时间：2023-08-27 14:56:23
序论：在您撰写高层建筑的结构设计时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
引言
随着高层建筑的迅速发展，能够满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型日趋复杂，结构体系更加多样化，高层建筑的结构设计成为结构工程师设计工作的重点和难点。本文就高层建筑结构设计与施工进行分析，供参考。
1高层建筑设计基本要求
1．结构的规则性。(1) 高层建筑的结构体系尚宜符合下列要求：1) 宜具有多道抗震防线；2) 结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；3）结构在两个方向的动力特性宜相近。(2) 不应采用严重不规则的结构体系。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，应符合下列要求：1) 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；2)应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；3)对可能出现的薄弱部位，应采取有效的加强措施。
2．规则结构的主要特征：建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，刚度和承载力分布均匀，具有较好的抗扭刚度和整体性。抗震设防的建筑结构竖向布置应使体型规则、均匀，避免有较大的内敛和外挑，结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的承载力和侧向刚度突变。
3．规则结构布置需满足的要求：结构布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，仅在风荷载作用下则可适当放宽。抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑，其布置更应简单、规则，减少偏心[1][2]。
2 高层建筑的设计
1.结构选型：对于高层结构而言，在工程设计的结构选型阶段，结构工程师应该注意以下几点。（1）房屋的适用高度和高宽比满足规范要求。规范中对结构的总高度有严格的限制，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。（2）合理选择结构体系。高层建筑结构布置应力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间位置偏置，以免产生扭转的影响。（3）短肢剪力墙的设置问题。短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙。对于短肢剪力墙结构，虽然有利于住宅建筑布置，也可减轻结构自重，但在高层住宅中，剪力墙墙肢不宜太短，因为短肢剪力墙的抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。
2. 结构分析与计算：在结构计算与分析阶段，如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构整体计算和分析进行了详细的阐述。因此，对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识。
3. 抗震分析与设计在高层建筑的应用：我国现行规范要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移。一般情况下按建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。质量与刚度明显不均匀、不对称，可能产生显著扭转的结构应计算双向水平地震作用产生的扭转影响。8度、9度的大跨度、长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。对于重要的高层建筑或有特殊要求时，要用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，结构在罕遇地震作用下可采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法进行薄弱层弹塑性变形验算[1] [3]。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计；形式；优化策略
一、高层建筑中转换层结构的概念
高层建筑结构具有上部楼层受力小而上部楼层受力大的特点，设计人员普遍会提高下部结构的刚度以及墙、梁、柱等的数量，并在楼层逐渐升高的过程中，减少设计中的墙、柱结构应用，继而使建筑形成稳固的结构支撑柱网，这就决定高层建筑的下部结构空间要大于上部结构的空间，此种设计与常规建筑结构设计方案恰好相反，设计人员必须在空间结构转变的楼层加设水平的转换构件，才能保证设计目标的达成，此种结构设计即为高层建筑的转换层。
二、高层建筑中转换层结构的形式
目前，高层建筑中转换层的设计，主要采取箱、梁、板、柱、桁架、框架这几种结构形式，各种结构形式在设计中存在着显著的差别，这些差别便是设计者在进行结构设计时，必须遵从的前提与依据。本文下面就对箱、梁、板以及框架几种结构加以分析。
（1）梁式转换结构（如图1）常用于垂直转换施工，它以上部墙到转换梁再到下部柱的途径传递受力，传递路径直接顺畅，便于进行受力计算以及工程分析，高度大致为0.8～6.0m，造价比较低。箱式结构（如图2）是在单项和双向的托梁配合的基础上，再与上层和下层楼板共同浇筑而成结构，具有较高的刚度。
（2）板式结构（如图3）应用于上层和下层之间的柱网过多错开，且不具有规则的结构布置，梁支托难以实施楼层转换，板的厚度约为 2.0～2.8m，需要能够满足抗剪与抗切的要求，且此种结构便于灵活布设，但是它具有较大的自重，需要耗费诸多材料。
