关键词：高层；建筑结构；转换层；结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此，为满足建筑功能的要求，结构必须进行“反常规设计”，即将上部布置小空间，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计水平转换构件，即转换层结构。
一、转换层的结构受力特点
工程中经常遇到的带转换层的结构形式即为底层大空间剪力墙结构，即结构的部分剪力墙落地，部分剪力墙在底部变为框架，这种结构形式的受力特点是:
1、底层大空间剪力墙结构以转换层为界，其上部所有剪力墙变形曲线相似， 由水平外力产生的楼层剪力按各片剪力墙的等效刚度比例分配， 其下部由于框支剪力墙的侧向刚度急剧变小，使底层框架承担的水平力也迅速减小，而落地剪力墙在底层承担的水平力却迅速增加。
2、水平力在底层分配关系迅速改变，这种改变是通过转换层的刚性楼板对内力的传递作用而实现的。转换层楼板在完成上下楼层剪力重新分配的同时，自身在平面内受到很大的力，也产生了较明显的平面内变形， 从而影响了关于楼板平面刚度无限大的基本假定。
3、当底层框支柱和落地剪力墙按等效刚度分配水平力时，由于框支柱的侧向刚度通常不到剪力墙侧向刚度的1%，因此在计算中它所承担的水平力是极小的。但当转换层楼板有变形时，底层在框支柱区域内水平位移达到最大， 从而使框支柱实际受到的剪力要比理论分析所得到的剪力大得多。
以上受力特点表明，转换层上下附近的受力状况是比较复杂的，在工程设计时必须对落地剪力墙和框支柱留有安全储备。
二、高层建筑结构转换层的结构设计
1、转换层的结构布置
底部带转换层的建筑结构，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、析架、空腹析架、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 度，8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。
落地剪力墙和框支柱的布置对于防止转换层下部结构在地震中倒塌将起十分重要的作用。
高规规定了几条重要原则: 带转换层的筒体结构的内筒应全部上、下贯通落地并按刚度要求增加墙厚; 框支剪力墙结构要有足够的剪力墙上、下贯通落地并按刚度比要求增加墙厚; 长矩形平面的框支剪力墙结构，抗震设计时，其落地剪力墙的间距按原规程适当加严，比原规程增加了限制落地柱周围的楼板不应错层的规定。
这几点的原则是防止转换层下部结构破坏的基本要求，特别是对于抗震设计的结构，要求更加严格。遵守这些原则就可控制刚度突变，减少内力传递的突变程度缩短转换层上、下结构内力传递途径，保证转换层楼盖有足够的刚度以传递不同抗侧力结构之间的剪力，防止框支柱因楼盖错层发生破坏。
框支剪力墙转换梁上一层墙体内不宜设边门洞、中柱上方不宜设门洞。试验研究和计算分析说明，这些门洞使框支梁的剪力大幅度增加，边门洞小墙肢应力集中，很容易破坏。此外，落地剪力墙和筒体的洞口宜在墙体的中部，以便使落地剪力墙各墙肢受力( 剪力、弯矩、轴力) 比较均匀。
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. 83， 各层最大水平位移与层间位移比值不大于1. 4， 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、结构设计中的问题要点
（1）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的要求，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。这里由两个问题值得注意:①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；②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。
（2） 剪力墙的合理布置对上下刚度传递的影响。前面提到要使上下两种不同结构形式内力得以准确传递，首先要尽量避免转换层上下结构的刚度突变，这个问题可从两方面解决：①减少上部刚度，即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙，墙肢在满足轴压比的前提下尽量短;②加大下部刚度，在建筑使用功能允许的条件下，可在大空间层的适当部位设置若干落地剪力墙，同时注意落地剪力墒的布局应均匀、对称，避免过于集中。
（3）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。
综上所述，高层建筑转换层是建筑结构的关键部位，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方案相互配合，同时又尽可能的满足前面的所提到的事情。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。
参考文献：
[1] 章斌全.框支剪力墙转换层结构设计探索[J]. 工程建设与设计. 2003(02)
[2] 曾波，杜咏.南京市某高层商住楼框支剪力墙结构设计[J]. 建筑科学. 2000(05)
关键词：高层建筑基础设计；基础刚度；作用理论
中图分类号：TU97 文献标识码：A
一、概述
高层建筑的主要特征是层数多，高度大，重量大。由于建筑物高耸，不仅竖向荷载大而集中，而且风荷载和地震荷载引起的倾覆力矩成倍增长，因此要求基础和地基提供更高的竖直和水平承载力，同时使沉降和倾斜控制在允许的范围内，并保证建筑物在风荷载与地震荷载下具有足够的稳定性。这就对基础的设计和施工提出了更高、更严的要求。高层建筑基础工程的造价和施工工期在建筑总造价和总工期中所占的比例，与上部结构形式和层数、基础结构形式、桩型以及地质复杂程度和环境条件等因素有关。除了钢结构和直接建造在基岩上的浅基础以及岩层埋藏很浅的桩基础以外，就钢筋混凝土结构和一般地质条件而言，采用箱形基础或筏基的高层建筑，其基础工程（包括基坑支护和开挖施工）的费用约占建筑总造价的10%~20%，相应的施工工期约占建筑总工期的20%~25%；采用桩基的高层建筑，则上两项的比例分别约为20%~30%和30%~40%。因此，基础工程的设计和施工对高层建筑本身及其周围环境的至关重要，其造价与工期对高层建筑总造价与总工期有举足轻重的影响。
二、高层建筑基础的设计理论
高层建筑的上部结构具有很大的刚度，它和基础结构及地基三者实际上构成了一个共同作用的体系。然而长期以来，由于人们认识上的局限性以及计算手段的缺乏，在设计计算中往往人为地切割了各部分之间的联系，而把上部结构和基础结构作为两个独立的单元分别进行考虑，亦即首先把基础结构作为上部结构的固定支座，求得上部结构在荷载作用下的内力和基础结构固定处的反力，然后把该反力作用于弹性地基的基础上计算基础的内力。这种方法没有考虑上部结构与地基基础的共同作用，忽略了上部结构对基础的约束（亦即上部结构刚度的贡献）作用。它所导致的结果：一是基础弯矩和纵向弯曲过大，基础设计偏于保守；二是没有考虑基础实际存在的差异沉降对上部结构引起的次应力，在某些部位低估了上部结构的内力，从而使这些部位计算结果偏于不安全。
（一）上部结构的刚度对基础受力状况的影响
