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【摘 要】 由于建筑功能的需要，形成了建筑上层的结构形式与下层的结构形式不一样；或上下层结构形式一样，但上下层结构的柱网的尺寸不一样。为解决这一矛盾，就采用了转换层结构。高层建筑结构转换层形式有梁式楼盖转换、箱形楼盖转换、桁架转换、厚板转换和斜柱转换。转换层设计是高层建筑结构设计中非常关键的部分。
【关键词】 高层建筑；结构转换层；斜柱转换；结构经济性
引言：
近来，随着对房屋建筑使用功能的要求不断提高，建筑立面的多样化，使得结构的形式也越来越复杂。1981～1983年，我国先后进行了12层住宅模型（1：6）的输入地震波拟动力实验，并将理论结果应用于实际；在北京建成了一批8度设防的住宅以及在大连建成了抗震-设防为7度的友好广场住宅，均为底部大空间剪力墙结构；九十年代初原规程JGJ3-91正式列入该种结构体系及设计的有关规定。九十年代的十年间，底部带转换层的大空间剪力墙结构迅速发展，在地震区许多工程的转换层位置己经相对较高，有的高层建筑甚至转换层位于7～10层。
一、转换层结构的形式与特点
（一）梁式和板式转换层
从结构传力方式看，梁式转换层具有传力直接、明确和传力途径清楚的优点。转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易。板式转换层一方面给上部结构的布置带来方便，另一方面也使板的传力变得不清楚，因而受力也非常复杂，结构计算相对困难，采用有限元计算时，计算结果繁杂，这给配筋设计带来不便，而且从受力考虑，往往需要在柱与柱，柱与墙之间配筋加強，相当于设置暗梁，增加了配筋量。
从抗剪和抗冲切的角度考虑，转换板的厚度往往很大，一般可达2.0～2.8m。这样的厚板一方面重量很大，增大了对下部垂直构件的承载力设计要求，另一方面本层的混凝土用量也很大。转换梁常用截面高度为1.6～4.0m，只有在跨度较小以及承托的层数较少时才采用较小的截面高度0.9～1.4m，而跨度较大且承托的层数较多时，或构造条件特殊时才采用较大的截面高度4.0～8.2m。
（二）梁式和桁架式转换层
从结构的传力方式来看，转换桁架具有传力明确，传力途径清楚，但构造和施工复杂。另一方面，转换桁架不仅使开洞与设置管道具有条件，而且它们的位置与大小都有很大的灵活性，使充分利用该转换层的建筑空间成为可能。
从经济指标来看，采用转换桁架其钢材和混凝土的用量比采用转换梁要经济。桁架转换层的节间采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构的自重，而且转换桁架抗侧力刚度比转换梁要小，也就是说，具有桁架转换层的高层建筑其质量和刚度的突变比带转换梁的高层建筑缓和。因此，地震反应要比带转换梁的高层建筑要小得多。
二、工程实例与方案选型
（一）工程概况
由商业裙楼及两栋高层塔楼组成，裙房一二层为商场，三层为办公，塔楼分A、B两座，共14层，第14层为楼梯间和电梯机房。一层为商店和设各机房，二层为加层作储藏，三层为商场，标准层为住宅。结构形式为框支剪力墙，结构高度42.sm，其中第一层2.6米，第2层为加层，层高2.4米，第三层为转换，层高5m，标准层2.90m。平面图见图1、图2。
（二）结构设计方案的基本选型
目前，国内的高层建筑所使用的材料以钢筋混凝土较多，可以将高层建筑结构体系大致可分为四种，即框架结构、框剪结构、剪力墙结构以及筒体结构。其中，框架结构由梁、板、柱等构件组成，具有使用空间大、平面布置方便灵活等优点，但是在抗震设防地区，这种结构的层数与高度容易受到限制；剪力墙结构虽然限制了房间的空间大小，但是剪力墙刚度大，用钢梁较少，提高了建筑结构的整体性，通过纵横两个方向剪力墙的相互作用，大大提高了结构的抗恻力以及抗震性能，在纵横墙较多的住宅宾馆等民用建筑当中比较适合使用；框架～剪力墙结构综合了框架结构与剪力墙结构的优点，相互弥补各自的不足，通过在适当的位置布置剪力墙来提高结构的整体刚度，同时又保留了平面布置灵活、使用空间较大等优点，使用于各种民用和公共建筑。