（3）框架结构是以巨型柱或者竖向的筒体为大梁而构成的转换结构，具有较高的抗震性能，其下层的柱体结构布设，必须考虑实际拉应力的状况来选择适当的构件，且要在施工之前加设稳固的临时支撑结构，为目前转换层结构主要发展的趋势。
三、高层建筑中转换层结构的设计原则
高层建筑中转换层的存在，非常容易造成建筑物在竖向层面的刚度突变，而不利于建筑对震害进行抵抗，所以，设计人员必须充分考虑这一问题，做好对于转换层结构的布设，其布设的原则如下。
（1）尽量将竖向的构件适当的减少，以降低转换层的刚度突变频率，且尽量将转换层设置于较低的楼层位置，刚度应当适当控制于较小的范围。
（2）设计人员要充分考虑楼层的结构受力状况，根据其受力传递的途径，选择受力结构适当的形式作为其转换层主要结构，以保证设计人员对于结构的分析及质量的控制。
四、高层建筑中转换层结构设计优化策略
（1）设计人员在对转换层进行设计时，必须结合该建筑的具体设计方案，来选择适当的梁式、箱式或桁架、框架式的结构，以保证其转换层结构和建筑整体结构之间在设计方面的协调性，尽可能使质量中心贴近于刚度中心。比如，建筑的上层结构与下层结构在柱网错开幅度过大或全部错开时，应当选择梁式的转换层结构，以使上部轴网和下部轴网之间尽可能多的对齐。
（2）设计人员还要认真地做好对于落地构件的对称、均匀设计，并适当提高其强度等级与截面尺寸，以钢筋、混凝土材质为材料，保证转换层以下的抗侧力构件对于抗剪以及抗弯刚度需求的满足。同时，设计人员还要避免建筑竖向结构刚度的过大差异，保证上层与下层二者的转换层结构差值处于1 左右，并适当地将落地墙的厚度增加，并缩小洞口的尺寸，或将补偿剪力墙设置在结构中，以使建筑具有适当的空间刚度。
（3）设计人员应当通过根据梁跨中部位支座的正弯矩与负弯矩二者减弱的速度规律（前者快后者慢），将下部的钢筋设计为全部深进锚固结构的形式，可以取消弯筋设置，腰筋的直径要保持在 16 以上，配置间距控制于 200mm 以内。且，高层建筑的结构转换层不同于其它普通的薄壁杆件，它具有复杂的形状及受力状况，且需要承担相对集中的应力，因此，设计人员必须以整体计算作为基础，认真做好对于各部位构件的局部应力计算，并按照实际的应力分布状况，为转换层结构适当的配筋。
（4）设计人员还要尽量做好对于建筑的空间布设，高层建筑中的结构与设备的转换层一般位于同一楼层，若楼层高度为 2.9m，势必会造成楼层空间的浪费，若楼层高度小于 2.2m，又会造成建筑扭转刚度与侧移刚度二者的增加，所以，为了应对建筑竖向刚度的突变，设计者还要尽可能地避免其转换层的过高设置（一般位于 6 层以下），并且可以适当地将结构与设备的转换层分开设置，前者设置于2～3 层，而后者设置于 4～5 层。
（5）设计人员在设计转换层结构时，必须要使剪力墙某部分处于直接接地的布设状况，且框架支柱必须均匀疏密，剪力墙与支柱二者时间的距离适合控制于 12m 以内。同时，剪力墙应当优先选择大开间的布置形式，并适当地将下部结构的强度提升。在对转换大梁进行设计时，设计人员还要保证梁体在承受框架柱的应力的基础上，必须能够全面地承担短肢墙诱发的内力，为了达到这一目标，以加腋法为转换梁的两端进行处理，以提升其结构的抗剪力性能。
五、结语
转换层的结构作为当前高层建筑设计人员普遍面临的一项工作，直接决定着该建筑设计方案对于用户需求的满足程度，并且影响高层建筑的结构设计质量。因此，设计人员必须努力加强对于转换层结构相关问题的研究，充分把握其结构设计工作的要点，推动设计方案的优化。
参考文献：
[1]王春伟.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].黑龙江科技信息，2011（23）.
【关键词】 高层建筑 结构设计 转换层 问题
前言
随着高层建筑的快速发展，建筑物的功能相对以前的更加多样化。高层建筑的发展，使得人们可以在建筑的上部分设置住宅、旅店，而在中间部分设置办公楼，下部分则用于商店、餐馆、银行、会议中心等需要较大跨度的公共建筑空间。高层建筑的功能多样化，则要求其建筑结构需满足其形式的改变。转换层在高层建筑结构设计中的应用则油然而生，其主要是为了解决上、下结构形式变化中产生的各种力学问题，使得高层建筑上部分的结构力传递到下部分结构。
1. 高层建筑转换层结构设计在国内外工程的应用
国外一些经济发达国家的高层建筑己有较长的发展历史，高层建筑的数量也较多，高层建筑中部分采用钢筋混凝土结构对于一些建筑物功能复杂、建筑结构形式变化较多的建筑在一些结构层也设置转换结构。
近十年来，国内的高层建筑发展迅猛，转换结构在高层建筑中，特别是框支剪力墙结构中的应用越来越广。转换结构中多采用梁式转换结构，厚板式转换结构常用一些功能复杂，上、下结构特别复杂的高层建筑中，箱形转换结构在铁路工程中应用较多，一些高层建筑也选用析架式转换结构[1]。
2. 高层建筑转换层结构的功能及分类
2.1转换层的功能特点
从结构角度看，高层建筑的转换层结构的功能主要如下三点：
2.1.1实现上、下层结构形式的转换。这种转换层主要用于剪力墙结构和框架—剪力墙结构，将上部的剪力墙转换为下部的框架。
2.1.2实现了上、下层结构轴网的转换。转换层上下结构形式没有改变，但通过转换层，可实现下层柱的柱距扩大，形成大柱网，这种转换层则用于外框筒的下层以形成较大的入口。
2.1.3实现上下层结构形式和结构轴网同时转换。上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为下部框架结构的同时，下部柱网轴线与上部剪力墙的轴线错开，形成上下结构不对齐的布置。
2.2转换层的分类
从结构形式角度看，转换层主要有以下几种：
