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摘要：转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式。转换层结构具有传力直接、明确,传力途径清楚、受力性能好、工作可靠、构造简单、施工方便的优点。高层建筑结构的多样性和复杂性给转换层设计带来了更高标准的要求，本文探讨了高层建筑转换层结构设计的原则，并以某工程问题探讨了设计中的一些问题。
关键词：高层建筑；转换层；设计
Abstract: the transformation layer is the high-rise building of vertical transformation is the most commonly used in the structure. Conversion layer structure with a force directly, clearly, force transformation path clear, good mechanical performance, reliable operation, the advantages of simple structure, convenient construction. The diversity and complexity of the high-rise building structure brought higher requirements to the transformation layer design, this paper discussed the high-rise building conversion layers structure design principle, and to some problems in the design of an engineering problem is discussed.
Key words: high-rise buildings; The transformation layer; design
中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、转换层结构概念的提出
近年来，国内外高层建筑发展迅速，现代建筑越建越高、越建越大，其建筑向着体形复杂、功能多样的综合性方向发展。从建筑功能上看，上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体以满足公寓客房的功能要求：中部则需要小的或中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能要求：下部需要尽可能大的自由灵活的室内空间，要求柱网大、墙体尽量少，以满足商场、餐饮等公共设施的功能要求。从建筑结构上说，要想实现建筑使用功能的多样性，结构应上部布置小空间、下部布置大空间：上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，必须在结构转换的楼层设置水平转换结构，上部竖向构件通过水平转换结构与下部竖向构件相连，这样构成的高层建筑结构称为带转换层高层建筑结构。转换层结构（Transfer Floor Structure）将不同的结构类型连接起来，使得结构在竖向具有不同的柱网及墙体布置。一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层布置转换层结构。
高层建筑转换结构一般可分为4种基本结构形式，即：梁式转换结构(包括托梁和双向梁格)、桁架转换结构(包括空腹桁架)、箱型转换结构、厚板转换结构。
转换层在建筑功能上的作用主要有：（1）提供大的室内空间；（2）为建筑物提供大的入口；（3）在高层建筑中部提供大空间。
二、转换层设计原则
高层建筑中转挨层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，故转换层结构在设计时应遵循以下原则：
1、减少转换
布置转换层时，当上下主体是竖向结构时，尤其对于有框架核心筒结构中核心筒的情况时，应该注意使尽可能多的上部竖向结构，并且能向下落地连续贯通。
2、传力直接
传力直接能够对整体结构有很好的转换作用，布置转换层上下主体竖向结构时，应该尽量避免多级复杂转换，这样使水平转换结构传力直接，而且慎重采用传力复杂、抗震不利的厚板转换，如上下柱网确实无法对齐时，尽量采用箱形转换。
3、优化转换结构
当建筑功能里面考虑到抗震设计，宜优先选择如斜腹杆桁架(包括斜撑)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(边柱)柱顶弯矩過大、柱剪力过大的结构形式。同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。
4、保证强度
设计中应当确保转换层有足够的刚度，一般应使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保证内力在转换层及其下部构建中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性质，能较好的祈祷结构转换作用。
5、对称布置
梁上转换层以上的墙和柱子应尽量对称布置，梁上立柱应尽量设在转换梁跨中，以免转换梁变形时，在梁上立柱的柱脚处产生较大转角，带动立柱柱脚产生较大变形，引起柱的弯曲及剪切，使立柱很大的内力而超筋。
三、高层建筑转换层结构实例设计探讨
高层建筑转换层结构实例设计中设计到的问题繁多，在这里以某高层建筑设计为例，探讨其中的一两点问题。
（一）工程概况
该工程地下二层,地上裙房三层,总层数二十八层。一层.二层高为4.5米,三层层高均为5.5米,四层至三十一层层高均为3.0米,建筑物总高89.95m。该工程地下二层为车库及平战结合的六级民防地下室,地下一层为车库及商铺。地上部分一～三层为商场,四～二十八层为住宅。建筑抗震设防类别:为丙类;抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。转换层设在第三层楼面。本工程选用梁氏转换层结构进行设计施工。
（二）设计计算要点
本工程选取合适的三维空间分析软件进行整体结构计算分析。建立了能反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。抗震计算中，考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数取21，且振型参与质量略大于总质量的90％。应采用弹性时称分析法进行了补充计算；本工程为 8度抗震设计时，转换构件考虑到了竖向地震的作用，采用动力时程分析方法计算；框支转换中，由于转换层以下的落地剪力墙刚度远大于框支柱，为提高剪力墙裂缝开展后框支柱的承载力安全度，对本工程框支柱的剪力作相应调整。本工程对于转换层以及底部加强部位给予特别加强，体现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强底层柱底”、“强底层墙底”等的一系列内力设计值调整系数均按照规范进行考虑设计。
