发布时间：2023-08-04 17:18:32
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的高层建筑的结构设计样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
Abstract: this paper expounds the characteristics of the structure stress, the actual engineering for example, analyzed the conversion layers problems encountered in the design of structure, and the conversion layers structure design put forward some reasonable Suggestions.
Keywords: high building; Structure design; Conversion layers; explore
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
1 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。
2 工程概况及结构设计
某旧城改造回迁楼工程建筑面积63362m2 ,总建筑层数为地下1 层,地上26层。地下1层为车库及设备配套用房,地上1～2层为商铺,3层～26层为住宅,建筑物总高77.8m ,地下1层整体大地盘，上部结构划分为五个单元。由于功能和使用上的要求,地上1～2层需要大开间,柱距6.9m,8m,因而在结构布置上采用框支剪力墙结构,电梯间核心筒为落地剪力墙,其余为6.9m ,8m 间距的框架柱;3层以上结构形式采用剪力墙结构,为了保证上下层结构受力的准确传递,在3层设梁式结构转换层。
3 结构分析
1) 本工程属丙类建筑,抗震设防烈度为8 度(0. 2g) ,场地类别为Ⅲ类,设计地震分组为第一组,按50 年一遇基本风压值为0. 40kN/ m2 ,地面粗糙度为C 类。
2) 正常设计的高层建筑下部楼层侧向刚度宜大于上部楼层侧向刚度,否则变形会集中于刚度小的下部楼层形成薄弱层,为了防止这种薄弱层的出现，要求楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层的70 %或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 %。在本工程中转换层上一层剪力墙厚度为250 mm ,转换层及以下结构的剪力墙厚度加大为500 mm ,柱子截面尺寸取900 mm ×1300 mm ,1100 mm ×1300 mm 等。
3) 落地剪力墙抗剪能力验算。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》7. 2. 1122 有:
取受力较大的一段墙肢,墙长4m ,墙厚500 mm , V =6980.4kN ,M = 525.5 kN·m , N =22867.8 kN ,经验算满足抗剪要求。
4 结构设计中遇到的问题
4. 1 合理的剪力墙布置对转换层受力的影响
本工程的方案设计由外方承担,户型变换较多，在与中方建筑施工图设计配合中,为了提高建筑物的抗震性能，尽量避免了二级转换和宽扁梁转换,使结构受力更合理。同时，为了发挥转换梁与上部剪力墙的共同拱作用，我们尽量将剪力墙满跨或接近满跨，减少梁中支撑承托上部小墙肢的情况。优化后的转换层结构布置图如图1所示。
图1 转换层结构平面
4. 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,一方面减少上部刚度,即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙 ,另一方面加大下部刚度,在建筑使用功能允许的条件下,加大落地剪力墙以及框支柱截面,同时注意剪力墙的布局均匀、对称。本工程转换层同其上一层的侧向刚度比为X 向1.3左右 ,Y向1.1左右，结构受力较为合理经济。
4. 3 转换梁刚度对其自身内力、配筋及上部剪力墙内力的影响
由于转换层附近结构内力分布非常复杂,一般在实际工程中首先根据建筑设计要求估算确定剪力墙的布置,对转换梁的构件尺寸进行计算、试算、调整,有关资料表明,转换梁断面一般宜由剪压比控制,以避免脆性破坏和具有合适的含箍率,本工程框架抗震等级为一级,适宜的转换梁剪压比控制值应为0. 08 左右。转换梁剪压比:
式中: Vmax ———转换梁支座截面最大组合剪力设计值,kN ;
fc ———转换梁混凝土抗压设计强度,MPa ;
b ———转换梁截面的宽度,m;
h0 ———转换梁截面有效高度,m。
在初步计算时，根据工程经验，Vmax=（0.4～05）G，G为转换梁上全部重力荷载设计值。
经过计算比较,结合建筑层高要求，本工程转换梁断面取600mm ×1200mm以及700mm ×1200mm。
4.4 转换梁截面设计方法分析
转换梁截面设计方法主要有三种：1、普通梁截面计算，直接取用高层建筑结构计算分析程序（如PKPM）内力计算结果进行计算；2、偏心受拉构件截面计算，将转换梁进行有限元分析得出的应力转换成截面内力进行计算；3、深梁截面计算，转换梁与上部墙体组合成一倒T形深梁进行计算。
普通梁截面计算适用于转换梁承托上部普通框架柱或上部小墙肢，偏心受拉构件截面计算适用于转换梁承托上部斜杆框架，其余情况适合采用深梁截面计算方法。本工程转换梁承托小墙肢以及满跨或接近满跨墙体，故采取普通梁及深梁截面计算方法。普通梁截面计算方法直接读取PKPM计算结果，深梁计算方法则取转换层以上三层高度墙体与转换梁一起组成倒T深梁，对PKPM计算结果进行核算。
5 结语
关键词：高层建筑；结构；设计；
Abstract: With the rapid increase of China's national economic development and people's life. The owner and architect's innovative art of the reinforced concrete high-rise building development is widely used. Structure design of high-rise buildings put forward higher requirements for the engineering design, the face of such situation, should make the high-rise building structure design in the first place to study. Several problems in the structure design should pay attention to.
