轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用分析

何均權(quán)

（廣州市建工設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，很多新型技術(shù)在各領(lǐng)域中被應(yīng)用，特別是建筑行業(yè)，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多新型技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提升設(shè)計(jì)水平，還能夠保證設(shè)計(jì)效果。近年來(lái)，建筑行業(yè)以高層建筑為主，對(duì)其結(jié)構(gòu)提出較高要求，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，內(nèi)部功能越多元，要確保轉(zhuǎn)換層的可靠性，需要合理應(yīng)用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效控制設(shè)計(jì)質(zhì)量，在確保質(zhì)量滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，展開一系列建設(shè)工作，發(fā)揮轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性作用。在高層建筑中，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層起到了重要的連結(jié)作用，它不僅對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的密封，同時(shí)還起到穩(wěn)定上部結(jié)構(gòu)的重要作用。由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量與整個(gè)建筑的安全性、穩(wěn)定性有著直接的連接，并且設(shè)計(jì)期間的質(zhì)量控制難度相對(duì)較大，因而加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究有著重要的作用[1]。本文首先對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的基本概念、設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行探討，并進(jìn)一步研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。梁式轉(zhuǎn)換層常用形式如圖1 所示。

圖1 梁式轉(zhuǎn)換層常用形式

1 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

1.1 有利于樓層結(jié)構(gòu)的靈活調(diào)整

在建筑領(lǐng)域中，由于使用功能要求，有時(shí)將建筑下面幾層做成大空間結(jié)構(gòu)，到了上面則恢復(fù)為普通結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步調(diào)整樓層結(jié)構(gòu)，拓寬內(nèi)部空間，大幅度提高樓層的實(shí)用性，此種將下層部分轉(zhuǎn)變的情況，就叫轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。由于豎向抗側(cè)力構(gòu)件傳力中斷，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）稱此類建筑為復(fù)雜結(jié)構(gòu)，條文集中在第十章。在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用的過(guò)程中，還可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)、讓柱網(wǎng)空間和入口區(qū)域空間獲得相應(yīng)地?cái)U(kuò)張，實(shí)現(xiàn)空間利用最大化，實(shí)現(xiàn)不同使用功能的良好轉(zhuǎn)換。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

1.2 有利于建筑安全

由于轉(zhuǎn)換層以上的樓層荷載重，跨度大，一旦轉(zhuǎn)換構(gòu)件破壞則危及整棟樓的安全，故轉(zhuǎn)換極其重要，對(duì)轉(zhuǎn)換構(gòu)件有更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求，以保證結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定。當(dāng)前，常用的梁式轉(zhuǎn)換有普通框架梁轉(zhuǎn)換、框支轉(zhuǎn)換，基于建筑工程的實(shí)際特點(diǎn)，可安置單向、雙向及斜向等類型。混凝土是一種不均勻材料，在樓層逐步上升的情況下，下部分樓層承壓逐步上升，加上各種不利因素，極易導(dǎo)致受力不均，從而埋下安全隱患。而采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)過(guò)程中，就要求按規(guī)范加強(qiáng)抗震措施、提高配筋率等要求，合理分配處置，可以優(yōu)化受力情況，對(duì)結(jié)構(gòu)安全方面具有重要意義[2]。

2 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 支架與模板部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）斜撐設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)斜撐時(shí)，施工人員需要將支架斜撐角度設(shè)計(jì)在45°內(nèi)，順著柱子進(jìn)行布局，而且還應(yīng)該將間距設(shè)計(jì)在1m 之內(nèi)，同時(shí)，在模板頂端及底端設(shè)計(jì)嵌入斜撐及梁模外鋼楞板塊，設(shè)計(jì)通過(guò)雙扣手段進(jìn)行處置。在設(shè)計(jì)搭設(shè)支架時(shí)，為了保證結(jié)構(gòu)受力均衡，要及時(shí)對(duì)梁底斜撐支架與梁下支架進(jìn)行搭設(shè)處置[3]。鋼筋混凝土梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)在高層建筑工程中，要保證技術(shù)的合理應(yīng)用，就要確保各環(huán)節(jié)有序開展，并對(duì)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行有效控制。為了保證轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果與質(zhì)量，還要確保斜撐的科學(xué)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行高層建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，為了在根本上保證支架的安全性，需在斜撐桿下方合理設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)凹槽，從而提升高層建筑柱根的支撐作用。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，安裝梁式轉(zhuǎn)換層斜撐支架過(guò)程中，要確保滿足與下排架同步安裝的要求。

