高层建筑转换层结构的设计与施工

牛超

摘 要：随着我国在高层建筑方面的快速飞跃，形态复杂、功能健全的现代式建筑已然成为了发展的必然趋势。依据以往的经验，本人分析了不同类型高层转换层结构的设计特点，并就现阶段实际工程中的设计和施工出现的问题做了浅析，提出了一些实际的解决方法。

关键词：高层建筑；转换层设计；施工；措施

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A

如今，高层建筑日益朝着综合性方向发展，高层建筑转换层结构应用越来越广泛，很多的高层建筑在整体结构上的布置越来越具有功能多样化的特点，不仅给人们提供了良好的生活条件，而且提供优越的工作环境。一般情况下，高层部分用作住宅，中间层用作办公楼层，下面层作为商业区域使用。这种类型结构的特点是竖向荷载作为结构设计的关键，转换结构设计的目标是把握好结构构件的挠度，而且转换层结构的施工量繁重且复杂，应该高度重视高层建筑转换层结构的施工过程。

一、 高层建筑转换层的内涵和结构特点

1.高层建筑转换层的内涵

高层建筑转换层结构在功能上要求上部布置小开间，这样就需要布置较多的墙体；中间层区域需要或大或小的空间，就需要在柱网中排列足够数量的墙体；下部楼层需要的是尽可能大的空间，所以柱网大，墙体布置的要尽量的少。因此，这种类型在布置上就要求上部的刚度大，下部的刚度小。

建筑功能和结构功能是转换层的两大功能。其中建筑功能包括：满足较大空间的需求；设置较大的出口。结构功能包括：将上层的剪力墙转换成下层的框架结构，实现大的空间结构，这是第一层转换层；上层和下层的结构形式不改变，变更上、下层的柱网和轴线，目的在于增大下部柱子之间的距离，使柱子形成一个网，这种类型的转换层经常用在外框筒下面构成一个入口，这是第二层转换层；上层剪力墙结构转换为框架结构的同时，柱子的网状结构的轴线与上层的轴线不是竖向连贯的，这就形成了上、下结构布置的错位，这是第三种转换层。

2.高层建筑转换层的结构特点

2.1 转换层结构控制的关键在于竖向荷载的管理。转换层构造的构件不但要承受上层结构传过来的竖向力，而且要承受下层结构的力，不断增大转换层结构的内力，因此控制竖向荷载成为设计的关键。

2.2转换层控制的目标是转换构件的挠度。经过转换的构架的挠度是上层结构构件挠度的很多倍，如此大的差距因此成为严格控制的目标。

2.3转换层施工以工程量大而复杂为特点

2.4与常规结构的分析和设计有所差别。设置转换层之后，在很大程度上破坏了刚度的均匀性，改变了力的传递方式。

二、 针对不同高层建筑转换层结构的设计方案

1.梁式转换层设计

梁式转换层形式的传力方式是由墙体传给梁、柱，力的传递方向清晰，有利于力的计算和工程的分析设计，节省造价。因此该结构是在实际的工程中最常见的形式，应用很广泛。转换梁的结构在转换梁的形式方向可以分为托墙和托柱两种。转换梁在承受上层普通框架时，转换梁要保持在规定的截面尺寸内，转换梁的受力情况和普通梁基本保持一致，此时可以按照普通梁的截面设计方案进行施工。转换梁在整垮上是否开洞，都承载上面墙体，并与之共同工作，其受力特点和破坏形式表示为深梁形式，此时就采用深梁的截面设计方案。当满跨不开洞时，纵向钢筋就要沿整个的梁高均匀布置，当满跨且开洞或者不满跨但剪力墙较长时，纵向钢筋要沿梁的下部均匀布置，转换梁此此时存在很大的内力，所以底部的纵向钢筋应该全部延伸到支座中，不应截断。

2.桁架式转换层设计

桁架式转换层形式的承重结构是由多个钢筋混凝土桁架构成，桁架的杆分别设置在上下楼层面的结构层内，每层之间又设置了腹杆。桁架有空腹和实腹两种，材质可以是钢的或者钢筋混凝土的，后者在实际的高层结构中是比较常用的。桁架式转换层形式的优点是受力清晰，自重相对较小，抗震性能强，管道安装和后期维护程序简单。但是这种形式施工的难度较大。桁架式转换层的设计以满足斜腹杆和节点的设计为要点，节点受力比较复杂，由于力的作用，容易发生剪力破坏的情况。此形式一般要求高度达到3m以上，否则斜压杆成为短柱，在高强度的作用下发生脆性破坏。