假设上部结构为绝对刚性，当地基变形时，各竖向构件只能均匀下沉；如忽略竖向构件端部的抗转动能力，则竖向构件支座可视为基础梁的不动铰支座，亦即基础梁犹如倒置的连续梁，不产生整体弯曲，却以基底分布反力为外荷载，产生局部弯曲。反之，假设上部结构为绝对柔性，对基础的变形毫无约束作用，于是基础梁在产生局部弯曲的同时，还经受很大的整体弯曲。于是，两种情况下基础梁的内力（例如弯矩）分布形式与大小产生很大的差别。实际结构物常介于上述两种情况，其整体刚度的考虑非常困难，只能依靠计算软件分析。在地基、基础和荷载条件不变的情况下，增加上部结构的刚度会减少基础的相对挠曲和内力，但同时导致上部结构自身内力增加，即是说，上部结构对减少基础内力的贡献是以在自身中产生不容忽视的次应力为代价的。还应注意的是上部结构的刚度贡献也并不是无限。
（二）基础刚度对基底反力分布的影响
绝对柔性基础当上部结构刚度可以忽略时，对荷载传递无扩散作用，如同荷载直接作用在地基上，反力分布p(x,y)则与荷载q(x，y)大小相等、方向相反。当荷载均匀时，基础呈盆形沉降；如欲使基础沉降均匀，则需使荷载从中部向两端逐渐增大，呈不均匀状。绝对刚性基础对荷载传递起着“架越作用”。由于基础为绝对刚性，迫使地基均匀沉降。由于土中塑性区的开展，反力将发生重分布。塑性区最先在边缘处出现，反力将减小，并向中部转移，形成马鞍形分布。理论分析与试验研究表明，基底反力的分布除与基础刚度密切相关外，还涉及到土的类别与变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性，以及基础的埋深和形状等多种因素。基底反力分布大致分为三种类型：1、如果基底面积足够大，有一定的埋深，荷载不大，地基尚处于线性变形阶段，则基底反力图多为马鞍形；如图（a)所示；当地基土比较坚硬时，反力最大值的位置更接近于边缘。2、砂土地基上的小型基础，埋深较浅或荷载较大，临近基础边缘的塑性区逐渐扩大，这部分地基土所卸除的荷载必然转移给基底中部的土体，导致中部基底反力增大，最后呈抛物线形，如图（b）所示。3、当荷载非常大，以致地基接近整体破坏时，反力更加向中部集中而呈钟形，如图（c）所示；当两端存在非常大的地面堆载或相邻建筑的影响时，也可能出现钟形的反力分布
（三）地基条件对基础受力状况的影响
基础受力状况（乃至上部结构的受力状况）还取决于地基土的压缩性（即软硬程度或刚度）及其分布的均匀性。当地基土不可压缩时（例如基础坐落在未风化的基岩上），基础结构不仅不产生整体弯曲，局部弯曲亦很小；上部结构也不会因不均匀沉降产生次应力。实践中最常遇到的情况却是地基土有一定的可压缩性，且分布不均，这样，基础弯矩分布就截然不同。基础与地基界面处往往显示出摩擦特征。由于土的强度有限，形成的摩擦力也有限，不会超过土的抗剪强度。孔隙水压力的变化，可能改变压缩过程中摩擦力的大小与分布。此外，外荷载的分布和性质、基础的相对柔度以及土的蠕变等涉及时间变化的效应等都会影响到界面条件。因此，应从完全光滑一直到完全粘着这两种极端情况之间来慎重估计界面摩擦的影响。
（四）上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法
上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结构和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。地基首先需确定采用何种地基模型：线弹性地基模型，非线弹性地基模型还是弹塑地基模型。然后建立地基的刚度矩阵。当然也可以采用有限单元法、有限差分法或解析法建立地基的刚度矩阵。但是习惯上用所谓的结构力学法来建立各种地基模型的柔度矩阵，然后求逆得到它们的刚度矩阵，与上部结构和基础的刚度矩阵耦合起来，从而求得地基反力和沉降。在共同作用分析中，可以根据实测结果把基础和上部结构的实际刚度进行共同作用分析，并考虑施工过程的影响，把结构荷载和刚度形成情况分别考虑来进行共同作用分析。
三、高层建筑基础设计中应用共同作用理论
应用上部结构、基础与地基共同作用的理论进行高层建筑的基础设计，能够比较真实地反映其实际工作状态，此外，还可以利用共同作用理论提高和改善高层建筑基础设计的水平和质量，取得更大的经济效果。具体来说，可从下面几方面入手：
（一）有效地利用上部结构的刚度，使基础的结构尺寸减小到最小程度。例如，把上部结构与基础作为一个整体来考虑，箱形基础高度可大为减小；当上部结构为剪力墙体系时，有可能将箱形改为筏基。应注意的是，上部结构的刚度是随着施工的进程逐步形成的，因此在利用上部结构刚度改善基础工作条件时，应模拟施工过程进行共同作用分析，以免造成基础结构的损坏。
（二）对建筑层数悬殊、结构形式各异的主楼与群房，可分别采用不同形式的基础，经慎重而仔细的共同作用分析比较，可使主、裙房的基础与上部结构全都连接成整体，实现建筑功能上的要求。
（三）运用共同作用的理论合理地设计地基和基础，达到减少基础内力与沉降、降低基础造价的目的。例如在一定的地质条件下，考虑桩间土的承载作用，得以加大桩径、减少桩数，合理布桩、减少基础内力，从而在整体上降低基础工程的造价。
四、高层建筑基础设计中应注意的问题
（一）保证荷载的可靠传递
基础结构应具有必要的强度和刚度，以保证将高层建筑上部结构作用于基础顶面的巨大竖向、水平向荷载与力矩，可靠地传给地基土或桩顶。
（二）参与变形协调，减少不均匀沉降
基础结构介于上部结构与地基土之间，其刚度大小及其在平面上的分布，对调整不均匀沉降、减少整体和局部挠曲至关重要。
例如：多、高层建筑中，当采用条形基础不能满足上部结构对地基承载力和变形的要求，或当建筑物要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时，可采用筏型基础。筏型基础的平面尺寸，在地基土比较均匀的条件下，基底平面形心宜与上部结构竖向永久荷载的重心重合。当不重合时，在荷载效应准永久组合下，宜通过调整基底面积使偏心距e符合下式要求：
e≤0.1W/A
式中W-与偏心距方向一致的基础底面边缘的抵抗矩；
A-基础底面积。
对低压缩性地基或端承桩基的基础，可适当放松上述偏心距的限制。按上式计算时，高层建筑的主楼和裙房可以分开考虑。
（三）内力分析中，应尽可能考虑基础结构与上部结构和地基土的共同作用
基础结构与上部结构和地基土三者之间的共同作用是客观存在的。当然，在实际工程设计中往往不可能都做到，特别是地基模型及其参数的选取，对共同作用的结果影响甚大；但在构造和配筋上反映对共同作用结果的考虑，是完全可能和必要的。
例如：在同一大面积整体筏型基础上建有多幢高层和低层建筑时，筒体下筏板厚度和配筋宜按上部结构、基础与地基土的共同作用的基础变形和基底反力计算确定。带裙房的高层建筑下的大面积整体筏型基础，其主楼下筏板的整体挠度值不应大于0.5‰，主楼与相邻的裙房柱的差异沉降不应大于1‰，裙房柱间的差异沉降不应大于2‰。
结语
综上所述，高层建筑的上部结构，基础及地基组成了一个共同作用的体系，在高层建筑基础设计中，要有效利用上部结构刚度，充分考虑地基条件对基础受力的影响，合理选择基础形式，运用共同作用的理论设计地基和基础，达到减少基础内力与沉降、降低基础造价的目的。
参考文献
[1]董建国，赵锡宏.高层建筑地基基础[M].上海：同济大学出版社，1997.9
[2]史佩栋，高大钊，钱力航.21世纪高层建筑基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.7
关键词：高层建筑；结构特点；基础结构设计
0.引言
高层建筑结构设计越来越成为高层建筑设计工作的难点与重点，给工程设计人员提出了更高的要求。在高层建筑结构设计中，基础设计极其重要，扎实、适用的基础，是确保高层建筑质量的关键所在。在进行高层建筑结构设计时，要结合当地情况，考虑好可能存在的一系列影响因素，把基础设计做好。本文就高层结构设计的特点、设计原则以及基础的结构设计中存在的几个问题进行探讨。
1.高层建筑结构设计特点
