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摘要：近年来，建筑功能布局朝着复杂及多样性的方向发展，同一建筑中，沿着房屋高度方向建筑功能的需求会发生变化，在此条件下，带转换层的结构相对于其它结构存在较大优势，因此其在高层及超高层建筑中的应用越来越广泛，如在建筑物中采用转换结构，则可以在同座高层结构内发挥出不同功能，满足各类人群对建筑功能多样化的需求，提高建筑结构的应用价值。但设置结构转换层会导致结构竖向布置不连续，使相关项目的结构设计更为繁琐及复杂。本文介绍了转换层常见的结构形式，并根据具体的建筑实例，阐述了常见转换结构类型及相关布置要求，对含转换层结构的受力特点及受力性能等进行浅析及探究。
关键词：转换层构造；抗震性能；优化对策
近些年，国内外高层工程发展快速，现代高层工程不断增加，建筑向着更为繁琐的形状及功能的整体趋势发展，其主要目的是为人群提供更为舒适及更为安全的生活空间及工作空间。在相同建筑中，顺房屋高度方位建筑功能一般会随着使用需要发生变化，即顶部楼层分布酒店、住宅，中间用作办公场合，而底部楼层用作商场、饭店以及文化娱乐场合。因各楼层用途差异，则需要采用合适的结构布置及结构形式。
1、转换层简介
转换层主要指将建筑物上部布置为小空间而下部布设大空间，为实现此种结构形式，就需要在转换楼层设置结构水平转换构件，即转换层，其涉及转换楼板及梁等水平转换结构构件和与其相关的下部框支柱与剪力墙等竖向受力构件，下图为常见转换层结构示意图。
转换层结构示意图
当前，将转换形式主要分成梁式转换、厚板转换以及桁架转换三种类型。
（1）梁式转换层。实际工程中梁式转换的应用多种多样，这种形式由于结构设计相对简单、梁式转换传力直接且明确，便于分析计算，属于高层建筑内比较常见的转换层种类之一。其主要受力机理是利用下部的转换大梁来承托上部结构，从转换功能上可分为托墙转换及托柱转换，而转换构件的材料可为钢筋混凝土、预应力混凝土及钢结构等，转换梁有与其承托的上部结构共同工作的特性。该种转换形式广泛应用于高层及超高层中需要设置转换层的结构中。
（2）厚板转换层。厚板转换能够更为灵活的实现建筑功能，真正体现出高层建筑的功能布局优势，它是将上部竖向结构构件直接支撑于厚板上，采用该种转换结构使上部塔楼的布设更为灵活，使建筑物在转换层上下的墙柱轴线不受限制，因而能合理的布置构件，改善结构的受力。
（3）桁架转换层。桁架转换形式是由梁式转换衍变而来，其受力状况与梁式转换类似，整个转换层由多榀桁架组成，桁架的上下弦杆分别设置在转换层的上下楼面的结构层内，层间设置腹杆。当需要支撑构件的中心线与上弦杆的轴线错位很小时，可选择桁架转变。桁架转变也包含很多形式，比如钢桁架、斜杆和空腹桁架等，有着较好的抗震能力，且可以较好地解决通风采光的问题，易满足建筑功能的要求。
此外，还有钢筋混凝土拱等其它结构转换形式。
2、含转换层的转换构件设计
2.1转换梁设计
就受力角度来讲，转换梁与普通的框架梁间存在本质差别。框架梁一般为压弯构件，即重点承担压力与弯矩。在工程结构上，框架梁的作用是承受次梁及楼板传来的荷载，并与框架柱成为有机整体，进而实现传导荷载。
转换梁的设计需要充分考虑与上部结构共同工作的程度，通常分为完全、部分和没有共同工作三种情况来分析，否则会造成梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况存在很大差异，这也让其受力情况与普通框架梁存在较大差异。例如某建筑转换层之上的住宅是24层，如采用转换梁，则转换梁承担很大的荷载，所以，要通过加大梁高与梁宽的途径，逐步提高其承载水平[1]。该建筑顶部的剪力墙支撑于转换梁上，在转换结构的周边有比较明显的应力集中情况，最大内力产生在支座部位。为此，该建筑在建立好梁式转换层之后，在构件错位位置分布好刚性杆，再调整相关参数，把相关楼层设为转换层，把相应的梁设定为转换梁，再利用相关软件（PKPM或者盈建科等）来计算就行。
2.2转换厚板设计
若上述建筑采取转换层厚板设计，则相较于梁式转换而言，存在较高的繁琐性。这是由两点因素决定的：第一，因为在有限元分析过程，砼楼板较砼梁更为繁琐；第二，厚板转换自身的受力不科学，传力途径较之梁式转换更为繁琐。为此，文章对转换厚板规划做三个方面的介绍。
（1）开展有限元分析，基于对仅测算自重、附加恒载和活载时的扰度参数，分析与判定模型的精准度。
（2）借助结构设计软件，复验厚板防冲切、剪切等现象。
（3）经展开创模分析，复验楼板最高的应力及应变值，判定其是否超出应力及极限变化。
3、受力特点分析
设置转换结构虽然满足了建筑功能布局要求，但是其在结构受力上的缺点也较为明显。主要为：
