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摘要：现代高层建筑常设置转换层，但转换层也容易形成薄弱层，因此，带转换层的高层建筑结构设计也引起工程界的普遍关注。本文详细介绍了转换层的分类、转换层的结构形式及转换层的建筑功能，并对现代高层建筑转换层结构的设计进行了阐述，具有一定的参考和借鉴意义。
关键词：高层建筑；转换层；结构形式；框支柱；框支梁；设计
1 引言
随着高层建筑向体型复杂、功能多样、造型新颖的方向发展，为了满足建筑艺术造型及其不同使用功能的需求，现代多功能高层建筑常常设置转换层。高层建筑转换层的设计造成建筑物的刚度发生突变，在水平地震荷载作用下，转换层上下容易形成薄弱环节。转换层位置较高时，转换层下部落地剪力墙及框支结构易开裂和屈服，上部墙体易于破坏，从而不利于抗震。因此，高层建筑转换层设计必须合理科学。本文就此探讨带转换层的现代高层建筑结构设计方法及思路。
2 转换层按结构功能的分类
转换层按结构功能通常可分为以下三类。
2.1 上层和下层结构类型转换
这种转换层广泛应用于剪力墙结构和框架─剪力墙结构中。它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部自由空间。以某高层建筑为例，该建筑地下两层为车库及设备用房，地上两层为商场及办公，3层以上为住宅。在2层以下为框架─剪力墙结构，以上为剪力墙结构。该工程就属于这一转换层形式，见图1。
图1 某高层建筑3层结构平面
2.2 上、下层的柱网、轴线改变
转换层上下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层形成较大的入口。某高层住宅地下室为车库，上部为8～10层复式形式住宅，上下均为框架─剪力墙结构，但住宅部分柱距较小且不规则，属于这种转换层形式，如图2、图3所示。
图2 某高层住宅1层结构平面
图3 某高层住宅2层结构平面
2.3 同时转换结构形式和结构轴线布置
即上部楼層剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上下结构不对齐的布置。这种转换层形式在普通的商住楼中应用不是很多，但在较高档的宾馆、酒店中常常采用。
3 转换层的结构形式
3.1 内部形成大空间的转换层
内部要形成大空间，包括结构类型转变和轴线转变，可以采用梁式、桁架式、空腹桁架式、箱形和板式转换层。梁式转换层用得最广泛，它设计和施工简单，受力明确，一般广泛应用于底部大空间剪力墙结构；当需要纵横同时转换时，采用双向梁的布置。单向托梁、双向托梁如果连同上下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱形转换层。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，形成板式承台转换层。板式转换层的下层柱网可以灵活布置，无须与上层结构对齐，但自重很大，材料耗用较多。
3.2 外部形成大入口的转换层
框筒要在底层形成大的入口，可以有多种转换层的形式，如北京西单文化广场西侧的中国银行采用的是特殊加工制做的转换钢桁架。
4 转换层的建筑功能
4.1 提供大的室内空间
底层大空间剪力墙结构可以在建筑物下部形成一层或多层的大空间。剪力墙间距小，适合于布置住宅和旅馆的客房层。当需要在底部布置商店、会议厅、餐厅及其它需要较大空间的公用房间时，可以将部分剪力墙通过转换层变为框支剪力墙，用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的要求。
4.2 为建筑提供大的入口
当采用外框筒时，外筒柱距往往在3.0m以内，无法提供建筑物的较大入口。因此必须在下层部分通过转换层改变柱距以形成入口。外框筒的转换层可以采用多种形式的转换结构，如转换梁、转换桁架、转换拱等。
5 底部大空间剪力墙结构布置及计算
底部大空间剪力墙结构的布置，主要考虑两个关键问题：
（1）保证大空间层有充分的刚度，防止沿竖向刚度过于悬殊；
（2）加强转换层的刚度与承载力，保证转换层可以将上部剪力可靠地传到落地剪力墙上去。为了防止沿竖向刚度过于悬殊，转换层设置在1、2层的结构布置上应满足上下层等效剪切刚度比r的要求，
r=GiAihi+1/Gi+1Ai+1hi
式中，Gi，Gi+1分别为第i层、i+1层混凝土剪变模量；Ai，Ai+1分别为第i层、i+1层的折算抗剪截面面积；
A=AWi+移Ci，jAci，j
Ci，j=2.5（hci，j/hi）
AW为在所计算的方向上剪力墙的全部有效截面面积；Aci，j为第i层第j根柱的截面面积；hi、hi+1分别为第i层、i+1层的层高；hci，j为第i层第j根柱沿计算方向的截面高度；Ci，j为第i层第j根柱截面面积折算系数，计算值大于1取1；r宜接近1，在非抗震设计时，r不应小于0.4；在抗震设计时，r不应小于0.5。
在上述两个项目中均采用了以下一些结构措施来调节上下层的刚度比r：（1）加大落地剪力墙的厚度，尽量增大落地墙的截面面积；（2）提高大空间层的混凝土强度等级。第一个项目转换层以下剪力墙厚度为500mm，混凝土强度等级为C60；转换层以上剪力墙厚度为200mm，混凝土强度等级为C50～C30逐渐降低。第二个住宅项目转换层以下剪力墙厚度为250mm，混凝土强度等级为C40；转换层以上剪力墙厚度为200㎜，混凝土强度等级为C35、C30，逐渐降低。
