淺議高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

吉潔

摘要：轉(zhuǎn)換層設(shè)計是整個工程設(shè)計的難點(diǎn)。在設(shè)計中，必須結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的方法進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的綜合成果。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

高層建筑的出現(xiàn)極大提高了土地資源的利用率，實(shí)現(xiàn)了建筑物多功能化應(yīng)用的需求，但是樓層高度的增加及其空間分布對轉(zhuǎn)換層的施工提出了更高要求，因此，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足建筑結(jié)構(gòu)上部空間較小、下部結(jié)構(gòu)空間開闊的要求，并提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.1 結(jié)構(gòu)豎向布置

在轉(zhuǎn)換層的設(shè)計中應(yīng)確保轉(zhuǎn)換層具有足夠的強(qiáng)度和剛度，如果對大底盤多塔樓的商住建筑，塔樓的轉(zhuǎn)換層宜設(shè)置在裙房與塔樓的交接樓面處，并加大樓面轉(zhuǎn)換梁、板的尺寸和厚度。若對部分框支剪力墻的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)《高層建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定7度區(qū)不宜超過第5層，8度區(qū)不宜超過第3層。

1.2 結(jié)構(gòu)平面布置

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)布置在邊柱和角柱時，可以使上下層柱交錯布置，轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行縱、橫兩個方向的布置時可以提供較大的使用空間等等。當(dāng)對建筑進(jìn)行抗震設(shè)計時，采取將一段長度的剪力墻與地接觸并且與基礎(chǔ)相通，即使得剪力墻與框支墻形成整體工作體系，這樣提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1.3 轉(zhuǎn)換層下部的主體結(jié)構(gòu)剛度要得到強(qiáng)化

要使建筑物下部整體結(jié)構(gòu)的抗震性能、延性、剛度和強(qiáng)度得到一定程度的保證，就要對轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的強(qiáng)化，在具體的工作中一般都會采用提高混凝土等級、使轉(zhuǎn)換層下部的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸得到相應(yīng)的增加、增設(shè)剪力墻等眾多方式對下部主體結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化。在這個過程中，主要需要注意兩個方面的問題：通過增設(shè)剪力墻的方式來提高剛度的時候，要對建筑結(jié)構(gòu)整體的剛度均勻的分布開，做到剛度中心和質(zhì)量中心的重合，如果二者的中心發(fā)生偏移，很有可能會發(fā)生建筑整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。

要避免簡體界面尺寸增大，因?yàn)槿绻@個尺寸變大很可能會導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)總剛度中簡體的比重變大，同時，地震總反應(yīng)也會相應(yīng)的增大，這樣一來，簡體的抗震能力就會出現(xiàn)變化，所能承受的抗震荷載就會變大，在簡體的安全設(shè)計中抗震環(huán)節(jié)要引起格外的重視。

1.4 轉(zhuǎn)換層的剛度要得到保證

在具體的建筑設(shè)計中一定要使轉(zhuǎn)換層的剛度得到保證，因?yàn)橹挥袆偠鹊玫搅吮ＷC才會更好的保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層和下部構(gòu)件中的合理分配。只有轉(zhuǎn)換梁和剪力墻柱的受力性都非常好，才會對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換起到一定的效果。

1.5 轉(zhuǎn)換層的位置不能偏高

如果轉(zhuǎn)換層的位置偏高，剪力墻的內(nèi)力和剛度都會發(fā)生變化，對抗震設(shè)計會產(chǎn)生不利影響。在進(jìn)行高位轉(zhuǎn)換的時候，轉(zhuǎn)換層下面框支結(jié)構(gòu)的剛度要得到相應(yīng)的控制，這樣的控制可以對層間內(nèi)力突變減少具有重要作用。同時，落地剪力墻也要得到相應(yīng)的控制，而且要比底層框支剪力墻結(jié)構(gòu)更嚴(yán)一些。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的類型及設(shè)計方法論述

