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談帶轉(zhuǎn)換層高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) |
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時(shí)間日期：2009-5-4 已被閱讀次：[10184] |
佛山南方建筑設(shè)計(jì)院有限公司 張嘉明 張華鋒
[摘 要] 以帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程為例,分析了高層建筑帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意
的問題,探討了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的方案選擇、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)造處理。
[關(guān)鍵詞] 高層建筑、轉(zhuǎn)換梁、薄弱位置
一、引言
就建筑使用功能而言，在設(shè)計(jì)中，通常將大柱網(wǎng)的購(gòu)物商場(chǎng)、餐廳、娛樂設(shè)施設(shè)于多功能綜合性高層建筑的下層部分，而將較小柱網(wǎng)、較小開間的住宅、公寓、旅館、辦公功能的建筑設(shè)于中、上層部分。由于不同建筑使用功能要求不同的空間劃分布置，相應(yīng)地，要求不同的結(jié)構(gòu)形式，如何將他們之間通過合理地轉(zhuǎn)換過渡，沿豎向組合在一起，就成為多功能綜合性高層建筑結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵技術(shù)。這對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的問題，需要設(shè)置一種稱為“轉(zhuǎn)換層”的結(jié)構(gòu)形式，來完成上下不同柱網(wǎng)、不同開間、不同結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單地說，就是上下兩層的結(jié)構(gòu)不一樣，必需設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)換層來“承上啟下”。結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)換層概念，主要是指在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系中，合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化的結(jié)構(gòu)單元體系。
轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：梁式轉(zhuǎn)換層、板式轉(zhuǎn)換層、箱式轉(zhuǎn)換層、桁架式轉(zhuǎn)換層、空腹桁架式轉(zhuǎn)換層等。
二、工程設(shè)計(jì)實(shí)例
工程概況：佛山某小區(qū)工程，建筑總面積11056m2�？偨ㄖ䦟訑�(shù)為22層，其中半地下室1層，地上21層，地下1層為停車場(chǎng)，層高2.40m；2層為住戶大堂及商鋪，層高為7.50m，3層及4層局部為商業(yè)用途，其它均為住宅，建筑物總高度為70.50m。由于不同的使用功能需要不同的結(jié)構(gòu)布置形式，所以必須在2層采用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的方法將其過渡為另一種結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)分析，決定采用梁式轉(zhuǎn)換，梁式轉(zhuǎn)換層優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力明確,經(jīng)濟(jì)合理性強(qiáng)。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置。
三、結(jié)構(gòu)分析計(jì)算
1.本工程抗震設(shè)防烈度為7 度，抗震等級(jí)為三級(jí)（底部加強(qiáng)部位剪力墻及框支框架為一級(jí)） ,場(chǎng)地類別為Ⅱ類,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,按100 年一遇基本風(fēng)壓值為 0. 60 kN/ m2 ,地面粗糙度為C 類。本工程1～6層墻柱混凝土等級(jí)為C40， 2層梁、板混凝土等級(jí)為C30，其余各層梁板混凝土等級(jí)為C25，采用PKPM的SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算。
2.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步選定轉(zhuǎn)換梁截面，用SATWE 進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算,得到轉(zhuǎn)換梁所受設(shè)計(jì)剪力后,按照該值不大于0. 15 f cbh/0. 85 校核截面尺寸。本工程轉(zhuǎn)換層的層高為7.50 m ,轉(zhuǎn)換梁的最大跨度為7.50m ,轉(zhuǎn)換梁截面尺寸為（1000mm－1200 mm） ×1500 mm 。梁寬度不小于上部墻體厚度(300 mm)的兩倍 ,梁高度大于梁跨度的1/ 6 ,均滿足要求。根據(jù)建筑美觀及結(jié)構(gòu)受力、搭接等,確定框支柱主要截面尺寸:1000 mm ×1000 mm。計(jì)算結(jié)果：1，第一扭轉(zhuǎn)周期為1.8897，第一平動(dòng)周期為2.2867，兩者之比為0.826，滿足規(guī)范要求；2，位移比均小于1.5，滿足規(guī)范要求；3，震型數(shù)取了30個(gè)，X 方向的有效質(zhì)量系數(shù)為95.46％，Y 方向的有效質(zhì)量系數(shù)為94.63％，均滿足規(guī)范要求。3．計(jì)算結(jié)果分析