Key words: high-rise building; structure design;
中图分类号：TU2
高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量口渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
1高层建筑结构受力方面
对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。
对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加。竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：①较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；②侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。
与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。
2结构选型阶段
2.1结构的规则性问题。旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
2.2结构的超高问题。抗震规范与高规中。对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此。必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。
2.3嵌固端的设置问题。于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
2.4短肢剪力墙的设置问题。新规范中，对墙肢截面高厚比为5－8的墙定义为短肢剪力墙。且根据实验资料和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
3高层建筑结构设计方面的原则
3.1 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
3.2 选择合适的基础方案。础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。
3.3 合理选择构方案。合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。 3.4 正确分析计算结果。结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
3.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。
4 高层建筑结构设计的特点
4.1轴向变形不容忽视：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。
4.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑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。
4.3水平荷载成为决定因素：①高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑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构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；②某一定高度楼房，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。
5 高层建筑结构的相关问题分析
5.1 结构的超高问题。在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
5.2 短肢剪力墙的设置问题。在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
5.3 嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
5.4 结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
关键词：高层；建筑结构；设计
Abstract: With the development of high-rise buildings, people in high-rise building design requirements are also increasing. This paper firstly outlined high-rise building design principles, the proposed high-rise building structure design and several relevant problems.
Key words: high-rise building structure; design
中图分类号：TU973 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
一、高层建筑结构设计原则
1、选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2、选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
3、合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
4、正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
5、采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。
二、高层建筑结构设计相关问题分析
1、高层建筑结构受力性能。对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。
2、高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。
3、高层建筑结构设计中的侧移和振动周期
建筑结构的建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
(1)结构自振周期
高层建筑的自振周期(T 1)宜在下列范围内：
框架结构：T1=(0.1—0.15)N
框一剪、框筒结构：T1=(0.08-0.12)N
剪力墙、筒中筒结构：TI=(0.04—0.10)N
N为结构层数。
结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：
第二周期：T2=(1／3—1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5—1／7)T1。
(2)共振问题
当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。
(3)水平位移特征
水平位移满足高层规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外。不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型。框架结构的位移曲线应为剪切型t框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。
4、位移限值、剪重比及单位面积重度
(1)位移限值在结构整体计算的输出结果中，结构的侧移(包括层间位移和顶点位移)是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大(或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡)，以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。
(2)剪重比及单位面积重度结构的剪重比(也即水平地震剪力系数)λ=VEK／G是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标．其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，剪重比分别为0.012，0.024．0.040；扭转效应明显或基本周期
三、结束语
关键词：高层建筑；转换层；梁式转换层；结构设计
Abstract: setup of high-rise building conversion layers structure in order to meet the demand of large space, at the bottom of the part to the upper floor vertical component cannot directly through consecutive fall to the ground condition, at the same time, the internal force of upper structure is transferred to the beam transformation layer with a force directly, clearly, force transformation path clear, good mechanical performance, reliable operation, the advantages of simple structure, convenient construction. Overview in this paper, the transformation layer, the design principles of the conversion layer is analyzed, and the design method of beam type transition layer problems and correct design methods are studied.
Key words: high-rise buildings; The transformation layer; Beam transformation layer; The structure design.
