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摘要：对于高层建筑而言，其转换层发挥着不可忽视的作用，高层建筑结构转换层的主要结构形式包括梁式转换层、厚板转换层、桁架转换层、箱形转换层、悬挂结构以及搭接柱等，且转换层也要求抗震功能。
关键词：结构转换层高层建筑结构设计
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着国内外高层建筑迅速发展，多功能及综合性用途的高层建筑已经愈来愈多。楼层建筑功能的改变，往往需要改变竖向结构型式或改变柱网、轴线，甚至两者都改变。这样，在竖向结构体系发生变化的楼层就要设置转换层，转换层也称为过渡层。
一、高层建筑结构转换层的类型
1粱式转换层
粱式转换层，由于其受力性能較好、构造简单、造价较低廉、施工工艺简便。因此，目前在高层建筑结构转换层中被广泛应用。转换梁的主要形式有托柱、托墙这两种，其截面设计包括偏心受拉构件截面设计法、普通梁截面设计法、深梁截面设计法以及应力截面设计法。转换梁的截面尺寸大小通常由剪压比来计算并确定，同时配箍率的大小对转换层的整体结构的可靠性也有着重大的影响。因此，要求有合适的配箍率。但是，另一方面，采用转换梁对大型管道等设备的布置有不利影响，也不利于该转换层建筑空间的充分利用。例如：连云港带2层地下室的某住宅小区工程，转换层设在3层，建筑的总高度大约为95米。转换梁的跨度为8.9米，截面为800×1400和600×1700，该工程多处存在二次转换，框支柱截面为1000×1100和800×2300，转换层的上部墙厚约为200毫米，中部电梯间和楼梯间的剪力墙落地。
2悬挂结构
悬挂结构包括核心筒体悬挂结构以及巨型框架结构两种。对于前者，把悬挂楼段用伸臂桁架悬挂于核心筒体上，同时，悬挂楼段内使用后张预应力混凝土吊杆以及钢吊杆把楼面逐层悬挂起来。并且可以设置消能器用来增加该结构的耗能能力，此外，该装置也可控制悬挂楼段问的位移。对于巨型框架结构，它与传统的框架体系截然不同之处体现在，能够提供更大的无柱空间，从而使各楼层的使用功能多样化。框架部分设计又包括主框架和次框架，其中主框架属于大型的跨层框架，并设置大截面框架梁和大截面柱，用于承受来自楼层的次框架荷载。巨型框架梁自身已构成结构转换梁，其结构相对较复杂，形式主要有桁架型、斜格型和框筒型三种。应用悬挂结构的代表眭建筑，如：中国香港的汇丰银行大厦。
3箱形转换层
箱形转换层被广泛应用于桥梁工程之中，用于房屋结构的情况较少。单向托梁或双向托梁连同楼板共同作用，可形成箱形转换层，其刚度较大，且刚度远远超过单层梁板。用墙板模型和梁模型进行整体计算，用剪压比来计算主梁腹板截面的宽度，箱形转换结构的上、下楼板厚度以不超过180毫米为宜，板配筋设计时应考虑弯矩及板配筋自身平面内的拉力和压力对板配筋的设计有很大的影响。
4厚板转换层
厚板转换层多用于当转换层不便用梁直接承托的情况。厚板转换层的刚度很大、下层刚度较小，因此容易产生底部变形，其传力的途径较为复杂，该层的抗震能力较弱。此外，厚板的厚度依据抗弯、抗剪能力等来计算确定，对于内力较小的区域，其局部可做成薄板或者是夹心板，从而减少材料的使用以及减轻自重。至于暗梁，应该沿着厚板的主应力方向设置，位置常常可在下部柱墙连线处设置。楼板的厚度以小于150毫米为宜。例如，香港湾仔30层的商住楼工程，其厚板转换层设在4层，从模型结果上来看，厚板位移和内力分布不均匀。
5搭接柱转换
