而产生的水平力，有自己的分配原则，它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中，框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的，后者承担着水平剪力，也就是说，
在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务，转换楼板其自身的变形大、受力大，应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。
5、转换梁截面的设计
5.1 托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承接的是上部的普通框架时，可以按照普通的截面设计进行配筋计算，因为这时的转换梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一样的，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。
5.2 托墙形式转换梁截面设计。在转换梁的施工过程中，力学问题是一个关键问题，必须要予以重视，当转换梁承受上部的墙体是小墙体时，要采取普通梁的截面设计方法进行配筋计算，且纵向的钢筋也可以放置在转换梁的底部，像普通梁那样布置就可以了；当转换梁承受的是上部墙体且满跨不开洞时，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；当转换梁承托上部墙体满跨或者不满跨时，但是剪力墙长度比较大时，应该采取的转换梁设计方法是深梁截面设计方法。
结束语
总而言之，在高层建筑中，结构转换层的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，需要工作人员对其进行充分的了解，合理的进行设计，对于高层建筑转换层的设计要选择合理的、合适的转换层形式，在布置设计时，更要加强主要构件来增加设计结构的安全性和稳定性。目前高层建筑的转换层设计还不完善，需要我们不断的研究发现，更进一步的探索。
参考文献：
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[2]白东明.浅析高层建筑转换层结构设计[J].建筑与文化.2012(24).
[3]刘占飞.浅谈高层建筑转换层结构设计[J].山西建筑.2012(24).
论文作者:孙嫣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/17
标签：结构论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 形式论文; 桁架论文; 截面论文; 剪力墙论文; 《基层建设》2018年第27期论文;