超高層建筑轉換層的施工技術研究

呂曉鑫

（山西建筑工程集團有限公司，山西太原 030032）

0 引言

超高層多功能建筑需要不同的空間劃分和布局，因此擁有多種結構形式。超高層多功能轉換層建筑結構體系的關鍵技術是將不同結構合理組合。轉換層可以完成不同網格空間和不同結構形式的轉換。簡而言之，上層和下層有不同的結構，必須設置一個轉移樓層來“連接上下樓層”。轉換層在結構中的概念主要是指結構單元體系，它合理地解決了整個建筑結構體系中豎向結構的突變和平面的連續變化[2]。轉換層主要滿足結構安全的功能要求，也解決了大多數情況下建筑的一些特殊的技術功能要求。設計人員在設計轉換層結構時，應深入分析轉換層結構設計的意義和應用特點，嚴格遵循設計原則。只有這樣才能選擇更合理地轉換層結構，保證轉換層的主要構件在建筑中發揮更大的作用，提高設計質量，達到更好的設計效果，滿足人們對超高層建筑的利用需求，使高層建筑具有更高的應用價值。

1 超高層多功能建筑結構體系的特點

1.1 抗震和抗風能力強

轉換層結構在高層建筑中的應用具有很強的抗震性和抗風性。一般來說，高層建筑轉換層的設計要求工程下部有足夠的空間，以滿足轉換層剛度的彈性變化要求。然而，轉換層上部的剛性很小，在實際設計過程中，設計人員應把轉換層相鄰上下兩層的承載力控制在一定范圍內，這樣結構內部的剛度變化才能夠控制。在提高剛度變化控制水平的前提下，盡可能提高超高層建筑的抗風抗震能力。

1.2 轉換板結構調整靈活

在高層建筑轉換層結構設計中，要靈活地設置轉換層板的厚度，這可以使結構的抗沖切和抗剪能力進一步提升。轉換板厚度設置的太大，建筑轉換層下結構的承載力就會增加，這不符合設置轉換層結構的目的。此外，混凝土施工在建筑轉換層的施工中十分常見。如果將轉換梁的截面高度設置在3.5m 左右，那么可以有效地減輕混凝土的重量。如果轉換梁的跨度較小，轉換梁的截面高度可設置為1m 左右；轉換梁跨度大，轉換梁截面高度可設置在7m 左右[3]。

2 轉換層結構設計的主要方式

轉換層結構主要起協調上下層結構的承載力的作用。轉換層一般設置在高層建筑中間，有主梁、板、空腹桁架式、梁、箱等，同時為了能給轉換層結構提供有效的支撐，還會在擴張室內應設置一定的網管。轉換層結構類型的應用有很多種，包括柱網轉換、減少軸線轉換、低層轉換層結構等。當增加室內面積時，將使用傳統的剪力墻。在設置剪力墻的基礎上，通過豎井改造改變高層建筑空間轉換層的狀態，形成柱網。在這方面，高層建筑轉換層結構的功能轉換層是通過工程的上層和網絡來實現的。

2.1 梁式轉換層

在超高層建筑轉換層結構設計中，梁式轉換層的設計是最常用的設計方法。改變上下結構也只需轉換梁構件截面或增加主次梁即可，設計比較簡單。在設計中，首先要優化上下層結構的設計方案，盡可能保證結構轉換形式不被減少的同時，控制成本，使結構簡化。這樣既可以使其他質量問題避免發生，又可以使設計更加安全可靠。計算豎向結構的剛度在設計的過程中不可忽略，這樣才可以保證滿足對建筑物除以轉換層后的整體剛度的要求，同時也能保證豎向荷載能滿足受力要求。

2.2 桁架轉換層

在高層建筑的使用中，桁架式轉換層結構的設計方法比梁式轉換層結構的設計方法少，且結構形式更加復雜。但具有更好的抗震性和穩定性是結構型式的轉換層結構最大的特點，主要通過桁架來傳遞上部荷載。在桁架轉換層結構的設計中，首先要對結構進行受力分析，建立受力模型，考慮桁架結構的抗剪和抗彎能力，通過合理布置桁架桿件形式來承受荷載，從而增加超高層建筑整體的穩定性。

2.3 厚梁式轉換層

不能很好地結合高層建筑轉換層的上下軸線，用梁來支撐他們就無法實現。此時，厚梁轉換層的結構設計便很好地解決了這個問題。這種結構方式具有工藝簡單、靈活多變的優點，但厚板的厚度很大，導致材料浪費和壓力上升。因此，在厚梁轉換層的結構設計過程中，為了更好地承受厚板帶來的較大壓力，應該增加配筋數量，提高配筋強度。此外，還應考慮沖擊力和剪力，通過合理的應力分析和計算，降低整個轉換層的應力水平。

2.4 箱型轉換層

箱形轉換層設計方法并不是特別常用。這是因為箱形結構的轉換層將使轉換層以上的整層結構形式更加單一，適用范圍比較局限，只能用于對空間要求較大的建筑，對建筑物的剛度要求很高，同時也增加箱形結構的側向荷載。在設計過程中，需要對結構應力進行分析，整個轉換層的設計質量才可以得到保證。

