高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)裂縫的原因及對策研究

盧剛

（河北 石家莊 050000）

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷持續(xù)發(fā)展，高層建筑已成為建筑工程整體隊伍當(dāng)中的重要組成部分，對豐富產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，滿足多樣化居住需求，提高住宅利用使用率有重要意義。轉(zhuǎn)換層是高層建筑中經(jīng)常應(yīng)用的處理結(jié)構(gòu)問題的手段，但是由于結(jié)構(gòu)本身和承重等問題，相較其他部分，容易發(fā)生裂縫問題。處理好該問題既是相關(guān)技術(shù)的提高和進(jìn)步，也是建筑行業(yè)保持持續(xù)動力更快更好發(fā)展的堅強(qiáng)基礎(chǔ)。

一、高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)傳力途徑為墻、梁柱(墻)形式，具有傳力明確、清晰、直接特點。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳達(dá)的豎向荷載，以及懸掛下部結(jié)構(gòu)多層荷載力等，這樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在很大的內(nèi)力，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，就需要將對豎向荷載的控制作為研究要點。對高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說，基本上均具有比上部結(jié)構(gòu)大于數(shù)倍的跨度，決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計時還需要做好對結(jié)構(gòu)豎向撓度的控制。

二、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計的基本原則

高層建筑梁式換層設(shè)計如何直接關(guān)系到高層建筑適用性價值的發(fā)揮，當(dāng)然在設(shè)計過程中也需要遵照一定的原則，下面則從幾個方面對此展開探討。

（一）合理布置

轉(zhuǎn)換層的設(shè)置對于高層建筑而言，一方面可以使建筑物結(jié)構(gòu)功能更加優(yōu)化，使得整體結(jié)構(gòu)布局分布更為合理，另一方面對于保障建筑整體及各層之間的結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性，具有重要作用。合理的轉(zhuǎn)換層設(shè)置和有效的結(jié)構(gòu)布置可以保障各層間結(jié)構(gòu)力的傳導(dǎo)進(jìn)一步優(yōu)化。在布置轉(zhuǎn)換層的過程中，要考慮到應(yīng)力突變對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，盡量減少對轉(zhuǎn)換次梁以及水平多級轉(zhuǎn)換的使用，避免出現(xiàn)多次連續(xù)的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換層在布置時要盡量布置在建筑中下層，位置不能過高，否則，會出由于結(jié)構(gòu)變化對剛度造成過大影響，由于轉(zhuǎn)換層附近的傳力途徑會發(fā)生突變，因此有可能會在某處造成剛度過大，對原本結(jié)構(gòu)造成強(qiáng)度削減，形成受力薄弱層，對整體結(jié)構(gòu)造成影響。如果由于工程需要，必須將轉(zhuǎn)換層布置在高位時，要對下部結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行合理必要的控制，在落地剪力墻間距布置、轉(zhuǎn)換柱布置等過程要做好合理布置，避免因內(nèi)力突變出現(xiàn)剪切應(yīng)力，造成彎曲形變。

（二）控制剛度

合理的控制轉(zhuǎn)換層剛度，降低結(jié)構(gòu)變換過程中，減少豎向構(gòu)件的使用，這樣就能保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)置滿足抗震等結(jié)構(gòu)要求，更好地防范層間位移角和內(nèi)力突變等情況，確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)性要求和剛度不發(fā)生應(yīng)力突變。在結(jié)構(gòu)施工過程中，需要做到上下部分結(jié)構(gòu)變形一直，這就需要對轉(zhuǎn)換層下部的主體結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行加強(qiáng)，具體施工過程中，可以通過截面控制優(yōu)化截面來實現(xiàn)這一要求，通過跨度結(jié)合應(yīng)力分析計算轉(zhuǎn)換梁截面高度，或者采取外部措施，通過增厚樓板厚度、提升鋼筋配比率，強(qiáng)化腰筋提升腰筋嵌固端等方式進(jìn)一步強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)，對上面部分進(jìn)行弱化，確保結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，提升轉(zhuǎn)換層承載力和抗震性。

（三）計算精準(zhǔn)

