高层建筑转换层结构设计与施工探究

高层建筑转换层结构设计与施工探究
摘要：现代高层建筑空间功能朝着体形复杂、功能多样发展的趋势，为适应这一功能的运用，高层建筑结构需设置上部小空间、下部大空间功能的过渡转换层结构。

因此，对高层建筑转换层结构设计与施工的研究，是确保整栋高层建筑质量、提高抗震强度、减少经济投资具有重大的现实意义。

关键词：高层建筑；转换层；设计施工；研究对策
高层建筑转换层结构的设计与施工阶段对整栋楼层起着至关重要的环节，所以，控制好高层建筑转换层结构在设计时的注意事项与施工中常出现的问题，及时提出措施加以解决就显得尤为重要。

1、高层建筑转换层结构简析
为满足高层建筑结构将上部布置小空间，刚度大的剪力墙，下部布置大空间、刚度小的框架柱而专门在楼层拦腰一层设置的一种转换结构构件。

一般随建筑结构的多样性呈现多种形式，有的是非曲直转换板形式，实心的厚板结构，里面不能住人；有的是转换梁结构，可以安装设备或住人，其高度限定在 2.2m 以下，以减少占用规划指标。

转换层的结构形式，一般分为：斜杆桁架式、梁式、空腹桁架式、箱形和板式。

其中较为常用的结构形式为梁—柱体系。

其主要特点表现在，转换层结构构件承受巨大的竖向荷载内力很大；跨度通常是上部结构跨度的数倍；连续施工强度大、过程复杂；其结构的分析和设计与常规结构不同.。

2、高层建筑转换层设计经验探讨
2.1设计原则
转换层结构在设计时，必须满足建筑物经济、质量、安全、搞震性要求的前提下考虑，选择具有明确传力路径的转换层结构型式，做到转换刚度宜小不宜大，减少竖向结构的转换构件，增加直接落地的竖向构件，从而增加搞震力度等。

2. 2转换层结构形式选择原则
2.2.1梁式转换层
梁式转换层的传力直接、明确，传力途径清楚。

跨度较大且承托层数较多时，采用较大的截面高度为1. 6~4. 0 m。

跨度较小及承托层数少时，采用0. 9~1.
4 m较小的截面高度。

施工方便且构造简单，工作可靠，转换梁受力性能好，结构计算也相对容易，很多情况下混凝土用量可达到板式转换层混凝土用量的几
倍。

2.2.2 桁架式转换层
桁架式转换层传力明确、传力途径清楚。

其节间可采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构自重，同时抗侧力刚度比转换梁小，地震反应要比梁式转换的高层建筑小得多。

但构造和施工复杂，且转换桁架使充分利用该转换层空间成为可能.，为开洞与设置管道具备了很大灵活性的位置和大小的条件。

也从施工工程中得知，转换桁架其混凝土用量比、钢材的采用比转换梁节约成本些。

2.2.3 板式转换层
板式转换层传力不清楚，受力复杂，相邻上、下层受很大作用力。

从抗剪和抗冲切角度考虑，容易在地震作用下反应强烈。

一般板厚度有在2. 至2. 8 米区间，且结构计算困难。

施工中，上部结构布置不便，造成混凝土用量大。

也由于本身受力很大，增大了下部垂直构件的承载力设计要求，故板必须三向配筋。

2.3转换层合理取值
为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大.，为避免高层建筑竖向刚度悬殊相差太大，保证转换层上、下部主体结构刚度与变形特征的接近。

应控制好剪切刚度比，上、下主体结构的刚度分别要一个弱化一个强化。

从而确保转换层下部大空间整体结构，达到合适的强度、刚度、延性和抗震能力。

2.3.1 大底盘大空间剪力墙结构
由于转换层附近结构内力非常复杂，为保持主体刚度力求变化不过于悬殊，大底盘大空间剪力墙结构的上层与底盘刚度变化较小。

仅主体部分部份上层与底盘剪切刚度比，大底盘的总刚度力求等于或稍大于上部楼层刚度，上层与底盘(包括主体和裙房)剪切刚度比小于或于1。

.因此,底盘尽可能布置纵、横向剪力墙并加大厚度，剪力墙尽量布置在底盘的边、角部位,以加大其抗扭刚度.。

2.3.2.底部大空间剪力墙结构
由于底部大空间剪力墙结构，底层大且部分剪力墙不落地改为框支，为防止底部刚度显着减小的突变。

因此，应控制转换层上、下层剪切刚度比，其中：非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间，抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于3区间。