2.2.1梁式转换层。一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系，将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系，当需要纵横向同时转换时，则采用双向梁布置，梁式转换层的设计和施工均较为简单，传力较为明确，是目前应用最为广泛的转换型式[2]。
2.2.2箱式转换层。当转换梁截面过大时，设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定.为了使理论假设与实际相符，可在转换梁梁顶与梁底同时设一层楼板，形成一个箱形梁，箱形梁转换结构，一般宜遍布且宜沿建筑周边环通构成“箱子”，即箱式转换层。
2.2.3厚板式转换层。当上下柱网错位较多，难以用梁直接承托时，则需做成厚板，即板式转换层。厚板的厚度可根据柱网尺寸、上部结构荷载综合而定。板式转换层的优势在于，下部柱网受上部结构布局影响较小，可灵活布置。
2.2.4桁架式转换层。当高层建筑下部为大空间商场，上部为小空间客房或写字楼，且需设置管道设备层时，也可采用桁架式转换层。上部柱墙可通过桁架传至下部柱墙，而管道则可利用桁架间的空间穿行。采用析架转换结构时，一般宜跨满层布置，且上弦节点与上部密柱或墙肢形心宜对中[3]。
3. 高层建筑转换层结构设计时应注意的问题
3.1宜低位转换，尽量避免高位转换
设置结构转换层的高层建筑，其结构竖向刚度存在一定程度的突变，且转换层上下附近的刚度、变位和内力都会发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。所以，设置转换层应坚持转换层位置宜低不宜高的观点。尽量降低转换层的层位，尤其抗震结构匈十，宜避免高位转换，3层以下为宜，一般不超过6层。
3.2上下轴网力求部分对齐不错位
如果结构上部、下部的轴网全部错位，则转换层结构可能只得采用厚板式，厚板式转换层结构是所有转换层结构中缺点最多的一种形式。不仅受力不好，设计难度高，施工困难，而且极不经济。为避免采用厚板式转换层结构，尽可能采用梁板式或其他形式的转换层结构，其必要条件就是上下轴网部份对齐，轴网对齐的比例越高，转换层结构的设计就越简单容易，结构受力更明确，经济效果更好，这方面有赖于结构与建筑方案的密切配合和协调。
3.3框支柱、剪力墙的合理布置
设置结构转换层的高层建筑，不论采用何种结构体系，都必须保证部份剪力墙直接落地；转换层下面的框支柱的柱距疏密均匀，框支柱与剪力墙（通常是核心筒）的距离不宜太大（控制在12m以下）。转换层以上的剪力墙应采用大开间布置。强化下部，保证下部大空间结构有足够的刚度、强度、延性和抗震能力。转换层的平面须比轴规则，保证转换大梁的刚度和出平面外的稳定性。
3.4转换层上下层剪切刚度及转换层上下部结构等效刚度的控制
按有关规范规定，转换层上下层的剪切刚度比γ宜接近1，抗震设计时γ不宜大于2，为了将γ控制在1～2之间，可以采取多种措施；加大落地剪力墙厚度，尤是在下部框架结构适当部位另增设剪力墙，以增大转换层下层的剪力墙截面面积，转换层之上的剪力墙数量、厚度需严加控制；转换层下层须从减小转换层结构的截面高度着手尽量压缩其层高；转换层及转换层以下的硷强度取较高等级。
为了避免转换层附近的刚度突变，转换层下部的框架—剪力墙结构的等效刚度宜与同高度的上部剪力墙等效刚度相等。由于高层建筑是复杂的三维结构，其整体刚度，无法精确求得，只能通过结构位移大小来间接反映其刚度大小。故通常用由程序计算所得的楼层位移值间接表示楼层的等效刚度。
3.5结构整体计算外加局部应力分析
转换层的结构型式与普通杆件或薄壁杆件差别很大，形状复杂，内部应力集中，受力复杂。因此，设计中在整体计算控制的前提下，对转换层转换构件的分析需采取其它有限元分析程序作补充计算，最好直接选用以墙元或有限元分析为原理的计算程序进行设计，详细分析其各处的应力，按有限元计算结构进行配筋。
3.6转换层结构的构造与配筋要求
3.6.1短肢剪力墙的轴压比控制在0.6以内，框支柱轴压比也需满足规范要求。
3.6.2中心筒墙厚在转换层以下应加厚，一般比住宅底层厚增加100～150，硅强度等级宜提高5～10MPa。必要时在转换处增设部份剪力墙或在短形柱侧增加墙肢来补偿底层刚度。
3.6.3转换层楼板应加强，板厚≥180，双层双向配筋，配筋率≥0.25%，转换层上、下层的楼板亦应适当加强。
3.6.4转换梁须按规范对框支梁的构造要求进行设计和施工。
结束语
总之，带有转换层的高层建筑结构设计时，转换层的设计是结构设计的难点和重点，主要是因为其结构不同于其他形式结构体系转换。设计时应不断研究和比较，尽可能地作出最优化的技术设计方案，以实现高层建筑的安全、适用、稳定的建设目标。
参考文献：
[1] 莫雪辉. 高层建筑梁、板式转换层结构设计方法研究[J].科技创新导报，2008，（31）：44.
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
Abstract: for the high-rise buildings set convert layer, be reasonable choice conversion layers forms, in the structure is decorated, through to the main component in the design to strengthen, so as to increase the safety of the structure. This article from the conversion layers of the concept of structure, this paper introduces the main structures conversion layers and design principles, mainly discussed the conversion layers structure design in the problem that should notice.