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
转换层概述
建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求，在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。 转换层在建筑上具有提供大的室内空。间；为建筑物提供大的入口；在高层建筑中部提供大空间等功能
二、转换层设计原则
高层建筑中转挨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、减少转换
布置转换层时，当上下主体是竖向结构时，尤其对于有框架核心筒结构中核心筒的情况时，应该注意使尽可能多的上部竖向结构，并且能向下落地连续贯通。
2、传力直接
传力直接能够对整体结构有很好的转换作用，布置转换层上下主体竖向结构时，应该尽量避免多级复杂转换，这样使水平转换结构传力直接，而且慎重采用传力复杂、抗震不利的厚板转换，如上下柱网确实无法对齐时，尽量采用箱形转换。
3、优化转换结构
当建筑功能里面考虑到抗震设计，宜优先选择如斜腹杆桁架(包括斜撑)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(边柱)柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式。同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。
4、保证强度
设计中应当确保转换层有足够的刚度，一般应使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保证内力在转换层及其下部构建中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性质，能较好的祈祷结构转换作用。
5、对称布置
梁上转换层以上的墙和柱子应尽量对称布置，梁上立柱应尽量设在转换梁跨中，以免转换梁变形时，在梁上立柱的柱脚处产生较大转角，带动立柱柱脚产生较大变形，引起柱的弯曲及剪切，使立柱很大的内力而超筋。
三、转换层结构设计方法存在的问题
目前在多、高层建筑中，开发商多要求建筑物具有完备的建筑功能，建筑师在建筑设计中也往往首先想到采用结构转换层来完成上、下层建筑物功能的转换。但一些结构设计人员在实际进行转换层设计时显得无从下手，没有可操作、可遵循的设计思路、设计原则来进行结构设计。造成这种现象的主要原因是当前转换层设计没有相关的可遵循的设计准则，使设计人员难以进行结构选型、截面确定、计算模型确定、计算方法确定，计算结果应用以及配筋方法的实施等一系列结构设计步骤。这种现状与我国当前高层建筑的迅猛发展是不相适应的。转换结构层具有与一般结构层相比结构重量大、结构层刚度大、几何尺寸超大、受力复杂等特点。这样的尺寸和重量意味着转换结构组成了建筑物的主要构件。它们设计的是否合理、安全、经济对整个结构的安全性、结构造价、施工费用等有着重要影响。现有的转换层设计方法，主要是针对形式简单、受力相对简单的转换梁，对于受力复杂的转换梁还没有深入研究。即便是对于形式简单的转换梁，其受力性能也没有完全清楚，而往往是互相混淆，设计概念不明确，设计原则不准确。对于转换梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成转换梁截面超大、配筋偏多、配筋构造无法实现、施工困难等现象。
三、梁式转换层的结构设计方法
高层建筑转换结构一般可分为4种基本结构形式，即：梁式转换结构(包括托梁和双向梁格)、桁架转换结构(包括空腹桁架)、箱型转换结构、厚板转换结构。
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。
（一）梁式转换层结构的设计计算要点
（1）带转换层的高层结构是复杂的空间受力体系，必须将转换结构作为整体结构中的一个重要组成部分，应确定较能反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型，选取合适的三维空间分析软件进行整体结构计算分析。
（2）抗震计算中，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应少于15，且应使振型参与质量不小于总质量的90％。
（3）应采用弹性时称分析法进行补充计算；必要时宜采用弹塑形静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑形变形。
（4）8度抗震设计时转换构件还应考虑竖向地震的作用，可采用反映谱方法或动力时程分析方法计算；近似考虑，也可取构件重力荷载代表值的10%；
（5）转换层是薄弱楼层，不论其竖向侧向刚度是否满足规范要求，其地震剪力应乘以1．15的增大系数。特一级、一级、二级转换构件水平地震作用内力应分别乘以增大系数1.8，1.5，1.25。
（6）框支转换中，由于转换层以下的落地剪力墙刚度远大于框支柱，为提高剪力墙裂缝开展后框支柱的承载力安全度，应对框支柱的剪力作相应调整。．框支柱承受的最小地震剪力计算以框支柱的数目10根为分界，此规定对于结构的纵横两个方向是分别计算的。若框支柱与钢筋混凝土剪力墙相连成为剪力墙平面内方向统计时端柱计入框支柱的数目，沿剪力墙平面外方向统计时其端柱计人框支柱的数目。
（7）带转换层结构属于竖向不规则建筑，应特别重视转换层以及底部加强部位的加强，体现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强底层柱底”、“强底层墙底”等的一系列内力设计值调整系数均应按规范予以考虑，目的即是要重点加强以满足前述的设计概念的第二条要求。
（二）托柱形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算；当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。
（三）托墙形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸人支座。当转换梁承托上部墙体满跨且开较多门窗洞或不满跨但剪力墙的长度较大时，转换梁截面设计方法也宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布配置，且底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。转换梁的结构形式有很多种，目前高层建筑转换层结构的实际工程应用也很多。一般而言，高层建筑转换层结构的分析必须按施工模拟，使用各阶段及施工实际支撑情况分别进行计算，以反映结构内力和变形的真实情况。施工过程中的力学问题应引起设计人员和施工人员的高度重视。
结束语
梁式转换层能够使高层建筑在转换层上下的墙、柱轴线摆脱了构造上的限制，同时改善整体结构的受力情况，使整体布局更为合理，因而适用于结构复杂的高层建筑。实际工程中转换层的几何形状和受力情况是很复杂的，因此，结构的设计问题就显得十分重要，作为工程结构设计人员，要根据工程的实际情况，进行严格的设计，保证工程的质量与安全。
参考文献
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.
