轉換層結構在高層建筑中的應用分析

何均權

（廣州市建工設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著我國科技的不斷發展，很多新型技術在各領域中被應用，特別是建筑行業，其應用范圍不斷擴大。在建筑設計過程中，很多新型技術的應用，不僅能夠提升設計水平，還能夠保證設計效果。近年來，建筑行業以高層建筑為主，對其結構提出較高要求，結構越復雜，內部功能越多元，要確保轉換層的可靠性，需要合理應用該結構設計，有效控制設計質量，在確保質量滿足規范要求的基礎上，展開一系列建設工作，發揮轉換層結構設計的關鍵性作用。在高層建筑中，結構轉換層起到了重要的連結作用，它不僅對下部結構進行了有效的密封，同時還起到穩定上部結構的重要作用。由于轉換層結構設計質量與整個建筑的安全性、穩定性有著直接的連接，并且設計期間的質量控制難度相對較大，因而加強其結構設計的研究有著重要的作用[1]。本文首先對高層建筑結構轉換層的基本概念、設計特點進行探討，并進一步研究其結構設計要點。梁式轉換層常用形式如圖1 所示。

圖1 梁式轉換層常用形式

1 高層建筑轉換層結構設計的重要性

1.1 有利于樓層結構的靈活調整

在建筑領域中，由于使用功能要求，有時將建筑下面幾層做成大空間結構，到了上面則恢復為普通結構，進一步調整樓層結構，拓寬內部空間，大幅度提高樓層的實用性，此種將下層部分轉變的情況，就叫轉換結構。由于豎向抗側力構件傳力中斷，《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）稱此類建筑為復雜結構，條文集中在第十章。在轉換層結構設計應用的過程中，還可以根據實際情況調整柱網結構、讓柱網空間和入口區域空間獲得相應地擴張，實現空間利用最大化，實現不同使用功能的良好轉換。高層建筑轉換層結構如圖2 所示。

圖2 高層建筑轉換層結構

1.2 有利于建筑安全

由于轉換層以上的樓層荷載重，跨度大，一旦轉換構件破壞則危及整棟樓的安全，故轉換極其重要，對轉換構件有更嚴格的設計要求，以保證結構的安全、穩定。當前，常用的梁式轉換有普通框架梁轉換、框支轉換，基于建筑工程的實際特點，可安置單向、雙向及斜向等類型?；炷潦且环N不均勻材料，在樓層逐步上升的情況下，下部分樓層承壓逐步上升，加上各種不利因素，極易導致受力不均，從而埋下安全隱患。而采用轉換層結構，設計過程中，就要求按規范加強抗震措施、提高配筋率等要求，合理分配處置，可以優化受力情況，對結構安全方面具有重要意義[2]。

2 高層建筑轉換層結構設計應用

2.1 支架與模板部分結構設計

（1）斜撐設計。在設計斜撐時，施工人員需要將支架斜撐角度設計在45°內，順著柱子進行布局，而且還應該將間距設計在1m 之內，同時，在模板頂端及底端設計嵌入斜撐及梁模外鋼楞板塊，設計通過雙扣手段進行處置。在設計搭設支架時，為了保證結構受力均衡，要及時對梁底斜撐支架與梁下支架進行搭設處置[3]。鋼筋混凝土梁式轉換層設計在高層建筑工程中，要保證技術的合理應用，就要確保各環節有序開展，并對各環節設計質量進行有效控制。為了保證轉換層設計的應用效果與質量，還要確保斜撐的科學設計。在進行高層建筑物設計時，為了在根本上保證支架的安全性，需在斜撐桿下方合理設計對應凹槽，從而提升高層建筑柱根的支撐作用。此外，在實際設計時，安裝梁式轉換層斜撐支架過程中，要確保滿足與下排架同步安裝的要求。

根據轉換層結構設計要求，對采用的材料、設備及其部件性能進行嚴格檢驗，一旦發現問題要及時進行更換，有效預防轉換層設計問題。在對轉換層設計過程中，需嚴格遵循工藝技術規范要求，避免對結構性能與強度造成不利影響。通過性能與工藝規格的有效管理，提升材料管控強度，充分發揮技術效應。

（2）采取立桿、掃地桿部分結構設計手段。對于立桿結構與梁底結構內部需保證扣接狀態，以保證其可靠性，防止出現不平穩的線性。一般來說，立桿下端支撐部位，需要合理設計樓面墊板上方位置，掃地桿需要在梁下排架地區進行安裝，以確保整體建設效果。

（3）縱向水平桿設計。對縱向水平桿而言，在設計過程中，由于結構形式復雜，需對桿長進行合理控制，同時，需在立桿內側進行設計設置。在設計裝配過程中，要設計扣接接頭呈現交錯式分布形態，沿豎向水平桿科學安置相鄰零部件。雖然水平桿的跨度不同，但相鄰接頭需要保證50cm 跨度，各接頭相互重心距離、最近區域節點間隔等不允許大于整體間隔的1/3，進而確保建設順利。搭接長度要求保持在1m 間隔內，在各搭接范疇內，應當設計安裝3 個及更多的旋轉扣件，并保證扣件牢固。在設計搭接扣件更改部分與水平桿部分時，應當重點設計好豎向水平桿和中間扣件蓋板的情況，將搭接間隔設計在10cm 左右，也就是在蓋板邊緣和水平桿端部間隔把控在10cm 左右，防止產生其他安全隱患。