要做好計算分析工作，細(xì)化對構(gòu)件的承載力計算，確保各種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力情況都在合理范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)設(shè)計過程對構(gòu)件進(jìn)行受力設(shè)計計算分析時，需要以整體建筑物為基準(zhǔn)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計算對比，同時要考慮到現(xiàn)實條件，以實際反映其受力變形情況的具體狀態(tài)為依據(jù)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效分析。此外還要強(qiáng)化對特殊部位及局部承載力變化引起結(jié)構(gòu)變形的補(bǔ)充計算，以確保計算過程是在最真實狀態(tài)下的情況進(jìn)行的，這樣才能保證數(shù)據(jù)的真實性和有效性。另外，還要強(qiáng)化同梁、板、柱、框架剪力墻、樓梯間、樓板等特殊結(jié)構(gòu)的有效銜接，建立共同的計算模型基礎(chǔ)，確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)符合剛度、傳力等結(jié)構(gòu)要求標(biāo)準(zhǔn)。

（四）減少轉(zhuǎn)換

梁式轉(zhuǎn)換層力的傳導(dǎo)路徑比較簡單，要想更大限度的發(fā)揮梁式轉(zhuǎn)換層對上下銜接面建筑結(jié)構(gòu)的作用，方式之一就是縮短梁式轉(zhuǎn)換層力的傳導(dǎo)路徑，保證傳力更加直接。因而要嚴(yán)格控制縱向構(gòu)件使用數(shù)量，避免發(fā)生縱向多級轉(zhuǎn)換。在高層建筑核心結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就要把梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)考慮到整體結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，對上部豎向結(jié)構(gòu)連接方式和排布方式進(jìn)行考量，確保使上下主體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整體豎向分布的一體形式。實際施工過程中，要考慮高層建筑工程施工的連續(xù)性，力求結(jié)構(gòu)整體性完整，將豎向承重構(gòu)件的支撐功能同轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)相結(jié)合，利用對托梁轉(zhuǎn)換的使用，發(fā)揮結(jié)構(gòu)作用，縮短傳力路徑。

三、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因

高層建筑的建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，保障相關(guān)建筑工程的質(zhì)量不僅是建筑工程行業(yè)發(fā)展的必然需求，同時也是我國廣大人民的殷切訴求。及時解決梁式轉(zhuǎn)換層中的裂縫問題很有必要，結(jié)合行業(yè)實際來看，有以下幾項工作有待推進(jìn)：首先就是加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，在施工過程中不斷采用全新的施工技術(shù)，為工程施工質(zhì)量的提高奠定基礎(chǔ)；其次就是推進(jìn)人才培養(yǎng)工作。建筑工程行業(yè)的發(fā)展事關(guān)我國經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)步，讓我們攜起手來一起努力

（一）混凝土收縮

大多數(shù)情況下，混凝土在硬化的過程中，體積一般都會出現(xiàn)一定程度的減小。主要來說有以下幾項成因：首先就是沒有落后后期的養(yǎng)護(hù)工作，為了充分保障轉(zhuǎn)換層整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要在后期推進(jìn)一定的養(yǎng)護(hù)工作。由內(nèi)及外是水分的主要蒸發(fā)方式，這就容易形成一定的濕度差，多種力作用在一起就會產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，也因此要保障后期及時推進(jìn)相關(guān)的養(yǎng)護(hù)工作；其次就是收縮受限制的影響，如果限制了冷縮，就可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂的情況；最后就是沒有實現(xiàn)對原材料收縮量的有效把握，含沙量較大，也是出現(xiàn)開裂問題的影響因素。

（二）水泥水化熱

水泥的水化熱和原材料是熱量的主要來源。籠統(tǒng)來說，就是水泥在水化的過程中會產(chǎn)生一定的反應(yīng)，因為水泥中包含很多礦物。水泥細(xì)度同水化熱之間有著緊密的聯(lián)系。如果溫差比較大，就可能會導(dǎo)致溫度應(yīng)力變大，也是導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的主要原因。

四、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)裂縫的應(yīng)對方法

通過對轉(zhuǎn)換層裂縫出現(xiàn)的成因進(jìn)行分析，加之施工過程中施工工藝、工程類型和施工條件存在的不確定和差異性，因此想要實現(xiàn)做好轉(zhuǎn)換層裂縫的應(yīng)對，要從以下幾個方面著手：