具体的讲，在确定高层结构的结构体系时，应当根据它们的使用要求以及建筑高度来确定；从结构高度的角度来看，由于框架结构的刚度较小，因此抗震性能不是太好，通常用于平面与竖向结构规则且层数较少的建筑；在抗震设防烈度不是太高的地区，框一剪结构和剪力墙结构都可以使用，一般高度可以达到一百米左右；而当建筑为超过层或者在抗震设防烈度较高的地区，为了保证有足够的抗恻力刚度可采用筒体结构。然后在使用功能的角度上来讲，对于住宅楼以及高度不超过五十米的公共建筑可以采用剪力墙结构或框剪结构。
三、转换层结构设计与优化分析
在结构设计中，一个方案的最终确定往往要与建筑相互一协调，同时一，结构自身在设计之初也会有多个布置方案，每个方案也会有它的优点与不足，这就需要通过计算分析，选出最为合适的方案。木工程设计过程中，经过不断改进与调整，对于转换层部分确定了两种方案，即方案一（图3）与方案二（图4）。
方案一：落地剪力墙较少，并且集中在结构中部，有利于底部大空间的使用。整体刚心与质心基木重叠；但是由于结构中心刚度较大，而四周刚度较小，采取加大转换梁截面面积与四周柱的截面面积，增大四周的刚度，来提高结构整体地震作用的抗扭强度。转换层结构刚度相对较小；转换梁截面分别为：400×1500、400×1200，外围柱截面为900×900（单位：mm）。
方案二：落地剪力墙相对较多，在结构平面上分布较均匀，与建筑的三个楼梯间相结合，形成了三个刚度较大的筒体结构，为了平衡刚度，对应一侧剪力墙布置较多，从建筑功能上来说限制了底部大空间的利用。转换层结构刚度相对较大；转换梁截面面积分别为：400×1200、400×800，外围柱截而为650×650（单位：mm）。从建筑功能与使用方面来讲，较小的梁柱截面更加有利。 （一）转换层结构设计优化分析
SATWE程序采用层间剪力比层间位移的楼层刚度算法，薄弱层地震剪力放大系数首层为1.15，其他各层均为1，计算时，层刚度比计算选项中应选取“地震剪力与地震层间位移的比值”。
计算结果显示如下：
X方向下部刚度=0.2O51E+07，X方向上部刚度=0.1064E+07，X方向刚度比=0.4855。
Y方向下部刚度=0.3416E+07，Y方向上部刚度=0.1135E+07，Y方向刚度比=0.3109。
对于刚度比的限制，各层X，Y方向木层塔侧移刚度均不小于上一层相应塔侧移刚度70%或上三層平均侧移刚度80%，满足高规4.4.2条规定；并设定转换层为结构薄弱层，按高规5.1.14条规定其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力乘以1.15的放大系数，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。
（二）抗倾覆验算分析
结构整体稳定验算结果：
X向刚重比：
Y向刚重比：
分析：高规5.4.1要求在水平力作用下，高层建筑结构侧向刚度比大于2.7可不考虑重力二阶效应；高规5.4.4规定侧向刚度比大于1.4满足整体稳定验算。
（三）楼层抗剪承载力及承载力比值
分析：本工程为A级高度的高层建筑，楼层抗剪承载力与上一层抗剪承载力比值均大于0.80，满足高规第4.4.2条的要求，即：A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的70%。
四、结束语
总而言之，随着社会的进步以及人类对建筑的要求不断提高，相信未来的高层建筑结构形式会更加复杂；随着我们理论水平的不断提高以及实验研究的不断探索，转换层的高层结构不仅转换次数更多而且为了满足建筑多元化的需要，转换形式也会更加复杂多样。在同一转换平面虽然目前带转换层结构的工程己经得到推广，但是，对其性能的研究还不够完善，特别是在动力特性和抗震性能方面，因此，在后续研究当中还要适当的重视。
参考文献：
[1]徐培祸，郝锐坤，吴廉仲.底层大空间鱼骨式剪力墙结构抗震设计[J].建筑科学，1986（4）：3-7.