（4）在設計水平桿時，應合理設計直角扣件穩固處理主節點部位，確?？奂g重心間隔設計在15cm 內。在設計垂直支架立桿的過程中，要保證各個立桿設計于中線位置，偏差把控在25cm 以內。

（5）強化模板與部分設計的效果，在轉換層結構設計時，應做好模板的選擇設計，以增強模板支持設計的效果。一般情況下，設計高層建筑轉換層，會增加整體結構工程體系的復雜性。為了在這種情況下更好的完成設計，設計單位需要科學的利用模板支撐系統。拆除模板后，要做好清潔與維護處理，以保證后續的循環應用[4]。轉換層支架如圖3 所示。

圖3 轉換層支架

2.2 混凝土結構設計

混凝土結構設計是轉換層設計的主要構成內容，轉換層這種復雜結構對混凝土有非常高的要求，不但梁截面大，鋼筋多，還要求混凝土強度等級達到較高的級別。混凝土澆筑過程中，原材料的選擇對工程設計質量有重要影響，在對原材料進行設計選擇的過程中，需重視以下幾點。①選擇原材料應滿足轉換層結構設計要求。②澆筑時需滿足混凝土要求、滿足市場規范要求。③澆筑前，對原材料配比進行試驗。澆筑原材料的選擇對澆筑質量有直接影響，一旦材料選擇不當，會對轉換層質量造成不利影響，進而引發嚴重的經濟損失。應確保混凝土架構和其他架構的協同性，在合理設計澆筑速率的前提下，減少溫度及環境因素帶來的負面效應。另外，依據結構特點，設計科學的機械設備和方式。

2.3 剪力墻抗震布局和布設

開展建筑構造抗震設計當中，重點是需將框架剪力墻構造抗震設計做好。對框架剪力墻布設、布局還有施工質量等而言，會對于建筑項目抗震成效產生直接影響，所以應當將剪力墻布局以及設置做好[5]。通常而言，需要把剪力墻設計于平面構造中容易產生變形的區域。除此之外，開展結構設計工作當中，還應當重視下述幾方面準則：①結構應當均勻設置，最好是對稱勻稱布局。當前，為使得建筑構造的穩定性以及安全性獲得提升，通常會將剪力墻布設于建筑構造發生變形部位以及建筑物中產生較大豎向載荷的位置。而且，在開展剪力墻設置的時候，還應當遵受雙向對稱均勻分布的準則。假如建筑結構某些部位產生剛度分布不均以及建筑構造受損問題，則應當于結構豎向布設相應剪力墻。②開展墻肢截面設計的時候，最好需要確保截面形狀是規則可靠的，而且截面不可過于復雜。假如建筑某些形狀結構上存有變化不定以及凹凸不平等情況，則最好在構造凸出部位布設相關剪力墻，從而能夠使得建筑構造抗側剛度有效提升，進而對于構造抗震性能進行改善。③應當使剪力墻構造上延展性獲得有效提升。因此需要相關設計工作人員在剪力墻設計當中做好全面思考，從而使得剪力墻延展性獲得提升。通常而言，能夠把同一剪力墻劃成多個短小剪力墻。

2.4 增強轉換層結構強度與剛性設計

經驗表明，層間位移角是評估建筑損壞程度的一個非常重要的指標，這也是為什么《建筑抗震設計規范》《高層建筑混凝土結構技術規程》對這里有明確規定的原因。建筑物的結構系統必須具有足夠的剛性和強度。在考慮剛性和穩定性問題時，第一就是要考慮構成整體建筑的構件之間是否穩固安全，并且本身的結構不發生破壞和改變。必須采取一定的措施來控制結構的橫向移動，通常是通過減少柱間距和框架桁架間距，引入抗彎和剪力雙側向力的系統，安裝剛性把手、臺階和更換垂直支撐。將部件轉換為三維部件，傾斜立面的使用，機身的扭轉，雙曲線圓柱體的使用，增加房屋的有效寬度以控制橫向運動。在建筑物的結構設計中，應對其進行加固，并采用適當的加固方法，以達到合理的強度與剛性，從而達到整體的剛度均衡，從而增強建筑物的整體性能。

2.5 合理選擇鋼筋的材料

我國鋼材規模較大，加工制造能力在世界上也名列前茅。在規劃高層建筑的轉換層結構時，應考慮建筑材料的選擇。首先，為了確保建筑的材料良好，且結構具備合理性，在確定建筑選材時，應該首先考慮到建筑的性能，使其能夠維持建筑的整體穩定性，為了分析建筑材料的參數，不能只考慮材料的承載能力而忽略材料的其他參數，轉換層設計必須保證建筑材料滿足承載能力要求。在選擇材料時，首先要考慮不同部位的實際需要，選擇具有高承載力和抗彎承載力的高強度鋼筋。在建造垂直支撐結構時，使用高承載力的支撐材料可以確保建筑物具有良好的經濟性。

3 結語

總而言之，在高層建筑中應用轉換層結構設計，應綜合結構特征，深入開展多方面施工工作，提升結構的穩定性和安全性。在建設轉換層結構期間，要嚴格遵循規范要求，科學采取轉換層工藝，確保結構穩定。在進行高層建筑的結構設計工作時，做好轉換層結構的設計對于提高建筑的安全性、穩定性有著極其重要的意義。在建筑工程中，高層建筑轉換層的結構形式與結構設計成為研究的重點。本文從轉換層的結構特點與形式出發，對轉換層的結構設計與施工進行了探討，并進一步研究其在高層建筑中的應用。