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摘要：在高层建筑结构的底部, 当上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱) 不能直接连续贯通落地时,需设置结构转换层, 在结构转换层布置转换结构构件, 我们称此结构为带转换层的复杂高层建筑。本文探讨了高层建筑混凝土梁式转换层结构设计。
关键词：高层建筑；混凝土；梁式转换层；结构设计
随着现代建筑的不断发展, 在高层建筑结构的底部, 当上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱) 不能直接连续贯通落地时,需设置结构转换层, 在结构转换层布置转换结构构件, 我们称此结构为带转换层的复杂高层建筑。带转换层的结构是把双刃剑,从建筑使用功能角度, 它无疑是扩大了底部无柱空间从而最大限度增加建筑布局的灵活性, 适宜于大型商场等的经营; 但从抗震方面, 转换层结构部分竖向抗侧力构件不贯通, 而是通过水平转换结构把上部竖向荷载传递给下部竖向构件, 传力途径发生了根本性变化, 传力途径多次转换, 受力复杂, 而且竖向刚度和剪力在转换层发生突变, 易形成薄弱部位, 同时在偏心荷载作用下, 转换梁还发生扭转效应, 对抗震十分不利, 如何合理设计转换层就愈显重要。
1、传力直接，避免多次转换。布置转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构传力直接，通过结构的合理布置，使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免转换次梁及水平多级转换，实现传力路径的最短化。
2、强化下部、弱化上部。要保证底部大空间有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近，以避免出现薄弱层。
3、计算全面准确。必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2 层结构进入局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼层楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。
（1）与建筑专业协商,使尽可能多的剪力墙落地,必要时甚至可在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外,还与建筑专业协商后,让两侧各有一片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。
（2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中,核心筒部分的厚度取为600mm,其余部分的厚度取为400mm。
（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞,以免刚度削弱太大。
（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级,采用C50 混凝土。
（5）适当减少转换层上部剪力墙数目,控制剪力墙厚度,并可在某些较长剪力墙中部开结构洞,以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利,还可减轻建筑物重量,减小框支梁承受的荷载;增大结构自振周期,减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后, 转换层上下刚度比在X 方向为0.725,在Y 方向为0.813,满足规范要求,效果良好。虽然上下部刚度比满足要求,但毕竟工程仍属于竖向不规则结构,转换层及其下各层为结构薄弱层, 因而应将该两层的地震剪力乘以
（1） 转换梁的设计与构造要求
转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定,以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞,若需要开洞,洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施,箍筋要加密,以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时,可采用型钢构件来加强。转换梁的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为0.3%,转换梁中主筋不宜有接头,转换梁上部主筋至少应有50%沿梁全长贯通,下部主筋应全部贯通伸入柱内。
（2）框支柱的设计与构造要求
框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时, 框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数,并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整———框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用:框支柱的数目不多于10 根时,当框支层为1～2 层时,每层每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层。为3 层及3 层以上时,各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；框支柱的数目多于10 根时,当框支层为1～2 层时,每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3 层及3 层以上时,每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后,应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩,框支柱轴力可不调整。
框支柱全部纵向钢筋配筋率,抗震等级一级时不小于1.2%,二级时不小于1.0%,时不小于0.9%，四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm,且不小于80mm,全部纵向钢筋配筋率不宜大于4% 。
（3）转换梁的截面设计方法
目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法。主要有:应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律,为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算,检测定不考虑混凝土的抗拉作用,所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。
（4）转换梁截面设计方法的选择
托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时,在转换梁常用截面尺寸范围内,转换梁的受力基本和普通梁相同,可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时,转换梁将承受轴向拉力,此时应按偏心受拉构件进行截面设计。
（5）托墙形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大,故底部纵向钢筋不宜截断和弯起,应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时,转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算,纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。
总之，梁式转换层结构对于整体建筑的可靠性、安全性以及耐久性具有至关重要的意义，其传力直接明确、、可靠度高、经济合理以及较易施工的优点使得它在建筑中应用愈发广泛。在设计计算过程中对转换层的受力特点、控制要点和一些构造要求应当给予足够的重视。
参考文献：
康强,兰伟,康景文. 世纪城小户型结构方案和转换层的选型及概念设计[J]. 四川建筑科学研究, 2006,(06) .
张晋芳,赵人达. 基于层次分析法的转换层结构选型[J]. 四川建筑科学研究, 2009,(01) .
[3]仰宗录. 转换层施工技术探讨[J]. 安徽建筑, 2011,(02) .
[4]吾写尔江·阿西木. 大跨度预应力混凝土转换梁结构中混凝土工程施工分析[J]. 才智, 2009,(19) .
[5]邢凯,刘斌,刘子青.深圳佳宁娜友谊广场转换结构概念设计[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2007,(02) .
[6]沈朝勇,吴波,周福霖,黄襄云,罗学海,陈建秋,金建敏. 高层错位转换结构的试验研究和理论分析[J]. 地震工程与工程振动, 2006,(02) .