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
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熊进刚，吴晓莉，陈礼建，等.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J].工业建筑，2001，31(6):34-36.
【6】黄瑛.带转换层高层结构综合楼设计[J].铁道标准设计, 2005（08）.
关键词: 转换层高层建筑, 类型, 应力
Abstract: With the rapid economic development of society, the people to the requirements of the quality of the life more and more is also high, high building now has become an important for the development of modern city development strategy, because of its inherent business stay in amphibian's characteristic, the stress in the respect has special requirements, so need to convert layer to join, this paper brought conversion layers of the high-rise building structural design puts forward personal opinions and the solving methods.
Keywords: conversion layers high building, type, stress
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
一、带转换层的高层建筑结构设计要求
1.减少转换
高层建筑的一个主要特点就是高,所以其自身的重量比较大,导致高层建筑的下部的框架受力集中,容易引起应力变形。
因此,在布置转换层的上、下主体的竖向结构的时候,要注意尽可能多的使上部的竖向结构能够向下落地连续贯通,尤其是框架的核心筒结构中的核心筒应该上下贯通,这样可以减轻框架的受力。
2.传力直接
在布置转换层的上下主体的竖向结构的时候,要尽量使水平的转换结构直接传力,避免多级复杂的转换,慎重使用传力比较复杂、对抗震不利的平厚板的转换形式,如果上、下柱网实在没有办法对齐的话,可以采用箱形的转换形式。
3.弱化上部、强化下部
针对带转换层的剪力墙结构或者筒体结构,可以采取下面措施来强化下部结构:加大筒体以及落地墙的厚度、提高混凝土的强度等级、必要的时候可以在房屋的周边增加设计部分的剪力墙、壁式框架或者楼梯间的筒体、提高抗震的能力。还可以采取在不落地的剪力墙上开洞、开口或者减小墙体厚度等措施来弱化上部。
4.优化转换结构
在进行抗震设计的时候,由于建筑功能的要求,如果不得不进行高位转换的时候,应该优先选择不易引起地震作用的下框支柱柱顶弯矩比较大、柱剪力比较大的结构形式。例如:斜腹杆桁架、空腹桁架以及扁梁等,同时还要注意满足在重力荷载作用下的强度以及刚度的要求。
二、转换层的作用
1.转换上、下层的结构类型
在高层建筑中,因为其特殊的功能要求,所以上面部分是剪力墙结构,而下面部分则是框架结构,所以转换层的一个主要的作用就是对这两种结构进行转换,这样才可以使下部获得比较大的自由使用空间。
2.改变上、下层结构的轴线和柱网
现代的高层建筑通常是商住两用的模式,所以三层以下作为商用部分,需要空间大,墙体少,还需要有比较大的出入口,那么在转换层上、下的结构形式没有改变的情况下,就需要通过转换层来使建筑的下面部分结构的柱距变大,形成比较大的柱网,这样才可以形成比较大的出入口,以满足商业需要。
3.转换上、下层的结构类型和柱网
高层建筑的上部的剪力墙结构可以通过转换层来改变成框支剪力墙的结构,同时,下部的柱网和上部的剪力墙的轴线相互错开,可以形成上、下柱网不对齐的布置形式。
三、高层建筑转换层的类型和结构设计
1．梁式转换层的结构设计