根據(jù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，對(duì)采用的材料、設(shè)備及其部件性能進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行更換，有效預(yù)防轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)問(wèn)題。在對(duì)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)過(guò)程中，需嚴(yán)格遵循工藝技術(shù)規(guī)范要求，避免對(duì)結(jié)構(gòu)性能與強(qiáng)度造成不利影響。通過(guò)性能與工藝規(guī)格的有效管理，提升材料管控強(qiáng)度，充分發(fā)揮技術(shù)效應(yīng)。

（2）采取立桿、掃地桿部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段。對(duì)于立桿結(jié)構(gòu)與梁底結(jié)構(gòu)內(nèi)部需保證扣接狀態(tài)，以保證其可靠性，防止出現(xiàn)不平穩(wěn)的線性。一般來(lái)說(shuō)，立桿下端支撐部位，需要合理設(shè)計(jì)樓面墊板上方位置，掃地桿需要在梁下排架地區(qū)進(jìn)行安裝，以確保整體建設(shè)效果。

（3）縱向水平桿設(shè)計(jì)。對(duì)縱向水平桿而言，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，需對(duì)桿長(zhǎng)進(jìn)行合理控制，同時(shí)，需在立桿內(nèi)側(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)置。在設(shè)計(jì)裝配過(guò)程中，要設(shè)計(jì)扣接接頭呈現(xiàn)交錯(cuò)式分布形態(tài)，沿豎向水平桿科學(xué)安置相鄰零部件。雖然水平桿的跨度不同，但相鄰接頭需要保證50cm 跨度，各接頭相互重心距離、最近區(qū)域節(jié)點(diǎn)間隔等不允許大于整體間隔的1/3，進(jìn)而確保建設(shè)順利。搭接長(zhǎng)度要求保持在1m 間隔內(nèi)，在各搭接范疇內(nèi)，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)安裝3 個(gè)及更多的旋轉(zhuǎn)扣件，并保證扣件牢固。在設(shè)計(jì)搭接扣件更改部分與水平桿部分時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)好豎向水平桿和中間扣件蓋板的情況，將搭接間隔設(shè)計(jì)在10cm 左右，也就是在蓋板邊緣和水平桿端部間隔把控在10cm 左右，防止產(chǎn)生其他安全隱患。

（4）在設(shè)計(jì)水平桿時(shí)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)直角扣件穩(wěn)固處理主節(jié)點(diǎn)部位，確?？奂g重心間隔設(shè)計(jì)在15cm 內(nèi)。在設(shè)計(jì)垂直支架立桿的過(guò)程中，要保證各個(gè)立桿設(shè)計(jì)于中線位置，偏差把控在25cm 以內(nèi)。

（5）強(qiáng)化模板與部分設(shè)計(jì)的效果，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做好模板的選擇設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)模板支持設(shè)計(jì)的效果。一般情況下，設(shè)計(jì)高層建筑轉(zhuǎn)換層，會(huì)增加整體結(jié)構(gòu)工程體系的復(fù)雜性。為了在這種情況下更好的完成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位需要科學(xué)的利用模板支撐系統(tǒng)。拆除模板后，要做好清潔與維護(hù)處理，以保證后續(xù)的循環(huán)應(yīng)用[4]。轉(zhuǎn)換層支架如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)換層支架

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的主要構(gòu)成內(nèi)容，轉(zhuǎn)換層這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土有非常高的要求，不但梁截面大，鋼筋多，還要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到較高的級(jí)別?；炷翝仓^(guò)程中，原材料的選擇對(duì)工程設(shè)計(jì)質(zhì)量有重要影響，在對(duì)原材料進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇的過(guò)程中，需重視以下幾點(diǎn)。①選擇原材料應(yīng)滿足轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。②澆筑時(shí)需滿足混凝土要求、滿足市場(chǎng)規(guī)范要求。③澆筑前，對(duì)原材料配比進(jìn)行試驗(yàn)。澆筑原材料的選擇對(duì)澆筑質(zhì)量有直接影響，一旦材料選擇不當(dāng)，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換層質(zhì)量造成不利影響，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)確?；炷良軜?gòu)和其他架構(gòu)的協(xié)同性，在合理設(shè)計(jì)澆筑速率的前提下，減少溫度及環(huán)境因素帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)。另外，依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)科學(xué)的機(jī)械設(shè)備和方式。

2.3 剪力墻抗震布局和布設(shè)