关键词：高层建筑；混凝土；梁式转换层；结构设计
随着现代建筑的不断发展, 在高层建筑结构的底部, 当上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱) 不能直接连续贯通落地时,需设置结构转换层, 在结构转换层布置转换结构构件, 我们称此结构为带转换层的复杂高层建筑。带转换层的结构是把双刃剑,从建筑使用功能角度, 它无疑是扩大了底部无柱空间从而最大限度增加建筑布局的灵活性, 适宜于大型商场等的经营; 但从抗震方面, 转换层结构部分竖向抗侧力构件不贯通, 而是通过水平转换结构把上部竖向荷载传递给下部竖向构件, 传力途径发生了根本性变化, 传力途径多次转换, 受力复杂, 而且竖向刚度和剪力在转换层发生突变, 易形成薄弱部位, 同时在偏心荷载作用下, 转换梁还发生扭转效应, 对抗震十分不利, 如何合理设计转换层就愈显重要。
一、梁式转换层结构的设计遵循原则
带转换层高层建筑结构是一种受力复杂、不利于抗震的结构体系，在结构总体设计时，特别是在抗震设防地区，应遵循的如下原则:1、传力直接，避免多次转换。布置转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构传力直接，通过结构的合理布置，使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免转换次梁及水平多级转换，实现传力路径的最短化。
2、强化下部、弱化上部。要保证底部大空间有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近，以避免出现薄弱层。
3、计算全面准确。必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2 层结构进入局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼层楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。
二、高层建筑混凝土梁式转换层的结构设计
1、结构竖向布置
高层建筑的侧向刚度宜下大上小,且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构属于“高位转换”。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1,不应大于1.3。在设计过程中,应把握的原则归纳起来,就是要强化下部,弱化上部。可以采用的方法有以下几种:（1）与建筑专业协商,使尽可能多的剪力墙落地,必要时甚至可在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外,还与建筑专业协商后,让两侧各有一片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。
（2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中,核心筒部分的厚度取为600mm,其余部分的厚度取为400mm。
（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞,以免刚度削弱太大。
（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级,采用C50 混凝土。
（5）适当减少转换层上部剪力墙数目,控制剪力墙厚度,并可在某些较长剪力墙中部开结构洞,以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利,还可减轻建筑物重量,减小框支梁承受的荷载;增大结构自振周期,减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后, 转换层上下刚度比在X 方向为0.725,在Y 方向为0.813,满足规范要求,效果良好。虽然上下部刚度比满足要求,但毕竟工程仍属于竖向不规则结构,转换层及其下各层为结构薄弱层, 因而应将该两层的地震剪力乘以
1.15 的增大系数。
2、结构平面布局
工程底部为框架—剪力墙结构,体型简单、规则;上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上,东西向完全对称,南北向质量中心与刚度中心偏差不超过2m,结构偏心率较小。除核心筒外,其余剪力墙布置分散、均匀;且尽量沿周边布置,以增强抗扭效果。查阅计算结果, 扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.85, 各层最大水平位移与层间位移比值不大于1.3,均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理,抗扭效果良好。3 梁式转换层结构的设计与构造
由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙,其传力途径多次转换,受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外,还需要承受梁传给的剪力,扭矩和弯矩,框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑,为了改善结构的受力性能,提高其抗震能力,在进行结构平面布置时,可以将一部分剪力墙落地,并贯通至基础,做成落地剪力墙与框支墙协同工作源于：论文查抄袭率www.udooo.com
受力体系。（1） 转换梁的设计与构造要求
转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定,以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞,若需要开洞,洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施,箍筋要加密,以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时,可采用型钢构件来加强。转换梁的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为0.3%,转换梁中主筋不宜有接头,转换梁上部主筋至少应有50%沿梁全长贯通,下部主筋应全部贯通伸入柱内。
（2）框支柱的设计与构造要求
框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时, 框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数,并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整———框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用:框支柱的数目不多于10 根时,当框支层为1～2 层时,每层每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层。为3 层及3 层以上时,各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；框支柱的数目多于10 根时,当框支层为1～2 层时,每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3 层及3 层以上时,每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后,应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩,框支柱轴力可不调整。
框支柱全部纵向钢筋配筋率,抗震等级一级时不小于1.2%,二级时不小于1.0%,时不小于0.9%，四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm,且不小于80mm,全部纵向钢筋配筋率不宜大于4% 。
（3）转换梁的截面设计方法
目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法。主要有:应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律,为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算,检测定不考虑混凝土的抗拉作用,所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。
（4）转换梁截面设计方法的选择
托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时,在转换梁常用截面尺寸范围内,转换梁的受力基本和普通梁相同,可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时,转换梁将承受轴向拉力,此时应按偏心受拉构件进行截面设计。
（5）托墙形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大,故底部纵向钢筋不宜截断和弯起,应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时,转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算,纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。
总之，梁式转换层结构对于整体建筑的可靠性、安全性以及耐久性具有至关重要的意义，其传力直接明确、、可靠度高、经济合理以及较易施工的优点使得它在建筑中应用愈发广泛。在设计计算过程中对转换层的受力特点、控制要点和一些构造要求应当给予足够的重视。
参考文献：
康强,兰伟,康景文. 世纪城小户型结构方案和转换层的选型及概念设计[J]. 四川建筑科学研究, 2006,(06) .
张晋芳,赵人达. 基于层次分析法的转换层结构选型[J]. 四川建筑科学研究, 2009,(01) .
[3]仰宗录. 转换层施工技术探讨[J]. 安徽建筑, 2011,(02) .
[4]吾写尔江·阿西木. 大跨度预应力混凝土转换梁结构中混凝土工程施工分析[J]. 才智, 2009,(19) .
[5]邢凯,刘斌,刘子青.深圳佳宁娜友谊广场转换结构概念设计[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2007,(02) .
[6]沈朝勇,吴波,周福霖,黄襄云,罗学海,陈建秋,金建敏. 高层错位转换结构的试验研究和理论分析[J]. 地震工程与工程振动, 2006,(02) .