高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工工藝分析

宋磊　任海建

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在建筑工程建設(shè)中提高轉(zhuǎn)換層設(shè)計的科學(xué)性、合理性，能夠極大提高我國建筑工程施工的質(zhì)量，及推動我國建筑事業(yè)的快速發(fā)展。轉(zhuǎn)換層在建筑工程施工中的大量應(yīng)用，不僅能夠確保工程施工的整體質(zhì)量，還能延長工程的使用周期，實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的社會效益和經(jīng)濟效益。為此，本文主要對高層建筑轉(zhuǎn)換層的概況、應(yīng)用現(xiàn)狀及施工工藝進行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計；概況；應(yīng)用現(xiàn)狀；框支柱；梁式轉(zhuǎn)換

1 轉(zhuǎn)換層的概況

1、概念

由于高層建筑結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)是下部剛度大，墻體多、柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少墻、柱的數(shù)量，以擴大柱網(wǎng)。這樣，結(jié)構(gòu)的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此，為滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須進行“反常規(guī)設(shè)計”，即將上部布置小空間，下部布置大空間；上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)計水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，即轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

2、常用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式分析

梁式轉(zhuǎn)換：梁式轉(zhuǎn)換層是指在普通的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板上布置相應(yīng)的托梁，以承載在上部樓層落空的各承重柱或剪力墻傳來的荷載，一般多用于有大空間、大開間要求的底層結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要縱、橫雙向同時進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換時，應(yīng)采用雙向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁布置。

板式轉(zhuǎn)換：當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)的上下柱網(wǎng)、軸線相互之間存在較大錯位，可考慮選擇采用板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，以形成厚板式承臺轉(zhuǎn)換層，其下部樓層的柱網(wǎng)可以靈活布置。厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)多適用于上下樓層柱網(wǎng)極不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，使得轉(zhuǎn)換層上、下樓層的結(jié)構(gòu)功能布置靈活。

桁架轉(zhuǎn)換：在采用托柱形式的梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁構(gòu)件的跨度很大且上層傳遞的荷載較大時，可根據(jù)上下樓層柱網(wǎng)的軸線位置變化情況設(shè)置相應(yīng)的桁架轉(zhuǎn)換層進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，其有效克服了梁式轉(zhuǎn)換和厚板轉(zhuǎn)換形式存在的缺點，轉(zhuǎn)換靈活，傳力直接，減輕了梁構(gòu)件的剪力負(fù)擔(dān)，是一種可在超高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換工程中推廣應(yīng)用的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式。

3、設(shè)計原則

轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，對結(jié)構(gòu)抗震不利，故采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對結(jié)構(gòu)抗震更有利，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。優(yōu)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，選擇具有明確傳力路徑的換層結(jié)構(gòu)型式，以便于結(jié)構(gòu)分析設(shè)計和保證施工量，在滿足建筑物安全和經(jīng)濟要求的前提下，轉(zhuǎn)換剛度宜小不宜大。

2 高層建筑轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

中國目前的鋼筋混凝土高層建筑一般在二十至五十層之間，其中尤以二十至三十五層居多。中國國內(nèi)己建成的這個高度范圍內(nèi)的高層建筑占全部高層鋼筋混凝土建筑的80%左右，可見這個高度范圍內(nèi)的高層建筑是與中國城市的經(jīng)濟發(fā)展和需求水平相適應(yīng)的，因而應(yīng)用最多。在建筑功能的要求上，高層建筑中很少是功能單一的住宅、寫字樓或賓館，高層鋼筋混凝土建筑多是地下部分是停車場，地上1-7層左右為商場、娛樂場所等，上部小開間的使用部分可以設(shè)置住宅、賓館、或辦公室。有統(tǒng)計表明，高層建筑中有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的占80%左右。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑轉(zhuǎn)換層部分，由于梁、柱或板的尺寸較大，所以從模板的支撐系統(tǒng)，鋼筋的綁扎、鋼析架的安裝或預(yù)應(yīng)力的張拉順序，大體積混凝土的澆注等方面在施工技術(shù)要求上都有極為嚴(yán)格的限制。在某種程度上可以說，轉(zhuǎn)換層施工是高層建筑的“瓶頸”，如果說一幢高層建筑在支撐系統(tǒng)選擇，鋼筋綁扎，混凝土澆注，預(yù)應(yīng)力張拉，機械設(shè)備的選擇等方面做到方案科學(xué)，現(xiàn)場施工組織合理，定會帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工工藝

