高層建筑轉換層結構施工工藝分析

宋磊　任海建

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，在建筑工程建設中提高轉換層設計的科學性、合理性，能夠極大提高我國建筑工程施工的質量，及推動我國建筑事業的快速發展。轉換層在建筑工程施工中的大量應用，不僅能夠確保工程施工的整體質量，還能延長工程的使用周期，實現企業發展的社會效益和經濟效益。為此，本文主要對高層建筑轉換層的概況、應用現狀及施工工藝進行了分析與探究。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；結構設計；概況；應用現狀；框支柱；梁式轉換

1 轉換層的概況

1、概念

由于高層建筑結構下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結構布置應是下部剛度大，墻體多、柱網密，到上部漸漸減少墻、柱的數量，以擴大柱網。這樣，結構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，結構必須進行“反常規設計”，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。為了實現這種結構布置，就必須在結構轉換的樓層設計水平轉換構件，即轉換層結構。

2、常用結構轉換形式分析

梁式轉換：梁式轉換層是指在普通的現澆鋼筋混凝土樓板上布置相應的托梁，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構。當需要縱、橫雙向同時進行結構轉換時，應采用雙向結構轉換梁布置。

板式轉換：當高層建筑結構的上下柱網、軸線相互之間存在較大錯位，可考慮選擇采用板式轉換結構，以形成厚板式承臺轉換層，其下部樓層的柱網可以靈活布置。厚板轉換結構多適用于上下樓層柱網極不規則的高層建筑結構轉換，使得轉換層上、下樓層的結構功能布置靈活。

桁架轉換：在采用托柱形式的梁式轉換結構時，當轉換梁構件的跨度很大且上層傳遞的荷載較大時，可根據上下樓層柱網的軸線位置變化情況設置相應的桁架轉換層進行結構轉換，其有效克服了梁式轉換和厚板轉換形式存在的缺點，轉換靈活，傳力直接，減輕了梁構件的剪力負擔，是一種可在超高層建筑結構轉換工程中推廣應用的結構轉換形式。

3、設計原則

轉換層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，對結構抗震不利，故采用轉換層結構設計時應遵循以下原則：盡可能減少需結構轉換的豎向構件，直接落地的豎向構件越多，轉換結構越少，轉換層造成的剛度突變就越小，對結構抗震更有利，轉換層結構在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。優化轉換層結構，選擇具有明確傳力路徑的換層結構型式，以便于結構分析設計和保證施工量，在滿足建筑物安全和經濟要求的前提下，轉換剛度宜小不宜大。

2 高層建筑轉換層的應用與發展現狀

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。中國國內己建成的這個高度范圍內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的高層建筑是與中國城市的經濟發展和需求水平相適應的，因而應用最多。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置住宅、賓館、或辦公室。有統計表明，高層建筑中有轉換層結構的占80%左右。帶轉換層的高層建筑轉換層部分，由于梁、柱或板的尺寸較大，所以從模板的支撐系統，鋼筋的綁扎、鋼析架的安裝或預應力的張拉順序，大體積混凝土的澆注等方面在施工技術要求上都有極為嚴格的限制。在某種程度上可以說，轉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選擇，鋼筋綁扎，混凝土澆注，預應力張拉，機械設備的選擇等方面做到方案科學，現場施工組織合理，定會帶來良好的經濟效益和社會效益。

3 轉換層結構的施工工藝

1、框支柱

為了保證結構具有足夠的延性，框支柱的軸壓比要嚴格控制，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計值（包括地震作用下軸力調整） ；

fc —框支柱混凝土抗壓強度設計值；

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，應該控制在0.75 以下；三級抗震時， 控制在0.8 以下；非抗震設計時，控制在0.85 以下。箍筋沿柱全高加密并采用復合箍筋，且不少于Ф10 @100。框支柱應有部分縱筋伸至框支梁以上的墻體內，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鍵部位，是一個復雜的受力構件，故設計時應設有較多冗余儲備。宜在結構整體計算后，按有限元方法進行詳細分析，分析和試驗結構表明，在豎向荷載和水平荷載作用下，框支梁大多數情況下為偏心受拉構件，并承受很大的剪力，因此《高層建筑混泥土結構技術規程》規定了對框支梁截面高度的設計要求及框支梁截面組合的最大剪力設計值的限制條件。在豎向荷載作用下，梁端往往首先破壞，所以必須加強構造措施，伸入支座的鋼筋在柱內應有可靠的錨固；負鋼筋伸入梁下皮以下要大于45d 。框支梁不宜開洞，開洞時應做局部應力分析，要求開洞部位遠離框支柱邊，開洞部位要加強配筋構造。

3、樓板

由于結構上部的水平剪力要通過轉換層傳到下部結構，轉換層樓面在其平面內受力很大，樓板變形顯著，因此要適當加厚轉換層樓面，建議采用厚度不小于180mm 的現澆板，這樣有利于轉換層在其平面內進行剪力重分配，并加強轉換大梁的側向剛度和抗扭能力，也可使實際情況更符合結構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，每排鋼筋的配筋率> 0.25 % ，必要時，轉換層混凝土加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 。轉換層樓板不宜有大的開洞，當開洞時應在洞口四周設置次梁暗梁，樓板開洞位置盡可能遠離外側邊，與轉換層相近的樓板也應加強。若必須在大空間部分設置樓、電梯間時，應用鋼筋砼墻圍成筒體。

3 結束語

綜上所述，隨著國民經濟的快速發展，我國建筑工程行業也得到了極大的發展空間，在建筑工程施工中大量新技術、新工藝的應用，推動了我國建筑事業的高速發展。轉換層作為建筑工程施工的重要內容，在建筑工程設計中必須重視其設計的科學性及合理性，只有這樣才能提高建筑工程的整體質量。特別是在我國現階段大力開發和提高現代化技術發展的形勢下， 在建筑工程轉換層設計中，確保其設計的合理性對提高建筑工程整體質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