(1)结构特点
梁式转换层的结构设计的传力途径是采用墙(柱)转换梁柱(墙)的形式,所以其特点是:传力明确、直接、便于工程的计算、分析和设计,而且造价比较节省。所以,这种结构形式是目前在高层建筑中使用最广泛的一种。
(2)设计方法
第一,托柱形式转换的梁截面设计
当转换梁承托上部的普通框架的时候,在转换梁常用的截面尺寸的范围内,转换梁在受力上基本和普通梁一样,可以按照普通梁的截面设计方法进行计算;如果转换梁承托的上部是斜杆框架,转换梁就会承受轴向的拉力,这时候应该按照偏心受拉构件来进行截面设计。
第二,托墙形式的转换梁的截面设计
如果转换梁承托的上部墙体满跨而且不开洞的话,转换梁和上部墙体就会共同工作,它的受力特征和破坏形态表现为深梁,这时转换梁的截面设计方法最好采用深梁的截面设计方法或者应力截面的设计方法,而且计算出的纵向钢筋应该沿着全梁高来适当的分布配置。
2.桁架式转换的结构设计
(1)结构特点
桁架式转换结构形式是根据梁式结构转换层演变而来的,其结构特点是:整个转换层的承重结构是由多榀钢筋混凝土桁架组成,而桁架的上、下弦杆分别设置在转换层的上、下楼面的结构层内部,楼层之间设有腹杆。因为桁架高度比较高,所以其下弦杆的截面尺寸比较小。
(2)设计方法
桁架式的转换结构在进行整体结构的内力分析上可以采用ANSYS和TAT,除了应该满足结构整体的位移、抗倾覆、变形、周期等要求之外,还应该满足(JGJ3—2002)《高层建筑混凝土结构技术规程》中的附录E中的关于转换层上、下结构侧向刚度比的要求。
和其他结构形式相比较,桁架转换层在受力上更合理,在转换层的位置受到的弯矩和剪力都比较小,这对构件截面尺寸的控制非常有利,不会造成比较大的刚度集中。在地震的作用下,也不会造成应力的集中,抗震效果比较好。
3.厚板厚梁式转换结构的设计
(1)结构特点
当建筑结构的上、下柱网的轴线错开的比较多,很难用梁直接承托的时候,则需要做成厚板,形成一个比较厚的承台来进行转换。板式转换层的特点是下柱网的布置灵活、不需要和下层结构对齐。其主要缺点是:自重比较大,材料耗用比较多。
厚板厚梁式的转换层的刚度特别大,一方面给建筑上部的结构布置带来方便,另一方面也使板的传力不明确,所以受力也比较模糊,结构在计算方面相对比较困难,采用有限元计算的时候计算结果非常繁杂,这给配筋的设计带来很多不便。此外,从受力的角度来看,经常需要在柱和柱、柱和墙之间加强配筋。从造价角度来看,很不经济。
(2)设计方法
带有厚板转换层的高层建筑可以采用三维空间的分析程序,例如TBSA,SATWE,TAT等,来进行整体结构的内力分析。
四、案例分析:运用全生命期工程计价方法评价建筑节能的合理性
现针对郑州市某外墙外保温体系,以传热学理论和工程经济学理论为基础,紧密结合工程实际,对聚苯板外墙外保温体系进行实际测算和理论分析。
1.案例概况
某置业有限公司开发的住宅项目小区,已建工程,工程总投资1.2亿元,建筑面积100000m2,其中多层住宅楼总造价4500万元,外墙外保温总造价25万元,外墙面积31137m2,外墙外保温做法采用聚苯板外墙外保温体系。
2.运用工程经济学理论进行实际测算
(1)该案例中外墙采用240厚砖混结构,造价为57.6元/m2,外墙外保温体系造价为87元/m2。
3.理论分析
通过对外墙外保温体系寿命期内节能效益的实际测算,得出ΔLCC=165.4元/ ㎡> 0寿命期内节约的能源成本远大于追加的保温层初始成本87元/㎡,证明外墙外保温体系节能技术是切实可行的。
通过这一工程实例,可以看出,在全生命期内,节能建筑的工程造价不仅没有增加,反而节约了一大笔运行成本,有力地说明了节能建筑的合理性。
五、结束语
随着科技的不断发展和实践经验的积累,相信会有更多先进、成熟的节能技术应用于节能建筑,合理进行工程项目全生命期造价成本分析,将有效促进建筑节能新技术的推广,加速转化理论研究成果,进一步加快我国现代化建设的步伐。
参考文献
[1] 王恩茂,刘晓君．节能建筑的经济问题研究[J]．建筑经济,2005,(12):77～ 79.
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能效[J]．建筑科学,2007,23(6):28～31.[3] 马光红,胡浩,王万力．绿色建筑开发与综合评价运行机制研究[J]．建筑经济,2007, (3):36～ 38.