1.1水平荷载成为决定因素
首先，数据显示楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值仅与楼房高度的一次方成正比，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力与楼房高度的两次方成正比。因此，水平荷载对高层建筑稳定性的影响作用是很大的。
1.2轴向变形不可忽视
高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
1.3侧移成为控制指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（=qH4/8EI）。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：
（1）因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。（2）使居住人员感到不适或惊慌。（3）使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。（4）使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。A，结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。B，抗震设计要求更高。有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
2.高层建筑结构设计基本原则
高层建筑结构设计的基本原则是：注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措施。钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。在抗震设计中，应保证结构的整体性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。结构应满足下列基本要求：
（l）应具有必要的承载力、刚度和变形能力。（2）应避免因局部破坏而导致整个结构破坏。（3）对可能的薄弱部位要采取加强措施。（4）结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。
3.高层建筑结构的基础设计基本要求
基础是房屋结构的重要组成部分，房屋所受的各种荷载都要经过基础传至地基。由于高层建筑层数多、上部结构荷载很大，导致使其基础具有埋置深度大，材料用量多，施工周期长，工程造价高等特点。为此，高层建筑基础设计时应满足以下几方面的要求：
（1）高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量沉降戒倾斜，满足建筑物正常使用要求。还应注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高，确保施工安全。（2）基础设计应根据上部结构和地质状况进行，宜考虑地基、基础与上部结构相互作用的影响。需要降低地下水位的，应在施工时采取有效措施，避免因基坑降水而影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等正常使用和安全。同时还应注意降水的时间要求，以免停止降水后，水位过早上升，使建筑物发生上浮等问题。（3）高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。（4）高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。（5）在地震区，高层建筑宜避开对抗震不利的地段；当条件不允许避开不利地段时，应采取可靠措施，使建筑物在地震地不致由于地基失稳而破坏，或者产生过量下沉或倾斜。
4.基础的埋深问题
高层建筑的基础应该要有一定的埋深，埋置深度可以从室外地坪一直算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定，但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：
4.1提高地基承载力
当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。
4.2有利于高层建筑上部结构的整体稳定
高层建筑地下室外墙一般采用钢筋硷墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。
此外在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：（1）天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；（2）桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求及本规程第12.1.6条规定的前提下，基础埋深可不受本条第1、2两款的限制。当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。
5.结语
近些年来，我国的高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加。在高层建筑结构设计中，地基是大楼的基础，设计者应根据实际情况，作出合理的结构方案选择。并能根据具体情况进行具体分析采取适当的措施解决实际问题。才能不断地完善和发展高层建筑。
参考文献：
关键词：高层建筑；转换层；结构设计；思考
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
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。
1 高层建筑转换层结构的概念
由于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部楼层受力较小,正常的结构布置应是下部刚度大,墙体多、柱网密,到上部渐渐减少墙、柱的数量,以扩大柱网。这样,结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此,为满足建筑功能的要求,结构必须进行“反常规设计”,即将上部布置小空间,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计水平转换构件,即转换层结构。
2 转换层的主要结构形式
2.1 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，很多情况下混凝土用量可达到板式转换层混凝土用量的几倍。
2.2 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。
2.3 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。
3 转换层的设计原则
转换层结构在设计时，必须满足建筑物经济、质量、安全、搞震性要求的前提下考虑，选择具有明确传力路径的转换层结构型式，做到转换刚度宜小不宜大，减少竖向结构的转换构件，增加直接落地的竖向构件，从而增加搞震力度等。
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：
3.1 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.