[2]陈敏明.浅析高层建筑梁式转换层设计施工研究[J].广东建材，2010，（1）.
【关键词】 高层建筑；结构转换层；斜柱转换；结构经济性
引言：
近来，随着对房屋建筑使用功能的要求不断提高，建筑立面的多样化，使得结构的形式也越来越复杂。1981～1983年，我国先后进行了12层住宅模型（1：6）的输入地震波拟动力实验，并将理论结果应用于实际；在北京建成了一批8度设防的住宅以及在大连建成了抗震-设防为7度的友好广场住宅，均为底部大空间剪力墙结构；九十年代初原规程JGJ3-91正式列入该种结构体系及设计的有关规定。九十年代的十年间，底部带转换层的大空间剪力墙结构迅速发展，在地震区许多工程的转换层位置己经相对较高，有的高层建筑甚至转换层位于7～10层。
一、转换层结构的形式与特点
（一）梁式和板式转换层
从结构传力方式看，梁式转换层具有传力直接、明确和传力途径清楚的优点。转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易。板式转换层一方面给上部结构的布置带来方便，另一方面也使板的传力变得不清楚，因而受力也非常复杂，结构计算相对困难，采用有限元计算时，计算结果繁杂，这给配筋设计带来不便，而且从受力考虑，往往需要在柱与柱，柱与墙之间配筋加強，相当于设置暗梁，增加了配筋量。
从抗剪和抗冲切的角度考虑，转换板的厚度往往很大，一般可达2.0～2.8m。这样的厚板一方面重量很大，增大了对下部垂直构件的承载力设计要求，另一方面本层的混凝土用量也很大。转换梁常用截面高度为1.6～4.0m，只有在跨度较小以及承托的层数较少时才采用较小的截面高度0.9～1.4m，而跨度较大且承托的层数较多时，或构造条件特殊时才采用较大的截面高度4.0～8.2m。
（二）梁式和桁架式转换层
从结构的传力方式来看，转换桁架具有传力明确，传力途径清楚，但构造和施工复杂。另一方面，转换桁架不仅使开洞与设置管道具有条件，而且它们的位置与大小都有很大的灵活性，使充分利用该转换层的建筑空间成为可能。
从经济指标来看，采用转换桁架其钢材和混凝土的用量比采用转换梁要经济。桁架转换层的节间采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构的自重，而且转换桁架抗侧力刚度比转换梁要小，也就是说，具有桁架转换层的高层建筑其质量和刚度的突变比带转换梁的高层建筑缓和。因此，地震反应要比带转换梁的高层建筑要小得多。
二、工程实例与方案选型
（一）工程概况
由商业裙楼及两栋高层塔楼组成，裙房一二层为商场，三层为办公，塔楼分A、B两座，共14层，第14层为楼梯间和电梯机房。一层为商店和设各机房，二层为加层作储藏，三层为商场，标准层为住宅。结构形式为框支剪力墙，结构高度42.sm，其中第一层2.6米，第2层为加层，层高2.4米，第三层为转换，层高5m，标准层2.90m。平面图见图1、图2。
（二）结构设计方案的基本选型
目前，国内的高层建筑所使用的材料以钢筋混凝土较多，可以将高层建筑结构体系大致可分为四种，即框架结构、框剪结构、剪力墙结构以及筒体结构。其中，框架结构由梁、板、柱等构件组成，具有使用空间大、平面布置方便灵活等优点，但是在抗震设防地区，这种结构的层数与高度容易受到限制；剪力墙结构虽然限制了房间的空间大小，但是剪力墙刚度大，用钢梁较少，提高了建筑结构的整体性，通过纵横两个方向剪力墙的相互作用，大大提高了结构的抗恻力以及抗震性能，在纵横墙较多的住宅宾馆等民用建筑当中比较适合使用；框架～剪力墙结构综合了框架结构与剪力墙结构的优点，相互弥补各自的不足，通过在适当的位置布置剪力墙来提高结构的整体刚度，同时又保留了平面布置灵活、使用空间较大等优点，使用于各种民用和公共建筑。