Keywords: high building; Conversion layers; Structure design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
近年来,国内外高层建筑发展迅速,其建筑向着体型复杂,功能各样的综合性方向发展。较常见的形式：下部为大开问的商业场所，希望有较大的自由的灵活的空间，以便满足公共使用需求。上部为小开间的民用住宅，较多的墙体分隔空间，从而满足住宅户型的需要。为了满足建筑要求就必须在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层。于是带转换层的建筑结构孕育而生,并在近年来得到较为广泛的应用。
一、转换层结构的概念
建筑物楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部需采用不同结构类型，为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设计水平转换构件，即转换层结构。
二、转换层的主要结构形式
1.梁式转换层
梁式转换层的传力直接、明确，传力途径清楚。跨度较大且承托层数较多时，采用较大的截面高度为1. 6~4. 0 m。跨度较小及承托层数少时，采用0. 9~1. 4 m较小的截面高度。施工方便且构造简单，工作可靠，转换梁受力性能好，结构计算也相对容易。目前，在高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式是粱式转换。
2.桁架式转换层
桁架式转换层传力明确、传力途径清楚。其节间可采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构自重，同时抗侧力刚度比转换梁小，地震反应要比梁式转换的高层建筑小得多。但构造和施工复杂，且转换桁架使充分利用该转换层空间成为可能.，为开洞与设置管道具备了很大灵活性的位置和大小的条件。也从施工工程中得知，转换桁架其混凝土用量比、钢材的采用比转换梁节约成本些。
3,板式转换层
板式转换层传力不清楚，受力复杂，相邻上、下层受很大作用力。从抗剪和抗冲切角度考虑，容易在地震作用下反应强烈。一般板厚度有在2. 至2. 8 米区间，且结构计算困难。施工中，上部结构布置不便，造成混凝土用量大。也由于本身受力很大，增大了下部垂直构件的承载力设计要求，故板必须三向配筋。
三、转换层设计原则
1.转换层的竖向布置
转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置；也可根据建筑功能的要求，在楼层局部布置转换层，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作技术设备层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。对部分框支剪力墙高层建筑结构，其转换层的位置，7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施。
2.转换层的结构布置
研究得出，底部转换层位置越高，转换层上、下刚度突变越大，转换层上、下内力传递途径的突变就越加剧；此外，转换层位置越高，落地剪力墙或简体易出现受弯裂缝，从而使框支柱的内力增大，转换层上部附近的墙体易于破坏。总之，转换层位置越高对抗震越不利。
底部带转换层结构，转换层上部的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，因此，必须设置安全可靠的转换构件。按现有的工程经验和研究结果，转换构件可采用转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。由于转换厚板在地震区使用经验较少，可在非地震区和6度抗震设计时采用，对于大空间地下室，因周围有约束作用，地震反应小于地面以上的框支结构，故7，8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。
3.转换层的抗震设计
为保证设计的安全性，规定部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按高规规定提高一级采用，提高其抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架一核心简结构和为密柱框架的简中简结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大；8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。
四、转换层结构设计中应注意的问题
1.与建筑专业的相配合
为了满足建筑的需要，因此高层建筑转换层结构型式的选择必须与建筑相互配合。一是转换层结构型式的选择应与建筑外观相结合，如巨型框架、拱式转换等型式不仅具有良好的受力性能，而且能满足该类型建筑外观的要求；二是转换层结构必须服从于建筑功能的实现，实际工程中常常将设备层兼作转换层，此时转换层中要有足够的空间让设备管道通过，当洞口尺寸超出开孔梁允许范围时，宜用实腹或空腹桁架代替梁式转换。
2.宜低位转换,尽量避免高位转换
设置结构转换层的高层建筑属复杂的高层建筑,其结构竖向刚度存在一定程度的突变,且转换层上下附近的刚度、变位和内力都会发生突变,易形成薄弱层,对抗震不利。所以,设置转换层应坚持转换层位置宜低不宜高的观点。尽量降低转换层的层位,尤其抗震结构设计,宜避免高位转换,三层以下为宜,一般不超过六层。
3.上下轴网力求部分对齐不错位
如果结构上部、下部的轴网全部错位,则转换层结构可能只得采用厚板式,厚板式转换层结构是所有转换层结构中缺点最多的一种形式。不仅受力不好,设计难度高,施工困难,而且极不经济。为避免采用厚板式转换层结构,尽可能采用梁板式或其他形式的转换层结构,其必要条件就是上下轴网部分对齐,轴网对齐的比例越高,转换层结构的设计就越简单容易,结构受力更明确,经济效果更好,这方面有赖于结构与建筑方案的密切配合和协调。
4.框支柱、剪力墙的合理布置
设置结构转换层的高层建筑,不论采用何种结构体系,都必须保证部分剪力墙直接落地;转换层下面的框支柱的柱距疏密均匀,框支柱与剪力墙(通常是核心筒)的距离位不宜太大(控制在12m以下)。转换层以上的剪力墙应采用大开间布置。强化下部,保证下部大空间结构有足够的刚度、强度、延性和抗震能力。转换层的平面须比轴规则,保证转换大梁的刚度和出平面外的稳定性。
5.转换大梁的设置
由于短肢剪力墙与框架柱的对应关系,相应短肢墙下的转换梁实际仅承受了位于框架柱以外的短肢墙引起的内力,大部分内力已直接传给了框架柱,仅两端突出框架柱外的短肢墙引起的剪力相对较大。因此,须采取在转换梁两端加腋的办法,以抵抗其剪力,这样不仅达到结构设计要求,亦使转换层的有效空间得到保证。
6.转换层结构刚度的合理选择
在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。
五、结语
现代高层建筑经常是集吃、住、办公、娱乐、购物、停车为一体的综合建筑，转换层的普遍运用，在对转换层结构进行设计时须根据工程本身特点和验算中受力状态的不明确等因素，选择科学合理的设计方案，确保方案设计的全面性、科学性，减少施工的风险和难度。从而不但可节约建设投资、减少能源消耗、达到建筑面积的最高利用率，而且为人们提供更方便、省时的生活环境和工作条件，适应现代社会高效率、快节奏的生活。
参考文献：
[1] 沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．中国建筑工业出版社，2006.
[2] 吴秀水，王翠坤．建筑结构层刚度中心的计算[J]．建筑科学，2006.