3.2 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。
3.3 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。
3.4 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。
4 转换层结构设计中应注意的问题
4.1 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。
4.2 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。
4.3 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。
4.4 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。
4.5 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。
4.6 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。
5 结束语
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。对于高层建筑设置转换层，要合理选择转换层形式，在结构布置时，通过对主要构件在设计时进行加强，从而增加结构的安全性。
参考文献：
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[4] 梁炯丰.高层建筑转换层结构的概况和发展[J].山西建筑.2009，（05）.
关键词：高层建筑；转换层设计；施工；措施
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A
如今，高层建筑日益朝着综合性方向发展，高层建筑转换层结构应用越来越广泛，很多的高层建筑在整体结构上的布置越来越具有功能多样化的特点，不仅给人们提供了良好的生活条件，而且提供优越的工作环境。一般情况下，高层部分用作住宅，中间层用作办公楼层，下面层作为商业区域使用。这种类型结构的特点是竖向荷载作为结构设计的关键，转换结构设计的目标是把握好结构构件的挠度，而且转换层结构的施工量繁重且复杂，应该高度重视高层建筑转换层结构的施工过程。
一、 高层建筑转换层的内涵和结构特点
1.高层建筑转换层的内涵
高层建筑转换层结构在功能上要求上部布置小开间，这样就需要布置较多的墙体；中间层区域需要或大或小的空间，就需要在柱网中排列足够数量的墙体；下部楼层需要的是尽可能大的空间，所以柱网大，墙体布置的要尽量的少。因此，这种类型在布置上就要求上部的刚度大，下部的刚度小。
建筑功能和结构功能是转换层的两大功能。其中建筑功能包括：满足较大空间的需求；设置较大的出口。结构功能包括：将上层的剪力墙转换成下层的框架结构，实现大的空间结构，这是第一层转换层；上层和下层的结构形式不改变，变更上、下层的柱网和轴线，目的在于增大下部柱子之间的距离，使柱子形成一个网，这种类型的转换层经常用在外框筒下面构成一个入口，这是第二层转换层；上层剪力墙结构转换为框架结构的同时，柱子的网状结构的轴线与上层的轴线不是竖向连贯的，这就形成了上、下结构布置的错位，这是第三种转换层。
2.高层建筑转换层的结构特点
2.1 转换层结构控制的关键在于竖向荷载的管理。转换层构造的构件不但要承受上层结构传过来的竖向力，而且要承受下层结构的力，不断增大转换层结构的内力，因此控制竖向荷载成为设计的关键。
2.2转换层控制的目标是转换构件的挠度。经过转换的构架的挠度是上层结构构件挠度的很多倍，如此大的差距因此成为严格控制的目标。
2.3转换层施工以工程量大而复杂为特点
2.4与常规结构的分析和设计有所差别。设置转换层之后，在很大程度上破坏了刚度的均匀性，改变了力的传递方式。
二、 针对不同高层建筑转换层结构的设计方案
1.梁式转换层设计
梁式转换层形式的传力方式是由墙体传给梁、柱，力的传递方向清晰，有利于力的计算和工程的分析设计，节省造价。因此该结构是在实际的工程中最常见的形式，应用很广泛。转换梁的结构在转换梁的形式方向可以分为托墙和托柱两种。转换梁在承受上层普通框架时，转换梁要保持在规定的截面尺寸内，转换梁的受力情况和普通梁基本保持一致，此时可以按照普通梁的截面设计方案进行施工。转换梁在整垮上是否开洞，都承载上面墙体，并与之共同工作，其受力特点和破坏形式表示为深梁形式，此时就采用深梁的截面设计方案。当满跨不开洞时，纵向钢筋就要沿整个的梁高均匀布置，当满跨且开洞或者不满跨但剪力墙较长时，纵向钢筋要沿梁的下部均匀布置，转换梁此此时存在很大的内力，所以底部的纵向钢筋应该全部延伸到支座中，不应截断。