1、框支柱

為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，框支柱的軸壓比要嚴(yán)格控制，這使得框支柱比一般的框架柱有更大的延性和抗倒塌性能。框支柱軸壓比：μN = Nmax/ （ fcbh0）

式中： Nmax —框支柱最大組合軸力設(shè)計值（包括地震作用下軸力調(diào)整） ；

fc —框支柱混凝土抗壓強度設(shè)計值；

b —框支柱截面的寬度；

h0 —框支柱截面的有效高度。

一級抗震時， 框支柱的軸壓比控制在0.7 以下； 二級抗震時，應(yīng)該控制在0.75 以下；三級抗震時， 控制在0.8 以下；非抗震設(shè)計時，控制在0.85 以下。箍筋沿柱全高加密并采用復(fù)合箍筋，且不少于Ф10 @100。框支柱應(yīng)有部分縱筋伸至框支梁以上的墻體內(nèi)，延伸長度等于層高以加強上下層的可靠連接 。

2、框支梁

因為框支梁的受力很大且受力情況復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，而且是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個復(fù)雜的受力構(gòu)件，故設(shè)計時應(yīng)設(shè)有較多冗余儲備。宜在結(jié)構(gòu)整體計算后，按有限元方法進行詳細(xì)分析，分析和試驗結(jié)構(gòu)表明，在豎向荷載和水平荷載作用下，框支梁大多數(shù)情況下為偏心受拉構(gòu)件，并承受很大的剪力，因此《高層建筑混泥土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定了對框支梁截面高度的設(shè)計要求及框支梁截面組合的最大剪力設(shè)計值的限制條件。在豎向荷載作用下，梁端往往首先破壞，所以必須加強構(gòu)造措施，伸入支座的鋼筋在柱內(nèi)應(yīng)有可靠的錨固；負(fù)鋼筋伸入梁下皮以下要大于45d 。框支梁不宜開洞，開洞時應(yīng)做局部應(yīng)力分析，要求開洞部位遠(yuǎn)離框支柱邊，開洞部位要加強配筋構(gòu)造。

3、樓板

由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力很大，樓板變形顯著，因此要適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)換層樓面，建議采用厚度不小于180mm 的現(xiàn)澆板，這樣有利于轉(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進行剪力重分配，并加強轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力，也可使實際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計算中樓層剛度無限大的基本假定。而且混凝土強度> C30 ，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率> 0.25 % ，必要時，轉(zhuǎn)換層混凝土加1 %的鋼纖維則抗力效果更佳；它不僅可以使同一等級的混凝土抗剪強度提高45 % ，而且可以有效的提高混凝土的抗裂性能 。轉(zhuǎn)換層樓板不宜有大的開洞，當(dāng)開洞時應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁暗梁，樓板開洞位置盡可能遠(yuǎn)離外側(cè)邊，與轉(zhuǎn)換層相近的樓板也應(yīng)加強。若必須在大空間部分設(shè)置樓、電梯間時，應(yīng)用鋼筋砼墻圍成筒體。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國建筑工程行業(yè)也得到了極大的發(fā)展空間，在建筑工程施工中大量新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，推動了我國建筑事業(yè)的高速發(fā)展。轉(zhuǎn)換層作為建筑工程施工的重要內(nèi)容，在建筑工程設(shè)計中必須重視其設(shè)計的科學(xué)性及合理性，只有這樣才能提高建筑工程的整體質(zhì)量。特別是在我國現(xiàn)階段大力開發(fā)和提高現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展的形勢下， 在建筑工程轉(zhuǎn)換層設(shè)計中，確保其設(shè)計的合理性對提高建筑工程整體質(zhì)量的提高具有重要意義。

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作者簡介

宋磊（1982-），男，河南省駐馬店汝南縣，研究方向：城建，身份證號碼：41282619******1339

任海建（1983-），男，河南省周口市項城，研究方向：城建，身份證號碼：41270219******2553