【关键词】：高层建筑转换层结构设计剪压比
中图分类号：TU3 文献标识码： A
一． 前言
现代城市城市建设中，高层建筑已经逐步向造型新颖、构造复杂、功能多样的方向发展，建筑功能也沿着房屋的高度方向发生了变化，很多商住两用建筑，在布局上设置为旅馆、住宅两用功能，楼层中间还可以做为办公用房，下部布置成商店、餐馆或文化娱乐设施，这样不同用途的楼层就需要采取不同形式的结构，从建筑功能上来看，上部结构就需要小开间的轴线布置，用较多的墙体来满足旅馆与住宅的功能要求，中部室内空间却需要中等大小，这样为了满足功能需求，在柱网中布置一定数量的墙体，下部的室内空间大而灵活，柱网要求大，墙体少，满足公用设施类的特殊功能要求，这些要求跟结构的合理布置正好相反。这种竖向构件的不连续性与转换层结构体系的转变，容易使转换层附近的刚度与内力发生突变，本文对此种复杂高层的抗震设计的相关问题进行简单阐述：
二． 转换层的定义和功能
由于在高层建筑结构中，楼层受力下大上小，应该采取与此相适应的刚度要求，而逐渐减少上部墙体等的布置，辅以扩大柱网，这样一来，建筑功能空间要求跟结构布置就正好相反，因此，为了适应建筑功能的变化，我们通常在设计中，在结构转换的楼层设置一种水平转换构件，即转换层结构。高层商住楼中常用的一种结构体系是带转换层结构的多塔楼高层建筑，通过水平转换结构跟下部竖向杆件相连接，这样的高层建筑结构构成就称为带转换层的高层建筑结构，它主要实现以下功能：
1这种设计可以获得较大的内部自由空间，上下层结构类型转换层将上部的剪力墙转换为下部的框架，一般用于剪力墙和框架-剪力墙结构中。
2通过将建筑物的转换层改变成为框支剪力墙结构的同时，在下部的柱网与上部的剪力墙轴线错开，形成了一种在建筑物结构中上下柱网不对齐的布置。
3）通过建筑物的上下层结构柱网和轴线改变类达到转换层上下的结构形式，这样的转换层可以使下部的结构柱距扩大，进而形成大的柱网。这种形式常用于一般外框筒的下层形成较大的出入口。
三. 结构转换层类型分类
在高层建筑中的转换层设计分为以下几种类型：
（1）梁式转换层，即建筑物的上部剪力墙设计在框支梁上，再由结构的框支柱支撑框支梁的受力体系，在需要纵横向同时转换的设计施工时，常常采用双向梁布置，它的优点是传力直接、明确，结构中传力的途径清楚，受力性能好，而且整体的构造简单，施工方便，在设计时计算比较容易，是目前施工中应用实施最广泛的转换层结构形式。
（2）箱式转换层，当建筑物的转换梁截面过大时，一般情况设置一层楼板并不能够满足构造中平面内楼板的刚度要求无限大的假定条件。因此为了使理论假定和实际相符，设计中可以在建筑物中转换梁梁顶跟梁底同时设置一层楼板，以此形成一个箱形梁，即称为箱式转换层。其优点在于，转换梁的约束性比较强，刚度较大，整体构造的受力效果比较好，受外力时上下部传力比较均匀，还可以将其利用作为设备层实用，其缺点是施工过程复杂、造价比较高。
此外，建筑物转换层的形式还有厚板式转换层构造和桁架式转换层构造等，但大部分因为此构造方式受力复杂而且施工难度较大、并且经济效益不高所以实际应用相对少。
四．新型转换层结构特点
1 搭接柱式转换结构
搭接柱式转换结构是最近出现的一种新型的转换结构体系。这种转换结构在重力载荷作用下建筑物的安全度与可靠度，主要是取决于跟搭接块相连的楼盖梁板承载外力能力与轴向刚度的有效控制，如果楼盖梁板的承载能力与轴向刚度能得到控制和满足，重力载荷作用下的次内力与搭接柱变形就能够受到控制，建筑物整个搭接柱式转换结构就能够正常工作，与之相连楼盖梁板承载外力能力和轴向刚度的控制，通常是在结构重力载荷作用下能够正常工作的一项关键技术。
2 贯通落地筒体-框架结构工作特性
搭接柱转换构造基本能够保证对框架柱直接落地的整体结构的振动特性和在地震作用下的工作状态与贯通落地筒体-框架结构无异。建筑物的框架搭接柱转换本质上是弱化了结构框架的抗侧作用，进一步的强化了建筑物核心筒体的抗侧作用，所以核心筒体结构是整体结构最主要的抗侧力构件，能够很好地保证整体机构抗震承载能力不致突变。
3. 其他新型转换结构
（1）宽扁梁转换结构的优越性
宽扁梁转换层结构有利于降低建筑物转换层高度并方便建筑设备的使用，跟建筑功能的结合比较普通；转换梁结构相比有着非常好的优势，它还有利于减缓建筑施工中高位转换的刚度突变带来的建筑物转换层框支剪力、框支柱顶弯矩的突变增大及结构轴力突变而增大引起的应力集中，改善建筑物结构的抗震性能。
（2）斜撑转换结构的优越性
这种结构重力载荷下的传力路径明确，它以构件受压受拉的方式代替构件受剪承受重力载荷，使建筑物受力方式非常合理，斜撑转换结构的建筑物转换层与上下层的刚度比的变化幅度也相对很小，因此在水平地震力作用下，它能够很好的避免结构层间剪力与构造构件内力发生突变，有利于整体结构抗震。
五．带转换层的高层建筑结构设计原则
高层建筑中转换层的设计必须注意建筑物竖向刚度的突变，避免在地震作用时在结构转换层上下形成薄弱环节，降低建筑物结构抗震性能，因此在转换层结构设计中要遵循以下原则：
1 刚度比的设计，为了保证建筑物结构的竖向刚度不至于太大，有利结构的整体受力，防止设计时的结构沿竖向刚度的变化过于悬殊而形成受力薄弱层，结构的上下刚度比要≤2，尽量的接近1。
