高層建筑梁式鋼筋混凝土結構轉換層研究

盧懷道

【摘要】高層建筑的蓬勃發展為建筑施工技術帶來新的挑戰，高層建筑結構形式也日趨大型化、復雜化。本文對梁式鋼筋混凝土結構轉換層進行了深入研究。首先，針對梁式轉換層，重點分析了轉換層的主要結構形式與構造，詳細論述了基于極限狀態設計的轉換層梁模體系，并提出了半剛性連接計算方法。

【關鍵詞】高層建筑施工，轉換層，支撐架

高層建筑轉換層是建筑結構中的重要部位，也是建筑施工中的重點難點。其施工技術牽涉到力學、材料學、結構設計及管理學等多學科交叉應用，是一項復雜的系統工程[1]。在高層建筑轉換層施工中，其關鍵因素在于轉換層結構的支撐系統、混凝土的澆筑方案、混凝土的后期養護、混凝土的溫控技術[2-3]。而這每一個方面都是轉換層施工面臨的嶄新的課題，為確保高層建筑轉換層施工的順利、有效的完成、這就要求其施工應根據工程實際的情況、能方便的運用一些可直接套用的理論體系、并結合類似工程的經驗、能快速、有效的解決上述問題。在高層建筑日益增多的發展趨勢下、如何滿足工程建設的需要、總結出一套簡便、準確、高效的高層建筑轉換層施工技術理論體系、便成為在施工技術中需要解決的現實課題。從以往工程的實踐經驗來看，轉換層施工質量的好壞直接關系到整個工程質量品質、并且占有相當可觀的成本造價，對技術設計的周密、準確、經濟、對施工組織的嚴格控制是整個施工方案設計考慮的重點、并應考慮其在施工過程中的風險性。因此、對高層建筑轉換層施工技術的課題研究是尤為必要的。

1、梁式轉換層的主要結構形式與特點

（1）主要結構形式

實際工程應用中轉換梁的結構形式有多種多樣[4-5]，從跨數上，可分為單跨、雙跨及多跨；從上部墻體形式上，可分為滿跨和不滿跨、開洞和不開洞及開門洞和開窗洞；從轉換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉換梁結構采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預應力混凝土和鋼骨混凝土、鋼結構等。根據實際工程中轉換梁的應用形式、受力特點及其轉換梁與上部結構的共同工作形式，可將梁式轉換層的結構類型歸納以下幾種形式。

（2）受力特點

實際工程應用中轉換梁的結構形式有多種多樣，從跨數上，可分為單跨、雙跨及多跨；從上部墻體形式上，可分為滿跨和不滿跨、開洞和不開洞及開門洞和開窗洞；從轉換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉換梁結構采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預應力混凝土和鋼骨混凝土、鋼結構等[6]。梁式轉換層結構傳力途徑采用墻（柱）轉換梁柱（墻）的形式，具有傳力直接、明確和傳力途徑清楚的優點，便于工程計算、分析和設計，且造價較節省[7]。轉換梁具有受力性能好、工作可靠、構造簡單和施工方便的優點，結構計算也相對容易。作為梁式轉換層的主要受力構件-轉換大梁，其受力形式與受力大小受上部結構形式、轉換梁上下層相對剛度、轉換梁的位置等因素的影響。在這些因素影響下，帶有轉換層的結構在水平荷載下將表現出不同的受力性能。分析表明，無論轉換梁上部墻體的形式如何，只要墻體存在一定長度，轉換梁中的彎矩就會較不考慮上部墻體作用的要小，相應墻體下的轉換梁就有一段范圍內出現受拉區。轉換梁的最終受力狀態由墻、轉換梁作為一個整體共同彎曲變形和拱的傳力作用綜合影響。墻、轉換梁作為一個整體共同彎曲變形，轉換梁處于這整體彎曲的受拉翼緣，若單獨分析轉換梁，其所受的彎矩由于剪力墻的共同工作而大大降低，同時，由于處于受拉翼緣，應力積分后轉換梁中就會出現軸向拉力。由于豎向傳力拱作用的存在，使上部墻體上的豎向荷載傳到轉換梁時，很大一部分荷載以斜向荷載的形式作用于梁上（見圖1b），若將這斜向荷載分解為垂直和水平等效荷載形式（見圖1c，d）則垂直荷載作用下的彎矩肯定要比不考慮墻體作用時要小（見圖1a），在水平荷載作用下，就形成了轉換梁跨中一定區域受軸向拉力，而支座區域受軸向壓力的現象。