高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工

牛超

摘 要：隨著我國(guó)在高層建筑方面的快速飛躍，形態(tài)復(fù)雜、功能健全的現(xiàn)代式建筑已然成為了發(fā)展的必然趨勢(shì)。依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，本人分析了不同類型高層轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并就現(xiàn)階段實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)和施工出現(xiàn)的問題做了淺析，提出了一些實(shí)際的解決方法。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)；施工；措施

中圖分類號(hào)：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

如今，高層建筑日益朝著綜合性方向發(fā)展，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛，很多的高層建筑在整體結(jié)構(gòu)上的布置越來越具有功能多樣化的特點(diǎn)，不僅給人們提供了良好的生活條件，而且提供優(yōu)越的工作環(huán)境。一般情況下，高層部分用作住宅，中間層用作辦公樓層，下面層作為商業(yè)區(qū)域使用。這種類型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是豎向荷載作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是把握好結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度，而且轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工量繁重且復(fù)雜，應(yīng)該高度重視高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工過程。

一、 高層建筑轉(zhuǎn)換層的內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.高層建筑轉(zhuǎn)換層的內(nèi)涵

高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在功能上要求上部布置小開間，這樣就需要布置較多的墻體；中間層區(qū)域需要或大或小的空間，就需要在柱網(wǎng)中排列足夠數(shù)量的墻體；下部樓層需要的是盡可能大的空間，所以柱網(wǎng)大，墻體布置的要盡量的少。因此，這種類型在布置上就要求上部的剛度大，下部的剛度小。

建筑功能和結(jié)構(gòu)功能是轉(zhuǎn)換層的兩大功能。其中建筑功能包括：滿足較大空間的需求；設(shè)置較大的出口。結(jié)構(gòu)功能包括：將上層的剪力墻轉(zhuǎn)換成下層的框架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大的空間結(jié)構(gòu)，這是第一層轉(zhuǎn)換層；上層和下層的結(jié)構(gòu)形式不改變，變更上、下層的柱網(wǎng)和軸線，目的在于增大下部柱子之間的距離，使柱子形成一個(gè)網(wǎng)，這種類型的轉(zhuǎn)換層經(jīng)常用在外框筒下面構(gòu)成一個(gè)入口，這是第二層轉(zhuǎn)換層；上層剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為框架結(jié)構(gòu)的同時(shí)，柱子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的軸線與上層的軸線不是豎向連貫的，這就形成了上、下結(jié)構(gòu)布置的錯(cuò)位，這是第三種轉(zhuǎn)換層。

2.高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)控制的關(guān)鍵在于豎向荷載的管理。轉(zhuǎn)換層構(gòu)造的構(gòu)件不但要承受上層結(jié)構(gòu)傳過來的豎向力，而且要承受下層結(jié)構(gòu)的力，不斷增大轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，因此控制豎向荷載成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2.2轉(zhuǎn)換層控制的目標(biāo)是轉(zhuǎn)換構(gòu)件的撓度。經(jīng)過轉(zhuǎn)換的構(gòu)架的撓度是上層結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度的很多倍，如此大的差距因此成為嚴(yán)格控制的目標(biāo)。

2.3轉(zhuǎn)換層施工以工程量大而復(fù)雜為特點(diǎn)

2.4與常規(guī)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)有所差別。設(shè)置轉(zhuǎn)換層之后，在很大程度上破壞了剛度的均勻性，改變了力的傳遞方式。

