摘要：高层建筑中，转换层设计是结构设计的一个难点，结合实际工程，笔者介绍了钢筋混凝土梁转换层的结构设计心得体会，主要包括结构选型、设计原则、构造措施、结构计算。
关键词：高层建筑、转换层、设计、措施
1工程概况
某大厦建筑高度为39m，地上部分共12层，地下室层高4.5m，一、二层为商业用房，层高4.5m，三至十三层为住宅；层高为3m。此工程为商住合一的高层建筑，由于不同的用途需要不同的空间组合形式，因此，首层除了主体中间部分(电梯闾、楼梯闾等公共部分)布置成落地剪力墙核心筒，其他部分均不能采用框架结构体系。因此，必须在二层顶采用结构转换的方法过渡为框架结构形式。
2梁式转换层特点
梁式转换层中的转换大梁一般很大，可以达到一两个楼层高，甚至更高。带有转换层的建筑结构及转换层大梁一般有如下特点：
(1)在荷载作用下，大梁与支承柱连结处应力高度集中，容易引起震害，在抗震方面常要进行专门的构造处理；
(2)转换层大梁要承受上部若干层传下的巨大荷载，或悬挂下部多层重力，使得大梁的内力很大，因此，竖向荷载成了控制大梁设计的主要因素之一；
(3)为了保证转换层有足够的强度和刚度，致使转换层不可避免地高而大，梁的截面尺寸大，多少会影响该层的使用空间，自重大，耗费材料多，造价昂贵；
3结构设计
3.1结构选型
结构转换层的类型很多，对于此工程来说，如果采用厚板转换存在以下问题：转换厚板的混凝土及钢材用量都很大，增加投资成本，并且施工难度大；受力情况复杂，计算过程繁琐。如果选用箱形转换，优点是结构整体性好，不管上部结构布置多么复杂，仍能保证上、下竖向构件的有效传力。但是从结构设计角度考虑，内力分析较为复杂，转换层设计的技术储备不足，难度相对较大，且施工难度也大。梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单，转换构件受力明确，经济合理性强。内部空间自由畅通，满足管线布置要求，在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口，容易满足建筑对功能的要求。
3.2设计原则
高层建筑中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，故转换层结构在设计时应遵循以下原则：
(1)为防止沿竖向刚度变化过于悬殊形成薄弱层，设计中应考虑使上、下层刚度比≤2，尽量接近l。这样才能保证结构竖向刚度的变化不至于太大，使上柱有良好的抗侧力性能，减少竖向刚度变化，有利于结构整体受力。上下层刚度比计算式如式l所示。
式中：Gi、Gi+l——第i、i+l层混凝土剪变模量；
Ai、Ai——第i、i+l层折算抗剪截面面积(A=Aw+0.12AC)；
AW——在所计算的方向上剪力墙的全部有效截面面积；
Ac——全部柱的截面面积；
hi、hi+l——第i、i+l层的层高。
(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)设计中应保证转换层有足够的刚度，一般应使梁高度不小于跨度的1/6，才能保证内力在转换层及其下部。构件中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性能，能较好地起到结构转换作用。
3.3构造措施
首先对整体结构进行概念设计，采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施：
(1)加强底部框支层的刚度和延性。根据转换层结构设计原则，转换层上下结构侧向刚度比值在抗震设计时不应大于2。为了减小上下层刚度比，底部两层核心筒及剪力墙厚度为300mm，3层以上为200mm；混凝土等级C40，3层以上C35~C25。由于核心筒位置较偏，北向刚度较大，因此在底部南边位置适当部位增设了短肢剪力墙，使刚心和质心尽量重合，也提高了底部刚度，使其满足刚度比限值。
(2)加强转换层楼板的刚度及延性，确保水平荷载的可靠传递，楼板厚度取为180mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为0.25％，加强了整体性。
(3)短肢剪力墙尽量布置在框支柱上，避免在框支柱间设置剪力墙，墙肢可以长一些，这样大幅度降低了转换大梁的弯矩，同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用L型、T型，避免使用一字型。
(4)为加强转换层的整体协调能力，在转换层楼面上周边及内部非门洞口的地方做一些矮墙，墙高伸至窗台底面。作为一种安全储备，在计算中未考虑该段墙。
3.4结构计算
对于高层结构的分析，合理选择计算软件非常重要，它直接影响结果的精度和可靠度。本工程选用以墙元模型模拟剪力墙的SATWE空间有限元软件。根据经验初步选定转换梁截面，用SATWE进行结构整体计算，得到转换梁所受设计剪力后，按照该值不大于0.15fcbh/0.85校核截面尺寸。对转换梁不仅有强度要求，也有刚度要求。本工程转换层的层高为4.45m，转换梁的最大跨度为6.5m，大梁截面尺寸为450mm×1400mm，400mm×1400mm，450mm×1100mm。梁宽度不小于上部墙体厚度(200mm)，梁高度大于梁跨度的i/6，均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸：700mm×900mm，900mm×900mm，850mm×850mm。
对于复杂高层建筑，需要考虑扭转耦联，计算中还要考虑模拟施工加载，计算发现梁一次加载在结构的大部分位置配筋均多于分层加载配筋。采用SATWE整体分析求出结构项点位移、层间相对位移、有效质量系数（见表1）。由于设置次梁转换，使结构处于复杂的空间受力状态，现有程序不能正确反映其受力，因此在整体分析的基础上，取其内力进行人工配筋校核。根据上部结构传递给转换层的荷载，用FEQ对转换层本身及其上下几层进行平面有限元分析，对于转换梁、框支柱在整体计算的基础上，采用平面有限元框支剪力墙计算软件FEQ进行局部有限元精确分析，并按应力校核配筋。对于短肢剪力墙的分析计算，可以参考相关文献，另外对于一些结构构件采取以下构造措施：
(1)框支梁的支座处及上部墙体开门洞附近剪力均较大，箍筋应加密配置；当洞口靠近梁端时，也可采用梁端加腋提高其抗剪承载力，并加密配箍。
(2)对于二次转换梁，集中荷载引起应力更加复杂，在相应梁端处增设加腋，作为抗剪的安全储备。如19轴线梁在c轴两侧各有一个二次转换梁，采用巨型加腋。
(3)框支层上剪力墙洞口上部的连梁，设计上要保证强剪弱弯，在连梁内充分配筋，配置交叉斜筋，保证梁内塑性绞的出现。
4结语
通过实例分析并结合设计原则，可以得到以下几点：
(1)设计梁式转换层的框支剪力墙结构时，一方面，应陔掌握相关理论，运用概念设计的方法，这是设计工作中解决原则问题的良好方法，在掌握概念设计的前提下，再用计算去验证概念设计，使设计质量进一步提高。另一方面，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。
(2)在进行结构分析时，要概念明确，思路清晰，利用适合梁式转换层结构分析的空间或平面有限元程序进行计算，工作量并不会很大，而且对某些结果再进行调整也可使其更为理想。
(3)对于有二次转换梁的转换层，转换次梁的设置不但减小了转换主梁的剪跨比，而且因荷载经多次转换传递，导致转换主梁在剪跨比较小区段较早出现剪切破坏，次梁正交部位截面应变分布复杂，梁端易出现裂缝，且转换主梁在水平荷载作用下易产生较大扭矩，因此应尽量避免二次转换，有主次梁的转换层结构还有待进一步深入研究。
总之，在带有梁式转换层的高层建筑设计中，转换层设计是结构设计的一个难点，更是不同形式结构体系转换的关键点，设计时应不断研究和进行方案比较，在可能的情况下做出较优的技术方案才能实现安全、适用、经济等综合目标。
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