（三）构造设计
构造措施首先对整体结构进行概念设计，采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施：
1、加强底部框支层的刚度和延性。根据转换层结构设计原则，转换层上下结构侧向刚度比值在抗震设计时不应大于２。为了减小上下层刚度比，底部两层核心筒及剪力墙厚度300mm，混凝土强度等级C35～C25；３层以上为200mm，混凝土强度等级C35～C25。由于核心筒位置较偏，北向刚度较大，因此在底部南边位置适当部位增设了剪力墙，使刚心和质心尽量重合，也提高了底部刚度，使其满足刚度比限值。
2、加强转换层楼板的剐度及延性，确保水平荷载的可靠传递，楼板厚度取为180mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为0.25％，加强了整体性。
3、短肢剪力墙尽量布置在框支柱上，避免在框支柱间设置剪力墙，墙肢可以长一些，这样大幅度降低了转换大梁的弯矩，同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用Ｌ型、Ｔ型，避免使用一字型。
（四）抗震等级的确定
本工程转换层以下为框架——剪力墙结构,转换层以上为纯剪力墙结构,是多种结构形式共存的复杂高层建筑,因而不能象单纯的框架结构或剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级,而应该严格按照现行规范的不同章节,有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级,这是设计的关键点。依据文献[1] 第4.8.1条乙类建筑:当本地区的抗震设防烈度为6～8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求;第4.8.3条抗震设计时, B 级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表4.8.3确定；第4.8.5条当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时地下一层的抗震等级应按上部结构采用,地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级；第10.2.5条对部分框支剪力墙结构,當转换层的位置设置在3层及3层以上时,其框支柱及剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级,已经为特一级时可不再提高。综上所述,本工程各部位的抗震等级确定详见表一:
表一：
结束语
结构转换层,是高层建筑结构的关键部位,结构转换层的设计方法,直接影响高层建筑的工程质量。因此,在设计中采用技术上先进,经济上合理的方案,历来是建筑业工程设计人员所追求的目标。
参考文献
【1】JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程 [S].
【2】 傅学怡.带转换层高层建筑结构设计建议【J】.建筑结构学报，2009.(02).
【3】 李守江,李俊宏.梁式转换层结构工程施工技术方案【J】.广东土木与建
【4】傅学怡.带转换层高层建筑结构设计建议【J】.建筑结构学报，2009.(02).
【5】沈聚敏、周锡元等.抗震工程学【M】.中国建筑工业出版社，2000.
【6】王森,魏琏.不同高位转换层对高层建筑动力特性和地震作用影响的研究【J】.建筑结构，2002(02).
【7】黄勤勇、吕西林.转换层上、下刚度比对框支剪力墙结构抗震性能的影响【J】.结构工程师，2003.(01).
关键词：高层建筑；转换层；设计
Abstract: the transformation layer is the high-rise building of vertical transformation is the most commonly used in the structure. Conversion layer structure with a force directly, clearly, force transformation path clear, good mechanical performance, reliable operation, the advantages of simple structure, convenient construction. The diversity and complexity of the high-rise building structure brought higher requirements to the transformation layer design, this paper discussed the high-rise building conversion layers structure design principle, and to some problems in the design of an engineering problem is discussed.
Key words: high-rise buildings; The transformation layer; design
中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、转换层结构概念的提出
近年来，国内外高层建筑发展迅速，现代建筑越建越高、越建越大，其建筑向着体形复杂、功能多样的综合性方向发展。从建筑功能上看，上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体以满足公寓客房的功能要求：中部则需要小的或中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能要求：下部需要尽可能大的自由灵活的室内空间，要求柱网大、墙体尽量少，以满足商场、餐饮等公共设施的功能要求。从建筑结构上说，要想实现建筑使用功能的多样性，结构应上部布置小空间、下部布置大空间：上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，必须在结构转换的楼层设置水平转换结构，上部竖向构件通过水平转换结构与下部竖向构件相连，这样构成的高层建筑结构称为带转换层高层建筑结构。转换层结构（Transfer Floor Structure）将不同的结构类型连接起来，使得结构在竖向具有不同的柱网及墙体布置。一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层布置转换层结构。
高层建筑转换结构一般可分为4种基本结构形式，即：梁式转换结构(包括托梁和双向梁格)、桁架转换结构(包括空腹桁架)、箱型转换结构、厚板转换结构。
转换层在建筑功能上的作用主要有：（1）提供大的室内空间；（2）为建筑物提供大的入口；（3）在高层建筑中部提供大空间。
