有關高層建筑中轉換層結構的設計分析

徐壘

高層建筑是建筑工程的發展趨勢，高層建筑的出現極大提高了土地資源的利用率，實現了建筑物多功能化應用的需求，但是樓層高度的增加及其空間分布對轉換層的施工提出了更高要求，因此，高層建筑轉換層結構設計要滿足建筑結構上部空間較小、下部結構空間開闊的要求，并提高轉換層結構設計的合理性。

1 轉換層的定義和功能

高層建筑的高度較高，其下部結構承載的壓力較大，上部結構受力較小，在高層建筑的下部，應當設置較強的承載力結構，這和建筑功能要求及常規結構設置產生矛盾，因此在高層建筑結構中必須有轉換結構，實現樓體結構的自然過渡和軸線布置合理。轉化層結構保證高層建筑的上部豎向桿件不直接貫通落地，有效提升了下層結構的使用空間要求。通常而言，轉換層結構可以分為三種：（1）上下層不同結構類型轉換層，這種轉換層在樓體上部為剪力墻和框架剪力墻結構中應用較多，它為剪力墻結構創造了內部自由空間；（2）上下層柱網、軸線改變轉換層，它沒有改變轉換層的上下結構形式，但使下層的柱間距變大，常用于外框筒下層；（3）改變結構形式和結構軸線位置的轉化層，這種結構把轉換層的軸線錯開，形成上下結構不齊的結構布置。在實際工程建設中常用的轉換層有梁式、箱式、板式、架式等多種結構形式。

2 不同類型轉換層結構和設計方法

轉換層結構改變了水平力在底層的分布狀況，同時其自身也受到較大的力，產生了平面內的形變，因此要根據不同的工程設計轉換層的結構類型，下面對三種常用的轉換層結構進行詳細的分析。

2.1 梁式轉換層結構

梁式轉化層是高層建筑中最為常用的轉換層結構，其載荷力傳導直接，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，其常用的跨度為6-12m，轉換梁結構設計選擇與受力性能以及形式有直接關系，托柱式轉換梁界面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，應采用偏心受拉構件界面設計，而對于托墻式的截面設計，要計算其縱向鋼筋的分布狀況，對開門較多的墻體，也可以采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法。

2.2 桁架式轉換層結構

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，強節點”關鍵技術點的控制。桁架式轉換層的結構設計可以采用ANSYS和TAT的整體結構內力分析，滿足結構的各項要求，尤其是遵守標準設計中的上下結構側向剛度比的要求。桁架式轉換層要保證其剪切力和彎矩較小，避免在轉換層結構中出現剛度集中點，合理分散應力的存在，提高了結構的抗震性能。同時桁架式轉換層的自身重量下，對下部框架的載荷較小。

2.3 厚板后梁式轉換層結構

厚板后梁式轉換層結構適用于上下柱網軸線錯開較多的建筑結構，采用厚板轉換層來實現結構對接，具有很強的工程應用靈活性，但是厚板后梁式的轉換層重量較大，使用的承重材料較多，而且厚板式轉換層是一個完整的整體，剛度較大，造成上層結構的布置困難，受力狀況模糊，不方便配筋計算。再者這種轉換層相當于增加了暗梁，再加上其上部承載重量較大，對下部結構的穩定性造成一定的影響，如果發生較為強烈的振動，會造成厚板的應力沿著豎向方向發生激增，上下層受力嚴重不均，甚至會發生裂縫現象。厚板轉換層結構設計通常先進行三維空間內力分析，尤其是對轉換層邊界形狀不規則、載荷分布復雜等特殊情況進行有線單元的應力分析，從而得出相應的內力計算結果、內力組合和配筋方式，同時模擬豎向載荷下的彎曲、剪應力、局部應力等數據。

3 轉換層結構施工要點分析

轉換層的結構施工要點控制至關重要，尤其是其鋼筋施工、混凝土施工以及裂縫控制，下面對每一個要點進行詳細的分析。

3.1 鋼筋施工

大部分轉換層采用梁式結構，需要進行鋼筋構架的搭建，在施工中鋼筋要插入框支架1.2-1.5米內，才能進行混凝土的澆灌，在鋼筋構架的搭建施工中，要確保鋼筋綁扎的牢固，避免澆筑中出現鋼筋的移位和偏離，同時采用鋼管支撐，當混凝土澆筑完成后再拆除，防止混凝土的沖擊力導致結構變形。預埋剪力墻鋼筋安裝定位后，沿著鋼筋兩側焊接一根10米長的定位鋼筋，防止混凝土振搗過程中的移位，在剪力墻預留段，綁扎三道以上的分布筋，標記預留位置的精確位置，對于梁寬超過8.5米的梁體，采用梅花形混凝土墊塊。

3.2 混凝土施工

轉換層的質量關系重大，直接決定了高層建筑上部的結構穩固性，且其體積大、重量大、密度大的特點給施工帶來了很大難度，如果施工中出現差錯，就會造成整個支撐結構系統模板變形、鋼筋錯位、混凝土結構不密實的質量問題。因此要加強混凝土施工，強化轉換層的結構強度，在澆筑施工中，要把混凝土施工和鋼筋施工密切結合，確保轉換層結構不出現質量問題，在混凝土澆筑時，對于鋼筋密集區域，使用細石混凝土澆灌，防止混凝土結構中出現孔洞，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 轉換層裂縫的控制

高層間組合的轉換梁往往承載著超過20層樓體的重力，其載荷壓力巨大，預應力施工有效提高了整體結構的強度和抗剪切性能，從而有效避免裂縫的發生。再者是加強對模板施工的控制，可以有效避免表面裂縫的發生，提高轉換層的結構完整性，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，保證不出現扭曲、拱裂現象，尤其是跨度大于四米時，設置相應的起拱高度；模板支撐系統要保證水平，對支撐點進行加固處理，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，避免出現遺漏。模板支撐體系的施工參照計算數據要求，采取足夠的預防措施，強化鋼管、扣件和施工材料質量抽查，同時模板拆除之前，必須保證混凝土結構的強度合格；鋼筋的綁扎位置合理，在鋼筋質量、規格上嚴格把控，保證鋼筋預埋位置、數量、方式符合設計要求。

4 結束語

總之，高層建筑轉換層結構是建筑物中關鍵的一環，因此其結構設計要從工程實際、建筑空間分布、建筑結構受力、承載力分布等多個方面進行考慮，選擇合適的結構形式，從而提高轉換層的抗剪切力和承載能力，提高整體結構的安全性。同時在結構設計時，要強化關鍵施工要點的設計，嚴格遵守施工流程，切實提高工程質量。

參考文獻

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