高层建筑梁式钢筋混凝土结构转换层研究

卢怀道

【摘要】高层建筑的蓬勃发展为建筑施工技术带来新的挑战，高层建筑结构形式也日趋大型化、复杂化。本文对梁式钢筋混凝土结构转换层进行了深入研究。首先，针对梁式转换层，重点分析了转换层的主要结构形式与构造，详细论述了基于极限状态设计的转换层梁模体系，并提出了半刚性连接计算方法。

【关键词】高层建筑施工，转换层，支撑架

高层建筑转换层是建筑结构中的重要部位，也是建筑施工中的重点难点。其施工技术牵涉到力学、材料学、结构设计及管理学等多学科交叉应用，是一项复杂的系统工程[1]。在高层建筑转换层施工中，其关键因素在于转换层结构的支撑系统、混凝土的浇筑方案、混凝土的后期养护、混凝土的温控技术[2-3]。而这每一个方面都是转换层施工面临的崭新的课题，为确保高层建筑转换层施工的顺利、有效的完成、这就要求其施工应根据工程实际的情况、能方便的运用一些可直接套用的理论体系、并结合类似工程的经验、能快速、有效的解决上述问题。在高层建筑日益增多的发展趋势下、如何满足工程建设的需要、总结出一套简便、准确、高效的高层建筑转换层施工技术理论体系、便成为在施工技术中需要解决的现实课题。从以往工程的实践经验来看，转换层施工质量的好坏直接关系到整个工程质量品质、并且占有相当可观的成本造价，对技术设计的周密、准确、经济、对施工组织的严格控制是整个施工方案设计考虑的重点、并应考虑其在施工过程中的风险性。因此、对高层建筑转换层施工技术的课题研究是尤为必要的。

1、梁式转换层的主要结构形式与特点

（1）主要结构形式

实际工程应用中转换梁的结构形式有多种多样[4-5]，从跨数上，可分为单跨、双跨及多跨；从上部墙体形式上，可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞及开门洞和开窗洞；从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上，可分为加腋和不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝土和钢骨混凝土、钢结构等。根据实际工程中转换梁的应用形式、受力特点及其转换梁与上部结构的共同工作形式，可将梁式转换层的结构类型归纳以下几种形式。

（2）受力特点

实际工程应用中转换梁的结构形式有多种多样，从跨数上，可分为单跨、双跨及多跨；从上部墙体形式上，可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞及开门洞和开窗洞；从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上，可分为加腋和不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝土和钢骨混凝土、钢结构等[6]。梁式转换层结构传力途径采用墙（柱）转换梁柱（墙）的形式，具有传力直接、明确和传力途径清楚的优点，便于工程计算、分析和设计，且造价较节省[7]。转换梁具有受力性能好、工作可靠、構造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易。作为梁式转换层的主要受力构件-转换大梁，其受力形式与受力大小受上部结构形式、转换梁上下层相对刚度、转换梁的位置等因素的影响。在这些因素影响下，带有转换层的结构在水平荷载下将表现出不同的受力性能。分析表明，无论转换梁上部墙体的形式如何，只要墙体存在一定长度，转换梁中的弯矩就会较不考虑上部墙体作用的要小，相应墙体下的转换梁就有一段范围内出现受拉区。转换梁的最终受力状态由墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形和拱的传力作用综合影响。墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形，转换梁处于这整体弯曲的受拉翼缘，若单独分析转换梁，其所受的弯矩由于剪力墙的共同工作而大大降低，同时，由于处于受拉翼缘，应力积分后转换梁中就会出现轴向拉力。由于竖向传力拱作用的存在，使上部墙体上的竖向荷载传到转换梁时，很大一部分荷载以斜向荷载的形式作用于梁上（见图1b），若将这斜向荷载分解为垂直和水平等效荷载形式（见图1c，d）则垂直荷载作用下的弯矩肯定要比不考虑墙体作用时要小（见图1a），在水平荷载作用下，就形成了转换梁跨中一定区域受轴向拉力，而支座区域受轴向压力的现象。