【关键词】高层建筑结构设计；抗震设计；安装
高层建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称。 “建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形简单;抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀;平面布置基本对称
1 高层建筑结构设计
1.1 高层建筑结构设计的概念及内容：
结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。
1.2 高层建筑结构设计的阶段：
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为：
1.2.1 荷载的计算。荷载包括外部荷载和内部荷载，上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。
1.2.2 构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。
1.2.3 内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力、拉力等等。四：构件的校核。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。
2 高层建筑结构设计的基本要求
2.1 结构的规则性
2.1.1 不应采用严重不规则的结构体系。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，应采用规则的设计方案，应符合下列要求：
（1）具有必要的承载能力、刚度和变形能力；
（2）避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和抗地震作用的能力；
（3）对可能出现的薄弱部位，应采取多重措施予以加固。
2.1.2 高层建筑的结构体系宜符合下列要求：
（1）结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；
（2）应具备多道抗震防线。
2.2 规则结构的主要特征
高层建筑及其抗侧力结构的平面布置应该规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
2.3 规则平面布置需满足的要求
结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力要明确，传力要直接，均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。
3 高层建筑结构设计中的抗震设计
3.1 高层建筑抗震结构设计的基本原则
3.1.1 结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能
（1）结构构件应遵守强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱的原则；
（2）对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力
（3）承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。
3.1.2 尽可能设置多道抗震防线
（1）一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。
（2）强烈地震之后往往伴随多次余震，抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。
（3）适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力；
（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。
3.1.3 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力
（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础；
（2）要使楼层的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。
（3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调；
（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。
3.2 提高短柱抗震性能的应对措施
3.2.1 提高短柱的受压承载力
提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，可以采用钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。
3.2.2 采用钢管混凝土柱
钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋。当选用了高强混凝土和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋混凝土柱减小一半以上，消除了短柱，并具有良好的抗震性能。
3.2.3 采用分体柱
由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱脚之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。
现阶段，高层建筑结构抗震设计理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善，如果可以在结构材料特性，动力响应，计算理论，稳定标准诸方面得到符合实际的发展，自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。
参考文献：
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[4]张吉人，高层建筑结构设计施工质量控制[M]。中国建筑工业出版社。 2006.9
关键词：框架结构；荷载；抗震设计
1 前言
随着我国城市化建设进程的加快，城市人口的高度集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化，促进了高层建筑的出现和不断发展。高层建筑结构设计给工程设计人员提出了更高的要求，下面就结构设计中的问题进行一些探讨。
2 高层建筑结构体系的特点
我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，10层或10层以上或者房屋高度超过28m的建筑为高层建筑物。随着层数和高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著，包括地震作用和风荷载。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。
