高层土木建筑钢筋混凝土施工技术研究

摘要：高层建筑施工建设中，转换层施工对确保建筑功能实现十分重要，必须结合实际情况确定转换层结构和施工方法。文章分析了钢筋混凝土梁式转换层在高层建筑中的应用，研究梁式转换层的特点和施工设计要点，结合实例研究施工的具体方法，帮助技术人员合理使用梁式转换层施工技术。

关键词：高层土木建筑；梁式转换层；施工技术

由于高层建筑功能的丰富性，使得建筑内往往存在不同类型的结构形式，所以需要设置转换层以满足高层建筑空间和结构形式变化的要求。近年来，转换层在高层建筑中的重要地位正在凸显，需要在施工中合理设计转换层，确保建筑的稳定性。

1转换层的内涵和特点

高层建筑由于融入了很多不同功能，有着功能多样化的特点，不同的功能分布在同一条垂线上，多数布局是顶部为酒店、中部为写字间、下层为大型商超和娱乐场所。针对不同功能楼层，都要使用不同类型的结构形式以及轴线布置方式，建筑下层的大开间可以通过大柱网、少设墙实现；对于上部小开间，就要设置多墙体。建筑物的荷载会向下方集中，而建筑结构的上部受力较小，因此正常情况下建筑的结构应该是下方墙多，而上方柱网稀疏，并且墙少，但会和高层建筑的功能需求产生矛盾。为了确保建筑结构能支撑多种功能，在结构出现变化的地方设置转换层。转换层一般分为以下几种情况：建筑上部为酒店，底层为门厅、会议厅等，剪力墙结构为框架剪力墙，会将转换层设置在大空间的顶板位置。高层建筑上部为剪力墙结构住宅；下层为一层或者多层使用框架剪力墙结构的商业用房，在结构形式变化的地方设置转换层。建筑结构如果上下部机构对齐但轴线并不重合，就要在轴线错开的位置专门设置转换层。建筑的为密柱筒体结构，建筑的底层柱距增大，就需要在形成大入口时设置结构转换层。

2转换层分类和设计影响因素

2.1转换层分类

2.1.1根据转换层实现的结构转换分类上下层结构类型转换。上部为剪力墙结构和框架剪力墙结构，在转换层会将上部剪力墙结构转化为下部框架，在转换层设计时具有较大的自由空间。在这类建筑中，转换层的上下结构并没有改变，但是上下建筑结构为满足功能需要改变柱间距离。结构和轴线同时转变。有些高层建筑上下层的结构形式不同，轴线位置也不同，需要在转换层满足变换要求。2.1.2转换层结构形式工程建设中，转换层的结构形式比较多，目前包括梁式转换层、箱式转换层、板式转换层、桁架式转换层；根据跨数分类，转换层包括单跨、双跨和多跨；根据墙体形式分类，包括满跨、开洞、不开洞、开窗洞等结构。2.1.3转换层结构形式考虑因素转换层的结构形式需要综合多方面因素确定，技术人员的经验以及对转换层形式选择的分析方法在结构形式选择上具有比较大的重要性。通过综合分析受力、经济性等方面因素，确定转换层对建筑结构的影响。例如分析转换层所承受的荷载、顶点在荷载影响下的位移、阵型、底部剪力、转换层重质量比等因素，分析转换层的空间利用，房屋混凝土用量等等。表1为转换层结构形式选择时的考虑内容。

2.2梁式转换传力

实际工程建设中，需要结合梁的应用形式、受力特点、转换梁上部结构的共同工作形式设计转换梁的传力方式。2.2.1柱网支撑转换为墙承式在这类建筑中，转换层的上方结构为墙承式，转换层的梁体和墙体会共同承担建筑的荷载，也被称为墙梁结构。该机构由混凝土托梁和墙体构成组合构件，转换层中墙体处于受压状态，转换梁则处于偏心受拉状态，构成暗梁式结构体系。由于建筑功能的特殊需要，墙体一般不会在转换梁上满跨布置，并且也会成为跨度的一部分。2.2.2大间距柱网转换为小间距柱网高层建筑的高度不断提升，建筑功能也发生了变化，比如建筑的大间距柱网转换为小间距柱网，支撑方式改变使得受力也出现明显变化，转换梁的位置会专门设置飞柱，并且由梁和梁柱框架共同承担建筑的荷载。

2.3转换层施工特点

在高层建筑转换层施工中需要注意两个方面，这两方面也是转换层的主要特点。一个是转换层通常在建筑主体的下部，由于承重荷载大，受力复杂，所以在设计上需要做到精准分析，否则转换层设计的不合理导致的损坏将带来摧毁性的后果。另一个是转换层自重大，由于承重荷载大，地震反应强烈，所以在施工中钢材用量大、刚度大，重量也较一般楼层显著加大。转换层由于结构特殊所以自重大，因此使用时必须做好对模板支撑方案的设计。由于建筑施工具有动态化的特征，因此由于施工过程中转换层所受荷载始终在改变，为保证转换层的稳定性，需要计算荷载并确定支撑方案。在进行大体积混凝土转换层施工时，混凝土施工过程中需要减少混凝土的水化热，避免新浇筑的混凝土出现温度裂缝。

3梁式转换层受力性能分析

3.1转换大梁受力特点

混凝土梁式转换层在高层建筑中属于比较特殊的结构，必须严格进行结构设计和施工，做好对转换层内部结构受力情况分析，做好对整个转换层结构的分析和计算工作。转换层结构和普通梁结构相比，会承受更为集中的应力，或者悬挂下部会承受多层重力，导致大梁的内部应力比较大，因此需要加强竖向荷载设计。垂直荷载下，内部应力和施工顺序有关，所以进行施工设计时，也要考虑大量和若干层结构共同工作时的状况，根据内应力的变化采取有效措施进行设计工作。由于转换层的大梁一般有比较大的跨度，因此必须严格进行竖向挠度的控制；必须保证建筑的转换层具有足够的刚度，使得转换层一般有比较大的结构高度和自重。