2. 减少需要转换的竖向构件，提高抗震性能。
3. 转换层结构竖向位置宜低不宜高，避免在转换层附近的刚度、内力与传力途径等发生突变时形成受力薄弱层，对抗震非常不利。
4. 设计中要合理分配转换层及其下部的构件中的内力，结构内梁高度一般情况应不小于梁的跨度的1/6,以保证转换层的刚度，满足转换梁和剪力墙柱在受外力时的受力性能要求。
5. 控制建筑物框支剪力墙和落地剪力墙两者的比例，在设计剪力墙需考虑抗震时，结构内横向的落地剪力墙的数目与横向墙的总数之比不能少于50%，在非抗震设计时不能少于30%。
6. 强化建筑物下部转换层的结构刚度，并弱化构造转换层主体上部的结构刚度，保证建筑物下部空间的整体结构能够有足够的刚度、延性、强度与足够的抗震能力，使刚度的均匀分布，保证构造的刚度中心和质量中心尽可能的重合，避免由于设计不合理两者偏心导致建筑物整体扭转。
7. 带转换层结构的设计计算要求全面、准确，采用有限元方法对结构构造进行局部的补充计算。
结论
带转换层结构的高层建筑受力非常复杂，随着结构的复杂化，在设计中应充分考虑传力体系的变化，按照规范要求，结合现场实际条件进行全面分析和优化设计，把建筑物的诸多因素考虑进去，在严格控制建筑物楼层等效刚度比以及楼层侧向刚度比的前提下，设计合理有效的结构构造措施，是有效解决复杂平面及建筑物体型转换的一种行之有效的方法。
参考文献：
[1]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S]
关键词：建筑层转换 结构设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、转换层结构的几种型式及其设计特点
目前高层建筑的发展趋势，既集吃、住、办公、娱乐、购物、停车等多功能为一体的综合型建筑。但由于空间功能的复杂化，使得建筑结构也随之变化。为了适应上部小空间下部大空间的功能需要，需在两种结构的交接部位设置过渡结构，也就是所谓的转换层。因高层建筑结构的多样性，也呈现多种形式：
1、转换层形式一：板式转换
整体来讲，板式转换的力学性能和经济指标均较差。当上下轴网变化但仍正交时，可采用正交主次转换梁的结构型式来实现转换。板式转换最大的优点是可以在转换层以上随意布置结构型式和轴网，特别适用于建筑物上下部轴网错位复杂甚至互不正交的情况。由于抗剪和抗冲切的需要，转换板厚一般在2M以上，这一方面造成转换层质量和刚度的突变，在地震作用时结构反应增大，转换层上下相邻层更成为结构薄弱层，不利于建筑物抗震;另一方面由于自重和地震作用的增加，下部竖向构件的荷载明显增大，设计难度大。
2、转换层形式二：梁式转换
实际工程中，转换层常兼作设备层，转换梁腹部要开设洞口以便设备管道的通过，因此转换梁的计算模型可根据开洞与否以及洞口的相对大小分别取为实腹梁、开孔梁、双梁和空腹桁架等。梁式转换具有传力路径清晰快捷，施工方便，构造简单，工作可靠等特点，转换梁的截面尺寸主要由其抗剪承载力决定，但可通过加腋或采用钢骨混凝土、预应力混凝土等方法来减小截面尺寸。在进行转换梁设计时，要特别注意对转换大梁与上部结构共同工作程度的分析。
3、转换层形式三：桁架转换
桁架分为空腹桁架与实腹桁架两种。桁架转换层与梁式转换相比，受力状态更明确，可使用空间更大，自重小，抗震性能好，但其节点设计难度大，“强斜腹杆、强节点”是桁架转换层设计的基本原则，而节点的受力状态复杂，容易发生剪切脆性破坏，造成计算配筋多，施工不便，限制了桁架转换的应用。
4、其它转换型式
其它转换型式包括：
(1)巨型框架它由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，具有良好的抗震性能，是目前国内建筑结构发展的一个重要方向。巨型框架要采用模拟施工过程的设计方法，在未形成巨型结构之前应合理地解决临时支撑和保证足够的抗侧刚度;巨型梁以下几层范围内的柱内存在拉应力，应按受拉构件进行设计。
(2)斜柱转换式可以较好地发挥混凝土的受压性能，形成更多更好利用的建筑空间。斜柱转换中会产生较大的水平荷载，在实际工程中可以结合建筑物的平面布置，通过加设圈梁或拉梁，使其以最短的路径相互平衡，转换斜柱尽可能通过较多的楼层，以减小其在上下楼层产生的水平力，使转换层设计更加方便。
二、高层建筑转换层结构的设计原则
转换层结构的概念：指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系，为了满足城市建筑功能的要求,那么结构必须以与常规方式相反进行布置，上部小空间，布置刚度大的剪力墙，下部大空间,布置刚度小的框架柱。转换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，所以在设计转换层结构时应遵循以下原则：
1、布置转换层上下主体竖向结构时,注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通,尤其框架核心筒结构中核心筒应上下贯通.
