摘要：高層建筑轉換層的設置時為了滿足結構底部大空間的使用要求，應對上部樓層部分豎向構件不能直接連續貫通落地的狀況，同時將上部結構的內力轉移到下部梁式轉換層具有傳力直接、明確,傳力途徑清楚、受力性能好、工作可靠、構造簡單、施工方便的優點。本文對轉換層進行的概述，對轉換層的設計原則進行分析，并對梁式轉換層的設計方法存在的問題及正確的設計方法進行了研究。

　　關鍵詞：高層建筑,轉換層,梁式轉換層,結構設計

　　一、 轉換層概述

　　建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結構(設備)類型，并通過該樓層進行結構(設備)轉換，則該樓層稱為結構(設備)轉換層。目前的高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要采用一定的結構形式進行轉換處理，即加設轉換層。轉換層常用的結構形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。轉換層在建筑上具有提供大的室內空。間;為建筑物提供大的入口;在高層建筑中部提供大空間等功能

　　二、轉換層設計原則

　　高層建筑中轉挨層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉換層上下容易形成薄弱環節，對結構抗震不利，故轉換層結構在設計時應遵循以下原則：

　　1、減少轉換

　　布置轉換層時，當上下主體是豎向結構時，尤其對于有框架核心筒結構中核心筒的情況時，應該注意使盡可能多的上部豎向結構，并且能向下落地連續貫通。

　　2、傳力直接

　　傳力直接能夠對整體結構有很好的轉換作用，布置轉換層上下主體豎向結構時，應該盡量避免多級復雜轉換，這樣使水平轉換結構傳力直接，而且慎重采用傳力復雜、抗震不利的厚板轉換，如上下柱網確實無法對齊時，盡量采用箱形轉換。

　　3、優化轉換結構

　　當建筑功能里面考慮到抗震設計，宜優先選擇如斜腹桿桁架(包括斜撐)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(邊柱)柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結構形式。同時要注意需滿足重力荷載作用下強度、剛度要求。

　　4、保證強度

　　設計中應當確保轉換層有足夠的剛度，一般應使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保證內力在轉換層及其下部構建中分配合理，轉換梁、剪力墻柱有良好的受力性質，能較好的祈禱結構轉換作用。

　　5、對稱布置

　　梁上轉換層以上的墻和柱子應盡量對稱布置，梁上立柱應盡量設在轉換梁跨中，以免轉換梁變形時，在梁上立柱的柱腳處產生較大轉角，帶動立柱柱腳產生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱很大的內力而超筋。

　　三、轉換層結構設計方法存在的問題

　　目前在多、高層建筑中，開發商多要求建筑物具有完備的建筑功能，建筑師在建筑設計中也往往首先想到采用結構轉換層來完成上、下層建筑物功能的轉換。但一些結構設計人員在實際進行轉換層設計時顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設計思路、設計原則來進行結構設計。造成這種現象的主要原因是當前轉換層設計沒有相關的可遵循的設計準則，使設計人員難以進行結構選型、截面確定、計算模型確定、計算方法確定，計算結果應用以及配筋方法的實施等一系列結構設計步驟。這種現狀與我國當前高層建筑的迅猛發展是不相適應的。轉換結構層具有與一般結構層相比結構重量大、結構層剛度大、幾何尺寸超大、受力復雜等特點。這樣的尺寸和重量意味著轉換結構組成了建筑物的主要構件。它們設計的是否合理、安全、經濟對整個結構的安全性、結構造價、施工費用等有著重要影響。現有的轉換層設計方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉換梁，對于受力復雜的轉換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設計概念不明確，設計原則不準確。對于轉換梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成轉換梁截面超大、配筋偏多、配筋構造無法實現、施工困難等現象。

　　三、梁式轉換層的結構設計方法

　　高層建筑轉換結構一般可分為4種基本結構形式，即：梁式轉換結構(包括托梁和雙向梁格)、桁架轉換結構(包括空腹桁架)、箱型轉換結構、厚板轉換結構。

　　一般運用于底部大空間的框支剪力墻結構體系.它是將上部剪力墻落在框支梁上,再由框支柱支撐框支梁的結構體系. 當需要縱橫向同時轉換時,則采用雙向梁布置.梁式轉換層的設計和施工均較為簡單,傳力較為明確,是目前應用最為廣泛的轉換型式。它的缺點在于,當上下軸線錯位布置時,需增設較多的轉換次梁,空間受力較為復雜,此時應對框支主梁進行應力分析。

