高層建筑大體積混凝土轉換層結構及施工技術分析

摘要：隨著國內外高層建筑的迅猛展開，現代高層建筑向著體型復雜化、功用多樣化的方向展開。為了滿足建筑功用的需要，結構有必要進行“反常規計劃”，即將上部安頓小空間，下部安頓大空間；上部安頓剛度大的剪力墻，下部安頓剛度小的結構柱。因此有必要在結構改換的樓層設置結構改換層，在結構改換層安頓改換結構構件。

關鍵詞：高層建筑；大體積混凝土轉換層；轉換層結構；施工技術；改換結構構件 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU974 文章編號：1009-2374（2015）09-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0815

1 轉換層結構形式

從構造變換的功能視點看，變換層構造首要用來實施三種變換：上層和基層構造類型的變換、上基層不一樣柱網或軸線安置的變換以及同時由于不一樣的構造類型和軸線安置的變換。其構造的變換構件有梁（墻梁）式、桁架式、厚板式或箱式等。新式變換構造方式有搭接柱式、扁梁式以及斜柱式等。

梁式變換層構造在實際工程中應用最為廣泛。由國內、外150余棟帶變換層的高層修建構造的統計表明，有超越對折的修建選用梁式變換層，約占60%。因為變換層構造大都為大跨度且要接受其上樓層的很大荷載，所以最適合選用預應力混凝土構造。預應力混凝土梁式變換層按梁截面方式可分為矩形和箱形。依照梁的構成資料可分為預應力混凝土梁和預應力鋼骨混凝土梁；按梁的軸線曲直方式可分為曲梁和直梁；按構造支持方式可分為梁托墻和梁托柱兩種方式。關于接受荷載特別大、受力雜亂、應力會集，又有抗震需求的變換梁通常選用預應力箱式或許預應力鋼骨混凝土梁。

2 預應力混凝土梁式轉換層結構的特點

梁式變換層構造傳力直接、清晰，規劃和施工簡略，通常用于底部大空間框支剪力墻構造系統。變換梁可以分為單向安置、雙向安置、交叉安置。預應力混凝土變換梁的安置也相應的有以上幾種方式。在受力性能上，預應力混凝土構造十分適合于締造接受重荷載、大跨度的變換構造以及懸挑構件，且有自重輕、節省鋼材和混凝土的特色。預應力混凝土變換梁可分為托墻和托柱兩種方式。托柱方式的變換梁內力核算可采用桿系有限元法，截面規劃與通常框架梁一樣。托墻方式（即框支剪力墻方式）的變換梁需進行部分應力分析，并按應力進行規劃校核。框支剪力墻構造尚要思考剪力墻和變換梁的一起效果。在進行有限元構造分析時，變換梁上部取三層或許不小于梁跨時可以滿足工程精度需求，但對下部構造取的層數尚有爭議。此外，框支剪力墻構造的變換梁和上部墻體還具有拉桿拱的受力特性，也有把變換梁和上部框架構造作為整體的空腹桁架來進行構造規劃的實例。

3 轉換層的結構形式

目前，工程中常見的轉換層的結構形式主要有梁式轉換、厚板轉換、箱型轉換、桁架轉換。

3.1 梁式轉換

一般用在上、基層柱網和軸線安置較為規則的底部大空間構造系統中，當需求縱橫向同時變換時可選用雙向梁或主次梁的安置方法。梁式變換層受力清晰、規劃簡略、施工便利，因此被廣泛應用，是當前在帶變換層的高層修建實踐工程中最常選用的一種變換層構造形式。但由于變換梁截面尺度大、自嚴重，修建運用空間不能被充分利用，且容易引起變換層上、基層構造的剛度突變，對抗震晦氣，因此留給型鋼混凝土梁式變換、預應力混凝土梁式變換及加腋梁式變換很大的發展

空間。

3.2 板式轉換

一般用在上、下層結構柱網或軸線錯開較多時的情況，因為在這種情形下難以用梁直接承托上部結構，所以需要做成厚板，通過厚板來承受結構上部的荷載并傳遞給下部。由于上部荷載較大因而所需要的轉換板厚度也較大，大厚板必然導致大自重、大剛度，而這兩點對于結構抗震十分不利，再加上厚板轉換層的理論研究和設計依據尚不太成熟，因而其應用也就受到一定

限制。

3.3 箱型轉換

一般用在鐵路工程中，在房屋結構中的應用較少。箱型轉換層利用單、雙向托梁和上下層樓板的共同作用來完成上部結構荷載到下部結構的傳遞。其平面內的剛度遠遠大于實腹梁，但其自重卻遠遠小于厚板轉換層，這將有利于改善帶轉換層的高層建筑結構的抗震性能。

3.4 桁架式轉換

由多榀桁架共同承受上部結構的荷載，其高度多為一個層高，上弦桿設在上層樓板內，下弦桿設下層樓板內。桁架轉換層受力明確、自重小、抗震性能好，但是轉換的桿件節點受力狀態復雜、設計難度大、施工較復雜，因而其實際應用受到限制。

4 轉換層結構形式的發展趨勢

4.1 型鋼混凝土轉換層的應用

與鋼筋混凝土梁比較，型鋼混凝土梁不僅具有承載力高、剛度大、能大大減小截面尺度的長處，且其塑性、耐久性和抗震功能也優于鋼筋混凝土梁。此外，型鋼混凝土梁在施工時能夠精確定位、削減支模、加速施工速度。當前，國內型鋼混凝土變換梁的實踐工程并不太多，實踐工程有北京世界貿易中心世界旅館等。

4.2 預應力混凝土轉換層的應用

預應力混凝土轉換梁具有減小截面尺寸、控制裂縫和撓度的優點，因此非常適用于大跨度的轉換層。近年來我國預應力混凝土轉換層的應用越來越多。

4.3 轉換梁受力性能的改善

4.3.1 斜向支撐的運用。由于托柱方法的改換層直接承受上層柱傳下來的荷載，當改換梁承托的層數較多且跨度較大時，由上層柱傳遞下來的荷載將會很大，使得承受如此大力的改換梁雖在理論上能計劃出來，但在實習中卻不可行。因此，為了使上層柱傳遞的荷載在傳給改換梁之前，先讓兩端落地框支柱分管有些荷載，可在改換梁上部的結構中安置一些斜桿，使改換梁上部一有些荷載改動傳力方向，起到類似于拱傳力的效果。選用斜向支撐的實習工程有遼寧省藝術中心大廈等。

4.3.2 豎向傳力的多道改換。為了防止讓一根改換梁承受上部一切的荷載，形成改換梁截面標準過大、施工艱難的情況，可設置多道改換梁，使一層改換梁承受上部一切層荷載變成多道改換梁一起承受上部幾層或幾十層的荷載，減小單層改換梁上承受的荷載。選用豎向傳力多道改換的實習工程有深圳市海神廣場等。

4.3.3 改換梁加腋的運用。一般來說，改換梁的截面標準主要是由它的抗剪承載力抉擇的，抗彎對截面的需要并非主要因素。因此，如果能加強改換梁在支座區段的承載力，便可有效降低其截面標準。改換梁加腋便是根據這一構思而提出的。選用改換梁加腋的實習工程有北京煤炭總公司高層商住樓等。

參考文獻

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作者簡介：胡定超（1985-），男，湖北人，供職于珠海華發城市之心建設控股有限公司，研究方向：土木工程。

（責任編輯：陳 倩）endprint