3.2梁式转换层在荷载作用下的受力情况

3.2.1转换层梁和梁柱框架同时受力对于此类情况，竖向荷载作用可以简化为施工阶段和实用阶段两种情况。在施工阶段，结构的荷载会随着施工过程中楼层的增加而增加，逐渐增层之后转变为转换梁作为下弦刚性梁的特殊框架式桁架。进入实用阶段，转换层梁承受竖向荷载，以结构的二期恒载和活载为主。竖向作用下的转换层梁和梁柱框架共同受力，根据结构力学原理，受力可以根据实际情况进行等效转换，而框架剪力墙结构在水平荷载下产生的变化与其他结构相同。由图1可以看出，剪力墙结构主要依靠剪力墙抗侧力，水平力将会在各片剪力墙上均匀分配。框架结构和竖向悬臂梁有相似的特点，当受到外力弯曲时就会转变为剪切型；纯框架体系受侧力时，所有框架的受力曲线都是相似的。3.2.2转换层梁支撑墙体受力目前梁柱结构构成的框架结构体系中，计算简图中的支撑条件会根据梁和柱的线性抗弯刚度比确定，如果主梁和柱之间的线刚度比为3以上，就以铰支撑连续梁计算简图进行受力的计算；如果主梁和柱之间的线刚度比在3以内，按照梁柱固接节点框架计算。对于带转换层的梁柱结构，梁支撑具有比较高的荷载，而且梁高也比较高，会在一层楼高的基础上再加上常规框架梁，构成强梁弱柱体系。

4模板及支架施工要点

4.1斜撑施工

工程施工中，所有的斜撑杆都需要角度在45°以内，保证梁底斜撑和梁底模板之间协调。斜撑上端应使用双扣件滑移保险，对斜杆制成的下支点，其主柱面需要设置短筋凹槽，梁底的斜撑支架需要和梁的下排架同时搭设，如果由于施工情况导致不能同时搭设，应该控制施工顺序，保证钢筋骨架完成搭设之后再就位，保证支护结构的支撑架和排架受力同步。使用斜杆支撑的位置，应该采用扣接的方式，以及保证和楼层满堂架连体。

4.2立杆、扫地杆施工要点

施工时，需要保证立杆上端和梁底的内楞、外楞之间分别扣接，通过双扣件有效控制滑移。梁下排架设置扫地杆，中间设置两道横杆，并在梁底排架两侧横向设置斜撑。

4.3钢管支撑要点

施工过程中，模板支架上的荷载极高，为避免坍塌事故，应优先考虑使用钢管碗扣脚手架支撑，避免出现损失。在排架三位间距满足要求的情况下，依然需要使用附加措施保证工程的稳定性，比如对转换区边缘的框架柱、剪力墙承担一部分荷载，中间部分用钢管和柱锁紧。

4.4纵向水平杆构造设计

工程的纵向水平杆应该在立杆内侧设置，长度应该控制在3跨以内，纵向水平杆接长应该使用对接件进行连接，也可以使用搭接的方式。接扣需要交错布置，所以两根相邻纵向水平杆应该设置在不同的跨内，对于不同步、不同跨的相邻接头，水平方向的错开距离需控制在500mm以上。

5工程实例

5.1工程概况

某市图书馆建筑总面积为31412m2，结构包括主楼和裙楼，建筑总高度为86m，包括地上21层和地下1层。建筑的第7层是建筑结构的转换层，其中包括多种结构的转换梁（如图2）。

5.2工程施工顺序

工程施工中，先完成第5层、第6层梁板支撑工作，完成施工后检查牢靠性能否满足要求，开展定位放线和标高投测工作；完成柱、核心筒钢筋绑扎，安装模板，向大梁底浇筑柱、核心筒混凝土；绑扎转换梁钢筋，完成转换梁侧的模板安装，进行转换梁浇筑工作；绑扎板钢筋，浇筑转换梁上部、转换层楼板混凝土；在混凝土都满足设计强度要求之后，自上而下将各层支撑拆除。

5.3转换层施工设计

根据工程特点进行了支撑方式的设计（如图3）：在不拆除第6层模板和支撑的情况下进行框架支撑的加固，在第6层框架梁下设置一道支撑，和梁的间距600mm；第5层采用同样方法施工，第4层在适当位置假设支撑杆，提升结构强度。对于第7层转换梁支撑直接在第6层楼板开始发挥作用，利用工字钢传递荷载。通过使用有限元分析，确定该施工能够满足结构强度和稳定性的要求，可以确保转换梁为一阶段受力叠合式受弯构件，能够确保结构的总体受力性能。

5.4转换层质量控制

为了确保转换层质量，施工过程中必须保证所有原料验收后入库，钢筋等材料必须通过抽检之后才能使用；日常工作中需要加强对机具、混凝土泵的维修和养护工作，保证施工过程中设备的完好性。安装支撑转换梁时必须全程监督，如果安装的转换梁高度超过1m，必须使用双扣件固定提升横杆和立杆承受能力，避免转换梁受力变形。

6结束语

高层建筑的功能逐渐增多，为确保高层建筑的功能的实现，确保建筑的安全，就必须做好对高层建筑转换层的施工和设计工作。施工人员和设计人员需充分了解转换层的特性，全面研究不同转换层结构形式对建筑总体结构的影响，进行科学的设计和施工流程，保证转换层结构强度，确保高层建筑建设顺利进行。

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作者：林亮 单位：中国铁建国际集团有限公司