2、弱化上部，强化下部，抗震设计时应保证转换层上、下部主体结构的总剪切刚度比值满足下式：式中： 分别为转换层上部第I 楼层、下部第J 楼层的主体竖向结构总剪切刚度。
3、尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。
4、优化转换层结构。选择具有明确传力路径的转换层结构型式，以便于结构分析设计和保证施工质量。
5、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计算模型进行三维空间整体结构计算分析.必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算。
三、转换层结构设计中应注意的问题
1、与建筑专业的相配合
为了满足建筑的需要，因此高层建筑转换层结构型式的选择必须与建筑相互配合。
(1)转换层结构型式的选择应与建筑外观相结合，如巨型框架、拱式转换等型式不仅具有良好的受力性能，而且能满足该类型建筑外观的要求;
(2)转换层结构必须服从于建筑功能的实现，实际工程中常常将设备层兼作转换层，此时转换层中要有足够的空间让设备管道通过，当洞口尺寸超出开孔梁允许范围时，宜用实腹或空腹桁架代替梁式转换。
2、转换层结构刚度的合理选择
在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。
3、转换层下部主体结构的刚度分布
对于转换层结构来说：竖向刚度突变也是最复杂的问题，是不可避免的。为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足要求，抗震设计时，常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。
4、逆向转换
逆向转换是一种转换层类似倒置的常规转换层特殊的结构，故称为逆向转换层。斜柱转换和桁架转换传力路径明确，刚度较小，最适用于逆向转换层结构，在工程中可结合实际情况选用。当建筑物外观或使用功能要求柱网上疏下密时，下部柱网中由于各柱承受荷载的差异导致相互间的竖向压缩位移差，在下部结构的水平构件中产生较大的次应力。为了避免由此引起的结构问题，在柱网发生变化处必须设置转换层，以调整下部柱网中各柱的荷载趋于均匀。
四、注意事项
1、结构转换层型式多且各具特点，设计时应结合工程实际情况加以选用，对于复杂工程可采用多个方案综合比较和选用的方法。
2、注重转换层结构的概念设计，合理的结构平面和竖向布置可以从整体上形成良好的抗震体系，保证建筑物的安全性和经济性。
3、在框架,框架或短肢剪力墙,框架的正交主次转换梁式转换层设计中，应注意选择适当的转换梁刚度，减小由于转换次梁的支座沉降引起的次应力。
4、在加强转换层下部结构时，要避免由于刚度分布不均匀引起扭转或刚度过于集中而导致不安全。
五、结束语
高层建筑体现一个城市建设的基本特色，承载着城市发展过程的信息。为此，高层建筑的发展也是塑造城市新特色的重要条件。然而如何将现代的高层建筑更更好的与城市建筑中的各个因素相应的结合起来,有效地把建筑风格融合到城市的环境中去设计，是每个建设者需要考虑的问题。
参考文献
关键词：带转换层；高层建筑；结构设计
中图分类号： TU318文献标识码： A
一、概述
随着我国经济的飞跃发展，为了满足多用途、多功能及造型新颖的需要，建筑设计经常会构思出体型复杂，内部空间灵活多变的复杂高层建筑方案，其结构型式通常都是不规则的，有些甚至是非常不规则的，从而使结构抗震设计遇到了许多难点。多功能的高层建筑，往往需要将建筑物沿竖向划分为不同用途的区段，诸如底部为大空间的厅堂、商场、交通通道，上部用于酒店客房、住宅等。这些建筑的竖向承重结构构件往往不能上下连续，需要设置转换层，通过转换构件来实现上、下竖向构件的过渡。近十几年来带转换层的高层建筑结构由于其底部大空间，使用灵活方便，在国内得到了广泛应用。
建筑物某楼层的下部与上部因平面使用功能不同，采用不同的结构（设备）类型于该楼层上部与下部，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则将该楼层称为结构（设备）转换层。目前高层建筑多有上部住宅，低层商用的多功能要求。为此，上部住宅要求的多墙多柱的小空间分隔与低层商用要求的大空间之间便需要进行转换处理。其中空腹桁架、梁式转换层、箱形和板式转换层、斜杆桁架为转换处理常常采用的结构形式。
二、转换层的类型及特点
（一）、箱型转换层
该结构形式即双向托梁、单向托梁连接上下层较厚楼板共同工作，箱形转换层可以形成的刚度很大。转换层本身的优点是整体性很好，当转换层上部结构布置较复杂时，上下竖向构件有效的传力仍可以得到保证。但从建筑上来看，它会直接占用整个楼层的使用面积，通常使得该楼层只能作为设备层使用。同时，转换层内部的管线布置、设备布置与剪力墙往往会发生冲突。其缺点是造价高、自重大等；其内力作用从结构分析角度考虑，施工难度及结构设计都较大，因此很少应用在实际工程中。
（二）、梁式转换层
框支剪力墙结构体系一般运用于底部大空间中。当需要同时转换纵横两个方向时，则采用双向梁布置。梁式转换层的传力较为明确,施工和设计较为简单，是转换型式中目前应用最为广泛的。当上下轴线错位布置时，它的缺点在于,转换次梁需增设多个, 空间受力比较复杂，此时应对框支主梁进行应力分析。