開展建筑構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中，重點(diǎn)是需將框架剪力墻構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)做好。對(duì)框架剪力墻布設(shè)、布局還有施工質(zhì)量等而言，會(huì)對(duì)于建筑項(xiàng)目抗震成效產(chǎn)生直接影響，所以應(yīng)當(dāng)將剪力墻布局以及設(shè)置做好[5]。通常而言，需要把剪力墻設(shè)計(jì)于平面構(gòu)造中容易產(chǎn)生變形的區(qū)域。除此之外，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)重視下述幾方面準(zhǔn)則：①結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)均勻設(shè)置，最好是對(duì)稱勻稱布局。當(dāng)前，為使得建筑構(gòu)造的穩(wěn)定性以及安全性獲得提升，通常會(huì)將剪力墻布設(shè)于建筑構(gòu)造發(fā)生變形部位以及建筑物中產(chǎn)生較大豎向載荷的位置。而且，在開展剪力墻設(shè)置的時(shí)候，還應(yīng)當(dāng)遵受雙向?qū)ΨQ均勻分布的準(zhǔn)則。假如建筑結(jié)構(gòu)某些部位產(chǎn)生剛度分布不均以及建筑構(gòu)造受損問(wèn)題，則應(yīng)當(dāng)于結(jié)構(gòu)豎向布設(shè)相應(yīng)剪力墻。②開展墻肢截面設(shè)計(jì)的時(shí)候，最好需要確保截面形狀是規(guī)則可靠的，而且截面不可過(guò)于復(fù)雜。假如建筑某些形狀結(jié)構(gòu)上存有變化不定以及凹凸不平等情況，則最好在構(gòu)造凸出部位布設(shè)相關(guān)剪力墻，從而能夠使得建筑構(gòu)造抗側(cè)剛度有效提升，進(jìn)而對(duì)于構(gòu)造抗震性能進(jìn)行改善。③應(yīng)當(dāng)使剪力墻構(gòu)造上延展性獲得有效提升。因此需要相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員在剪力墻設(shè)計(jì)當(dāng)中做好全面思考，從而使得剪力墻延展性獲得提升。通常而言，能夠把同一剪力墻劃成多個(gè)短小剪力墻。

2.4 增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛性設(shè)計(jì)

經(jīng)驗(yàn)表明，層間位移角是評(píng)估建筑損壞程度的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，這也是為什么《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)這里有明確規(guī)定的原因。建筑物的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須具有足夠的剛性和強(qiáng)度。在考慮剛性和穩(wěn)定性問(wèn)題時(shí)，第一就是要考慮構(gòu)成整體建筑的構(gòu)件之間是否穩(wěn)固安全，并且本身的結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞和改變。必須采取一定的措施來(lái)控制結(jié)構(gòu)的橫向移動(dòng)，通常是通過(guò)減少柱間距和框架桁架間距，引入抗彎和剪力雙側(cè)向力的系統(tǒng)，安裝剛性把手、臺(tái)階和更換垂直支撐。將部件轉(zhuǎn)換為三維部件，傾斜立面的使用，機(jī)身的扭轉(zhuǎn)，雙曲線圓柱體的使用，增加房屋的有效寬度以控制橫向運(yùn)動(dòng)。在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加固，并采用適當(dāng)?shù)募庸谭椒ǎ赃_(dá)到合理的強(qiáng)度與剛性，從而達(dá)到整體的剛度均衡，從而增強(qiáng)建筑物的整體性能。

2.5 合理選擇鋼筋的材料

我國(guó)鋼材規(guī)模較大，加工制造能力在世界上也名列前茅。在規(guī)劃高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮建筑材料的選擇。首先，為了確保建筑的材料良好，且結(jié)構(gòu)具備合理性，在確定建筑選材時(shí)，應(yīng)該首先考慮到建筑的性能，使其能夠維持建筑的整體穩(wěn)定性，為了分析建筑材料的參數(shù)，不能只考慮材料的承載能力而忽略材料的其他參數(shù)，轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)必須保證建筑材料滿足承載能力要求。在選擇材料時(shí)，首先要考慮不同部位的實(shí)際需要，選擇具有高承載力和抗彎承載力的高強(qiáng)度鋼筋。在建造垂直支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，使用高承載力的支撐材料可以確保建筑物具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在高層建筑中應(yīng)用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合結(jié)構(gòu)特征，深入開展多方面施工工作，提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在建設(shè)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)期間，要嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，科學(xué)采取轉(zhuǎn)換層工藝，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，做好轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于提高建筑的安全性、穩(wěn)定性有著極其重要的意義。在建筑工程中，高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為研究的重點(diǎn)。本文從轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與形式出發(fā)，對(duì)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了探討，并進(jìn)一步研究其在高層建筑中的應(yīng)用。