高層建筑結構轉換層施工技術分析

姚策　付躍有

【摘要】較普通建筑而言，高層建筑對結構要求更高，質量也備受群眾與業界關注。而結構轉換層作為高層建筑銜接的關鍵點，重要性不言而喻，當前結構轉換層施工技術已成為業內研究的熱點課題之一。本文主要對高層建筑結構轉換層技術研究，對結構轉換層概念、形式、特點、設計原則、功能進行闡述，對結構轉換層技術進行分析，進而總結技術要點，旨在探究結構轉換層施工技術的思路，以期通過本文能為相關研究以及實際工作提供一些參考和借鑒。

【關鍵詞】高層建筑;結構轉換層;施工技術

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.14.052

引言：

隨著城市化進程的不斷推進，城市人口數量不斷增加，土地資源日益緊張，建筑逐漸向對空間利用率較高的高層建筑趨勢發展，高層建筑數量及規模也隨之不斷擴大。經濟的發展以及技術的革新推動建筑的發展，建筑設計日趨多元化，并且更為注重功能性與安全性。相較于一般建筑，高層建筑不僅功能更為多樣，且受力復雜，下部樓層受力較大，因而施工更為復雜。結構轉換層是一種在高層建筑施工中廣泛應用的技術，不僅保障了建筑的安全性，還有利于施工效率的提高。下文將就高層建筑結構轉換層施工技術展開探討。

1、結構轉換層概述

城市化進程推進與城鄉結合部的發展，很大程度推動了建筑行業的發展，人們對建筑功能性要求也越來越高，這不僅要求建筑設計要向多元化發展，建筑結構的安全性也需要不斷提升，以適應建筑功能性與安全性要求。結構轉換層施工技術就是在這種趨勢下應運而生的，并且得到了廣泛應用。高層建筑結構轉換層應在建筑結構底部且上部樓層出現部分豎向構件無法落地貫通的情況下設置。轉換層需要布置轉換構件，空腹格架以及梁等都可以作為轉換構件使用。如厚板可在建筑對抗震性能要求不高，可在Ⅵ度抗震設計或非抗震設計情況下使用。高層建筑結構轉換層實質是借助水平轉換構件將建筑下部部分豎向構件與之相連而形成的高層建筑結構（如圖1所示）。

2、結構轉換層形式、設計原則以及特點

2.1 形式

從施工實踐角度劃分，可將高層建筑結構轉換層分為板式轉換層、梁式轉換層、桁式轉換層以及箱型轉換層這四種類型（如圖2所示）。

2.1.1板式轉換層

轉換層的主要力學承接方式采用的是一體化澆筑的厚樓板的轉換層結構模式就是板式轉換層，該模式多應用于不一致的空間結構。在實際應用中，需要強化樓板，施工標準的確定以及物料的選擇則是基于實驗。同其他幾種模式相較，板式轉換層上層結構選擇中靈活空間更大。

2.1.2梁式轉換層

梁式結構轉換層是在設計中增加梁柱橫截面積以適應應力，借助梁柱的聯合作用，建筑的上層部分能夠較好地完成應力到轉換層大梁之間的傳遞。在實際施工過程中，力學保障多依靠預應力或型鋼混凝土。同其他轉換層形式相較，梁式基礎轉換層在設計中受力明確且設計方式較為簡單，在舉架低的大空間結構中應用效果更佳，而且施工技術比較成熟，在現代高層建筑中應用較多。

2.1.3 桁式轉換層

在上下結構設置桁架以強化上線樓板的轉換層形式就是桁式轉換層，大多占用建筑物1-2層層高，斜桿桁架、空腹桁架以及混合空腹桁架形式等是常見的桁架形式，是幾種轉換層形式中剛度突變最小的一種形式，有助于建筑空間的安排。雖然該轉換層形式在應力和抗震性能方面表現較為突出，但是較其他轉換層形式設計與施工難度高。由于桁式轉換層自身特點，出于實際經濟效益考量，該轉換層結構在當前施工中應用相對較少，沒有較大范圍的推廣普及。

2.1.4箱式轉換層

同桁式轉換層設置桁架相較，箱式轉換層是在設計時借助梁柱的配合作用形成箱體結構的結構轉換層形式，即借助托梁結構，上層結構應力能發揮較好的整體效應，向下傳導的有效性更高。該結構具有穩定性強、力學傳導有效性高的特點，使得建筑自身力學結構完整性得以提高，如果力學特征是不遵從平衡性的情況，特別是水平應力層面，此時應用箱型轉換層獲得的支撐作用將會較其他更高，將其應用到高層建筑，可獲得更好的抗震或者抗風性能。

