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摘要：随着社会的不断发展，城市和空间需求方面的矛盾日益严重，为了缓解之间的关系，城市的建筑逐渐朝着上层空间发展，越来越多的高层建筑开始出现，为了建筑物空间最大化利用，满足使用功能要求，结构设计上一般有两种处理方法：对剪力墙结构，可以通过在底部设置框支框架支撑上部剪力墙获得大空间的需求；对框架，可以在相应的楼层上抽柱形成大空间。两者的共同特点是上部楼层的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，需设置结构转换构件，而结构转换构件传力复杂，对计算及构造上要求更高。利用转换层可以确保建筑工程的各项功能有效的整合到一起。
关键词：建筑结构设计；托柱转换；框支转换；分析模型处理；
1、转换结构的受力、变形特点
对于转换结构，主要有以下几个特点
1.1竖向力的传力不连续，且在转换层上下层范围内，水平力有突变；
1.2转换层上下容易产生刚度突变；
1.3变形复杂、传力不明确；
1.4转换层落地竖向构件与转换的竖向构件竖向变形差异较大，容易造成竖向荷载工况下弯矩、剪力突变，容易超限；
1.5转换构件自身尺寸较大，质量集中，造成的地震效应突然增加；
1.6转换层分析不能采用简化方式，如转换梁的轴向变形不能忽略，不能采用刚性楼板假定，且对于跨度较大的转换梁，需要考虑竖向地震作用。
2、转换结构类型及相应计算模型的处理
2.1目前建筑工程常用的转换结构主要有以下三种：
2.1.1梁托柱转换:
这种转换可以采用经典的杆系有限元分析，不需要进行专门的模型简化处理，注意，模型中要定义转换梁；抽柱转换仅是托柱梁上下层柱子根数略有变化，其竖向刚度差异不大。托柱梁在竖向荷载作用下的内力和普通跨中有集中荷载的框架梁相似，只不过是梁跨度较大，跨中有很大的集中荷载，故梁端和跨中的弯矩、剪力都很大，但基本没有轴向拉力，柱的剪力较小。节点的不平衡弯矩完全按相交于该节点的梁、柱刚度进行分配。
2.1.2厚板转换结构:
这种结构实际工程应用很少，对抗震很不利。厚板转换结主要是通过转换层厚板的面外变形，将上部荷载传到下部结构中。但由于上下部结构完全对应不上，厚板的面外变形传力方式特别复杂，且转换层厚板还存在较大的剪切，需要验算厚板的冲切；厚板上部结构的轴线，加上厚板下部结构的轴线，在厚板层产生较多的房间，此时房间四周可以用虚梁输入，定义真实的板厚，在分析时考虑“弹性板3”。对于较大的房间，还应再划分成几个小房间，以协助厚板的单元划分。厚板计算的准确性，取决于厚板单元的类型和单元划分的合理性。
2.1.3框支剪力墙结构:
这种是目前应用最广的形式。由框支剪力墙和其他落地剪力墙满足一定间距要求组成的底部大空间部分框支-剪力墙结构，当地面以上的大空间层数越多也即转换层位置越高时，转换层上、下刚度突变越大，层间位移角和内力传递途径的突变越加剧。此外，落地墙或筒体易受弯产生裂缝，从而使框支柱内力增大，转换层上部的墙体易于破坏，不利于抗震。因此，高规规定：底部大空间部分框支-剪力墙高层建筑结构在地面以上的大空间层数，8度不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时层数可适当增加。
框支剪力墙转换层框支梁以上为抗侧力刚度很大的剪力墙，与下面的框支柱抗侧力刚度差异很大。转换梁与框支墙在交界面上变形协调，且受力复杂，其轴向力不可忽略。在竖向荷载作用下，框支剪力墙转换层的墙体有拱效应，两支座处竖向应力大，同时有水平向应力（推力），跨中则会出现拉应力。
框支梁就像是拱的拉杆，在竖向荷载下除了有弯矩、剪力外，还有轴向拉力。拉力沿梁全长不均匀，跨中处大，支座处减小。框支柱除受有弯矩、轴力外，还承受较大的剪力。