2.桁架式转换层设计
桁架式转换层形式的承重结构是由多个钢筋混凝土桁架构成，桁架的杆分别设置在上下楼层面的结构层内，每层之间又设置了腹杆。桁架有空腹和实腹两种，材质可以是钢的或者钢筋混凝土的，后者在实际的高层结构中是比较常用的。桁架式转换层形式的优点是受力清晰，自重相对较小，抗震性能强，管道安装和后期维护程序简单。但是这种形式施工的难度较大。桁架式转换层的设计以满足斜腹杆和节点的设计为要点，节点受力比较复杂，由于力的作用，容易发生剪力破坏的情况。此形式一般要求高度达到3m以上，否则斜压杆成为短柱，在高强度的作用下发生脆性破坏。
3.箱型转换层设计
如果转换梁截面积太大，那么布置的一层楼板不可以满足很大的平面内楼板刚度，所以为了满足实际情况，可以设置一个箱型梁，多数情况下要布满全层，这种类型的转换梁结构约束性强，整体刚度大，传力比较均匀，在实际的工程中应用较广泛。
4.厚板式转换层设计
厚板式主要用于上下柱网轴线很多的情况下，单一的梁不能作为承受体时，就要把梁做成厚板，形成厚板式转换层。这种结构的优点是刚度较大，结构布置方便，但自重大且耗材量大，受力和传力都不清楚，给钢筋的配置带来了麻烦，而且计算麻烦。
高层建筑的转换层在设计中应遵循以下原则：
4.1 在设计中要尽量减少竖向构件。贯穿落地的竖向构件越多，那么转换层设计就越来越少，而且这种结构可以很好的满足抗震的要求。
4.2转换层的设计中要求有足够的刚度。保证内力合理的分配，要求梁的高度大于等于跨度1/6，转换梁具有很好的受力能力，可以在结构中起到很好的转换功能。
4.3高层建筑的转换层的布置应该低一些。转换层布置较高时，框架剪力墙结构在每层容易发生刚度和内力的变化，这个部位形成薄弱部位，不利于抗震的要求。实际工程中必须要采用高布置时，设计中要综合弯曲、剪切和轴向的整体刚度，这样可以减少内力突变。
三、转换层施工技术要点
1.钢筋工程
施工过程中首先要熟悉图纸，保证钢筋的规格和插筋位置与设计一致，对关键部位还要做放大处理。钢筋的绑扎过程中工人要熟悉掌握操作顺序和方法，而且绑扎过程中要间断性的对钢筋数量、规格和位置进行审核检查，绑扎的搭接和锚固都要严格按照标准实施，钢筋绑扎完毕，更需要对钢筋的接头的稳固性进行检查。施工过程要严格按照图纸的规格，不能随意的替代，如需调整必须由有关部门批准方能实施。
2.模板工程
首先在选择模板上，要选择高质量的模板。其次，需要对模板的排列、支承、施工方法、拆卸顺序向施工人员交代清楚，对现场的模板做详细的检查，对不符合要求的模板不能采用。模板安装的控制轴线尺寸要按照图纸要求，安装过程不能扭曲、断裂，当跨度小于4米时，模板不需要起拱。最后，在浇筑混凝土之前，对模板的支持、扣件和预留的孔洞和预埋件进行仔细的核查。
3.混凝土工程
参与混凝土浇捣的生产队伍要严格实行岗位责任制，明确职责任务。对原材料的质量要严格要求，比如水泥、沙、石头、外掺剂等一定要达到设计要求。每个施工人员都要按照浇捣方法严格进行，操作工人要掌握技术要求和下料顺序和方法，认真执行。当使用商品混凝土时，对混凝土的质量更要严格把关，对于不合格的混凝土要立马退回，混凝土在浇筑时要保证浇筑的速度和振捣方法。混凝土浇捣时的下料高度要控制在400，下料的同时要连续浇捣，不能中止。最后要确保混凝土不产生裂缝，保护温差要控制在25度内，可以采取检测温度、保温措施、控制温度等措施。
四、结语
转换层作为高层建筑的重要施工部位，设计和施工的难度较大，而且要求严格。目前高层建筑转换层结构的设计理论和原则还不完整，需要业内人士的不断研究取得更专业的设计方案。在转换层的施工过程中，由于构件的复杂性和受力的多向性，使得对构件的支持系统要求很高，因此在施工过程中要严格对质量进行控制，采用针对性的措施方案解决构件的空间问题、施工组织设计等问题，设计好模板支撑体系，严格把关混凝土的浇捣，确保钢筋绑扎过程中的骨架稳定性，切实做好整个工程的质量监控，才能保证整个建筑主体的质量。
【参考文献】
[1] 王蕾.高层建筑转换层结构设计与施工研究[J].城市建设理论研究,2012,(36):57-58.
[2] 黄冰.高层商住楼转换层大梁支撑体系设计与施工[J].中外建筑,2011,(8):121-122.
