高層建筑中的轉換層結構設計要點研究

摘? ? 要：在當前城市的建筑中高層建筑的建設越來越廣泛，其功能性強、受力復雜的特點決定了我們在設計時需要對其內(nèi)部結構進行更加合理的布局。高層建筑在結構方面，為了滿足特定的建筑功能，通常會設計結構轉換層。因此在高層建筑的結構設計中，設計人員必須對結構轉換層設計進行分析，以保證建筑的質量和使用安全。

關鍵詞：高層建筑;轉換層結構設計;要點研究

1? 引言

轉換層是建筑下部結構與上部結構的過渡結構，有連接上下的作用，因此，在實際施工中，施工人員應做好轉換層施工，以確保其施工質量滿足轉換層結構功能需求。建筑的每層平面使用功能并非完全相同，存在某樓層的上部、下部采用不同的結構類型的情況，建筑在該樓層進行結構上的轉換，我們稱此樓層為轉換層。例如，很多高層建筑選擇底層商用，上層住宿的設置方案。底層商用建筑的空間需求大，這就需要在建筑結構過渡時進行結構形式的轉換處理，即設置轉換層。轉換層的結構形式有五種，分別是梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。形式不同，用途亦有所區(qū)別。

2? 轉換層設計及作用分析

轉換層設計要基于建筑內(nèi)部結構進行對應功能的調節(jié)，依據(jù)不同樓層所在結構位置對轉換層的性能、功能作出要求，使其能實現(xiàn)豎向受力構件的轉換。通過對設施、空間及結構布局的分析，結合高層建筑中的結構承載特點進行商業(yè)、住宅等多種類型建筑的設計。對綜合體建筑（商用、住宅等類型）的空間結構進行分析，基于空間跨度和受力影響選定轉換層位置，明確設計標準及設計方法的選擇。轉換層主要是通過改善建筑整體受力進行梁、柱等內(nèi)容的優(yōu)化，依據(jù)構件分布對結構形式及類型體系進行分析，結合建筑自身所要傳達的內(nèi)容特點，使其作用能基于合理設計進行荷載條件平衡。明確轉換層的荷載狀況進行受力情況分析，保障合理使用的基礎壽命及內(nèi)應力強度調整，針對結構設計應考慮的方法特點進行靈活分析，保障建筑的受力平衡及設計效果進行安全控制，依據(jù)剛度、強度等性能需求對轉換層所用材料、技術提出要求。

3? 高層建筑轉換層結構形式

高層建筑轉換層結構形式較多，常見的轉換層結構形式主要有梁式轉換層、箱式轉換層、板式轉換層、桁架轉換層、斜柱轉換層和巨型框架轉換層，以下筆者就上述轉換層進行簡要闡述。

3.1? 梁式轉換層

梁式轉化層是高層建筑中最為常用的轉換層結構，其載荷傳導直接，同時其結構設計和分析簡便，成本造價較低。梁式轉化層結構采用轉換梁作為承載結構，分為托墻和托柱兩種方式，其施工材料可以采用鋼筋混凝土、預應力混凝土和鋼結構。在實際工程中，轉換梁的跨度要綜合考慮上層墻體的層數(shù)。轉換梁結構設計與受力性能以及形式有直接關系，托柱式轉換梁的設計可以按照普通截面的配筋計算方式，如果上部的承載部分為上部斜桿框架，應按偏心受拉構件進行設計，而對于托墻式的截面設計，需考慮其縱向鋼筋的分布狀況，對開洞較多的墻體，也可以采用深梁截面設計方法進行設計。

3.2? 箱式轉換層

箱式轉換層結構主要由單向托梁及雙向托梁構成。在結構設計中為了加強上下層結合的效果，需做好混凝土澆筑施工。箱式轉換層在結構剛度和整體性上優(yōu)勢十分明顯。

3.3? 板式轉換層

板式轉換層結構是在厚板轉換下形成的一種轉換層結構。在結構設計中，為發(fā)揮板式轉換層的功能，需考慮建筑的抗剪能力、抗彎能力和抗沖切能力，并以此為基礎明確轉換板的厚度。轉換板的厚度多為2m～2.8cm，但下部結構設計中也會產(chǎn)生較多的材料消耗，施工難度較大。為此，在采用板式轉換層結構時需綜合考慮多種影響因素，以提升高層建筑結構設計的水平。

3.4? 桁架轉換層

桁架式轉換層是對梁式轉換層的擴展，其整個轉換層結構采用鋼筋混凝土的桁架組成，桁架的上下弦桿作為上下樓面結構層，中間設置腹桿。這種轉換層結構設計的整體性較好，受力狀況更加穩(wěn)定，同時轉換層的自身重量較小，具有良好的抗震性能。但是桁架式轉換層對施工技術提出一定的要求，尤其是對“強斜腹桿，強節(jié)點”關鍵技術點的控制。