（1）竖向布置不连续，上部结构在竖向荷载作用下传力不连续，传递途径复杂且不合理。
（2）设置结构转换层后，易形成上部刚度大而下部相对上部柔弱的不利结构，在地震作用下易形成下部抗震承载力不足的薄弱层，在罕遇地震下可能存在倒塌隐患。
（3）转换构件要承受上部结构传递下来的荷载，跨度大，故其内力很大，挠度及裂缝宽度验算不容忽视，竖向荷载成为控制设计的一个重要因素。
（4）在转换层上下的一、二层范围内，水平力有突变，相关构件易产生应力集中。
4、转换梁受力性能优化策略
受剪承载力是控制转换梁截面尺寸的决定因素，由于转换梁很强，处理不好可能与框支柱形成“强梁弱柱”的现象，十分不利于结构抗震，且由于转换梁尺寸很大，其通风及采光均较差。因此，目前的发展趋势为优化转换梁的受力性能，当前较为多用的优化方式包括以下几种。
（1）斜撑转换的应用
选择合适部位设置斜腹杆，运用桁架结构中的三角形布置方式，在柱子之间完成转换，传力直接简单，弥补一般梁式转换传力不直接的缺点，且能缓解刚度突变的问题，还可防止一般梁式转换中集中荷载过大而在地震作用下的不良影响，对抗震性能较为有利，其作用类似拱传力的作用，将常规受弯受剪方式转变为受拉受压方式来承受荷载，传力途径清晰明确且合理，另外还可节约材料和空间。
（2）多道转换
从一道转换变为多道转换，即将一道转换梁承托上部全部楼层的荷载转变为设置多道转换梁而分别承担一部分楼层荷载，由原来的一托多改变为多托多，相对传统的转换梁而言其所承担的荷载明显降低且受力性能有了明显的改善。
（3）转换梁加腋
在转换梁的设计中，受剪承载力相对于截面尺寸而言是主控因素，即其为截面尺寸的决定因素。由于梁支座区域的剪力大，故增加支座区段的截面尺寸（即加腋）可提高支座区段的抗剪承载力。另外在设置加腋的同时还应考虑转换梁与上部剪力墙协同工作，转换梁承受的荷载由于协同工作而减小，但上部剪力墙由于协同工作承受的荷载反而会增加，因此还需对上部剪力墙进行相应的加强措施。
（4）钢骨混凝土的应用
当前随着现代建筑的高速发展，转换梁承托的层数越来越多，而多空间及层高的要求会越来越严，因此钢骨混凝土得以越来越多的应用，其相较于普通钢筋混凝土转换梁优势也较为明显，其一能减小转换梁的截面尺寸、增加楼层净高及使用面积，其二钢骨混凝土转换梁的延性明显优于普通钢筋混凝土转换梁，其三在施工阶段其能够承受自重和施工活荷载，减少支模时间及费用等，有力提升工期，降低造价。
5、整体结构抗震性能优化策略
综上所述，在设置结构转换层后，造成了结构竖向布置不连续、传力途径复杂、易形成下部抗震承载力不足的薄弱层等问题，结合相关规范条文及本人在工作中参与的结构设计类项目，总结以下抗震设计优化策略。
（1）调整结构平面布局
结构平面布局应做到尽量简单、规则、均匀及周边化。尽量使水平荷载的合力中心与结构刚心重合，尽量减小因结构扭转而造成的不良影响。另外落地剪力墙应周边化布置，这样可以同时增大结构的抗侧力刚度及抗扭刚度，增加结构的抗扭转能力。另外就是将转换层下部的承重结构尽量强化，而将上部结构尽量弱化，使上下部承重结构的侧刚不至于相差过大。
（2）尽量减少转换
布置转换层的上下部竖向结构构件时，应使尽可能多的竖向布置连续（即直接落地而不中断），特别重要的构件应连续贯通（如框架核心筒结构中的核心筒）。
（3）确保传力直接
布置转换层上下主体竖向构件时，应使转换构件传力简单明确且直接，避免多级转换，尽量不用传力繁琐复杂且不利于抗震的转换结构。
（4）优选转换形式
当受建筑功能限制必须进行高位转换时，应优选不致使考虑地震工况时转换柱柱顶弯矩及剪力过大的结构形式，如可采用斜腹杆桁架、空腹桁架等，且应满足重力荷载下承载力及变形的要求。
（5）结构计算需全面
在采用结构计算软件进行整体建模计算时，应符合结构实际的变形条件、边界条件及受力条件，在必要时可进行有限补充分析及计算，且整体计算模型需采用2种及以上的计算模型进行对比分析，同时还应进行弹性时程分析并宜进行弹塑性时程分析。
（6）构件计算需合规
各类结构构件及节点的承载力、变形计算必须符合实际受力要求，其结构抗震措施必须满足抗规及高规的相关要求。
6、结束语
总之，伴随现代化建筑领域的持续发展，含转换层高层工程会日益广泛，因此转换层结构的优化必会是一个趋势。由此，本文介绍了含转换层结构的设计、受力性能分析及优化策略浅析，为含转换层结构工程的设计提供了合理化的建议。
参考文献：
[1]韩珏，王林波，马倩倩.转换层位置对某梁式转换结构抗震性能影响[J].河南城建学院学报，2018，27（04）：55-61.
[2]饶力.剪力墙转换结构分析下建筑抗震性能研究[J].地震工程学报，2018，40（04）：671-677.
[3]李瑞生.建筑结构隔震对带转换层的框支剪力墙结构抗震性能的影响[D].合肥工业大学，2018.