（一）施工準(zhǔn)備

首先要做出合理可行的施工方案，工程施工方案先行，方案制定是前期工作中的重要部分，主要有以下幾項重點：一是要細(xì)化做好混凝土澆筑施工方案；二是運用熱工計算，對混凝土的入模情況特別是入模溫度做好把握；三是盡量減少剛性約束條件。具體來看，要結(jié)合多個質(zhì)量控制點來進(jìn)行合理控制，除了基本的準(zhǔn)備工作，還要緊密結(jié)合工程實際需求，做實做細(xì)基礎(chǔ)性調(diào)研。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對轉(zhuǎn)換梁的寬度和最小高度設(shè)置都有詳細(xì)的規(guī)定，在一般情況下，按照框質(zhì)量截面寬度小于截面寬度的要求進(jìn)行設(shè)置，但要小于40cm的范圍，針對梁上托柱，要大于梁寬的柱截面寬度。同時，要保障高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)換梁澆筑過程中，混凝土強(qiáng)度級別一般情況應(yīng)大于等于C30，還要結(jié)合抗震結(jié)構(gòu)要求。

（二）混凝土澆筑

對于一些大規(guī)模的混凝土澆筑工程，在澆筑的過程中一方面要結(jié)合相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)，另一方面也要結(jié)合工程施工的實際需求。主要來說有以下三種方法：首先就是全面分層，也就是在澆筑過程中進(jìn)行具體的分層工作，在完成下層混凝土的初凝階段，推進(jìn)第二層的澆筑，利用這種澆筑規(guī)律進(jìn)行澆筑；其次就是分塊分層，這種澆筑方式適用于澆筑面積比較大的工程，在澆筑過程中先從底層進(jìn)行澆筑，在完成一層時推進(jìn)第二層的澆筑，依次推進(jìn)相關(guān)的澆筑工作；最后就是斜面分層，分層的厚度具有一定的能動性，在分層過程中，施工人員要充分結(jié)合振動力的大小，保證分層工作的合理性。

（三）混凝土養(yǎng)護(hù)

在完成早期的混凝土澆筑工作之后，往往還需要推進(jìn)一定的養(yǎng)護(hù)工作，科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)措施能夠延長混凝土的使用壽命。結(jié)合以往的施工工作來看，在完成混凝土澆筑的12h 后，需要推進(jìn)一定的澆水和覆蓋工作。結(jié)合實際的養(yǎng)護(hù)需求，可以采用保溫法和降溫法兩種，保溫法需要對保溫材料進(jìn)行利用，推進(jìn)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，塑料薄膜在其中的利用較為廣泛；降溫法主要是通過噴水法實現(xiàn)的，也就是在完成澆筑工作之后，施加一定的水達(dá)到降溫目的。

（四）原材料要求

在建筑的梁式轉(zhuǎn)換層施工中，由于施工規(guī)模一般都比較大，因此會使用到大量的原材料。加強(qiáng)對原材料的把握，也有利于避免裂縫問題。主要來說有以下幾項重點：第一就是水泥，雖然說水泥在混凝土拌合物中的具體含量比較少，一般都是在 15% 左右，但是結(jié)合相關(guān)施工來看，水泥溫度和混凝土溫度之間有著緊密聯(lián)系，在必要時可以采用相關(guān)材料降低水化熱；第二就是外加劑，作為混凝土中含量比較低的一種原材料，合理利用外加劑能夠調(diào)節(jié)混凝土黨的溫度，不同的外加劑往往有著不同的作用，這就對施工人員提出了較高的要求；第三就是骨料（如下圖1），骨料在混凝土中含量能夠達(dá)到 70% 左右，要將含水量和溫度作為骨料控制的重點。

結(jié)語：隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，梁式轉(zhuǎn)換層作為被廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，在建筑工程中使用廣泛，這也要求，需要對施工工藝實現(xiàn)新的發(fā)展和進(jìn)步。轉(zhuǎn)換層做為傳力路線直接、受力簡單的結(jié)構(gòu)性構(gòu)件，需要提前介入建筑方案，這樣才能保證結(jié)構(gòu)體系與整個建筑功能的統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性。同時，在設(shè)計和施工過程中還要通過科學(xué)、合理的計算方法，細(xì)致地找到轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的重點部位、復(fù)雜部位，按照精細(xì)化作業(yè)的要求，進(jìn)行施工，同時，結(jié)合整體結(jié)構(gòu)、抗震、大雪、大風(fēng)等實際情況，采取加強(qiáng)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等措施，確保梁式轉(zhuǎn)換層在各類荷載作用下能表現(xiàn)出具有更好的延展性和抗性，展現(xiàn)更好的延展度，將自身的優(yōu)秀特點充分發(fā)揮出來。