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探讨建筑结构转换层的施工工艺

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：罗晓莉

[导读] 摘要：本文首先分析了高层建筑结构中设置转换层的必要性，并对转换层的常用结构形式并进行了对比分析，进而对高层建筑结构转换层的施工进行了论述，最后提出研究了高层建筑转换层施工技术的现实意义。

        身份证号码：45052119840409xxxx
        摘要：本文首先分析了高层建筑结构中设置转换层的必要性，并对转换层的常用结构形式并进行了对比分析，进而对高层建筑结构转换层的施工进行了论述，最后提出研究了高层建筑转换层施工技术的现实意义。
        关键词：结构；特点；转换层；施工
        前言
        伴随着城市人口的不断增长，土地资源的相对短缺，促使高层建筑蓬勃发展。高层建筑结构形式日趋大型化、复杂化。伴随着使用功能的变化，设置转换层已成为传递上部结构荷载的重要手段，而上部结构荷载的增加，使得转换层的结构尺寸往往较大，这将给施工带来许多新的课题。因此对高层建筑转换层结构施工技术的研究，有着十分重要的意义。
        1 　高层建筑结构体系的特点
        在我国高层建筑发展的早期阶段，所设计建造的高层建筑大都为单一用途，例如高层住宅、高层旅馆、高层办公楼等。近年来高层建筑发展迅速，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。后来陆续开始在高层住宅底层设置生活福利设施，并且开始大量兴建集吃、住、办公、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，尤其是在城市主干道两侧，并已成为现代高层建筑的一大趋势。
        从建筑使用功能而言，在设计中，通常将大柱网的购物商场、餐厅、娱乐设施设于多功能综合性高层建筑的下层部分，而将较小柱网、较小开间的住宅、公寓、旅馆、办公功能的建筑设于中、上层部分。这种建筑使用功能的特点相应决定了多功能综合性高层建筑结构体系的特点。由于不同建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地要求不同的结构形式，如何将它们之间通过合理地转换过渡，沿竖向组合在一起，就成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技术。这对高层建筑结构设计提出了新的问题，需要设置一种称为“转换层”的结构形式，来完成上下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换，简单地说，就是上下两层的结构不一样，必需设置一个转换层来“承上启下”。结构上的转换层概念，主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。它在主要满足结构安全功能要求的同时，多数情况下解决一些特殊技术性建筑功能要求。比如在结构转换层空间内布置管道、设备等等。这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架—剪力墙等结构体系中。
        2 　转换层的常用结构形式及对比分析
        2. 1 　梁式转换层
        梁式转换层是指在现浇钢筋混凝土楼板上布置单向托梁（纵向或横向）或双向托梁（纵、横向）或斜向托梁，以承托在本层落空的上面各层的承重柱或剪力墙。该种转换形式一般用于底部大空间剪力墙结构，当需要纵横向同时转换时，采用双向梁的布置。对于框筒或筒中筒结构，可以根据需要在相应楼层下做一圈转换大梁，把上部柱的荷载通过转换大梁传到下层两边的柱上。梁式转换层结构的传力途径为墙—梁—柱（墙），传力途径清楚，转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便等优点，结构分析计算也较容易，一般用于上层为剪力墙结构，下层为框架结构的转换。