2.2转换结构的计算模型注意事项：
2.2.1梁托柱结构的计算模型
这类转换层的计算模型，可以仍采用杆模型即可。如结构中采用大量的梁托柱的受力形式，则该结构也应该定义为“复杂高层”及“转换层结构”，托柱梁应按框支梁设计及构造控制，当转换层在3层及3层以上时，框支柱的抗震等级应提高1级，所以在特殊构件定义中应把与托柱梁相连的柱定义为框支柱。梁抬柱的传力，是由梁柱协调变形完成的，柱的轴力由梁的剪力平衡，所以，可以通过查看梁剪力或柱轴力来确认上部柱传来的集中力。
对托柱梁，由于托柱梁上托的是空间受力的框架柱，柱的两主轴方向都有较大的弯矩，故设计中除应对此柱按计算配足两个方向的受力钢筋外，还应在垂直于托柱梁轴线方向的转换层板内设置拉梁(或暗梁)，以平衡柱根部弯矩，保证梁平面外承载力满足设计要求。 当托柱梁所受柱子传来的集中荷载较大(所托层数较多)时，宜验算托柱梁上梁柱交接处的混凝土局部受压承载力。
2.2.2厚板转换的计算模型
厚板转换层结构，受力复杂，经济性不高，目前没有很好的分析方法，应尽量避免。由厚板上部结构的轴线，加上厚板下部结构的轴线，在厚板层产生较多的房间，此时房间四周可以用虚梁输入，定义真实的板厚，在分析时考虑“弹性板3”或“弹性板6”。厚板计算的准确性，取决于厚板单元的类型（采用块体单元、中厚板单元等）和单元划分的合理性。采用SATWE时要注意：对于较大的房间，还应再划分成几个小房间，以协助厚板的单元划分。厚板的冲切验算必须考虑。
2.2.3框支剪力墙结构的计算模型
转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。框支剪力墙结构应采用墙元（壳元）模型，如SATWE、YJK等。注意“墙元细分最大控制长度”这个参数应取得尽量小。这是为了转换梁与上部剪力墙协调点多些，变形协调更合理。转换梁应该考虑楼板轴向变形的影响，所以要考虑弹性楼板，软件中可按弹性膜来模拟，转换梁才能计算出轴力。
3、转换梁的承载力计算及配筋构造
框支梁和托柱梁在承载力计算和配筋构造上有很大区别。框支梁为拉、弯、剪构件，正截面承载力按偏心受拉计算，斜截面承载力按拉、剪计算。高规第10.2.8条第2款规定：偏心受拉的框支梁，其支座上部纵向受力钢筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内。个人理解：应根据工程实际情况，当配筋计算是由跨中正弯矩和拉力组合控制时，支座上部纵向受力钢筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内；当配筋计算是由支座负弯矩和拉力组合控制时，支座上部纵向受力钢筋应全部(100%)沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内。另外，框支梁以上墙体是转换构件的组成部分，应力复杂，与一般剪力墙的配筋构造也不一样。而托柱梁为弯、剪构件，正截面承载力按纯弯计算，斜截面承载力按受剪计算。其配筋构造和一般梁相同。框支梁和托柱梁在构造做法上还有很多区别，限于篇幅，不再赘述。
结语：
总而言之，转换结构能有效的解决高层建筑大空间的功能需求，但对结构设计的要求也更高，结构设计人员需提高对该类结构的重视度。实际工程设计中，需掌握转换结构的受力特别并采用相应的分析模型，才能保证建筑工程的安全性。
参考文献：
[1]JGJ-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]魏 琏，王 森.转换梁上部墙体受力特点及设计计算方法的研究 [J].建筑结构，2001(11).