二、 針對(duì)不同高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

1.梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

梁式轉(zhuǎn)換層形式的傳力方式是由墻體傳給梁、柱，力的傳遞方向清晰，有利于力的計(jì)算和工程的分析設(shè)計(jì)，節(jié)省造價(jià)。因此該結(jié)構(gòu)是在實(shí)際的工程中最常見的形式，應(yīng)用很廣泛。轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換梁的形式方向可以分為托墻和托柱兩種。轉(zhuǎn)換梁在承受上層普通框架時(shí)，轉(zhuǎn)換梁要保持在規(guī)定的截面尺寸內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力情況和普通梁基本保持一致，此時(shí)可以按照普通梁的截面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工。轉(zhuǎn)換梁在整垮上是否開洞，都承載上面墻體，并與之共同工作，其受力特點(diǎn)和破壞形式表示為深梁形式，此時(shí)就采用深梁的截面設(shè)計(jì)方案。當(dāng)滿跨不開洞時(shí)，縱向鋼筋就要沿整個(gè)的梁高均勻布置，當(dāng)滿跨且開洞或者不滿跨但剪力墻較長(zhǎng)時(shí)，縱向鋼筋要沿梁的下部均勻布置，轉(zhuǎn)換梁此此時(shí)存在很大的內(nèi)力，所以底部的縱向鋼筋應(yīng)該全部延伸到支座中，不應(yīng)截?cái)唷?/p>

2.桁架式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

桁架式轉(zhuǎn)換層形式的承重結(jié)構(gòu)是由多個(gè)鋼筋混凝土桁架構(gòu)成，桁架的桿分別設(shè)置在上下樓層面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)，每層之間又設(shè)置了腹桿。桁架有空腹和實(shí)腹兩種，材質(zhì)可以是鋼的或者鋼筋混凝土的，后者在實(shí)際的高層結(jié)構(gòu)中是比較常用的。桁架式轉(zhuǎn)換層形式的優(yōu)點(diǎn)是受力清晰，自重相對(duì)較小，抗震性能強(qiáng)，管道安裝和后期維護(hù)程序簡(jiǎn)單。但是這種形式施工的難度較大。桁架式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)以滿足斜腹桿和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)為要點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)受力比較復(fù)雜，由于力的作用，容易發(fā)生剪力破壞的情況。此形式一般要求高度達(dá)到3m以上，否則斜壓桿成為短柱，在高強(qiáng)度的作用下發(fā)生脆性破壞。

3.箱型轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

如果轉(zhuǎn)換梁截面積太大，那么布置的一層樓板不可以滿足很大的平面內(nèi)樓板剛度，所以為了滿足實(shí)際情況，可以設(shè)置一個(gè)箱型梁，多數(shù)情況下要布滿全層，這種類型的轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)約束性強(qiáng)，整體剛度大，傳力比較均勻，在實(shí)際的工程中應(yīng)用較廣泛。

4.厚板式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

厚板式主要用于上下柱網(wǎng)軸線很多的情況下，單一的梁不能作為承受體時(shí)，就要把梁做成厚板，形成厚板式轉(zhuǎn)換層。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是剛度較大，結(jié)構(gòu)布置方便，但自重大且耗材量大，受力和傳力都不清楚，給鋼筋的配置帶來了麻煩，而且計(jì)算麻煩。

高層建筑的轉(zhuǎn)換層在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：

4.1 在設(shè)計(jì)中要盡量減少豎向構(gòu)件。貫穿落地的豎向構(gòu)件越多，那么轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)就越來越少，而且這種結(jié)構(gòu)可以很好的滿足抗震的要求。

4.2轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)中要求有足夠的剛度。保證內(nèi)力合理的分配，要求梁的高度大于等于跨度1/6，轉(zhuǎn)換梁具有很好的受力能力，可以在結(jié)構(gòu)中起到很好的轉(zhuǎn)換功能。

4.3高層建筑的轉(zhuǎn)換層的布置應(yīng)該低一些。轉(zhuǎn)換層布置較高時(shí)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)在每層容易發(fā)生剛度和內(nèi)力的變化，這個(gè)部位形成薄弱部位，不利于抗震的要求。實(shí)際工程中必須要采用高布置時(shí)，設(shè)計(jì)中要綜合彎曲、剪切和軸向的整體剛度，這樣可以減少內(nèi)力突變。

三、轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)要點(diǎn)