（三）、桁架式转换层
由梁式结构转换层变化而来的这种结构形式，是由多榀钢筋混凝土桁架组成的结构，在转换层上下楼面的结构层内分别设桁架的上下弦杆，腹杆设在层间。由于桁架高度较高，所以下弦杆截面尺寸相对较小。桁架分为实腹桁架和空腹桁架两种，它可以是钢筋混凝土桁架，也可以是钢桁架，在钢筋混凝土高层结构中常用钢筋混凝土桁架。它的整体性与梁式转换层相比要好，而且自重较小、抗震性较好，受力性也更加明确，便于管道的安装与维护等，但在施工上较为复杂，在设计上表现为节点的设计难度较大。桁架转换层的基本设计原则是“强节点，强斜腹杆”，而节点容易发生剪切破坏，受力复杂，造成配筋过多。桁架转换式通常在3m 以上对其高度进行要求，否则很容易形成斜压杆件中超短柱，地震作用下容易产生脆性破坏。
（四）、厚板式转换层
板式转换层即是当上下柱网难以用梁直接承托，错位较多时，则需做成厚板。可根据上部结构荷载、柱网尺寸综合定出厚板的厚度。板式转换层的优势在于，上部结构布局对下部柱网的影响较小，可灵活布置。厚板式结构可以形成一个承台，刚度很大，施工较为便捷，而且整体性也较好。但在地震作用下，由于厚板自重很大，容易产生震害，且经济性较差，材料耗用多。
三、复杂高层建筑转换层的结构设计要点
（一）、部分框支剪力墙结构在地面以上设置转换层的位置
底部带转换层的大空间剪力墙结构的迅速发展，促使许多工程的转换层位置在地震区已较高，一般做到3～6层，甚至有位于7～10层的特殊工程转换层，中国建筑科学研究院针对框支剪力墙结构抗震性能，研究了转换层高度的影响。其研究得出，转换层位置较高时，在转换层附近更易使框支剪力墙结构的内力、刚度发生突变，容易形成薄弱层，转换层下部的框支结构及落地剪力墙很容易屈服和开裂，上部几层墙体在转换层附近易于破坏。因此，转换层的位置不宜太高。我国规范也做了相应规定：Ⅷ度时不宜超过 3层，Ⅶ度时不宜超过5层，Ⅵ度时可适当提高。由于转换层位置的升高，结构传力路径变得越复杂、内力变化较大，规定的剪力墙底部加强范围也随之增大，可取转换层加上转换层以上两层的高度或者房屋总高度的1/10两者的较大值。因此，在实际工程中转换层位置的选择应根据受力合理，经济可行的原则进行确定。
（二）、托柱形式转换梁截面设计
当上部结构用普通框架转换梁承托时，在常用截面尺寸范围内，和普通梁相比转换梁的受力基本相同，进行配筋计算可按普通梁截面设计方法；当上部用斜杆框架转换梁承托时，将承受轴向拉力于转换梁内，此时进行截面设计应按偏心受拉构件。此外，由于转换结构上层框架梁柱受力复杂且会出现应力集中，设计时应按相关规范予以加强。
（三）、托墙形式转换梁截面设计
实际工程中，托墙型式转换层结构的内力计算方法可以在整体空间分析程序计算的基础上，利用PKPM结构设计系列软件中的FEQ程序对框支剪力墙进行有限元分析及配筋设计。计算简图可近似取转换层以上的3～4层墙体和下部一层结构作为有限元的分析模型。下部一层的框支柱下端的约束条件可取为固接。
当转换梁承托的上部墙体满跨不开洞布置时，上部墙体与转换梁共同工作，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应力截面设计方法或深梁截面设计方法，且应沿全梁高适当分布配置计算纵向钢筋。由于上部墙体中拱效应的存在以及转换梁与上部墙共同发生弯曲变形使得转换梁处于整体弯曲变形的受拉翼缘，因此会在转换梁跨中存在较大范围的轴向拉力，故不宜弯起和截断底部纵向钢筋，应全部伸入支座。当转换梁承托开较多门窗洞且上部墙体满跨或剪力墙的长度较大但不满跨时，转换梁截面设计方法也宜采用应力截面设计方法或深梁截面设计方法，则沿梁下部适当配置分布纵向钢筋，且不宜弯起和截断底部纵向钢筋，应全部伸入支座。当转换梁承托的上部墙体为小墙肢时，进行配筋计算时可按普通梁的截面设计方法，在转换梁的底部纵向钢筋亦可按普通梁集中布置。
（四）、转换层楼板设计要点
以转换层为上下结构体系转换分界面的框支剪力墙结构中，竖向荷载和水平荷载在上下两部分引起的内力分布规律是不同的。在上部楼层，大体上按各片剪力墙的等效刚度比分配外荷载产生的水平力；而在下部楼层，由于落地剪力墙与框支柱间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载产生分配突变。完成上下部分剪力重分配的任务就由转换层楼板承担。由于自身平面内的剪力和弯矩在转换层楼板中是很大的，而且变形也很大，所以必须有足够的刚度为转换层楼板作保证。实际工程中，转换层楼板通常采用的厚度为200 mm，三级钢直径14间距100双层双向整板拉通配置，配筋率达到0.28%，满足规范要求。混凝土标号通常与转换墙柱的砼标号一致。
四、总结
通过工程实践，体会到在对带转换层的高层建筑结构进行分析设计时，其结构布置往往比较复杂。因此，应尽可能使其在平面布置上简单、规则、对称，并应尽量保证在平面、立面上刚度接近；还要注意框支梁、框支柱构件设计的特殊性。另外，由于转换层结构的工程量巨大以及复杂性，设计人员应重视对转换层结构的基本概念的把握，这样可以少走弯路；其次在设计过程中还要通过查阅数据, 反复比较调整，以得到最为合理的设计成果。
参考文献
[1]谢晓锋. 高层建筑转换层结构型式的应用现状及问题[J]. 广东土木与建筑,2004,02:9-11.
[2]沈荣飞. 复杂高层建筑结构的若干关键设计技术研究[D].同济大学,2007.
