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摘要：近年来，高层建筑建设在城市中的发展势头日益强盛，人们对于高层建筑的功能要求也逐渐地趋于多样化，办公楼层、商店、居民区等混杂在统一栋楼上，这就为不同楼层的空间结构提出了不同的需求，设计人员必须为建筑加设转换层方能同时满足各部门使用群体的要求。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
1.转换层的功能与设计原则
1.1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。在转换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。
1.2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。
2.高层建筑转换层结构形式及特点
2.1粱式转换
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，其传力途径直接、明确，是由上部墙经转换梁传力给下部柱，完成整个建筑物的使用功能的。这种转换方式不仅有利于工程的计算、分析及设计，在成本造价上也较低，因此广为人们所应用，根据资料显示，其数量是转换层总量的77％。选择转换梁的截面高度通常为0.8~6m，在带转换层结构的高层建筑中主要以梁式转换层为主。
2.2箱式转换
这种转换方式是通过单向托粱和双向托粱与上、下层较厚的楼板浇筑为一个整体而实现的，这种转换层刚度较大。
2.3板式转换
板式转换层主要是应用在转换层上下柱网错开较多、布置没有次序、无法用梁进行承托的情况下，需将转换层做成2.0~2.8m厚度的转换板，这是从抗剪和抗冲切的角度考虑的。这种转换层的下层柱可灵活摆动，然而因自重较大，所费材料较多，拖工难度大。
2.4桁架转换
桁架主要包括空腹桁架与实腹桁架两类。与梁式转换层相比，这种转换层的受力更加清楚、明确，使用、活动空间更大，自重小，抗震性能也更高。然而其节点设计复杂，由于受到各种因素的限制，无法广泛运用于各类高层建筑中。
桁架转换层设计的基本原则是“强斜腹杆、强节点”，因节点受力错综复杂，出现剪切脆性破坏的情况较多，引起计算配筋多，为施工带来了一定的难度，从而应用受到限制。在使用桁架转换层设计时应时时注意一下几个方面：（1）设计桁架转换层时，高度要求在3m以上，若层高受到限制，无法达到要求，使得斜压腹杆形成超短柱，那么在地震发生时便有可能出现脆性破坏；（2）施工时，为了将桁架的受力优势充分发挥出来，应确保上弦节点与上部集中荷载的中心对齐；（3）施工时，注意将预应力施加在上下弦和斜拉腹杆中，可明显减少构件的截面，减少了材料用量，对降低整个工程的造价具有较大的作用。
2.5斜柱转换
这种转换层能够发挥混凝土可压缩性能的优势，为整个建筑扩大利用空间，其为比较特殊的一种结构形式。使用此类转换层，会增大水平荷载，因此为了克服这个缺点，以建筑物的平面布置为前提，在转换层施工中添加圈梁或拉梁，以最短的路径，达到相互平衡。施工时，应考虑斜柱转换层的荷载分担，只有将转换斜柱尽量连接在更多的楼层，而减少分布在上下楼层的荷载，才能保证此类转换层的安全及设计的方便。
2.6巨型框架转换
此类转换层具有比较好的前景，也是目前我国建筑业的发展方向。巨型框架转换具有较好的抗震性能，主要是由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，从结构上看，也是由多个梁式转换层组成。在施工前，通过模拟施工过程的设计方法，掌握在施工中遇见的问题，有效解决临时支撑情况及维持足够的抗侧刚度。
3.高层建筑转换层结构抗震设计以及上下刚度比
3.1高层建筑转换层结构抗震设计
在高层建筑抗震设计中，由于高位转换具体情况，从而对整个结构受力极为不利。根据相关计算结果表明：在水平性地震作用中，由于倾覆性力矩以转折形式在转换层呈现，下部以剪力墙结构呈现，落地剪力墙在倾覆力矩下递较快的同时，让倾覆力矩以转折的形式呈现。当整个高层建筑位置较高时，传力途径和剪力分配就会产生极大的变化，由于落地式剪力墙极容易出现裂缝，在上部墙体内力较大的过程中，下部支撑极容易屈服，进而出现薄弱层。为了保障整个工程设计的合理性、安全性，框支转换层设置必须在3层之上，剪力墙、框支柱抗震等级必须增强一级，除了特一级、外围密柱框架、核心筒结构不需提高。
目前，我国底部转换层在高层建筑转换层结构设计中已经广泛应用，但是仍然没有大地震考验；由于转换层上部结构不能贯通下部楼层，所以转换层通常为薄弱楼层，当框架剪力乘以1.25时，就可以增大系数。但是在这过程中，需要注意的是：楼层设计刚度满足设计要求时，该楼层仍然是薄弱层。对于转换层构件设计中，必须调整水平地震内力；对于8度的抗震设计，必须考虑地震作用影响，使用“动力时程”或者“反应谱”方法对其进行计算，或者将转换构件在重力荷载的标准下，让内力和增大系数的1.1相乘。另外，由于内力增大系数较高，对于处在第三层或者三层以上的转换层极为不利，同时内力幅度增大。针对这类特殊现象，高层建筑转换层作为受力极为复杂的，但是对抗震不利的结构，当防烈抗震度达到0.4g时，必须停止使用。在实际抗震设计中，根据高层建筑结构类型、防烈度、房屋高度以及构件类型，使用对应的抗震等级对其进行精细的计算，或者采用构造措施进行设计、处理。
3.2高层建筑转换层结构上下层刚度比
高层建筑结构转换层刚度比设计作为整个建筑结构设计的重要内容，为了避免安全隐患，必须认真对待。在转换层上下结构等效侧向刚度比计算中，必须综合各个构件弯曲、剪切以及轴向变形对整个结构侧移的影响。当高层建筑转换层设置在三层或者三层以上时，侧向刚度不能低于楼层侧向刚度的60%。为了避免转换层下部刚度过大、侧向刚度过小造成的不良影响，对于三层或者三层以上的转换层，必须将60%规定为工程下限值。
在外围柱距框筒结构以及内部框架结构中，必须保持上下剪切刚度始终不变。对于普通情况，由于下部截面较小，层高比上层高，所以很难满足施工要求。针对这种情况，必须使用钢管混凝土柱或者钢骨混凝土柱，有效调整延性、刚度以及截面面积，进而达到建筑工程要求。在这过程中，需要特别注意的是：转换层上下结构连接，当上部为钢骨混凝土时，必须钢骨混凝土柱及时锚入下部转换层。
4.结语
高层建筑的转换层是建筑结构中的关键部位，其结构型式的选择须配合建筑方案，还应考虑每座建筑各自的结构特点。此外，还要注意任一施工环节，在了解各构件特性的基础上，合理的扬长避短，从而保证高层建筑转换层的质量。
参考文献：
[1]张俊东.高层建筑结构转换层的结构设计[J].现代经济信息,2014(16).
[2]赵西安．高层建筑结构实用设计方法［M］．第3版．上海：同济大学出版社，2015．