經(jīng)初步計(jì)算，由于本工程的轉(zhuǎn)換位置基本都屬于在原位轉(zhuǎn)換，上部被轉(zhuǎn)換的墻體離轉(zhuǎn)換梁的端部較近，故彎距均不算大，縱筋基本上為構(gòu)造配筋，但剪力卻非常大，從結(jié)果上可以看出，轉(zhuǎn)換梁的截面受剪承載力不滿足。在建筑美觀及層凈高的要求下，轉(zhuǎn)換梁截面不能再加大了，在這種情況下，只能加大轉(zhuǎn)換梁的混凝土等級(jí)了，于是將轉(zhuǎn)換層的全部轉(zhuǎn)換梁混凝土等級(jí)由C30提高到C40，經(jīng)重新計(jì)算后，得到滿意的結(jié)果，超筋問題得到解決。單獨(dú)提高轉(zhuǎn)換梁的混凝土等級(jí)可能會(huì)給施工帶來不便，但不應(yīng)麻木地增加梁的截面尺寸，而且此做法比增大梁截面更為經(jīng)濟(jì)。
根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求，樓層側(cè)向剛度不宜小于上部相鄰樓層的70 ％或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80 ％。SATWE計(jì)算結(jié)果如下：
轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)=2
X方向剛度比= 1.5764
Y方向剛度比= 1.7595
符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求。
另外，普通框架梁或主梁設(shè)計(jì)時(shí), 集中力作用處兩側(cè)均設(shè)置密箍或吊筋, 這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員普遍采用的做法。而對(duì)于框支梁集中力作用處按普通框架梁或主梁一樣設(shè)置吊筋是非常難于處理的。由于框支梁上柱或剪力墻沿梁長(zhǎng)方向尺度較大, 而且柱或短支剪力墻的軸力相當(dāng)大( 通常為幾千～幾萬KN) , 如設(shè)置吊筋則吊筋在梁底部水平段較長(zhǎng)已失去吊筋的作用, 且吊筋的數(shù)量相當(dāng)多( 如柱集中力設(shè)計(jì)值6000KN時(shí)需設(shè)14Φ25) ; 且容易與梁底筋形容很密的鋼筋堆，對(duì)混凝土的澆注不利。所以在這種情況下，優(yōu)先采用密箍是比較合理的。另外，上面提到的提高混凝土強(qiáng)度也是對(duì)這有利。
4.其它加強(qiáng)措施
因?yàn)榭蛑Я旱氖芰艽笄沂芰η闆r復(fù)雜,它不但是上下層荷載的傳輸樞紐,而且是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位,起到承上啟下的作用，是一個(gè)復(fù)雜的受力構(gòu)件,故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)有較多富余儲(chǔ)備。在豎向荷載作用下,梁端往往首先破壞,所以必須加強(qiáng)構(gòu)造措施,伸入支座的鋼筋在柱內(nèi)應(yīng)有可靠的錨固;負(fù)鋼筋伸入梁下皮以下要大于45d�？蛑Я翰灰碎_洞,開洞時(shí)應(yīng)做局部應(yīng)力分析,要求開洞部位遠(yuǎn)離框支柱邊,開洞部位要加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施。且必須滿足《混凝土結(jié)果施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(03G101－1)的KZL配筋構(gòu)造要求(第67頁(yè))。
由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力很大,樓板變形顯著,因此要適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)換層樓板,應(yīng)采用厚度不小于180mm 的現(xiàn)澆板,這樣有利于轉(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進(jìn)行剪力重分配,并加強(qiáng)轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力,也可使實(shí)際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中樓層平面內(nèi)剛度無限大的基本假定。而且混凝土強(qiáng)度≥ C30 ,并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng),每排鋼筋的配筋率> 0. 25 ％ 。轉(zhuǎn)換層樓板不宜有大的開洞,當(dāng)開洞時(shí)應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁暗梁,樓板開洞位置盡可能遠(yuǎn)離外側(cè)邊。
5.中間電梯筒的位置因開洞導(dǎo)致比較薄弱，所以在設(shè)計(jì)時(shí)采取加大周邊板（即菱形范圍內(nèi)的板）的板厚至160mm，且按彈性板考慮的措施。
四、結(jié)語(yǔ)
通過實(shí)例分析并結(jié)合設(shè)計(jì)原則，可得到以下結(jié)論：
1.在進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)從建筑功能、結(jié)構(gòu)受力、設(shè)備使用、經(jīng)濟(jì)合理等多方面入手進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選型和柱網(wǎng)布置,選擇合適的構(gòu)件尺寸。
2.在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí),要概念明確,思路清晰,利用適合梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分析的空間或平面有限元程序進(jìn)行計(jì)算,而且對(duì)某些結(jié)果再進(jìn)行調(diào)整使其更為理想，不能麻木地只加大梁截面。
3.對(duì)于框支梁、框支柱的配筋選取應(yīng)留有一定富余儲(chǔ)備。
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