2.2 設計原則

高層建筑結構轉換層設計也需要遵循一定的原則。具體來說，對轉換層上下主體結構進行布置時應遵循這幾個原則：

⑴根據實際情況使上部豎向結構出現更多的向下落地連續貫通并且重視水平轉換結構的傳力，使其更為直接。

⑵多級的復雜轉換應盡量避免，如抗震不利且傳力比較復雜的平厚板轉換就應避免使用，如需使用也需慎重考慮，必要時使用箱型轉換以應對上下柱網無法保持對齊的情況。此外，對于包含轉換層的筒體結構、剪力墻結構等可采取這些措施：①弱化下部：通過減小墻厚、不落地剪力墻開口開洞等方式以弱化上部;②強化下部：將混凝土強度等級提高以及增加筒體落地墻厚等方式都能達到強化下部的效果[1]。

3、轉換層結構特點

3.1 需分層澆筑

轉換層結構水平構建具備較大的高跨比，需要考量水平纖維的相對錯動情況，若平截面假定無法適用，此時短深梁或厚板很容易在此種情況下呈現一定程度的受力特性。針對這種情況，分層澆筑與整體澆筑都包含，具體澆筑方式與澆筑順序應根據實際情況確定，以免混凝土出現冷縫現象。在實際工作中，需要細致比對應對疊和構件并進行詳細分析，充分考量水平剪力等構件影響因素，施工往往采用一次疊澆法。

3.2 支撐系統布置

上文提到轉換層設計原則強化下部弱化上部。具體來說，由于轉換層安全性很大程度由建筑下部支撐系統決定，因而出于轉換層安全性的考量，在轉換層設計過程中，遵循該原則區別處理主體結構的剛度，盡量避免轉換層結構上下層剛度突變問題的產生。

3.3使用鋼骨架

在轉換層施工中使用的材料應兼備結實與荷載力好的優點，否則難以滿足結構需求。鋼骨架具備鋼的特質性，壽命長且難以彎曲或扭曲，能很好地滿足轉換層對材料的需求，不僅能很大程度減輕自重，還能促進抗震性能的提高。

3.4 轉換層結構大

引發轉換層截面內力使轉換層內部內力改向得以實現，高層建筑本身就結構復雜，加上結構層自身功能需求，各結構間內力分布較為復雜，豎向剛度突變是結構轉換層需要面臨且難以避免的復雜問題。轉換層樓面水平剛度是有硬性要求的，這也是出于上下部樓層結構水平傳遞安全性考量。對此，設計過程中往往通過增設剪力墻、擴大轉換層下部主體結構豎向構件截面以及上文提到過的增加混凝土強度等級等方式，來滿足上下層主體結構總剪切剛度需求。

4、功能

高層建筑的結構轉換層從功能角度來看，主要實現了這三類結構形式的轉換：⑴實現了柱網以及軸線的轉換，使得下層大柱網得以形成，外框筒下層大出口與大空間的需要被充分滿足。⑵實現了軸線布置與結構型式的轉換。⑶實現了上部剪力墻到下部框架的轉換，增加了下部樓層的內部空間[2]。

5、轉換層施工技術

5.1 模板支撐施工

5.1.1 方案設計

建筑下層部分承重水平是需要在轉換梁的承重能力范圍內，這是因為該部樓層樓板承重主要依靠轉換梁進行承載，在具體施工中就需要通過精密計算來保證支撐體系的承重能力符合相關要求，可采用一定手段將轉換梁部分承重由低下承重結構分擔。對此，在承重方案設計時就應詳細設計支撐系統結構，鋼制類是兼備經濟性與能力的最優設計方案，相應轉換層支撐材料可選用鋼制腳手架，而所需的模板材料則選用木方與膠合板（δ=12mm），構造結構不同，鋼制腳手架規格也有所不同[3]。實際施工中，模板每個部分都需要構建與鋼制腳手架做支撐，模板建筑需要經常性加強至固定性符合標準再將其拆卸。

5.1.2 結構設計

三角形斜撐鋼管支架模型是比較常用的支撐結構方案，支撐結構對承重能力要求是比較高的，實際承重水平應高于預估承重水平。該方案能夠將支撐結構承重使本層以及下層支撐柱分擔（范圍：本層1.5m，下層600mm），使得建筑具備更高的安全性能。

5.1.3 監督方案

施工前，周密安排組織、準備材料以及培訓等環節，做好施工前期準備;將模板與支撐系統牢固情況監控貫穿每一個施工過程;施工中，支撐結構搭建完成進行下一步作業之前，進行驗收監督，確認無誤方可進行下一道工序。