关键词：转换层；高层建筑；梁式；竖向；抗震
中图分类号：TU208文献标识码： A
一、转换层的功能与设计原则
（一）转换层的功能
1、建筑功能
利用转换层结构可以为高层建筑提供宽阔的室内空间和出入口。
2、结构功能
高层建筑利用转换层可以实现上下部结构的转换，上部的剪力墙结构更适合于民用住宅结构，而下部框架结构由于可以具有较大的内部空间，更适宜商用。通过转换层将两者有效的融合为一体，确保了高层建筑结构的多样化。
3、轴线及上下层柱网转换
利用转换层进行结构设计时，在其不改变上下结构形式的情况下，可以通过对轴线及上下层柱网的改变，实现下部柱距的扩大，以大柱网的形式满足下部大空间的需求。
4、错位布置
在进行上下结构转换时，可以对上部结构和下部结构的轴线和柱网轴线进行错位布置。
（二）设计原则
高层建筑由于自身重量较大，所以对其稳定性和抗震性具有较高的要求，但在进行转换层设置时，极易导致竖向刚度突变的发生，从而导致高层建筑结构的抗震性能受到较大的影响，所以在进行转换层设计时需要遵循利用直接落地的竖向构件、宜低不宜高、宜小不宜大的诸多原则。即在进行转换层设置时，由于竖向构件会对刚度和结构的抗震性能带来突变，所以需要选择直接落地的竖向构件来进行设置；在进行转换层设置时，尽量选择高层建筑竖向位置较低的地方；同时为了确保所设置的转换层结构型式能够具有更明确的传力路径，所以需要对转换层结构进行优化，这样对于结构设计和施工都会有一定的益处；在转换时需要对刚度进行适度的控制，不宜过大，这样不仅有利于建筑物的安全性，而且也会带来较好的经济性。
二、结构转换层的类型及设计方法论述
高层建筑结构转换层可以分为四种类型：梁式转换层、厚板式转换层、箱式转换层和桁架式转换层。
（一）梁式转换层
特点：梁式转换层分为托柱形式转换梁截面设计和托墙形式转换梁截面设计，这两者是按功能不同来进行划分的。
1、托柱形式转换梁截面设计
当转换梁承接的是上部的普通框架时，可以按照普通的截面设计进行配筋计算，因为这时的转换梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一样的，但是，当转换梁承受的是上部斜杆框架时，就应该按偏心受拉构件进行截面尺寸设计，因为，此时的转换面承受的是轴向拉力。
2、托墙形式转换梁截面设计
在转换梁的施工过程中，力学问题是一个关键问题，必须要予以重视，当转换梁承受上部的墙体是小墙体时，要采取普通梁的截面设计方法进行配筋计算，且纵向的钢筋也可以放置在转换梁的底部，像普通梁那样布置就可以了；当转换梁承受的是上部墙体且满跨不开洞时，转换梁应采取的截面设计方法是深梁截面设计方法，它的受力特点和破坏形态表现为深梁，不过此时的转换梁跨中较大范围的内力较大，所以其纵向的钢筋就不应该弯曲或者截断了；当转换梁承托上部墙体满跨或者不满跨时，但是剪力墙长度比较大时，应该采取的转换梁设计方法是深梁截面设计方法。
（二）箱型转换结构
当转换梁的截面较大时，可以在转换梁的梁顶和梁底同时设置一层楼板，遍布全层，使得整个楼层都构成“箱子”形式，也因此被称为“箱型转换层。
箱型转换结构也是高层建筑设计中较为常用的一种结构形式，在设计过程中主要要注意支撑体系的合理设置，这是保证建筑施工质量的重要前提，主要特点有：层高大、自重大、混凝土强度高、结构受力比较复杂、墙柱模板支设困难等，主要优点是转换层本身的整体性非常好，但是，它也有其缺点，就是它直接占用了整个楼层的面积，使得这个楼层不能再有其他用途，只能当做设备层使用，还有一个缺点就是上面所提出的自重大、造价高，这也是在实际应用当中很少使用的原因。
（三）厚板式转换层
这种厚板厚梁式转换结构主要优点是布置灵活，整体性比较好，当上、下柱网线错开比较多很难用梁来承托时就需要采取这种形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根据上下的结构以及柱网尺寸而定，但是这种厚板式转换层的自重很大，地震作用大，耗费材料多，不仅耗费资金而且还容易发生震害，所以这种方法采用的也不是很多。
厚板式转换层可以采用T B SA 等的三维空间分析程序对整体进行内力分析，主要是转换板的不规则边界，这样一般会采用有效单元法进行内力分析，还可以采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算，还可以对板进行在竖向压力荷载作用下的受弯和局部压力等的计算。
（四）桁架式转换层
桁架可以分为两种，一种是空腹桁架，另一种是实腹桁架，这种桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转换而来的，与梁式转换层相比它的受力更加明确、整体性好、抗震能力强、框支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点，这是它主要的优点，但是缺点也比较明显，施工难度大，更加复杂、节点设计难度大。可以对其进行整体结构的内力分析，当高层建筑的下部为大商场时，需要的空间必须要大，上部则是居住办公等的小空间，这时就可以采用桁架式转换层，特别是在需要设置管道时，更要采取这种方式，一般采用桁架式转换层时应该满层进行布置，而且上弦节点要与上部密柱中心对齐。桁架式转换层的重量比较小，所以也减小了下部框架的承重负荷。
三、带转换层的高层建筑结构设计要点
（一）转换层结构布置
据相关研究已经显示，在底部的转换层中，如果其位置越高，它的上下高度的突变就会越大，转换层的上下内力的传递途径，其突变也会加剧，落地的剪力墙以及其他墙体就容易出现裂缝现象，框支柱内力加大，使得转换层的上部其附近的一些墙体就会被破坏。所以说，转换层的位置如果过于高，就会对抗震产生不利的影响。按照相关的研究结果显示，转换构件能够运用箱形结构、斜撑、厚板、转换大梁等形式，在地震区对于一些转换厚板的使用经验是比较少的，可以在一些非地震区采用，在一些大空间的地下室中，因为其周围有着约束的作用，而地震的反应也低于上部的框支结构，所以，在 7 度到 8 度地区的地震设计的一些地下室就能够采用这种厚板转换层。
（二）转换层竖向布置
转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能需要，沿着层高的建筑方向灵活布置，也可以符合建筑功能要求的基础上，能够在楼层的局部来设置转换层，而且自身的空间可以作为一种技术设备层，也可以作为一种正常的使用层，但是前提是要保证转换层的刚度，这样来防止刚度的过分悬殊。
（三）转换层抗震设计
为了进一步的保证设计的准确性与安全性，规定在一些框支剪力墙其转换层的位置如果是设置在第三层以上，那么框支柱以及剪力墙其底部的抗震等级要提高一级，如果已经是特一级就不再需要提高，而对于底部的框架来说，如果其为密柱框架，其抗震等级就不用再提高。转换层其构件在水平地震作用下的内力要将其调整，如果是八度的抗震设计，就要对竖向地震的影响需要考虑。
（四）转换层楼板设计
转换层将框支剪力墙分成上下两部分，对于这两者来说，其受力情况是有一定差距的，在上部的楼层中，因为外荷载而产生的水平力，有自己的分配原则，它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中，框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的，后者承担着水平剪力，也就是说，在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务，转换楼板其自身的变形大、受力大，应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。
参考文献
[1]李多龙. 高层建筑结构设计的基本流程分析[J]. 江西建材. 2013(06)
关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计
