1、高层建筑中转换层结构的现状和发展（ 黑龙江农垦勘测设计研究院 黑龙江哈尔滨 150090） 摘要：带转换层结构的高层建筑结构由于其能满足不同的功能要求因此备受亲赖。本文对转换层结构的基本概念及设计原则进行归纳和总结，总结目前对转换层结构的研究现状，及需要继续深入研究的问题，为以后的研究指明方向。 关键词：转换层结构；设计原则；现状；发展趋势 城市建筑随着人类社会生产力的发展、建造技术水平的不断提高和使用空间的日趋紧张，大型化、社会化、复杂化与现代化的高层建筑已成为城市社会系统的重要组成部分。有的建筑物上部可能需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体；中部需要中等大的室内空间；下部需要大的空间，要求
2、柱网大、墙体要少以满足建筑功能的要求。这就与结构受力的正常布置正好相反，为了满足建筑功能的要求，将上部布置小空间，下部布置大空间；上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设置结构转换层，在结构转换层布置转换构件。 1 转换层结构的设计原则 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，故采用转换层结构设计时应遵循以下原则： （1）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。 （2）转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜高。
3、（3）强化下部，弱化上部，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不大于 2。 （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。在满足建筑物安全和经济要求的前提下，转换层刚度宜小不宜大。 2 转换层结构在国内的研究现状 我国在 20 世纪 70 年代中期就开始对框支剪力墙结构进行研究，有理论研究、模型试验和现场实例。中国建筑科学研究院（以下简称建研院）等通过模型实验分析了底层框支剪力墙结构在竖向荷载下的受力性能。通过现场实测某工程，测定了转换梁及剪力墙内的应力分布，并且对该结构进行了有限元分析，从而提出了适合底层为双层框架、上部为实体
4、剪力墙结构的框支剪力墙结构在垂直荷载作用下，转换梁、剪力墙和框支柱的内力计算方法以及配筋计算方法。在研究框支剪力墙结构在垂直荷载作用下的受力性能的同时，建研院结构所、清华大学、北京市建筑设计院等单位进行了框支剪力墙结构在水平荷载作用下的受力性能分析，并进行了钢筋混凝土框支剪力墙结构在垂直荷载和水平荷载作用下的性能试验研究。 通过研究，人们一致认为梁式转换层这种结构形式受力明确，设计和施工相对简单，同时在转换梁受力较小部位可以开设合适的洞口，容易满足建筑功能和设备管线布置的要求，因此，在近些年的转换层结构设计中应用最为广泛。 3 转换层结构设计中应注意的问题 3.1 转换层下部主体结构的刚度分布
5、 对于转换层结构来说，竖向刚度突变是设计人员不可避免的、也是最复杂的问题。抗震设计时，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，常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件（主要是核心筒体）截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。这里有两个问题值得注意，一是筒体截面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所占的比重变得更大，筒体所承受的地震荷载呈现级数增大的趋势，此时作为抗震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视；二是在增设剪力墙来提高抗侧刚度时，要注意整体刚度的均匀分布，保证刚度中心与质量中心尽可能重合，避免由于两者偏心引起的建筑物整体扭转。 3
6、.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。这一点在正交主次转换梁结构中的转换次梁中表现最为突出，此时不仅转换次梁要选用合适的截面尺寸，还要保证转换主梁具有足够的刚度，以减小因转换主梁挠度引起转换次梁的支座沉降而导致上部结构构件产生的次应力。 3.
7、3 与建筑专业相配合 高层建筑转换层的设置通常是为了满足建筑的需要，因此其结构型式的选择必须与建筑相互配合，同时又尽可能符合前述的几个指标。首先，转换层结构型式的选择应与建筑外观相结合，如拱式转换、巨型框架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；其次，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问让设备管道通过，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。在一些平面特殊的（如圆形、正多边形等）高层建筑中，采用斜柱转换层可以得到更多的建筑使用空间，还具有传力明确的优点，经济性能好。 4 结构转换层的发展趋
8、势 转换层结构的发展趋势主要体现在以下几方面： 4.1 钢骨混凝土转换层的应用 由于建筑朝着高层和超高层形式发展，相应转换层结构中转换构件承托的层数也增多，同时，又由于建筑功能对层高及空间的种种要求和限制，这使得工程应用中钢骨混凝土材料的引入势在必行。钢骨混凝土梁不仅承载力高，刚度好，可大大减小截面尺寸，且塑性、耐久性，其抗震性能也优于钢筋混凝土梁。此外，钢骨混凝土梁在施工阶段其自身刚度好，定位准确，可减少支模，加快施工进度。 4.2 应力转换层的应用 采用预应力技术可带来许多结构和施工上的优点，如减小截面尺寸、控制裂缝和挠度，控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担等等。因此，预应力混凝土结构非常适
9、合于建造承重荷载的大跨度转换层，且自重轻，节省钢材和混凝土。随着我国预应力技术的发展，预应力材料及施工费用不断下降，即使用材料等强代换的概念从经济上来比较预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构，许多情况下后者并不比前者经济。 4.3 转换梁受力性能的改善 实际设计时，转换梁的截面尺寸通常是由它的抗剪承载力要求来确定的，截面尺寸往往较大，由于梁很强，处理不好有可能使转换梁与框支柱形成的框架出现强梁弱柱的现象，对结构的抗震不利，另一方面采用转换梁也多少会影响该层的使用空间；对外筒的转换，采用转换梁会对该层的通风、采光等不利，若开设洞口，则会产生明显的应力集中现象。因此，寻求新的转换结构形式和改善转换梁受力性能的有效措施有其必要性。 5 结语 转换层结构由于可以满足不同的使用功能因此近些年来发展比较迅速，不仅转换形式多种多样，在同一座建筑中还可以根据使用功能的不同实现多次转换。但转换层结构由于竖向抗侧力构件的不连续和转换层上下侧向刚度的不利突变使得结构的抗震性能比较差，因此在以后的研究中转换层结构抗震性能是一个重点。 参考文献： 1唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工M.北京：中国建筑工业出版社，2002. 2徐培福.复杂高层建筑结构设计M.北京：中国建筑工业出版社，2005.