5.2 混凝土施工

5.2.1 條件控制

由于混凝土板鋼筋密度大，受環境溫度因素影響較大，實際施工中需要強化混凝土內外溫差的控制，以減少溫度對轉換板的影響;也可借助如減少用水量或添加混凝土外加劑等措施提升混凝土強度，進而增加轉換板的強度。在材料選用上，選用水熱化低的水泥與熱膨脹系數大的骨粒為佳。

5.2.2 澆筑

混凝土澆筑需要做好這些工作：⑴混凝土澆筑遵循整體連續性要求，依照轉換板中心-兩側對稱澆筑方式。⑵基于實際情況與施工需要選擇相應的澆灌方式，如整體澆灌或分層澆灌[4]。

5.2.3 養護

在初期養護方面，施工時施工人員需要在振搗完成后進行兩次收光掃毛，以免混凝土出現裂縫問題，在初凝前3h進行的第一次收光掃毛主要是排出混凝土內部水分，在終凝前進行的第二次則是收光并鋪蓋塑料薄膜，之后覆蓋干麻袋，隨后則根據情況進行澆水養護。

后期養護主要包含綜合養護、溫度監測以及溫度控制這三個方面：⑴綜合養護，安排專人進行綜合養護，包括觀測混凝土狀態，對終凝后的混凝土采用保濕養護法進行14d的保濕養護;在混凝土收平后確認無誤則再度進行保濕處理與溫度養護;為避免混凝土出現干縮情況，采取監測儀監測濕度以及定時于混凝土上部空間噴水等措施保證濕度。⑵溫度監測：出于了解混凝土內外溫度的目的，在具體施工中預埋測溫管，若內外溫度溫差>25℃時，需要采取措施降低溫差。⑶溫度控制，對造成溫差的原因進行分析和確認，若內部溫度過高導致，則可采取預埋冷水管的方式處理;若外部溫度過高造成，則可采取灑水方式降低溫度;如果溫度下降還需要根據實際情況采取相應保溫措施。此外，根據實際情況安排人員清理混凝土環境，必要時設立圍欄，減少或避免外界因素對混凝土造成不利影響。

5.3 鋼筋施工

5.3.1 鋼筋的安裝與連接

鋼筋在鋼筋混凝土結構施工中用量是非常大的，為了加強施工質量的控制，就需要合理安排鋼筋安裝順序以及連接。⑴安裝：安裝過程中，鋼筋制作尺寸以及綁扎順序應基于鋼筋間的就位順序考量確定。⑵連接：實際施工中鋼筋連接有電渣壓力焊、鋼筋閃光對焊、錐螺紋連接以及套筒冷擠壓這四種常見方式，具體選擇哪種方式應由鋼筋型號確定，可以使用綁扎接頭的方式處理構造鋼筋。如錐螺紋連接以及套筒冷擠壓方法可用于直徑28mm-32mm主筋的連接，電渣壓力焊以及閃光對焊可用于直徑16mm-25mm的梁柱墻板筋[5];特殊部位鋼筋連接則使用某一種方法，如梁端頭帶彎頭鋼筋與鋼筋中間部分連接處理則分別使用套筒冷擠壓、錐螺紋連接方式。

5.3.2 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎主要考量這兩大方面：⑴搭設鋼筋支撐架，實際施工過程中，鋼筋材料往往比較長需要現場處理，因而綁扎時就需要進行鋼筋支撐架的搭設，較好的鋼筋支撐架搭設可為后續鋼筋綁扎工作提供很大幫助，因而搭設支撐架也是鋼筋綁扎的關鍵之一。⑵連接綁扎鋼筋，綁扎時分上下部進行操作，進行下部鋼筋綁扎時先依序將下一排鋼筋支撐面抽走，下一排鋼筋則落于梁底部，之后按相關操作進行綁扎，按照這個流程綁扎完所有鋼筋材料，需要注意的是應放置分隔筋（橫向間距1500mm-2000mm）;進行上部鋼筋綁扎時，先對上一排進行綁扎處理之后再松開，與下部鋼筋綁扎處理不同的是將第一排鋼筋支撐面抽走，按照梁一端到另一端的順序開上二排鋼筋支撐點，在松開的同時把鋼筋放至合適位置并將隔筋插放進去，再將上二排鋼筋綁扎好，按照這個流程將綁扎完所有需要處理的鋼筋。

6、轉換層施工技術要點總結

6.1 施工前準備要點

在正式施工前，就需要做好相應的準備工作，如人員、技術準備。首先，對施工圖紙規程以及驗收標準等相關情況有充分的認識和了解，一旦發現問題可根據相關流程及時修改。其次，施工人員應對相關施工技術與工藝有足夠的認識和了解，做好技術與方案的交底工作后再進行混凝土澆筑作業，以保障之后的施工質量。