        2. 2 　板式转换层
        当上下柱网、轴线有较大错位，不便用梁式转换层时，可以采用板式转换方式。板的厚度一般很大，以形成厚板式承台转换层。它的下层柱网可以灵活布置，不必严格与上层结构对齐，但板很厚，自重很大，材料用量很多。
        厚板转换层适用于上下柱网极不规则的结构，它的结构布置方便，从而更好地实现对高层建筑多功能的要求，但缺点也很明显。由于板式转换层一般很厚，有时可以达到3. 0 m，自重很大，在地震作用下，这样大的质量必将引起很大的水平地震作用。因此对于地震区的高层建筑，转换层要慎用厚板楼盖。
        2. 3 　桁架转换层
        在托柱形式的梁式转换层中，当转换梁跨度很大，且承托层数较多时，由转换梁承托上部框架柱传递下来的竖向荷载会很大，致使转换梁的截面尺寸过大。这在设计理论上可以实现，但在实际实施中却不可行。再者，采用转换梁也不利于大型管道等设备系统的布置，不利于该转换层建筑空间的充分利用。此时若根据上下柱网的轴线位置设置采用桁架转换层则可巧妙的解决此问题。
        桁架转换的设计和施工较复杂，但是结构受力明确，传力途径清楚，使开洞与设置管道具备条件，而且它们的位置与大小都有很大的灵活性，能充分利用该转换层的建筑空间。采用桁架转换层，其钢材和混凝土的用量比采用梁式转换层要经济。
        2. 4 　斜柱转换层
        斜柱转换层是一种在大量高层、超高层建筑中广泛采用的转换结构形式。它是桁架转换中最简单的一种，采用它将会解决转换层不便使用的问题，将目前巨型梁转换层仅能用作管道空间变为可有效使用的面积空间，变“死”空间为活空间，使转换层具有了更大的经济价值。
        斜柱式转换层结构传力直接，可有效减小转换梁尺寸，且更易实现“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的抗震设计原则。斜柱式转换结构侧向刚度比相同条件下的梁式转换结构大，更易满足规范中转换层上下结构侧向刚度比的要求，能有效地避免转换层形成结构薄弱层。斜柱式转换层弹塑性变形相对较小，可有效地避免结构在大震下，薄弱层因弹塑性变形过大而造成结构整体倒塌。
        在工程实践中，应用得最广的是梁式转换，其次才是厚板转换等其他转换形式。斜柱转换克服了梁式转换和厚板转换的缺点，同时具有上述转换的优点，转换灵活，传力直接，减轻了梁所承受的剪力负担，使梁的剪压比大幅度减小。因此，无论从经济、建筑用途、还是受力模式上，斜柱转换层都是非常好的结构转换形式，是一种可在大量超高层建筑中推广采用的结构转换形式。

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        3 　高层建筑结构转换层施工
        3. 1 　模板工程
        转换层结构的自重大，施工荷载也大，因此要根据工程实际情况选择合适的模板支撑方案，以保证支撑系统具有足够的强度、刚度、稳定性，实际工程中常用以下几种支撑体系：
        1）一次性支模。
        该支撑方式适用于现场可用的支撑材料较多，且转换层相对较低的结构体系，但此种方式支撑材料需用量很大，在材料使用上不经济。
        2）荷载传递法支模。
        该方法将转换梁板的自重和施工荷载通过支撑系统传递给以下多层楼板或把荷载传递给转换层下的支承柱，由支承柱把上部荷载向下传递。
        3）叠合浇筑法支模。
        该方法应用叠合梁原理将转换层梁、板分多次浇筑成型，支撑系统只要考虑第一次浇筑时的结构自重和施工荷载，这样可减少大量下部支撑体系的负荷，节省大量的支撑钢管。
        4）埋置型钢法支模。
        该方法是在转换结构梁中埋设型钢，与模板连成整体，用以承载全部大梁荷载，可节省大量支撑材料。