二、转换层设计原则
高层建筑中转挨层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，故转换层结构在设计时应遵循以下原则：
1、减少转换
布置转换层时，当上下主体是竖向结构时，尤其对于有框架核心筒结构中核心筒的情况时，应该注意使尽可能多的上部竖向结构，并且能向下落地连续贯通。
2、传力直接
传力直接能够对整体结构有很好的转换作用，布置转换层上下主体竖向结构时，应该尽量避免多级复杂转换，这样使水平转换结构传力直接，而且慎重采用传力复杂、抗震不利的厚板转换，如上下柱网确实无法对齐时，尽量采用箱形转换。
3、优化转换结构
当建筑功能里面考虑到抗震设计，宜优先选择如斜腹杆桁架(包括斜撑)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(边柱)柱顶弯矩過大、柱剪力过大的结构形式。同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。
4、保证强度
设计中应当确保转换层有足够的刚度，一般应使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保证内力在转换层及其下部构建中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性质，能较好的祈祷结构转换作用。
5、对称布置
梁上转换层以上的墙和柱子应尽量对称布置，梁上立柱应尽量设在转换梁跨中，以免转换梁变形时，在梁上立柱的柱脚处产生较大转角，带动立柱柱脚产生较大变形，引起柱的弯曲及剪切，使立柱很大的内力而超筋。
三、高层建筑转换层结构实例设计探讨
高层建筑转换层结构实例设计中设计到的问题繁多，在这里以某高层建筑设计为例，探讨其中的一两点问题。
（一）工程概况
该工程地下二层,地上裙房三层,总层数二十八层。一层.二层高为4.5米,三层层高均为5.5米,四层至三十一层层高均为3.0米,建筑物总高89.95m。该工程地下二层为车库及平战结合的六级民防地下室,地下一层为车库及商铺。地上部分一～三层为商场,四～二十八层为住宅。建筑抗震设防类别:为丙类;抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。转换层设在第三层楼面。本工程选用梁氏转换层结构进行设计施工。
（二）设计计算要点
本工程选取合适的三维空间分析软件进行整体结构计算分析。建立了能反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。抗震计算中，考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数取21，且振型参与质量略大于总质量的90％。应采用弹性时称分析法进行了补充计算；本工程为 8度抗震设计时，转换构件考虑到了竖向地震的作用，采用动力时程分析方法计算；框支转换中，由于转换层以下的落地剪力墙刚度远大于框支柱，为提高剪力墙裂缝开展后框支柱的承载力安全度，对本工程框支柱的剪力作相应调整。本工程对于转换层以及底部加强部位给予特别加强，体现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强底层柱底”、“强底层墙底”等的一系列内力设计值调整系数均按照规范进行考虑设计。
（三）构造设计
构造措施首先对整体结构进行概念设计，采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施：
1、加强底部框支层的刚度和延性。根据转换层结构设计原则，转换层上下结构侧向刚度比值在抗震设计时不应大于２。为了减小上下层刚度比，底部两层核心筒及剪力墙厚度300mm，混凝土强度等级C35～C25；３层以上为200mm，混凝土强度等级C35～C25。由于核心筒位置较偏，北向刚度较大，因此在底部南边位置适当部位增设了剪力墙，使刚心和质心尽量重合，也提高了底部刚度，使其满足刚度比限值。
2、加强转换层楼板的剐度及延性，确保水平荷载的可靠传递，楼板厚度取为180mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为0.25％，加强了整体性。
3、短肢剪力墙尽量布置在框支柱上，避免在框支柱间设置剪力墙，墙肢可以长一些，这样大幅度降低了转换大梁的弯矩，同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用Ｌ型、Ｔ型，避免使用一字型。
（四）抗震等级的确定
本工程转换层以下为框架——剪力墙结构,转换层以上为纯剪力墙结构,是多种结构形式共存的复杂高层建筑,因而不能象单纯的框架结构或剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级,而应该严格按照现行规范的不同章节,有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级,这是设计的关键点。依据文献[1] 第4.8.1条乙类建筑:当本地区的抗震设防烈度为6～8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求;第4.8.3条抗震设计时, B 级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表4.8.3确定；第4.8.5条当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时地下一层的抗震等级应按上部结构采用,地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级；第10.2.5条对部分框支剪力墙结构,當转换层的位置设置在3层及3层以上时,其框支柱及剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级,已经为特一级时可不再提高。综上所述,本工程各部位的抗震等级确定详见表一:
表一：
结束语
结构转换层,是高层建筑结构的关键部位,结构转换层的设计方法,直接影响高层建筑的工程质量。因此,在设计中采用技术上先进,经济上合理的方案,历来是建筑业工程设计人员所追求的目标。
参考文献
【1】JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程 [S].
【2】 傅学怡.带转换层高层建筑结构设计建议【J】.建筑结构学报，2009.(02).
【3】 李守江,李俊宏.梁式转换层结构工程施工技术方案【J】.广东土木与建
【4】傅学怡.带转换层高层建筑结构设计建议【J】.建筑结构学报，2009.(02).
【5】沈聚敏、周锡元等.抗震工程学【M】.中国建筑工业出版社，2000.
【6】王森,魏琏.不同高位转换层对高层建筑动力特性和地震作用影响的研究【J】.建筑结构，2002(02).
【7】黄勤勇、吕西林.转换层上、下刚度比对框支剪力墙结构抗震性能的影响【J】.结构工程师，2003.(01).