转换层楼面受力很大，楼板变形显著，要保证转换层可以将上部剪力可靠地传到落地墙上，楼板应有足够的刚度，通常采用加大楼板厚度的办法。转换楼面应采用厚度不小于180mm的现浇板，并且不要在大空间范围内将楼板开洞。转换层楼板配筋采用双层双向且每一层每一向钢筋的配筋率均不应小于0.25%。
关键词：高层建筑；转换层；结构形式；框支柱；框支梁；设计
1 引言
随着高层建筑向体型复杂、功能多样、造型新颖的方向发展，为了满足建筑艺术造型及其不同使用功能的需求，现代多功能高层建筑常常设置转换层。高层建筑转换层的设计造成建筑物的刚度发生突变，在水平地震荷载作用下，转换层上下容易形成薄弱环节。转换层位置较高时，转换层下部落地剪力墙及框支结构易开裂和屈服，上部墙体易于破坏，从而不利于抗震。因此，高层建筑转换层设计必须合理科学。本文就此探讨带转换层的现代高层建筑结构设计方法及思路。
2 转换层按结构功能的分类
转换层按结构功能通常可分为以下三类。
2.1 上层和下层结构类型转换
这种转换层广泛应用于剪力墙结构和框架─剪力墙结构中。它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部自由空间。以某高层建筑为例，该建筑地下两层为车库及设备用房，地上两层为商场及办公，3层以上为住宅。在2层以下为框架─剪力墙结构，以上为剪力墙结构。该工程就属于这一转换层形式，见图1。
图1 某高层建筑3层结构平面
2.2 上、下层的柱网、轴线改变
转换层上下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层形成较大的入口。某高层住宅地下室为车库，上部为8～10层复式形式住宅，上下均为框架─剪力墙结构，但住宅部分柱距较小且不规则，属于这种转换层形式，如图2、图3所示。
图2 某高层住宅1层结构平面
图3 某高层住宅2层结构平面
2.3 同时转换结构形式和结构轴线布置
即上部楼層剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上下结构不对齐的布置。这种转换层形式在普通的商住楼中应用不是很多，但在较高档的宾馆、酒店中常常采用。
3 转换层的结构形式
3.1 内部形成大空间的转换层
内部要形成大空间，包括结构类型转变和轴线转变，可以采用梁式、桁架式、空腹桁架式、箱形和板式转换层。梁式转换层用得最广泛，它设计和施工简单，受力明确，一般广泛应用于底部大空间剪力墙结构；当需要纵横同时转换时，采用双向梁的布置。单向托梁、双向托梁如果连同上下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱形转换层。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，形成板式承台转换层。板式转换层的下层柱网可以灵活布置，无须与上层结构对齐，但自重很大，材料耗用较多。
3.2 外部形成大入口的转换层
框筒要在底层形成大的入口，可以有多种转换层的形式，如北京西单文化广场西侧的中国银行采用的是特殊加工制做的转换钢桁架。
4 转换层的建筑功能
4.1 提供大的室内空间
底层大空间剪力墙结构可以在建筑物下部形成一层或多层的大空间。剪力墙间距小，适合于布置住宅和旅馆的客房层。当需要在底部布置商店、会议厅、餐厅及其它需要较大空间的公用房间时，可以将部分剪力墙通过转换层变为框支剪力墙，用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的要求。
4.2 为建筑提供大的入口
当采用外框筒时，外筒柱距往往在3.0m以内，无法提供建筑物的较大入口。因此必须在下层部分通过转换层改变柱距以形成入口。外框筒的转换层可以采用多种形式的转换结构，如转换梁、转换桁架、转换拱等。
5 底部大空间剪力墙结构布置及计算
底部大空间剪力墙结构的布置，主要考虑两个关键问题：
（1）保证大空间层有充分的刚度，防止沿竖向刚度过于悬殊；
（2）加强转换层的刚度与承载力，保证转换层可以将上部剪力可靠地传到落地剪力墙上去。为了防止沿竖向刚度过于悬殊，转换层设置在1、2层的结构布置上应满足上下层等效剪切刚度比r的要求，
r=GiAihi+1/Gi+1Ai+1hi
式中，Gi，Gi+1分别为第i层、i+1层混凝土剪变模量；Ai，Ai+1分别为第i层、i+1层的折算抗剪截面面积；
A=AWi+移Ci，jAci，j
Ci，j=2.5（hci，j/hi）
AW为在所计算的方向上剪力墙的全部有效截面面积；Aci，j为第i层第j根柱的截面面积；hi、hi+1分别为第i层、i+1层的层高；hci，j为第i层第j根柱沿计算方向的截面高度；Ci，j为第i层第j根柱截面面积折算系数，计算值大于1取1；r宜接近1，在非抗震设计时，r不应小于0.4；在抗震设计时，r不应小于0.5。
在上述两个项目中均采用了以下一些结构措施来调节上下层的刚度比r：（1）加大落地剪力墙的厚度，尽量增大落地墙的截面面积；（2）提高大空间层的混凝土强度等级。第一个项目转换层以下剪力墙厚度为500mm，混凝土强度等级为C60；转换层以上剪力墙厚度为200mm，混凝土强度等级为C50～C30逐渐降低。第二个住宅项目转换层以下剪力墙厚度为250mm，混凝土强度等级为C40；转换层以上剪力墙厚度为200㎜，混凝土强度等级为C35、C30，逐渐降低。
转换层楼面受力很大，楼板变形显著，要保证转换层可以将上部剪力可靠地传到落地墙上，楼板应有足够的刚度，通常采用加大楼板厚度的办法。转换楼面应采用厚度不小于180mm的现浇板，并且不要在大空间范围内将楼板开洞。转换层楼板配筋采用双层双向且每一层每一向钢筋的配筋率均不应小于0.25%。