2.1 框架结构体系
框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，具有较大的室内空间，使用较方便。由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，建筑高度受到限制；剪切型变形，即层间侧移随着层数的增加而减小；框架结构主要用于不考虑抗震设防、层数较少的高层建筑中。在考虑抗震设防要求的建筑中，应用不多；高度一般控制在70m以下。
2.2 剪力墙结构体系
利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足；剪力墙结构体系主要缺点：主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的大空间使用要求。此外，结构自重往往也较大。当剪力墙的高宽比较大时，是一个受弯为主的悬臂墙，侧向变形是弯曲型，即层间侧移随着层数的增加而增大。剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用。因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。根据施工方法的不同，可以分为：全部现浇的剪力墙；全部用预制墙板装配而成的剪力墙；内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。剪力墙的水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成。高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。
2.3 框架―剪力墙结构（框架―筒体结构）体系
在框架结构中设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来；取长补短；共同抵抗水平荷载，就组成了框架―剪力墙结构体系。如果把剪力墙布置成筒体，又可称为框架―筒体结构体系。框架―剪力墙（筒体）结构比框架结构的刚度和承载能力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件（隔墙及外墙）的损坏，这样无论在非地震区还是地震区，这种结构型式都可用来建造较高的高层建筑，目前在我国得到广泛的应用。
2.4 筒体结构
单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒；框架通过减小肢距，形成空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架―筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。
2.5 巨型结构
巨型结构一般由两级结构组成。第一级结构超越楼层划分，形成跨若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型桁架杆件（超级桁架），以这巨型结构来承受水平力和竖向荷载，楼面作为第二级结构，只承受竖向荷载并将荷载所产生的内力传递到第一级结构上。常见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁架结构。
不同的结构体系所具有的强度和刚度是不一样的，因而它们适合应用的高度也不同。一般说来，框架结构适用于高度低，层数少，设防烈度低的情况；框架―剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；在层数很多或设防烈度要求很高时，可用筒体结构。
3高层建筑结构设计的基本要求
3.1 结构的规则性
3.1.1 不应采用严重不规则的结构体系
建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，应符合下列要求：
1）应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；
2）应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；
3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。
3.1.2 高层建筑的结构体系尚宜符合下列要求：
1）结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；
2）宜具有多道抗震防线。
3.2 规则结构的主要特征
建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。规则结构一般指：体型（平面和立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变。
3.3 规则平面布置需满足的要求
结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。
4高层建筑结构设计
4.1 竖向荷载设计应减轻自重
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
4.2 风荷载计算
在已有研究的基础上，《荷载规范》指出，垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算：
（1）
式中：:风荷载标准值（kN/m2）；ω0:基本风压（kN/ m2）；μs：风荷载体型系数；μz :风压高度系数；βz:z高度处的风振系数。
（1）基本风压值ω0。基本风压值系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速v0为标准，按ω0=1/2ρv2确定的风压值。它应根据《荷载规范》中附表D.4采用，但不得小于0.3kN/m2。对一般的高层建筑，用《荷载规范》中所给的ω0乘以1.1后采用；对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压值应按100年重现期的风压值采用。
（2）风荷载体型系数μs。确定风荷载体型系数μs是一个比较复杂的问题，它不但与建筑的平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成的角度有关，而且还与建筑物的立面处理、周围建筑物密集程度及其高低等有关。当风流经建筑物时，对建筑物不同部位会产生不同的效果，即产生压力和吸力。空气流动产生的涡流，对建筑物局部则会产生较大的压力或吸力。1）整个迎风面上均受压力，其值中部最大，向两侧逐渐减小。沿高度方向风压的变化很小，风压分布近似于矩形；2）整个背风面上还受吸力，两侧大、中部略小，其平均值约为迎风面风压平均值的75%左右。沿高度方向，风压的变化也很小，更近似于矩形分布；3）整个侧面，在正面风力作用下，全部受吸力，约为迎风面风压的80%左右。风荷载体型系数表中的正号表示作用在该建筑表面上的风荷载为压力，即力的作用方向指向作用表面，负号表示作用在该建筑表面上的风荷载为吸力，即力的作用方向远离作用表面。