3.5? 斜柱轉換層

應用斜柱轉換層結構時，水平荷載的水平較高，設計人員要以建筑平面布置為基礎對其予以全面考察，高度關注結構設計的科學性。另外為有效控制水平荷載，也可采用拉梁或圈梁維持受力平衡，高度利用結構空間。轉換斜柱通常需穿過多個樓層，以減輕上下層結構水平作用力的負面作用。

4? 轉換層結構施工設計分析

4.1? 鋼筋施工

轉換構件下的施工需要隊混凝土、水泥等材料進行強度控制，依據(jù)框架配箍率進行鋼筋穩(wěn)定性設計，結合施工過程中的澆筑環(huán)節(jié)進行鋼筋的固定、支撐等方面的工作，采取較為適宜的操作來滿足構架搭建方面的要求。明確框支框架內(nèi)進行鋼筋的長度、數(shù)量等方面材料控制，結合安裝過程防治定位鋼筋變形的措施，要基于結構支撐位移情況對鋼筋的綁扎進行控制，針對受力情況進行標準條件下施工組織設計，針對結構中的變形、裂縫等常見現(xiàn)象進行受力隱患的查找。依據(jù)設計工序進行預留位置的梁體控制，結合施工組織設計對綁扎鋼筋進行精準標記。

4.2? 混凝土施工

轉換層中的混凝土用量要結合質量因素進行施工設計，明確高層中的穩(wěn)固結構需要使用的混凝土用量，依據(jù)工程的結構空間進行體積、自重等方面的控制，結合施工過程中的模板使用對系統(tǒng)作用進行調節(jié)。在系統(tǒng)設計中將支撐結構與使用框架按照質控制量要求，結合混凝土結構容易出現(xiàn)裂縫、孔洞等問題進行振搗工作的設計，依據(jù)結構中的模板、鋼筋等內(nèi)容條件進行工序設計。對混凝土荷載作用下的結構強度進行混凝土配合比的設計，依據(jù)轉換層高度進行施工工具、流程設計等方面的分析控制。

4.3? 轉換層裂縫的控制

轉換層作為承載上部結構中數(shù)量較多的樓層荷載的結構構件，工程人員需要在施工中針對結構強度及性能需求，將影響結構性能的裂縫現(xiàn)象進行重要放置，了解裂縫的出現(xiàn)對高層設計完整性的不利影響，對設計中的模板、系統(tǒng)等內(nèi)容進行相應的施工控制。模板的設計需要根據(jù)設計圖進行尺寸、軸線的控制，依據(jù)空間跨度進行模板支撐的技術保障，結合施工中的支撐點設定進的模板效果保護，依據(jù)系統(tǒng)組成及其重要作用進行流程監(jiān)控，確保支撐體系內(nèi)的數(shù)據(jù)應用及防治措施基于設計進行管理。明確設計中對材料應用比例和用量要求，使埋件位置的設計能基于裂縫控制的前提，保障結構設計中的設備安裝及隱患防治等工作能順利開展。

4.4? 溫度控制

混凝土表面不宜散熱太快，否則會造成內(nèi)外溫差較大，影響混凝土的完整性。在轉換梁底模及側模外部鋪設兩層塑料薄膜，塑料薄膜與模板一起作為保溫層，減慢整個轉換層的散熱速度。在轉換層混凝土平面上選擇9個固定的檢測點，將傳感器置于檢測點?；炷翜囟壬仙A段，每隔2小時進行一次溫度測量，溫度下降階段，每隔4h進行一次測量，后期每隔6～8小時進行一次溫度測量。一般情況下，轉換層中心位置的最高溫度為70.6℃，板面最高溫度為50.2℃，底板最高溫度為52.4℃，內(nèi)外溫差保持25℃范圍內(nèi)。

5? 結語

高層建筑中轉換層結構是建筑物中關鍵的一環(huán)，因此要求設計人員對結構設計要從工程實際、建筑空間分布、建筑結構受力、承載力分布以及抗震情況等多個方面進行考慮，重視結構的選型和平立面的的規(guī)則性，優(yōu)先選用抗震和抗風性能良好的體系，從而提高轉換層的承載能力，剛度和延性，并保證整體結構的安全性。

參考文獻：

[1] 常晉.高層建筑梁及板式轉換層的結構設計研究[J].山西建筑，2019（9）：42～44.

作者簡介：

薛金山（1986—）男，民族：漢，籍貫：遼寧省大連市，大學本科，中級工程師，土木工程結構設計方向，郵編：116021。