1.鋼筋工程

施工過程中首先要熟悉圖紙，保證鋼筋的規(guī)格和插筋位置與設(shè)計(jì)一致，對(duì)關(guān)鍵部位還要做放大處理。鋼筋的綁扎過程中工人要熟悉掌握操作順序和方法，而且綁扎過程中要間斷性的對(duì)鋼筋數(shù)量、規(guī)格和位置進(jìn)行審核檢查，綁扎的搭接和錨固都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，鋼筋綁扎完畢，更需要對(duì)鋼筋的接頭的穩(wěn)固性進(jìn)行檢查。施工過程要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙的規(guī)格，不能隨意的替代，如需調(diào)整必須由有關(guān)部門批準(zhǔn)方能實(shí)施。

2.模板工程

首先在選擇模板上，要選擇高質(zhì)量的模板。其次，需要對(duì)模板的排列、支承、施工方法、拆卸順序向施工人員交代清楚，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的模板做詳細(xì)的檢查，對(duì)不符合要求的模板不能采用。模板安裝的控制軸線尺寸要按照?qǐng)D紙要求，安裝過程不能扭曲、斷裂，當(dāng)跨度小于4米時(shí)，模板不需要起拱。最后，在澆筑混凝土之前，對(duì)模板的支持、扣件和預(yù)留的孔洞和預(yù)埋件進(jìn)行仔細(xì)的核查。

3.混凝土工程

參與混凝土澆搗的生產(chǎn)隊(duì)伍要嚴(yán)格實(shí)行崗位責(zé)任制，明確職責(zé)任務(wù)。對(duì)原材料的質(zhì)量要嚴(yán)格要求，比如水泥、沙、石頭、外摻劑等一定要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。每個(gè)施工人員都要按照澆搗方法嚴(yán)格進(jìn)行，操作工人要掌握技術(shù)要求和下料順序和方法，認(rèn)真執(zhí)行。當(dāng)使用商品混凝土?xí)r，對(duì)混凝土的質(zhì)量更要嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)于不合格的混凝土要立馬退回，混凝土在澆筑時(shí)要保證澆筑的速度和振搗方法?；炷翝矒v時(shí)的下料高度要控制在400，下料的同時(shí)要連續(xù)澆搗，不能中止。最后要確?；炷敛划a(chǎn)生裂縫，保護(hù)溫差要控制在25度內(nèi)，可以采取檢測(cè)溫度、保溫措施、控制溫度等措施。

四、結(jié)語

轉(zhuǎn)換層作為高層建筑的重要施工部位，設(shè)計(jì)和施工的難度較大，而且要求嚴(yán)格。目前高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論和原則還不完整，需要業(yè)內(nèi)人士的不斷研究取得更專業(yè)的設(shè)計(jì)方案。在轉(zhuǎn)換層的施工過程中，由于構(gòu)件的復(fù)雜性和受力的多向性，使得對(duì)構(gòu)件的支持系統(tǒng)要求很高，因此在施工過程中要嚴(yán)格對(duì)質(zhì)量進(jìn)行控制，采用針對(duì)性的措施方案解決構(gòu)件的空間問題、施工組織設(shè)計(jì)等問題，設(shè)計(jì)好模板支撐體系，嚴(yán)格把關(guān)混凝土的澆搗，確保鋼筋綁扎過程中的骨架穩(wěn)定性，切實(shí)做好整個(gè)工程的質(zhì)量監(jiān)控，才能保證整個(gè)建筑主體的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 王蕾.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工研究[J].城市建設(shè)理論研究,2012,(36):57-58.

[2] 黃冰.高層商住樓轉(zhuǎn)換層大梁支撐體系設(shè)計(jì)與施工[J].中外建筑,2011,(8):121-122.

[3] 陳平平.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)與施工[J].城市建筑理論研究,2012,(9):67-68.

[4] 徐政輝.某高層建筑中轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[J].山西建筑,2012,(38):86-88.