引言：
随着国民经济的增长，人们对高层建筑的功能要求趋向于多样化、综合化和全面化。较为常见的形式是，上部为小开间的民用住宅，下部为大开间的商场或公共娱乐场所。从建筑功能上看，高层建筑上部需要较多的墙体来分隔空间以满足住宅户型的需要；而下部则希望有尽可能大的自由灵活空间，大柱网、少墙体，以满足公共使用要求。然而，按照这样的建筑形式进行结构布置时，上部墙体多而密，下部柱网少而稀，即刚度上大下小。这与常规的结构竖向布置的原则正好是相反的。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。这里以一栋带转换层的高层建筑的结构设计为例。该工程为地下1层，地上18层。其中1层～3层为商场，4层～18层为住宅。转换层设在第4层楼面。建筑物总高61.12m。
1 转换层型式的类型及特点
转换层根据建筑功能的需要，可作为正常使用的楼层，但此时应有较大的层高作保证；在层高受限制或设备专业需要时，也可专门作为设备层。在结构型式上，转换层可分为以下几种类型：
1.1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。它是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。它的缺点在于，当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂，此时应对框支主梁进行应力分析。
1.2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。为了使理论假定与实际相符，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，一般宜遍布全层设置，且宜沿建筑周边环通构成箱子0，即箱式转换层。箱式转换层的优点在于，转换梁的约束强，刚度大，整体工作效果好，上下部传力较为均匀，并且建筑功能上还可将其作为设备层缺点是转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且造价较高。
1.3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。厚板刚度很大，形成一个承台，整体性较好，而且施工也较为便捷。但由于厚板自重很大，地震作用也大，容易产生震害。并且材料耗用多，经济性也较差。
1.4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。采用桁架转换结构时，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。桁架式转换层的框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换型式相对较小。但此法施工复杂程度较高，且对于轴线错位布置时难度较大。结合工程实际建筑布局情况，并考虑经济指标及施工难易程度，经过技术经济比较后，决定采用梁式转换层结构型式，也可称为框支剪力墙结构。
2 梁式转换层的结构设计要点
2.1结构抗震等级的确定
工程转换层以下为框架-剪力墙结构，转换层以上为纯剪力墙结构，是多种结构形式共存的复杂高层建筑，因而不能象单纯的框架结构或剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级，而应该严格按照现行规范的不同章节，有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。工程属/ 框支剪力墙0，高度61.12m，7度抗震设防，框支框架抗震等级为二级，剪力墙底部加强部位为二级。转换层及其以下各层的一般框架梁和框架柱及转换梁的抗震等级为二级。由于工程转换层设在建筑4层楼面即结构3层，已属于高位转换0，框支柱及落地剪力墙的抗震等级应提高一级。因此，框支柱应定为一级抗震，转换层以下落地剪力墙定为一级抗震。
2.2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显然有悖于此，因此文献对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于高位转换0。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.25。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）。这是增大底部刚度最有效的方法。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，并且南部还有一大片w形剪力墙也落至基础。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400mm，其余部分的厚度取为350mm。（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C40混凝土
2.3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0.83，各层最大水平位移与层间位移比值不大于1.4，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转换层结构构件设计
3.1框支柱框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配。底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加。
3.2框支梁框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其上墙厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。工程框支梁梁宽统一定为800mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备，二级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.4%。框支梁在满足计算要求下，箍筋配筋率不小于0.8%。
3.3转换层楼板框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计；实例分析
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
长沙市某商住大楼共30层，地下2层为停车库及设备房，地上28层，分A、B两栋塔楼，塔楼均为住宅，主楼主体高88m。由于建筑功能的要求，本工程结构采用底部大空间转换剪力墙结构，转换层在第5层顶面，属高位转换结构，地震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0．10g，拟建场地为Ⅱ类场地土。结构抗震等级：转换层下剪力墙一级，框支柱特一级，基础采用桩筏。为了满足建筑功能，结构必须处理好以下三个问题：
(1)转换层转换结构方式的选择；
(2)转换层楼层结构计算层高的确定；
(3)二级转换梁的处理。
2转换结构的选型
各种形式转换层的优缺点见下表：由于带转换层的高层建筑结构有其自身的结构弱点，因此(GB50011-2001)健筑抗震设计规范》和(JGJ3-2002)《钢筋混凝土高层建筑结构设计规程》都对其做了严格的规定，特别是对高位转换的结构做了更为严格的规定，由于总体结构竖向传力构件的不连续，造成结构上荷载不能传递给下部对应的结构构件，而是通过转换结构的内力重分配，再向下传递给下部结构的竖向构件，因此转换构件相当重要而且受力非常复杂，保证转换结构正常、可靠、有效地工作是结构设计的重点。结合本工程建筑方案的要求，经多方案比较，本工程采用梁式转换(因梁式转换的设计较其他转换而言受力明确，传力简洁，计算模型简单容易符合实际情况)，增加转换层厚度并双层双向配筋，以符合刚性楼板的假定。
