摘要：本文介绍了高层建筑转换层的结构形式，对高层建筑受力形式进行了分析，介绍了几种转换层的结构设计方法，并指出了高层建筑转换层的设计要点。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
一、转换层的功能与设计原则
1、转换层的功能
1）建筑功能。利用转换层结构可以为高层建筑提供宽阔的室内空间和出入口。
2）结构功能。高层建筑利用转换层可以实现上下部结构的转换，上部的剪力墙结构更适合于民用住宅结构，而下部框架结构由于可以具有较大的内部空间，更适宜商用。通过转换层将两者有效的融合为一体，确保了高层建筑结构的多样化。
3）轴线及上下层柱网转换。利用转换层进行结构设计时，在其不改变上下结构形式的情况下，可以通过对轴线及上下层柱网的改变，实现下部柱距的扩大，以大柱网的形式满足下部大空间的需求。
4）错位布置。在转换进行上下结构转换时，可以对上部结构和下部结构的轴线和柱网轴线进行错位布置。
2、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。
二、高层建筑转换层结构形式
高层建筑转换层结构形式的选择有以下几种结构形式:梁式转换层，厚板式转换层，箱式转换层，桁架式转换层。
1) 梁式转换层。梁式转换层是目前高层建筑普遍采用的结构形式，根据高层建筑功能要求，转换层如果可以保证较高的层高，就可以作为正常的楼层使用，若受层高限制或设备专业的要求，也可以作为专门的设备层使用。梁式转换层是指在钢筋混凝土楼板之上设置单向、双向、斜向托梁，从而达到承托本层之中落空的上层承重柱或剪力墙的目的。如果设计要求需要横向和纵向同时转换，也可采用双向梁的布置形式。而对于框筒结构或筒中筒结构，可以按照实际情况的需要在相应的楼层当中布置一圈转换大梁，其目的就是通过转换梁将上部墙体的荷载传递到下层两边的柱上去，从而保证结构的整体稳定性。梁式转换层的传力途径较为简单、明确、明了，墙 － 梁 － 柱，所以目前它的应用相对广泛，基本都用于上部剪力墙、下部框架柱的高层建筑当中。而且梁式转换层的设计和施工都较为简单。但是当上下轴线错位布置时，就需要增加较多的转换柱和转换梁，此时建筑物空间受力较为复杂，需要增加应力分析。
2) 厚板式转换层。厚板式转换层普遍用于上下柱网错位较多的情况，此时难以用转换柱和转换梁承托，即可采用板式转换层，厚板转换层的厚度是根据柱网的尺寸和上部的荷载综合确定。厚板转换层中下部的结构布置受上部结构布置影响较小，同时由于厚板的刚度很大，类似于一个承台，从而楼层的整体性很好。厚板转换层的缺点就是自重大，产生的地震作用也大，建筑材料消耗较大，建筑的经济性无法保证。因此，此种结构的设计和施工难度都非常大，在实际工程当中的应用比较少。
3) 桁架式转换层。桁架式转换层是由梁式转换层演变而来，整个转换层由多榀钢筋混凝土桁架组成承重结构，桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。由于桁架高度较高，所以下弦杆的截面尺寸相对较小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆桁架可分为空腹桁架和实腹桁架两种，它可以是钢桁架，也可以是钢筋混凝土桁架。目前在高层建筑中，通常采用的是钢筋混凝土桁架。桁架转换层的基本设计原则是强斜腹杆，强节点，所以节点处受力相对复杂，容易发生剪切破坏，设计时一般配筋过多。桁架转换层通常要求高度在 3 m 以上，否则斜压杆件容易形成超短柱，它在地震作用下容易产生脆性破坏。另外桁架转换层在结构计算时，除了应满足结构整体的位移、变形、抗倾覆、周期等要求外，还应满足 JGJ3 －2010《高层建筑混凝土结构技术规程》附录 E 中规定的转换层上下结构侧向刚度比的要求。综合以上几种转换层结构形式，桁架转换层和厚板转换层在受力上更加合理，在转换层位置受到的剪力和弯矩比较小，有利于结构构件尺寸的控制，不会造成很大的刚度集中，有利于结构抗震。箱式转换层结构上下楼板厚度均不宜小于 180mm。且应根据转换柱的布置和建筑功能要求设置双向横隔板，上、下板配筋设计应同时考虑板局部弯曲和箱型转换层整体弯曲和箱型转换层整体弯曲的影响。横隔板宜按深梁设计。
三、高层建筑转换层结构设计
1、转换层结构布置
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
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、转换层抗震设计
为了进一步的保证设计的准确性与安全性，规定在一些框支剪力墙其转换层的位置如果是设置在第三层以上，那么框支柱以及剪力墙其底部的抗震等级要提高一级，如果已经是特一级就不再需要将其提高，而对于底部的框架来说，如果其外围为密柱框架，其抗震等级就不用再提高。转换层其构件在水平地震作用下的内力要将其调整，如果是八度的抗震设计，就要对竖向地震的影响需要考虑。
4、转换层楼板设计
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。
结语
在带结构转换层的高层建筑结构设计过程中，需要设计人员充分地理解和掌握结构转换层的相关内容。应结合高层建筑整体的结构框架，选择出符合实际要求的结构转换层。本文通过对不同类型结构转换层的阐述，为高层建筑空间布局的合理规划提供了必要的参考依据。做好高层建筑结构转换层的研究工作，具有重要的现实参考意义。
参考文献
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[2]吕鹏，徐刚，刘洪亮 .某带转换层的高层建筑结构设计 [J].建筑结构，2013（12）.
[3]赵海杰 .带转换层的高层建筑结构设计与分析概述 [J].四川水泥，2015（11）.
[4]赵恒 .对高层建筑转换层结构设计的有关探讨
论文作者:梁举周
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/24
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