搭接柱转换多用于结构柱的错位连接，可适当改变结构柱网，例如深圳兴业银行大厦即采用的是搭接柱转换，它与梁式转换相比较而言，其建筑空间利用率较高、竖向刚度突变性较小、上下柱应力集中较大、柱轴力较小，但是，它的材料用量要大很多。搭接块和附近构件受力大小都与搭接块的高宽比有关。可以通过多次搭接来减少应力变化，并且逐次增大或缩小截面来实现建筑立面上的扩放以及收进。
6桁架转换层
桁架转换层分为单层桁架和迭层桁架两种，其中又包括斜腹桁架和空腹桁架。对于托柱形式的梁式转换层，可采用桁架转换层来承担上部框架所传递的荷载，从而有利于布置大型管道等必要设备以及充分利用建筑空间。转换桁架所承受的荷载主要是竖向荷载，通过增大中间的跨度或者是减小端节间的跨度来增大中间弦杆的内力，使得弦杆内力分布更加均匀。设置斜腹杆，可以改变竖向荷载的传力途径，将部分竖向荷载转移给附近的竖腹杆传给支座，可显著减小各弦杆的弯矩和剪力，并且增大斜杆和弦杆的轴向力。当转换层的跨度较大或者是承受竖向荷载较大时，就会出现下弦杆轴向拉力过大的情况，为避免这种情况的出现，可在下弦杆施加预应力形成部分预应力混凝土桁架。各弦杆的内力和竖向荷载分配均与其相对刚度有关，设计时要注意合理选择各弦杆的刚度。桁架转换层的结构设计原则是：其整体结构依照下部为强转换层、下部为弱转换层来进行设计；桁架转换层按照“强斜腹杆、强节点”的原则来设计；桁架转换层上部的框架结构按照强柱、弱梁、强边柱、弱中柱的原则设计。
二、转换层结构的一般分析方法
转换层是整个高层建筑结构体系中一个重要组成部分，在进行设计时，必须先对整体结构进行分析，利用三维空间分析法进行分析；再根据上部结构传递到转换层的荷载对转换层进行应力分析，运用的是应力分析法，并且进行配筋设计或者是成果分析。可使用实体单元来模拟转换梁、厚板以及搭接块，对厚板再进行局部应力分析。托墙形式的梁式转换层也可进行局部应力分析。转换结构构件受竖向荷载、竖向挠度、层刚度比以及层间侧移等的影响。因此，在设计时，要进行全面考虑。
三、高层建筑转换层结构抗震功能设计
一般而言，建筑工程的抗震设防烈度要求为八级，以梁式转换层为例，具体分析高层建筑转换层结构的抗震功能设计。首先，合理的模型以及正确的计算参数是取得精确计算结果的条件，某工程计算模型的选定情况如下：考虑到转换层的设置高度、转换层在结构中相对位置的不同以及转换粱截面结构对整个转换层抗震能力的影响，为此，建立了四个模型进行对比分析。模型一，原结构模型，转换层在六层楼面；模型二，转换层在二层楼面，层数不变，结构高度减小；模型三，转换层也在二层楼面，但层数增加，结构高度不变；模型四：将转换层结构的转换梁截面高度与宽度互调。再依据上述四种模型来确定适当的结构基本参数。通过对四个模型振型的地震作用分析可知，当转换层位于六层时，转换层位置的地震作用有显著的突变现象；当转换层在二层时，转换层附近的地震作用突变现象不明显。由于转换层结构自重较大，若转换层位置较高，则可能导致某较高振型的振型地震作用明显增大。在建筑功能里必须考虑到抗震设计，这是对公民生命安全负责任的一种表现。
结束语
高层建筑结构转换层的设计，主要包括梁式转换层、厚板转换层、桁架转换层、箱形转换层、悬挂结构以及搭接柱的设计，此外，转换层的抗震设计也是必要的。根据高层综合楼建筑功能的需要,选择适宜的结构转换层,不但可以节省材料用量,而且也可以节省建造费用。同时灵活地将建筑与结构统一,实现建筑之美。随着我国高层建筑的逐步发展，转换层设计也必将会有新的突破。
参考文献
[1] 徐光兴.高层建筑梁式转换层结构的抗震设计的研究[J]. 福建建材. 2013(05)
[2] 苟佳超.高层建筑结构转换层的设计研究[J]. 门窗. 2013(05)
[3] 杨春.关于高层建筑结构方案的选择[J]. 黑龙江冶金. 2013(02)