　　(一)梁式轉換層結構的設計計算要點

　　(1)帶轉換層的高層結構是復雜的空間受力體系，必須將轉換結構作為整體結構中的一個重要組成部分，應確定較能反映結構中各構件的實際受力狀況的力學模型，選取合適的三維空間分析軟件進行整體結構計算分析。

　　(2)抗震計算中，宜考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應，振型數不應少于15，且應使振型參與質量不小于總質量的90%。

　　(3)應采用彈性時稱分析法進行補充計算;必要時宜采用彈塑形靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑形變形。

　　(4)8度抗震設計時轉換構件還應考慮豎向地震的作用，可采用反映譜方法或動力時程分析方法計算;近似考慮，也可取構件重力荷載代表值的10%;

　　(5)轉換層是薄弱樓層，不論其豎向側向剛度是否滿足規范要求，其地震剪力應乘以1.15的增大系數。特一級、一級、二級轉換構件水平地震作用內力應分別乘以增大系數1.8，1.5，1.25。

　　(6)框支轉換中，由于轉換層以下的落地剪力墻剛度遠大于框支柱，為提高剪力墻裂縫開展后框支柱的承載力安全度，應對框支柱的剪力作相應調整。.框支柱承受的最小地震剪力計算以框支柱的數目10根為分界，此規定對于結構的縱橫兩個方向是分別計算的。若框支柱與鋼筋混凝土剪力墻相連成為剪力墻平面內方向統計時端柱計入框支柱的數目，沿剪力墻平面外方向統計時其端柱計人框支柱的數目。

　　(7)帶轉換層結構屬于豎向不規則建筑，應特別重視轉換層以及底部加強部位的加強，體現“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強底層柱底”、“強底層墻底”等的一系列內力設計值調整系數均應按規范予以考慮，目的即是要重點加強以滿足前述的設計概念的第二條要求。

　　(二)托柱形式轉換梁截面設計

　　當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算;當轉換梁承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。

　　(三)托墻形式轉換梁截面設計

　　當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態表現為深梁，此時轉換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。由于此時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸人支座。當轉換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時，轉換梁截面設計方法也宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉換梁的底部。轉換梁的結構形式有很多種，目前高層建筑轉換層結構的實際工程應用也很多。一般而言，高層建筑轉換層結構的分析必須按施工模擬，使用各階段及施工實際支撐情況分別進行計算，以反映結構內力和變形的真實情況。施工過程中的力學問題應引起設計人員和施工人員的高度重視。

　　結束語

　　梁式轉換層能夠使高層建筑在轉換層上下的墻、柱軸線擺脫了構造上的限制，同時改善整體結構的受力情況，使整體布局更為合理，因而適用于結構復雜的高層建筑。實際工程中轉換層的幾何形狀和受力情況是很復雜的，因此，結構的設計問題就顯得十分重要，作為工程結構設計人員，要根據工程的實際情況，進行嚴格的設計，保證工程的質量與安全。

　　參考文獻：

　　【1】唐興榮.高層建筑轉換層結構設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

　　【2】徐培福.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2005

　　【3】JGJ3-2010.高層建筑混凝土結構技術規程 [S].

　　【4】GB50011-2010.建筑抗震設計規范[S].

　　【5】熊進剛，吳曉莉，陳禮建，等.有梁式轉換層的高層建筑結構設計與研究[J].工業建筑，2001，31(6):34-36.

　　【6】黃瑛.帶轉換層高層結構綜合樓設計[J].鐵道標準設計, 2005(08).

　　【7】 孔杰華.多道抗震防線在建筑抗震設計中的研究[J].鐵道標準設計, 2005(8).

　　【8】白潔.淺談高層建筑結構的轉換層[J].山西建筑,2007,33(15).