高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層可以分為四種類型：梁式轉(zhuǎn)換層、厚板式轉(zhuǎn)換層、箱式轉(zhuǎn)換層和桁架式轉(zhuǎn)換層。

2.1 梁式轉(zhuǎn)換層

特點(diǎn)：梁式轉(zhuǎn)換層分為托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計和托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計，這兩者是按功能不同來進(jìn)行劃分的。（1）托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。普通式截面配筋計算具有廣泛的適用性，尤其是當(dāng)普通框架作為轉(zhuǎn)化梁的施重者時，這種計算方式能夠精準(zhǔn)的將轉(zhuǎn)換梁的承載力計算出來。而且，上述的情況中轉(zhuǎn)換梁承載普通框架所受的力等同于普通梁此時的受力狀況，但是，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承受的是上部斜桿框架時，就應(yīng)該按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面尺寸設(shè)計，因?yàn)?，此時的轉(zhuǎn)換面承受的是軸向拉力。（2）托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。由于本身是技術(shù)施工要求較高的工作，所以必須重視力學(xué)上的問題。當(dāng)上層的墻體作為轉(zhuǎn)換梁的施重者且滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁應(yīng)采取的截面設(shè)計方法是深梁截面設(shè)計方法，它的受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，不過此時的轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍的內(nèi)力較大，所以其縱向的鋼筋就不應(yīng)該彎曲或者截斷了。

2.2 箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

在高層建筑的設(shè)計技術(shù)使用中，箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)技術(shù)被廣泛采用，此技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較重視支撐體系的設(shè)置的合理和科學(xué)性，這是此技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢所在，也是保證高層施工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵所在，主要優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換層本身的整體性非常好，然而，此法仍有其缺陷，由于其轉(zhuǎn)換層體積較大，那個樓層剩余面積較小，無法用作其他商業(yè)活動，只能成為單純的轉(zhuǎn)換層，另外就是由于它的體積和重量過大，使得它的制作用料過多，成本較高，這也是此法無法普及的原因。

2.3 厚板式轉(zhuǎn)換層

此種轉(zhuǎn)換方式具有許多獨(dú)有的優(yōu)勢，例如便于安裝和布置，能夠整體挪動。然而，此種轉(zhuǎn)換層自身重量和體積過大，產(chǎn)生較大的地震影響，同時制作上耗材耗資金并且多發(fā)生震害，因此此法一般不會在設(shè)計中被采用。在對厚板式轉(zhuǎn)換層進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力分析時，可以使用TBSA等的三維空間方式，主要是轉(zhuǎn)換板的不規(guī)則邊界，這樣的一般會采用有效單元法進(jìn)行內(nèi)力分析，還可以采用復(fù)雜樓板有限元分析軟件進(jìn)行進(jìn)一步計算，還可以對板在收到豎向壓力荷載的受彎和局部壓力等的進(jìn)行計算。

2.4 桁架式轉(zhuǎn)換層

在桁架的分類中，主要有空腹法和實(shí)腹法這兩種桁架轉(zhuǎn)換方式，桁架式轉(zhuǎn)換層的技術(shù)應(yīng)用原理主要是是借鑒于梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換原理，并加以改進(jìn)，使其在受力上更為精準(zhǔn)、整體性更強(qiáng)、抗震性更高、框架支柱柱頂彎矩和剪力更加小一點(diǎn)的優(yōu)勢，然而同時它也有許多明顯的不足，例如技術(shù)施工較為困難、轉(zhuǎn)換層制作工序繁雜、節(jié)點(diǎn)設(shè)置較難等等。對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體性的內(nèi)部受力分析，在高層建筑低層是大型商業(yè)場所時，所需空間大，相反高層則需要單個的小型空間，這時就應(yīng)該能夠采用桁架式轉(zhuǎn)換層技術(shù)，其中尤其是在進(jìn)行管道設(shè)置施工環(huán)節(jié)時，更需要使用這種方式，因?yàn)檫@種桁架式轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)能夠更精準(zhǔn)的進(jìn)行管道設(shè)置。另外，此種轉(zhuǎn)換層技術(shù)布置施工時要跨滿層進(jìn)行，還要將上弦節(jié)點(diǎn)和上部密柱中心的位置處于同一水平線，這樣能夠降低下層框架對整個轉(zhuǎn)換層重量的承載比例，從而保護(hù)下層框架。