[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. 1999(02)
关键词：结构转换层高层建筑结构设计
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着国内外高层建筑迅速发展，多功能及综合性用途的高层建筑已经愈来愈多。楼层建筑功能的改变，往往需要改变竖向结构型式或改变柱网、轴线，甚至两者都改变。这样，在竖向结构体系发生变化的楼层就要设置转换层，转换层也称为过渡层。
一、高层建筑结构转换层的类型
1粱式转换层
粱式转换层，由于其受力性能較好、构造简单、造价较低廉、施工工艺简便。因此，目前在高层建筑结构转换层中被广泛应用。转换梁的主要形式有托柱、托墙这两种，其截面设计包括偏心受拉构件截面设计法、普通梁截面设计法、深梁截面设计法以及应力截面设计法。转换梁的截面尺寸大小通常由剪压比来计算并确定，同时配箍率的大小对转换层的整体结构的可靠性也有着重大的影响。因此，要求有合适的配箍率。但是，另一方面，采用转换梁对大型管道等设备的布置有不利影响，也不利于该转换层建筑空间的充分利用。例如：连云港带2层地下室的某住宅小区工程，转换层设在3层，建筑的总高度大约为95米。转换梁的跨度为8.9米，截面为800×1400和600×1700，该工程多处存在二次转换，框支柱截面为1000×1100和800×2300，转换层的上部墙厚约为200毫米，中部电梯间和楼梯间的剪力墙落地。
2悬挂结构
悬挂结构包括核心筒体悬挂结构以及巨型框架结构两种。对于前者，把悬挂楼段用伸臂桁架悬挂于核心筒体上，同时，悬挂楼段内使用后张预应力混凝土吊杆以及钢吊杆把楼面逐层悬挂起来。并且可以设置消能器用来增加该结构的耗能能力，此外，该装置也可控制悬挂楼段问的位移。对于巨型框架结构，它与传统的框架体系截然不同之处体现在，能够提供更大的无柱空间，从而使各楼层的使用功能多样化。框架部分设计又包括主框架和次框架，其中主框架属于大型的跨层框架，并设置大截面框架梁和大截面柱，用于承受来自楼层的次框架荷载。巨型框架梁自身已构成结构转换梁，其结构相对较复杂，形式主要有桁架型、斜格型和框筒型三种。应用悬挂结构的代表眭建筑，如：中国香港的汇丰银行大厦。
3箱形转换层
箱形转换层被广泛应用于桥梁工程之中，用于房屋结构的情况较少。单向托梁或双向托梁连同楼板共同作用，可形成箱形转换层，其刚度较大，且刚度远远超过单层梁板。用墙板模型和梁模型进行整体计算，用剪压比来计算主梁腹板截面的宽度，箱形转换结构的上、下楼板厚度以不超过180毫米为宜，板配筋设计时应考虑弯矩及板配筋自身平面内的拉力和压力对板配筋的设计有很大的影响。
4厚板转换层
厚板转换层多用于当转换层不便用梁直接承托的情况。厚板转换层的刚度很大、下层刚度较小，因此容易产生底部变形，其传力的途径较为复杂，该层的抗震能力较弱。此外，厚板的厚度依据抗弯、抗剪能力等来计算确定，对于内力较小的区域，其局部可做成薄板或者是夹心板，从而减少材料的使用以及减轻自重。至于暗梁，应该沿着厚板的主应力方向设置，位置常常可在下部柱墙连线处设置。楼板的厚度以小于150毫米为宜。例如，香港湾仔30层的商住楼工程，其厚板转换层设在4层，从模型结果上来看，厚板位移和内力分布不均匀。
5搭接柱转换
搭接柱转换多用于结构柱的错位连接，可适当改变结构柱网，例如深圳兴业银行大厦即采用的是搭接柱转换，它与梁式转换相比较而言，其建筑空间利用率较高、竖向刚度突变性较小、上下柱应力集中较大、柱轴力较小，但是，它的材料用量要大很多。搭接块和附近构件受力大小都与搭接块的高宽比有关。可以通过多次搭接来减少应力变化，并且逐次增大或缩小截面来实现建筑立面上的扩放以及收进。