（3）风压高度系数μz。风压高度系数μz主要反映风速随高度变化的特点。
（4）风振系数βz。风振系数βz主要反映风作用在结构上时对结构产生了动力效应，但在一般情况中，为简化计算，将其等效为静力作用，但考虑动力影响，在风荷载计算时引入风振系数。
4.3 抗震设计基本要求
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。选择有利的场地，避开不利场地，采取措施保证地基的稳定性；选择合理的结构体系。对于钢筋混凝土结构，一般框架抗震能力较差，框架―剪力墙结构较好，剪力墙结构和筒体结构抗震能力高；平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和收进；避免楼、电梯间偏置，尽量减少扭转的影响；尽量避免建筑物竖向体型复杂、外挑内收变化过多，力求刚度均匀，不要刚度突变，避免产生变形集中。当顶层设置大房间、底层部分剪力墙变为框架时，应按专门规定进行设计；结构布置要受力明确，传力途径直接简单；加强结构空间整体性，增加超静定次数，组织多道设防；保证构件的延性，避免脆性破坏（如锚固破坏、剪切破坏等），也要采取措施防止结构在地震中失稳和倾覆；尽量减轻结构自重，减少地基土压力，降低地震作用；保证足够的刚度，满足高层建筑结构允许位移值的要求；调整平面形状与尺寸，采取构造措施和留临时性施工缝（后浇带）的方法，尽量不设防震缝，少设防震缝。
【关键词】梁式转换；复杂高层建筑；基本原则；结构设计
1 前言
带有转换层的结构是一种非常规的的结构形式，由于竖向传力构件不连续，因此要通过转换层将不落地构件传来的荷载可靠地传递给周围的落地构件，在强烈的地震作用下，转换层传递很大的水平剪力，转换构件受力复杂，如果设计不当，将会危及结构的安全。设计时要慎重对待，采取合理的措施保证结构的可靠性。
2 转换层结构设计的基本原则
结构设计首先应该考虑选择合适的建筑形体，建筑平面和立面应满足规则、连续与渐变的要求；其次结构布置时考虑传力途径明确、简洁，尽可能地避免复杂结构形式和形体。
具有转换层结构的结构形式是一种受力复杂、主要抗侧力构件沿结构竖向布置不连续、非常不利于工程抗震的一种结构形式。《高规》第10.1.2、第10.1.4 条明确规定：“9 度抗震设计时不应采用带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构和连体结构”；对此类结构的平面布局也提出了宜规则的要求：“7 度和 8 度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过两种复杂结构”。本文建议遵循以下设计原则：
①减少转换：布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。
②传力直接、受力明确：布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应尽量避免传力复杂、抗震不利、结构质量大的厚板转换，避免高位转换。
③有可靠的承载力：转换层承受的力，尤其是竖向集中力非常大，这就要求转换层有较高的承载能力。所以，一般的转换大梁截面高度大，有时可达 1～2 个楼层高，另外，《高规》第 10.1.6 条规定：“结构转换层混凝土强度等级不应低于C30”。
④有足够的竖向刚度和水平刚度；转换层中梁的跨度大，有时是上部梁跨度的好几倍，故而，转换层必须具备足够的竖向刚度，同时也要有足够的水平刚度，以保证实现楼盖在水平面内不变形的假定。
⑤强化下部、弱化上部为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。
⑥优化转换结构抗震设计时，由于建筑功能的需要而不得已采用高位转换时，转换结构还宜优先选择不致引起框支柱(边柱)柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架(包括支撑)、空腹桁架和宽扁梁等，同时要满足强度、刚度要求，避免脆性破坏。
⑦计算全面准确：将转换结构作为整体结构中一个组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取 2 层结构进入局部计算模型，同时应计入转换层楼盖平面内刚度，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。
⑧整体结构宜进行弹性时程分析补充计算和弹塑性时程分析校核，应注意对整体结构进行重力荷载下的施工模拟计算。
⑨ 跨度大于8m 的转换结构，8度抗震设计时，应考虑竖向地震作用。
3 转换梁结构设计
3.1 转换梁的截面设计方法
目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法主要有:
①普通梁截面设计方法
直接取用高层建筑结构计算分析程序(如 TBSA、PKPM 系列、TAT 等)计算出的转换梁内力结果，按普通梁进行受力构件承载力计算。
②偏心受拉构件截面设计方法
在《高层建筑混凝上结构技术规程》(JGJ3-2002)中，规定“框支梁为偏心受拉构件，按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第 7.4.2 条的规定设计”，即偏心受拉构件进行截面设计。
按偏心受拉构件进行截面设计的关键是如何将有限元分析得到的转换梁截面上的应力换算成截面内力，但这是一种比较麻烦的事情。分析表明，根据转换梁的截面内力(M、N)按偏心拉构件进行正截面承载力计算，根据(V)进行斜截面受剪承载力计算。在没有条件对梁式转换层结构进行有限元分析时，可采用有关表格计算转换梁的截面内力。
③深梁截面设计方法
实际工程中转换梁的高跨 h/l=1/8～1/6，因此转换梁是一种介于普通梁和深梁之间的梁，尤其是框支转换梁，其受力和破坏特征类似于深梁。
当转换梁承托的上部墙体满跨或基本满跨时，转换梁与上部墙体之间共同工作的能力较强，此时上部墙体和转换梁的受力如同一倒 T 形深梁，转换梁为该组合深梁的受拉翼缘，跨中区存在很大的轴向拉力，此时转换梁就不能按普通梁进行截面设计，但如果将倒 T 形深梁的受拉区部分划出来按偏心受拉构件进行截面设计，计算出的纵向受力钢筋的配筋量偏少，不满足承载力的要求。
根据圣维南原理，影响转换梁受力特征的墙体高度应和转换梁的跨度有关，转换梁跨度越大，上部墙体的高度就应取得越高。分析表明：当转换梁承托的上部墙体满跨或基本满跨时，转换梁与上部墙体之间共同工作的能力较强，此时上部墙体和转换梁的受力特征如同一倒 T 形深梁，转换梁为该组合深梁的受拉翼缘，跨中存在很大的轴向拉力，此时转换梁宜按倒 T 形深梁进行截面设计。
④应力截面设计方法
对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定：
1)不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担；
2)钢筋达到其屈服强度设计值；
3)受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。