3 超高層建筑轉換層結構設計的主要原則

3.1 加強下層結構

充分考慮下層結構的設計在超高層建筑轉換層結構設計中非常重要，因為整個建筑的受力基礎都是下層結構，整個建筑的質量也取決于下層結構的質量。下層結構的剛度要比上層結構高，因此抗震設計是下層結構中必不可少的，這樣整個高層建筑的抗震能力才能提高，建筑的安全性和穩定性也得到保障。

3.2 合理控制數量

上下建筑的平面布局的改變，提高建筑的利用率都主要依靠轉換層，但轉換層不是越多越好。轉換層會改變了上層和下層建筑的結構形式，破壞了超高層建筑的整體性，并且還容易出現其他的質量問題，所以，超高層建筑轉換層結構一般設計1～2 層即可，盡可能提高利用率的同時保證建筑質量[4]。

3.3 準確運算數據

在超高層建筑的結構設計中對轉換層的正確數據計算和參數選擇要求極高，這是因為模型和復雜系統計算的復雜性。轉換層對上下建筑結構的穩定性影響巨大，它的設計比一般的標準層復雜得多。在設計中，必須嚴格按照規范和標準選擇相關參數，精準計算，避免出現因計算方法不科學造成設計質量問題，影響整個超高層建筑的質量的情況。

3.4 改進設計方案

在遵循以上原則的前提下，必須對轉換層的設計結合整體設計方案進行改進，因為能否保證上部結構的質量取決于轉換層設計質量是否得到良好的控制，還能使成本得到控制。可以取消以往保守的結構設計來優化轉換層的設計方案，從而使這部分結構不會出現在上層標準層中，使超高層建筑的造價大大降低，并促進我國超高層建筑轉換層結構的發展。

4 高層建筑轉換層結構具體設計策略分析

4.1 合理選擇模板，實現支撐設計

在高層建筑轉換層結構設計中，合理選擇模板并做好模板支撐設計是非常必要的。一般來說，如果轉換層設置在高層建筑的結構層，整個結構工程系統會更加復雜。為了有效應對復雜的設計情況，工程設計單位需要合理使用模板支撐系統。根據工程結構和建筑總建筑面積的要求，選用優質模板，確保最終模板支撐體系的施工能夠實現應力的有效分布，滿足實際建筑的承載能力，提高建筑的牢固性。由于實際轉換層較少采用模板支撐系統，在改進應用中，合理選擇，充分結合建筑自身特點實現設計，滿足實際施工要求。

4.2 做好過度設計和防震設計工作

高層建筑結構中的轉換層結構作為一個整體比較復雜，轉換層結構質量與建筑整體質量有著非常密切的聯系。這要求設計工作必須到位。一旦設計工作中出現不合理現象，勢必影響整個建筑結構的抗震能力，造成更大的安全風險。但是，在實際的轉換層結構設置中，由于高層建筑中使用的轉換層通常是帶轉換層的，這種類型的轉換層截面面積大，跨度大，因此設計人員應與施工人員溝通協調，選擇最佳的過量轉換層。總結實際建筑工程中使用的過量轉換層，主要分為結構桁架式、板式、梁式、箱型和空腹桁架式。一般來說，結構桁架式不僅具有很高的靈活性，而且可以滿足大跨度轉換層的需要。然而，梁式轉換層的施工相對簡單，但其容忍度和抗震等級較低，達不到預期標準。總的來說，不同的高層建筑對過度轉換層有不同的施工要求，設計者需要結合實際情況來實現最佳設計。

4.3 注重轉換層結構鋼筋設計合理性的實現

在高層建筑轉換層的結構設計中，加固設計是一個非常重要的組成部分。只有合理設計鋼筋，才能從整體上提高轉換層結構的施工水平。為了保證鋼筋施工到位，首先要制定科學的鋼筋設計方案。對于轉換層結構，梁柱節點鋼筋數量多，鋼筋密度大。為了保證大量鋼筋之間強度的有效協調，宜采用大直徑梁鋼筋，并合理安排鋼筋的排列順序。如果轉換層結構中的模板厚度較大，還應選擇鋼骨架以達到穩定，從而完全滿足施工項目的實際施工要求。

5 結語

轉換層施工技術是一項極其復雜的系統工程，它既是超高層建筑結構的必不可少的部分，也是建筑施工的重點和難點。我國建筑業的發展使得高層建筑越來越普遍，目前大多數高層建筑都根據功能和結構的需要合理地設置轉換層。根據不同轉換層的結構，合理設計轉換層并廣泛地在城市建設中應用超高層建筑轉換層結構可以有效解決我國土地利用緊張問題。在高層建筑轉換層結構設計中，設計原則要時刻牢記，換層的設計質量要嚴格把控轉，設計要科學合理，結構要不斷優化，設計質量才能不斷提高。同時，轉換層設計要點也要熟悉，不斷優化改進整體結構設計方案，控制設計成本，確保設計質量，提高超高層建筑利用率，推動我國建筑業進一步發展。