有關(guān)高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析

徐壘

高層建筑是建筑工程的發(fā)展趨勢，高層建筑的出現(xiàn)極大提高了土地資源的利用率，實現(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)換層的定義和功能

高層建筑的高度較高，其下部結(jié)構(gòu)承載的壓力較大，上部結(jié)構(gòu)受力較小，在高層建筑的下部，應(yīng)當(dāng)設(shè)置較強的承載力結(jié)構(gòu)，這和建筑功能要求及常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)置產(chǎn)生矛盾，因此在高層建筑結(jié)構(gòu)中必須有轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)樓體結(jié)構(gòu)的自然過渡和軸線布置合理。轉(zhuǎn)化層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的使用空間要求。通常而言，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以分為三種：（1）上下層不同結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換層，這種轉(zhuǎn)換層在樓體上部為剪力墻和框架剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多，它為剪力墻結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了內(nèi)部自由空間；（2）上下層柱網(wǎng)、軸線改變轉(zhuǎn)換層，它沒有改變轉(zhuǎn)換層的上下結(jié)構(gòu)形式，但使下層的柱間距變大，常用于外框筒下層；（3）改變結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)軸線位置的轉(zhuǎn)化層，這種結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)換層的軸線錯開，形成上下結(jié)構(gòu)不齊的結(jié)構(gòu)布置。在實際工程建設(shè)中常用的轉(zhuǎn)換層有梁式、箱式、板式、架式等多種結(jié)構(gòu)形式。

2 不同類型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)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(chǎn)生了平面內(nèi)的形變，因此要根據(jù)不同的工程設(shè)計轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)類型，下面對三種常用的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行詳細的分析。

2.1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

梁式轉(zhuǎn)化層是高層建筑中最為常用的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，其載荷力傳導(dǎo)直接，同時其結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析簡便，成本造價較低。梁式轉(zhuǎn)化層結(jié)構(gòu)采用轉(zhuǎn)換梁作為承載結(jié)構(gòu)，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(yù)應(yīng)力混凝土和鋼結(jié)構(gòu)。在實際工程中，轉(zhuǎn)換梁的跨度要綜合考慮上層墻體的層數(shù)，其常用的跨度為6-12m，轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇與受力性能以及形式有直接關(guān)系，托柱式轉(zhuǎn)換梁界面的設(shè)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(yīng)采用偏心受拉構(gòu)件界面設(shè)計，而對于托墻式的截面設(shè)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(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法。

2.2 桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

桁架式轉(zhuǎn)換層是對梁式轉(zhuǎn)換層的擴展，其整個轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層，中間設(shè)置腹桿。這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體性較好，受力狀況更加穩(wěn)定，同時轉(zhuǎn)換層的自身重量較小，具有良好的抗震性能。但是桁架式轉(zhuǎn)換層對施工技術(shù)提出一定的要求，尤其是對“強斜腹桿，強節(jié)點”關(guān)鍵技術(shù)點的控制。桁架式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以采用ANSYS和TAT的整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，滿足結(jié)構(gòu)的各項要求，尤其是遵守標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計中的上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的要求。桁架式轉(zhuǎn)換層要保證其剪切力和彎矩較小，避免在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)剛度集中點，合理分散應(yīng)力的存在，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時桁架式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

厚板后梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)適用于上下柱網(wǎng)軸線錯開較多的建筑結(jié)構(gòu)，采用厚板轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對接，具有很強的工程應(yīng)用靈活性，但是厚板后梁式的轉(zhuǎn)換層重量較大，使用的承重材料較多，而且厚板式轉(zhuǎn)換層是一個完整的整體，剛度較大，造成上層結(jié)構(gòu)的布置困難，受力狀況模糊，不方便配筋計算。再者這種轉(zhuǎn)換層相當(dāng)于增加了暗梁，再加上其上部承載重量較大，對下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成一定的影響，如果發(fā)生較為強烈的振動，會造成厚板的應(yīng)力沿著豎向方向發(fā)生激增，上下層受力嚴(yán)重不均，甚至?xí)l(fā)生裂縫現(xiàn)象。厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計通常先進行三維空間內(nèi)力分析，尤其是對轉(zhuǎn)換層邊界形狀不規(guī)則、載荷分布復(fù)雜等特殊情況進行有線單元的應(yīng)力分析，從而得出相應(yīng)的內(nèi)力計算結(jié)果、內(nèi)力組合和配筋方式，同時模擬豎向載荷下的彎曲、剪應(yīng)力、局部應(yīng)力等數(shù)據(jù)。

3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工要點分析

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

3.1 鋼筋施工

大部分轉(zhuǎn)換層采用梁式結(jié)構(gòu)，需要進行鋼筋構(gòu)架的搭建，在施工中鋼筋要插入框支架1.2-1.5米內(nèi)，才能進行混凝土的澆灌，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(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8.5米的梁體，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)不密實的質(zhì)量問題。因此要加強混凝土施工，強化轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)強度，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)的強度和抗剪切性能，從而有效避免裂縫的發(fā)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(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，尤其是跨度大于四米時，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(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)束語

總之，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是建筑物中關(guān)鍵的一環(huán)，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計要從工程實際、建筑空間分布、建筑結(jié)構(gòu)受力、承載力分布等多個方面進行考慮，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，從而提高轉(zhuǎn)換層的抗剪切力和承載能力，提高整體結(jié)構(gòu)的安全性。同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要強化關(guān)鍵施工要點的設(shè)計，嚴(yán)格遵守施工流程，切實提高工程質(zhì)量。

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