3.箱型转换层设计

如果转换梁截面积太大，那么布置的一层楼板不可以满足很大的平面内楼板刚度，所以为了满足实际情况，可以设置一个箱型梁，多数情况下要布满全层，这种类型的转换梁结构约束性强，整体刚度大，传力比较均匀，在实际的工程中应用较广泛。

4.厚板式转换层设计

厚板式主要用于上下柱网轴线很多的情况下，单一的梁不能作为承受体时，就要把梁做成厚板，形成厚板式转换层。这种结构的优点是刚度较大，结构布置方便，但自重大且耗材量大，受力和传力都不清楚，给钢筋的配置带来了麻烦，而且计算麻烦。

高层建筑的转换层在设计中应遵循以下原则：

4.1 在设计中要尽量减少竖向构件。贯穿落地的竖向构件越多，那么转换层设计就越来越少，而且这种结构可以很好的满足抗震的要求。

4.2转换层的设计中要求有足够的刚度。保证内力合理的分配，要求梁的高度大于等于跨度1/6，转换梁具有很好的受力能力，可以在结构中起到很好的转换功能。

4.3高层建筑的转换层的布置应该低一些。转换层布置较高时，框架剪力墙结构在每层容易发生刚度和内力的变化，这个部位形成薄弱部位，不利于抗震的要求。实际工程中必须要采用高布置时，设计中要综合弯曲、剪切和轴向的整体刚度，这样可以减少内力突变。

三、转换层施工技术要点

1.钢筋工程

施工过程中首先要熟悉图纸，保证钢筋的规格和插筋位置与设计一致，对关键部位还要做放大处理。钢筋的绑扎过程中工人要熟悉掌握操作顺序和方法，而且绑扎过程中要间断性的对钢筋数量、规格和位置进行审核检查，绑扎的搭接和锚固都要严格按照标准实施，钢筋绑扎完毕，更需要对钢筋的接头的稳固性进行检查。施工过程要严格按照图纸的规格，不能随意的替代，如需调整必须由有关部门批准方能实施。

2.模板工程

首先在选择模板上，要选择高质量的模板。其次，需要对模板的排列、支承、施工方法、拆卸顺序向施工人员交代清楚，对现场的模板做详细的检查，对不符合要求的模板不能采用。模板安装的控制轴线尺寸要按照图纸要求，安装过程不能扭曲、断裂，当跨度小于4米时，模板不需要起拱。最后，在浇筑混凝土之前，对模板的支持、扣件和预留的孔洞和预埋件进行仔细的核查。

3.混凝土工程

参与混凝土浇捣的生产队伍要严格实行岗位责任制，明确职责任务。对原材料的质量要严格要求，比如水泥、沙、石头、外掺剂等一定要达到设计要求。每个施工人员都要按照浇捣方法严格进行，操作工人要掌握技术要求和下料顺序和方法，认真执行。当使用商品混凝土时，对混凝土的质量更要严格把关，对于不合格的混凝土要立马退回，混凝土在浇筑时要保证浇筑的速度和振捣方法。混凝土浇捣时的下料高度要控制在400，下料的同时要连续浇捣，不能中止。最后要确保混凝土不产生裂缝，保护温差要控制在25度内，可以采取检测温度、保温措施、控制温度等措施。

四、结语

转换层作为高层建筑的重要施工部位，设计和施工的难度较大，而且要求严格。目前高层建筑转换层结构的设计理论和原则还不完整，需要业内人士的不断研究取得更专业的设计方案。在转换层的施工过程中，由于构件的复杂性和受力的多向性，使得对构件的支持系统要求很高，因此在施工过程中要严格对质量进行控制，采用针对性的措施方案解决构件的空间问题、施工组织设计等问题，设计好模板支撑体系，严格把关混凝土的浇捣，确保钢筋绑扎过程中的骨架稳定性，切实做好整个工程的质量监控，才能保证整个建筑主体的质量。

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