3 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)分析

轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)控制至關(guān)重要，尤其是其鋼筋施工、混凝土施工以及裂縫控制，下面對每一個要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

3.1 鋼筋施工

大部分轉(zhuǎn)換層采用梁式結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行鋼筋構(gòu)架的搭建，在施工中鋼筋要插入框支架1.2～1.5m內(nèi)，才能進(jìn)行混凝土的澆灌，在鋼筋構(gòu)架的搭建施工中，要確保鋼筋綁扎的牢固，避免澆筑中出現(xiàn)鋼筋的移位和偏離，同時采用鋼管支撐，當(dāng)混凝土澆筑完成后再拆除，防止混凝土的沖擊力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。預(yù)埋剪力墻鋼筋安裝定位后，沿著鋼筋兩側(cè)焊接一根10m長的定位鋼筋，防止混凝土振搗過程中的移位，在剪力墻預(yù)留段，綁扎三道以上的分布筋，標(biāo)記預(yù)留位置的精確位置，對于梁寬超過8.5m的梁體，采用梅花形混凝土墊塊。

3.2 混凝土施工

轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量關(guān)系重大，直接決定了高層建筑上部的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，且其體積大、重量大、密度大的特點(diǎn)給施工帶來了很大難度，如果施工中出現(xiàn)差錯，就會造成整個支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模板變形、鋼筋錯位、混凝土結(jié)構(gòu)不密實(shí)的質(zhì)量問題。因此要加強(qiáng)混凝土施工，強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在澆筑施工中，要把混凝土施工和鋼筋施工密切結(jié)合，確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)質(zhì)量問題，在混凝土澆筑時，對于鋼筋密集區(qū)域，使用細(xì)石混凝土澆灌，防止混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)孔洞，同時選擇合適的振搗工具和振搗方式，保證振搗工作的合格。

3.3 轉(zhuǎn)換層裂縫的控制

高層間組合的轉(zhuǎn)換梁往往承載著超過20層樓體的重力，其載荷壓力巨大，預(yù)應(yīng)力施工有效提高了整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗剪切性能，從而有效避免裂縫的發(fā)生。再者是加強(qiáng)對模板施工的控制，可以有效避免表面裂縫的發(fā)生，提高轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)完整性，在模板安裝中，要按照模板安裝排版圖，控制好軸線位置和界面尺寸，保證不出現(xiàn)扭曲、拱裂現(xiàn)象，尤其是跨度大于4m時，設(shè)置相應(yīng)的起拱高度；模板支撐系統(tǒng)要保證水平，對支撐點(diǎn)進(jìn)行加固處理，防止扣件螺絲的安裝不合格；此外，留置孔洞，埋件要精確定位，避免出現(xiàn)遺漏。模板支撐體系的施工參照計算數(shù)據(jù)要求，采取足夠的預(yù)防措施，強(qiáng)化鋼管、扣件和施工材料質(zhì)量抽查，同時模板拆除之前，必須保證混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度合格；鋼筋的綁扎位置合理，在鋼筋質(zhì)量、規(guī)格上嚴(yán)格把控，保證鋼筋預(yù)埋位置、數(shù)量、方式符合設(shè)計要求。

4 結(jié)語

為了促使高層建筑的安全和功能需求得到保證，就需要將轉(zhuǎn)換層應(yīng)用過來。不同的建筑結(jié)構(gòu)有著不同的情況，那么就需要對差異化的轉(zhuǎn)換層類型進(jìn)行選擇。在施工過程中，需要嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)要求來進(jìn)行，對每一個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量嚴(yán)格控制，要對各個構(gòu)件體系充分了解，將它的長處給充分發(fā)揮出來，促使轉(zhuǎn)換層質(zhì)量得到有效保證。