有关高层建筑中转换层结构的设计分析

徐垒

高层建筑是建筑工程的发展趋势，高层建筑的出现极大提高了土地资源的利用率，实现了建筑物多功能化应用的需求，但是楼层高度的增加及其空间分布对转换层的施工提出了更高要求，因此，高层建筑转换层结构设计要满足建筑结构上部空间较小、下部结构空间开阔的要求，并提高转换层结构设计的合理性。

1 转换层的定义和功能

高层建筑的高度较高，其下部结构承载的压力较大，上部结构受力较小，在高层建筑的下部，应当设置较强的承载力结构，这和建筑功能要求及常规结构设置产生矛盾，因此在高层建筑结构中必须有转换结构，实现楼体结构的自然过渡和轴线布置合理。转化层结构保证高层建筑的上部竖向杆件不直接贯通落地，有效提升了下层结构的使用空间要求。通常而言，转换层结构可以分为三种：（1）上下层不同结构类型转换层，这种转换层在楼体上部为剪力墙和框架剪力墙结构中应用较多，它为剪力墙结构创造了内部自由空间；（2）上下层柱网、轴线改变转换层，它没有改变转换层的上下结构形式，但使下层的柱间距变大，常用于外框筒下层；（3）改变结构形式和结构轴线位置的转化层，这种结构把转换层的轴线错开，形成上下结构不齐的结构布置。在实际工程建设中常用的转换层有梁式、箱式、板式、架式等多种结构形式。

2 不同类型转换层结构和设计方法

转换层结构改变了水平力在底层的分布状况，同时其自身也受到较大的力，产生了平面内的形变，因此要根据不同的工程设计转换层的结构类型，下面对三种常用的转换层结构进行详细的分析。

2.1 梁式转换层结构

梁式转化层是高层建筑中最为常用的转换层结构，其载荷力传导直接，同时其结构设计和分析简便，成本造价较低。梁式转化层结构采用转换梁作为承载结构，分为托墙和托柱两种方式，其施工材料可以采用钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构。在实际工程中，转换梁的跨度要综合考虑上层墙体的层数，其常用的跨度为6-12m，转换梁结构设计选择与受力性能以及形式有直接关系，托柱式转换梁界面的设计可以按照普通截面的配筋计算方式，如果上部的承载部分为上部斜杆框架，应采用偏心受拉构件界面设计，而对于托墙式的截面设计，要计算其纵向钢筋的分布状况，对开门较多的墙体，也可以采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法。

2.2 桁架式转换层结构

桁架式转换层是对梁式转换层的扩展，其整个转换层结构采用钢筋混凝土的桁架组成，桁架的上下弦杆作为上下楼面结构层，中间设置腹杆。这种转换层结构设计的整体性较好，受力状况更加稳定，同时转换层的自身重量较小，具有良好的抗震性能。但是桁架式转换层对施工技术提出一定的要求，尤其是对“强斜腹杆，强节点”关键技术点的控制。桁架式转换层的结构设计可以采用ANSYS和TAT的整体结构内力分析，满足结构的各项要求，尤其是遵守标准设计中的上下结构侧向刚度比的要求。桁架式转换层要保证其剪切力和弯矩较小，避免在转换层结构中出现刚度集中点，合理分散应力的存在，提高了结构的抗震性能。同时桁架式转换层的自身重量下，对下部框架的载荷较小。

2.3 厚板后梁式转换层结构

厚板后梁式转换层结构适用于上下柱网轴线错开较多的建筑结构，采用厚板转换层来实现结构对接，具有很强的工程应用灵活性，但是厚板后梁式的转换层重量较大，使用的承重材料较多，而且厚板式转换层是一个完整的整体，刚度较大，造成上层结构的布置困难，受力状况模糊，不方便配筋计算。再者这种转换层相当于增加了暗梁，再加上其上部承载重量较大，对下部结构的稳定性造成一定的影响，如果发生较为强烈的振动，会造成厚板的应力沿着竖向方向发生激增，上下层受力严重不均，甚至会发生裂缝现象。厚板转换层结构设计通常先进行三维空间内力分析，尤其是对转换层边界形状不规则、载荷分布复杂等特殊情况进行有线单元的应力分析，从而得出相应的内力计算结果、内力组合和配筋方式，同时模拟竖向载荷下的弯曲、剪应力、局部应力等数据。

3 转换层结构施工要点分析

转换层的结构施工要点控制至关重要，尤其是其钢筋施工、混凝土施工以及裂缝控制，下面对每一个要点进行详细的分析。

3.1 钢筋施工

大部分转换层采用梁式结构，需要进行钢筋构架的搭建，在施工中钢筋要插入框支架1.2-1.5米内，才能进行混凝土的浇灌，在钢筋构架的搭建施工中，要确保钢筋绑扎的牢固，避免浇筑中出现钢筋的移位和偏离，同时采用钢管支撑，当混凝土浇筑完成后再拆除，防止混凝土的冲击力导致结构变形。预埋剪力墙钢筋安装定位后，沿着钢筋两侧焊接一根10米长的定位钢筋，防止混凝土振捣过程中的移位，在剪力墙预留段，绑扎三道以上的分布筋，标记预留位置的精确位置，对于梁宽超过8.5米的梁体，采用梅花形混凝土垫块。

3.2 混凝土施工

转换层的质量关系重大，直接决定了高层建筑上部的结构稳固性，且其体积大、重量大、密度大的特点给施工带来了很大难度，如果施工中出现差错，就会造成整个支撑结构系统模板变形、钢筋错位、混凝土结构不密实的质量问题。因此要加强混凝土施工，强化转换层的结构强度，在浇筑施工中，要把混凝土施工和钢筋施工密切结合，确保转换层结构不出现质量问题，在混凝土浇筑时，对于钢筋密集区域，使用细石混凝土浇灌，防止混凝土结构中出现孔洞，同时选择合适的振捣工具和振捣方式，保证振捣工作的合格。

3.3 转换层裂缝的控制

高层间组合的转换梁往往承载着超过20层楼体的重力，其载荷压力巨大，预应力施工有效提高了整体结构的强度和抗剪切性能，从而有效避免裂缝的发生。再者是加强对模板施工的控制，可以有效避免表面裂缝的发生，提高转换层的结构完整性，在模板安装中，要按照模板安装排版图，控制好轴线位置和界面尺寸，保证不出现扭曲、拱裂现象，尤其是跨度大于四米时，设置相应的起拱高度；模板支撑系统要保证水平，对支撑点进行加固处理，防止扣件螺丝的安装不合格；此外，留置孔洞，埋件要精确定位，避免出现遗漏。模板支撑体系的施工参照计算数据要求，采取足够的预防措施，强化钢管、扣件和施工材料质量抽查，同时模板拆除之前，必须保证混凝土结构的强度合格；钢筋的绑扎位置合理，在钢筋质量、规格上严格把控，保证钢筋预埋位置、数量、方式符合设计要求。

4 结束语

总之，高层建筑转换层结构是建筑物中关键的一环，因此其结构设计要从工程实际、建筑空间分布、建筑结构受力、承载力分布等多个方面进行考虑，选择合适的结构形式，从而提高转换层的抗剪切力和承载能力，提高整体结构的安全性。同时在结构设计时，要强化关键施工要点的设计，严格遵守施工流程，切实提高工程质量。

参考文献

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