6桁架转换层
桁架转换层分为单层桁架和迭层桁架两种，其中又包括斜腹桁架和空腹桁架。对于托柱形式的梁式转换层，可采用桁架转换层来承担上部框架所传递的荷载，从而有利于布置大型管道等必要设备以及充分利用建筑空间。转换桁架所承受的荷载主要是竖向荷载，通过增大中间的跨度或者是减小端节间的跨度来增大中间弦杆的内力，使得弦杆内力分布更加均匀。设置斜腹杆，可以改变竖向荷载的传力途径，将部分竖向荷载转移给附近的竖腹杆传给支座，可显著减小各弦杆的弯矩和剪力，并且增大斜杆和弦杆的轴向力。当转换层的跨度较大或者是承受竖向荷载较大时，就会出现下弦杆轴向拉力过大的情况，为避免这种情况的出现，可在下弦杆施加预应力形成部分预应力混凝土桁架。各弦杆的内力和竖向荷载分配均与其相对刚度有关，设计时要注意合理选择各弦杆的刚度。桁架转换层的结构设计原则是：其整体结构依照下部为强转换层、下部为弱转换层来进行设计；桁架转换层按照“强斜腹杆、强节点”的原则来设计；桁架转换层上部的框架结构按照强柱、弱梁、强边柱、弱中柱的原则设计。
二、转换层结构的一般分析方法
转换层是整个高层建筑结构体系中一个重要组成部分，在进行设计时，必须先对整体结构进行分析，利用三维空间分析法进行分析；再根据上部结构传递到转换层的荷载对转换层进行应力分析，运用的是应力分析法，并且进行配筋设计或者是成果分析。可使用实体单元来模拟转换梁、厚板以及搭接块，对厚板再进行局部应力分析。托墙形式的梁式转换层也可进行局部应力分析。转换结构构件受竖向荷载、竖向挠度、层刚度比以及层间侧移等的影响。因此，在设计时，要进行全面考虑。
三、高层建筑转换层结构抗震功能设计
一般而言，建筑工程的抗震设防烈度要求为八级，以梁式转换层为例，具体分析高层建筑转换层结构的抗震功能设计。首先，合理的模型以及正确的计算参数是取得精确计算结果的条件，某工程计算模型的选定情况如下：考虑到转换层的设置高度、转换层在结构中相对位置的不同以及转换粱截面结构对整个转换层抗震能力的影响，为此，建立了四个模型进行对比分析。模型一，原结构模型，转换层在六层楼面；模型二，转换层在二层楼面，层数不变，结构高度减小；模型三，转换层也在二层楼面，但层数增加，结构高度不变；模型四：将转换层结构的转换梁截面高度与宽度互调。再依据上述四种模型来确定适当的结构基本参数。通过对四个模型振型的地震作用分析可知，当转换层位于六层时，转换层位置的地震作用有显著的突变现象；当转换层在二层时，转换层附近的地震作用突变现象不明显。由于转换层结构自重较大，若转换层位置较高，则可能导致某较高振型的振型地震作用明显增大。在建筑功能里必须考虑到抗震设计，这是对公民生命安全负责任的一种表现。
结束语
高层建筑结构转换层的设计，主要包括梁式转换层、厚板转换层、桁架转换层、箱形转换层、悬挂结构以及搭接柱的设计，此外，转换层的抗震设计也是必要的。根据高层综合楼建筑功能的需要,选择适宜的结构转换层,不但可以节省材料用量,而且也可以节省建造费用。同时灵活地将建筑与结构统一,实现建筑之美。随着我国高层建筑的逐步发展，转换层设计也必将会有新的突破。
参考文献
[1] 徐光兴.高层建筑梁式转换层结构的抗震设计的研究[J]. 福建建材. 2013(05)
[2] 苟佳超.高层建筑结构转换层的设计研究[J]. 门窗. 2013(05)
[3] 杨春.关于高层建筑结构方案的选择[J]. 黑龙江冶金. 2013(02)
[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. 1999(02)