转换层 优点 缺点
梁式转换 设计和施工均为简单，传力较为明确 当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂。
箱式转换层 转换梁的约束强、刚度大，整体工作效果好，上下部传力均较均匀，并且建筑功能上还可将其作为“设备层”。 转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且较价较高。
厚板式转换层 下部柱网受上部结构布局影响较小，可灵活布置，厚板刚度很大，形成一个承台，整体性较好，而且施工也较为便捷。 厚板自重很大，地震作用也大，容易产生震害。并且材料耗用多，经济性也较差。
桁架式转换层 框支柱柱顶弯距和剪力比其他几种转换型式相对较小。 施工复杂程度较高，且对于轴线错位布置时难度较大。
3结构计算与数据分析
3．1结构计算单元的确定
由于本工程主体分为A、B两栋塔楼，塔楼之间为商业用房，但与主楼之间设置了伸缩缝，因地下室墙体较多，地下室顶板(200mm)厚度较厚，整体刚度大。故将上部结构的计算嵌固点设在±0．000处，计算分成两个单塔模型。
3．2整体结构计算数据分析
由于本工程A、B两塔对称，仅对A塔进行计算(计算未考虑中间地下室相连)。计算时取27个振型，均考虑平动和耦连两种情况，A、B两塔涉及的内容基本一致，仅分析A塔的计算数据。由SATWE软件计算结果可得，结构基本周T1在(0．065～0．075)N(N为层数)之间，属合理范围，说明结构总刚度合适；剪重比在2%左右符合抗震规范5．2．5条要求，转换层上下刚度比小于1．3，符合高规要求，转换层过渡平稳，结构竖向布置及刚度变化相对合理，框支柱轴压比控制在0．55以内，角柱轴压比控制在0．50以内。第一扭转周期与第一平动周期比小于0．9，振型参与质量达到总质量的98%。
3．3动力时程分析
根据场地地质情况，地震所提供了6条可能出现的地震波，对其中较符合实际情况的两条和一组人工模拟地震波进行动力时程分析，弹性时程分析计算结果与振型分解反应谱法结果基本一致，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。
4转换层的构造设计
4．1加强转换结构的整体性和刚度
加强转换层及上下层楼板的厚度及配筋，转换层楼板厚度h=250mm，上下两层均取h=200mm。框支梁是转换层结构中最重要的受力构件之一，通过它将上部墙体的荷载传递给下部框之柱，其受力相当复杂。在本工程中存在“Z”型墙，要考虑上部墙体竖向力对框支梁产生的扭矩。
(1)将两片错开的墙体假定为在同一平面内进行平面有限元分析其内力，图形类似于大开口框支剪力墙；
(2)根据整体计算结果中上部墙体的竖向力手算框支梁的抗扭钢筋；
(3)将有限元计算结果与手算抗扭配筋叠加，由于梁宽比较大(这是由上部墙体的位置决定的)，计算抗扭钢筋为构造要求。其他转换梁上墙体进行有限元分析，其正截面配筋结果小于整体结构分析结果，在实际工程中偏安全地采用了整体结构，计算的结构进行转换大梁的截面和配筋设计。
转换层中柱的延性极为重要，为了提高柱的延性，采取了控制轴压比、配箍率、纵向配筋率以及混凝土强度等级等措施。转换梁柱配筋较多，特别是节点处配筋相交情况更为复杂，实际钢筋很难准确到位，在设计中尽量选用了大直径、高强度钢筋，以减少钢筋根数，配筋应有足够的余量。同时转换梁板在施工中需考虑支撑方案。支撑层所受的梁板荷载，施工荷载等应在设计中考虑，所以转换层以下梁板截面，配筋均应适当加强。
4．2构造要求
4．2．1框支柱
框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并应满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。工程框支柱抗震等级为特一级，轴压比不得大于0．6，对部分因截面尺寸较大而形成的“短柱”，不得大于0．55。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于 l0@100，全长加密，且配箍率不得小于1．5%。住工程中，个别框支柱还兼做剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于0．2的要求，折算成配箍率(C50混凝土)即为2．64%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及梓端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。
4．2．2框支粱
框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于上墙厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1∕6。工程框支梁梁宽统一定为800mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层简载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备，特一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0．6％。框支梁在满足计算要求下，配筋率不小于0．8%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中何轴力仔在，因而应配置足够数量的腰筋。胺筋采用 16，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内。框支梁受剪很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强。箍筋统‘采用 14@100八肢箍全长加密，配箍率达到1．53%，远大于相关文献对特一级抗震条件下框支梁的配箍率要求。
4．2．3转换层楼板
框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内分规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力人体上按各片剪墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚艘差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务；并由于转换层楼板自身平面内受力很大，而变形也很大，所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。转换层楼板采用C50混凝土，厚度180mm。 14@150钢筋双层双向整板拉通，配筋率达到0．28%。另外，为了协助转换层楼板完成剪力重分配，将该层以上两层及以下各层楼板也适当加强，均取厚度150mm。
5结语
综上所述，通过该建筑转换层结构设计的工程实践证实，必须认真做好概念设计并分析结构的薄弱环节，建立较为简洁可靠且符合实际的结构计算模型，注意框支梁框支柱配筋的特殊性。另外数据的输出量比较大，需要对计算结构进行分析、评判，适时地对结构布置进行修改、优化，才能得到正确的设计结果。
参考文献：
[1]徐培福.《复杂高层建筑结构设计[M]》．中国建筑工业出版社．
[2]JGJ3-2002，《高层建筑混凝土结构技术规程 [S] 》．
[3]张志豪．《论高层建筑工程中转换层结构设计的运用[J]》．建筑与规划设计．2008．121：38-39．