具体的讲，在确定高层结构的结构体系时，应当根据它们的使用要求以及建筑高度来确定；从结构高度的角度来看，由于框架结构的刚度较小，因此抗震性能不是太好，通常用于平面与竖向结构规则且层数较少的建筑；在抗震设防烈度不是太高的地区，框一剪结构和剪力墙结构都可以使用，一般高度可以达到一百米左右；而当建筑为超过层或者在抗震设防烈度较高的地区，为了保证有足够的抗恻力刚度可采用筒体结构。然后在使用功能的角度上来讲，对于住宅楼以及高度不超过五十米的公共建筑可以采用剪力墙结构或框剪结构。
三、转换层结构设计与优化分析
在结构设计中，一个方案的最终确定往往要与建筑相互一协调，同时一，结构自身在设计之初也会有多个布置方案，每个方案也会有它的优点与不足，这就需要通过计算分析，选出最为合适的方案。木工程设计过程中，经过不断改进与调整，对于转换层部分确定了两种方案，即方案一（图3）与方案二（图4）。
方案一：落地剪力墙较少，并且集中在结构中部，有利于底部大空间的使用。整体刚心与质心基木重叠；但是由于结构中心刚度较大，而四周刚度较小，采取加大转换梁截面面积与四周柱的截面面积，增大四周的刚度，来提高结构整体地震作用的抗扭强度。转换层结构刚度相对较小；转换梁截面分别为：400×1500、400×1200，外围柱截面为900×900（单位：mm）。
方案二：落地剪力墙相对较多，在结构平面上分布较均匀，与建筑的三个楼梯间相结合，形成了三个刚度较大的筒体结构，为了平衡刚度，对应一侧剪力墙布置较多，从建筑功能上来说限制了底部大空间的利用。转换层结构刚度相对较大；转换梁截面面积分别为：400×1200、400×800，外围柱截而为650×650（单位：mm）。从建筑功能与使用方面来讲，较小的梁柱截面更加有利。 （一）转换层结构设计优化分析
SATWE程序采用层间剪力比层间位移的楼层刚度算法，薄弱层地震剪力放大系数首层为1.15，其他各层均为1，计算时，层刚度比计算选项中应选取“地震剪力与地震层间位移的比值”。
计算结果显示如下：
X方向下部刚度=0.2O51E+07，X方向上部刚度=0.1064E+07，X方向刚度比=0.4855。
Y方向下部刚度=0.3416E+07，Y方向上部刚度=0.1135E+07，Y方向刚度比=0.3109。
对于刚度比的限制，各层X，Y方向木层塔侧移刚度均不小于上一层相应塔侧移刚度70%或上三層平均侧移刚度80%，满足高规4.4.2条规定；并设定转换层为结构薄弱层，按高规5.1.14条规定其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力乘以1.15的放大系数，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。
（二）抗倾覆验算分析
结构整体稳定验算结果：
X向刚重比：
Y向刚重比：
分析：高规5.4.1要求在水平力作用下，高层建筑结构侧向刚度比大于2.7可不考虑重力二阶效应；高规5.4.4规定侧向刚度比大于1.4满足整体稳定验算。
（三）楼层抗剪承载力及承载力比值
分析：本工程为A级高度的高层建筑，楼层抗剪承载力与上一层抗剪承载力比值均大于0.80，满足高规第4.4.2条的要求，即：A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的70%。
四、结束语
总而言之，随着社会的进步以及人类对建筑的要求不断提高，相信未来的高层建筑结构形式会更加复杂；随着我们理论水平的不断提高以及实验研究的不断探索，转换层的高层结构不仅转换次数更多而且为了满足建筑多元化的需要，转换形式也会更加复杂多样。在同一转换平面虽然目前带转换层结构的工程己经得到推广，但是，对其性能的研究还不够完善，特别是在动力特性和抗震性能方面，因此，在后续研究当中还要适当的重视。
参考文献：
[1]徐培祸，郝锐坤，吴廉仲.底层大空间鱼骨式剪力墙结构抗震设计[J].建筑科学，1986（4）：3-7.
[2]陈敏明.浅析高层建筑梁式转换层设计施工研究[J].广东建材，2010，（1）.