6.2 模板支撐施工技術控制要點

模板支撐施工設計方面注意把控這兩個方面：⑴遵循經濟性、安全性與實用性的原則，設計時應對新澆混凝土對模板側面壓力和模板、支架以及鋼筋自重的標準值進行考量，常見的模板材料有鋼材與木質兩種類型，從建筑功能與結構需求方面考量，無論選用哪種材料都應保證模板結構彈性模量、剛度以及承載水平，與模板相接觸的混凝土表面應保持光滑平整。⑵根據設計圖紙、施工單位自身情況（設備技術條件、施工方式以及計劃進度）以及相關技術規范設計模板結構，根據實際所需承重水平計算模板尺寸以及支架截面尺寸。

模板支撐施工需要注意這幾點：⑴模板支撐體系中的模板應具備足夠的剛度與承載水平，以確保在施工中承受荷載時結構穩固，不會出現傾斜、坍塌以及損壞等情況，施工中模板接縫不能出現漏漿情況，澆水濕潤前應避免出現積水;⑵及時清理掉模板內部的雜物，模板與混凝土接觸面應保持干凈，必要時刷隔離劑;⑶模板支撐盡量結構簡單，以便后續拆卸與之后再次使用，因而模板與混凝土結構機構件的形狀保持一致。

6.3 混凝土施工技術控制要點

6.3.1 實施溫度監控

溫度是混凝土出現裂縫問題的決定性因素。在具體施工中，混凝土監控的重要凝固表征指標就是混凝土溫度，建立完整且具備實時性的監控體系很有必要，如有條件或必要可進行自動化管理，如采用紅外線測溫傳感器，既能有針對性地進行維養，還能為下一步施工提供一些參考和指導。

6.3.2 實施強度監控

預拌型混凝土在高層建筑結構轉換層中使用較多，然而并不是混凝土強度越高，轉換層質量就越好，如果轉換層混凝土強度超過需要，將導致整個建筑工程的可控性降低，一旦出現失誤，很容易使得混凝土出現裂縫問題。因此，混凝土施工人員的操作以及專業水平必須過硬，否則很難預防一些問題以及有效應對出現的各種問題。首先預拌時應充分考量混凝土強度，不宜貪高，應選擇滿足施工強度需求的混凝土;其次，轉換層梁板柱式截面尺寸都不小，且施工位置相對較高，需要較為嚴格的質量管理，結合實際情況制定可行性強且科學合理的安全保障制度和措施，做好現場安全工作，提高施工的安全性，保障人員安全。

6.3.3 實施養護監控

為了預防轉換層裂紋問題的出現，需要進行相應的混凝土養護工作，可采取如下措施：為確?；炷撩軐嵍扰c剛度符合要求，必要時采用保溫材料對混凝土進行保溫處理，若轉換層規模不大養護則采用蓄水方式，不僅簡單可行性高，而且成本低經濟性更佳;為了最大程度降低內外溫差對混凝土的不利影響，應采取措施減少混凝土暴露情況。

6.4鋼筋施工技術控制要點

6.4.1 鋼筋翻樣下料

基于設計文件與實際情況進行翻樣工作，為了方便混凝土澆灌與振搗施工，根據情況增加節點空間;確保施工材料符合要求并做好電焊培訓后再進行大梁主筋接頭的閃光對焊。進行梁主筋焊接時，應依照接位順序給其編好號，以保證焊接準確性;進行主筋下料時，為了避免接頭焊接重疊，應科學合理安排所涉及的主筋。

6.4.2 鋼筋安裝就位

從兩方面分析：梁縱筋安裝需確定好柱節點箍筋、梁梁間的位置數量，確定方式多為上下交替擱置或依次交替穿插。柱箍筋穿插于每層主筋之間，直至特大梁就位后按照實際需求固定綁扎。

結語：

綜上所述，轉換層是高層建筑重要組成部分，稱之為連接紐帶毫不為過，對建筑功能以及安全性實現具有很大影響。高層建筑本身結構較為復雜且施工難度大，結構轉換層則更甚。為了建設優質工程，對現有的施工技術進行多角度思考，提高現有轉換層施工技術水平，充分發揮結構轉換層在高層結構中的作用，提升工程功能性、安全性與實用性就非常必要。本文介紹了結構轉換層相關知識，如界定、形式、特點、設計原則以及功能等內容，并在此基礎上分析了轉換層模板支撐、鋼筋以及混凝土施工技術，進而提出四條施工技術控制要點。由此可知轉換層在高層建筑中作用不可替代，實踐中應從施工技術控制要點入手提高施工水平，保證轉換層施工質量，為整體工程質量和經濟效益的實現提供保障。

參考文獻：

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