        3. 2 　钢筋工程
        1）在钢筋绑扎前先设置好梁底钢筋保护层，可在钢板上焊钢筋作为保护层垫块，垫块长度同梁宽，垫块放好后，在模板上固定好。
        2）转换梁钢筋在梁模板支撑、梁底板安装完成后进行绑扎，绑扎钢筋一次绑扎到位，绑扎完成后检查钢筋直径和数量进行复核无误后，进行梁侧板及转换层楼板安装，安装过程中注意对成品的保护。钢筋的规格、形状、尺寸、数量、间距、锚固长度、接头位置必须符合设计要求和施工规范。
        3）楼板钢筋在模板安装后在模板上按设计间距纵横向量出钢筋位置，绑扎第一层网筋、第二层网筋。再按要求在两层网筋间设置马凳支撑钢筋、设置垫块。
        3. 3 　混凝土工程
        1）因转换层梁混凝土体积大，为尽量减少施工缝，采用混凝土搅拌站搅拌并一次浇筑成型，混凝土用泵进行输送；按照泵送混凝土配合比进行搅拌，严格控制坍落度。对于一些特殊部位，应制定专门的技术措施。
        2）为了减小混凝土内外温差，施工中应选用水化热较低的水泥，如矿渣硅酸盐水泥，火山灰水泥，或在混凝土搅拌中掺入沸石粉，降低水泥的用量。同时为降低水泥水化热，通常要掺入外加剂。主要使用高效减水剂、缓凝剂等。
        3）大截面梁的内部温度应通过计算确定，并应在其内部一定部位设置测温点，便于对混凝土温差的控制，若温差大于25 ℃，应采取措施，通常采用蓄热保温法，内降温外保温法，蓄水养护法等。
        4）在混凝土浇筑时，在表面要留有一定的泌水坡度，同时在模板上要留排水小孔，以利于提高混凝土的施工质量。
        5）为能使混凝土外表面温度不至于降低过快，通常先施工转换层外围结构和墙体；夏天施工时要注意采用温度较低的水搅拌混凝土，以降低混凝土的入模温度；采用分层浇筑方法，每层浇筑厚度通常在300 mm～500 mm，后一层浇筑要在前一层混凝土初凝前完成。另外采用叠合梁施工方法可缓解水泥水化热和混凝土内部的温度应力对裂缝的不利影响。
        4 　转换层施工的质量控制
        由于转换层具有“大、重、密”的特点，使施工难度增大，稍有不慎，就可能发生支撑系统失稳、模板变形、钢筋错位、混凝土漏浆等质量问题。因此，在进行施工时，除加强施工技术管理外，还必须加强质量控制。
        1）审查施工方案必须强调“以计算为依据，以安全为宗旨”。
        2）模板支撑体系不仅要进行精确计算，还要有足够的构造措施保证，并要强化检查，完善手续。对进场钢管、扣件进行“三证检验”并随机抽查钢管厚度及扣件螺栓拧紧扭力矩。搭设过程中随时检查弹线的准确性及立杆是否与定位点对应，在确保混凝土全部达到设计强度的100 %时支架方可拆除。
        3）钢筋绑扎必须保证位置的准确，为后续施工打下良好的基础。钢筋的品种、质量必须符合设计要求和有关标准规定，表面必须清洁，钢筋的间距要均匀，各排上下位置要对位，预埋位置、数量及形式必须符合设计要求。
        4）混凝土浇筑中要严格控制钢筋密集区的浇筑，确有必要时可以采用细石混凝土浇筑，以防出现孔洞。对大体积混凝土的浇筑要采用斜面分层布料方法施工，在混凝土初凝前要进行表面二次振捣，终凝前要进行二次抹压。养护要及时，并能使混凝土始终保持湿润状态，测温应按要求进行并及时反馈温度变化情况，同时注意变形观测。
        5 　结束语
        由于转换层结构起着上下连接的作用，结构复杂，施工难度大，因此，需要制定详细的施工方案，尽可能征得工程各参与方的协助，实践证明，在转换层施工中，只要做好模板支撑体系，钢筋的定位，大体积混凝土等施工措施，转换层的施工质量一般就能得到保证，并可达到降低成本、取得较好的经济效益的目的。
        参考文献：
        ［1］黄晓亮．关于高层建筑基础结构设计要点探析［J］．科技创新导报，2017，14（32）：143，145．
        [2]吴必正，赵永辉. 试论高层建筑结构设计存在的问题及对策[J]. 门窗，2014，01：95+98.