2.3.3.鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构
为防止鱼骨式底部大空间上部剪力墙结构的刚度减少太多，且在下部大空间层过于集中变形，因此，转换层上、下层剪切纵、横两个方向的刚度比，应为非抗震设计取值，纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间；抗震设计取值，
纵向应该大于或等于1，小于或等于2区间。

2.3.4. 大外围柱距的框筒结构或内部抽柱的框架结构，保持上、下层剪切刚
2.4转换层楼板平面内力和变形的计算
为确保转换层结构控制质量安全可靠，必须精确计算位于楼板平面内力和变形。

目前，实际工程设计过程采用的计算分析程序，均假定楼板在自身平面内刚度为无穷大，只作刚体运动，没有相对变形.，导致框支柱的剪力比计算值大几倍。

3、转换层结构施工存在的问题及应对措施
3. 1存在的问题
3.1.1 转换层下部结构受压太大，庞大的转换层及其复杂支撑体系的自重，都要由转换层下部的结构承担受力。

实际施工中，直接产生对下部结构较大的不利影响，影响最大的表现在对下部楼层楼板。

3.1.2. 施工成本的增加，在施工过程中，常规采用的混凝土浇筑方法，一般情况下，需从转换层一直支到底层地面，有些甚至达到地下室的厚板。

因此，导致材料的占用量非常大，材料周转费用过大。

而且施工难度也大，主要包括转换层空间大，转换层自重大，转换层结构及其支撑体系复杂上。

3.1.3 温度裂缝，在施工中，具备大体积混凝土施工特性的如：厚板式转换层，须采用有效的施工措施加以防范，防止其裂缝的生成。

3.1.4钢筋的安装和骨架的稳定，在施工转换层结构中，通常情况下，钢筋分项工程量大，而且施工难度也大，为保证钢筋安装的正确性和骨架的稳定性.，须采取有效的手段与方法，以确保钢筋分项工程的施工质量。

3. 2有效应对措施
3.2.1钢筋的施工处理。

在在施工中，对钢筋的翻详和下料，首先要熟悉设计文件及有关说明，弄清楚设计意图掌握有关规定，考虑好钢筋之间的穿插避让关系，转换层结构主筋接头全部采用闪光对焊，对于两端做弯头的钢筋，采用可调伸螺纹接头连接或冷挤压套筒连接。

确定制作尺寸和帮扎次序，保证转换梁高度或转换板厚度较大时，钢筋骨架的稳定性和便于操作。

3.2.2合理布置转换层支撑体系。

竖向受力构件如：柱、剪力墙承担着来自高层建筑的上部荷载，同时也承受转换层施工过程中的庞大荷载。

因此，根据下部结构的特征，可采用灵活布置悬空支撑体系，直接减少作用于楼板、梁等水平构件，使转换层施工过程中的庞大荷载合理地传递给下部贯通的竖向受力构件。

同时，认真分析计算下部构件的受力情况，排除高层建筑上部荷载过重造成的安全隐患，杜绝工程事故发生.。

3.2.3采用分层浇筑混凝土。

在由于转换层水平构件高跨比较大，表现为短深梁或厚板的受力特性。

在工程中采用二次叠浇法施工，可先浇筑部分构件的强度承担部分荷载，给支撑体系卸荷。

需要注意的是，要确保构件在施工过程中、正常使用状态下都能满足要求，认真分析出叠合构件的受力。

3.2.4 加强大体混凝土的施工，在针对转换层体积大的因素，在混凝土浇筑施工中，应采用一些养护措施，可选用低水化热的矿渣，火山灰硅酸盐水泥的技术，以达到降低转换层内部与表面温度差等。

4、结语
许多高层建筑是集吃、住、办公、娱乐、购物、停车为一体的综合建筑，转换层的普遍运用，须根据工程本身特点和验算中受力状态的不明确等因素，选择科学合理的设计方案，确保方案设计的全面性、科学性，减少施工的风险和难度。

从而不但可节约建设投资、减少能源消耗、达到建筑面积的最高利用率，而且为人们提供更方便、省时的生活环境和工作条件，适应现代社会高效率、快节奏的生活。

参考文献：
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