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高层建筑梁式转换层结构设计探索

摘要:文中分析了高层建筑梁式转换层的结构设计原则,通过相关实际工作案例,阐述了高层建筑梁式转换层的结构设计要点。

关键词:高层建筑;梁式转换层;结构设计

1高层建筑梁式转换层的设计原则

预应力混凝土转换层作为梁式转换层的转换类型之一,其具有自重轻、成本低的优势;但随着建筑技术的不断发展,传统的预应力混凝土转换层的应用已经不能满足建筑技术的发展需要,也不能够满足较大承载力的需要。在此发展背景下,钢骨混凝土转换层这一种类型应运而生,这种类型不仅可以满足建筑技术的发展需要,能够实现建筑技术的创新发展而且还能够满足较大承载力的需要,具有广阔的应用空间和发展前途。钢骨混凝土转换层的刚度也更高,且可塑性、耐久性及抗震性均优于预应力钢筋混凝土,因此未来应用前景十分广阔。高层建筑梁式转换层的设计需要遵循以下几个原则:首先,减少转换。在建筑施工过程中应该保持竖向主体结构的持续性,保证混凝土转换层始终保持上下数值的结构,减少施工过程中的转换次数。其次,优化转换结构[1]。高层建筑的抗震性能是保证其结构稳定的重要因素,高层建筑更要重点关注其抗震的能力,要从各个层次加以关注,保证建筑结构之间的稳定性,利用扁梁、支柱等结构工具进行抗震结构的建造,使之更符合抗震设计的要求,当然,这类结构也容易存在柱剪力过大的问题,因此要提高结构在重力荷载条件下的强度与刚度标准。再次,直接传力。上文中提到高层建筑梁式转换层设计要遵循一个重要原则就是减少转换,尤其是上下主体为竖向结构的设计,因为间接付力或多级转换会影响到抗震后板结构的稳定性,直接传力设计可以减少复杂的多级转换,避免水平转换结构应用间接传力,保证其传力的稳定性。最后,保证结构的强度。高层建筑梁式转换层的刚度、强度是结构设计的核心要素,要保证结构之间的设计合理,能够受力均匀。

2高层建筑梁式转换层结构设计工程实例

本文案例中所用的建筑结构是一座拥有三十二层的地上楼层和拥有二层的地下楼层的建筑物。四层以上的楼层采用转换层结构设计,转换层的高度大概在8m左右,转换区域865m2;抗震级别三级,采用24根矩形分布支柱的形式,核心筒额面积大概在55m2左右。转换层的主要作用是承托上部的竖向构件,因此无论是质量、刚度还是框支柱尺寸,均要大于普通楼层;转换层是结构传力途径发生改变的部位,转换梁及其相邻构件承受的应力复杂且集中,且楼板还要承受巨大的剪力作用,因此对于建筑结构楼板强度及刚度的要求要远远高于普通楼板。2.1框支柱设计框支柱轴压比决定了其截面尺寸,在非抗震设计标准中框支柱截面宽度至少在400mm以上,截面高度设计则高于支梁跨度的1/12;而在抗震设计标准下框支柱截面宽度至少在450mm以上,本工程中框支柱截面积为600mm×600mm。还要合理确定框支柱减压比,以保证框支柱的高延性,避免脆性受损的问题,在无地震组合情况下,框支柱减压比可用下式计算:V≦0.20βcfcbfh0在有地震组合条件下,框支柱减压比采用下式计算:V≦1/γRE(0.15βcfcbfh0)式中:bf—框支层楼板检验计算截面宽度;γRE—承载力抗震调整系数,本工程中取0.85;bc—混凝土强度影响系数。2.2框支梁设计一般情况下框支梁截面宽度≮400mm且至少是上部剪力墙厚度的2倍,非抗震设计条件下,框支梁截面高度至少是计算跨度的1/8以上,在抗震设计条件下框支梁截面高度至少是计算跨度的1/6以上。由于框支梁为偏心受拉构件,因此其承载力计算要严格按照标准规范进行,并合理计算裂缝及挠度。框支梁设计中,控制剪压比是有效控制结构内心变形的重要措施,合理剪压比可以保证构件的延性,减少构件在塑性阶段发生脆性受损的问题。本工程中,框支剪力墙内的框支梁与上部剪力墙在某些情况下需要同步发挥作用,其受力性能及破坏特性与倒放的T形深梁比较接近,在深梁受拉翼缘处框支梁内部有巨大拉应力,这种情况下要根据倒放T形深梁的截面积计算方法计算框支梁截面尺寸。2.3转换层楼板设计楼板内部的剪力作用非常大,在这种剪力作用下楼板可能会出现形变,因此转换层楼板的刚度与强度设计十分重要。一般情况下,转换层楼板的最小截面高度≧180mm以上,每个方向的配筋率≧0.25%,转换层楼板的配筋要锚固于边梁中或楼板附近的墙体内。注意转换层楼板设计不得采用错层结构,以保证楼板的完整性,且楼板连接筒体及落地剪力墙时不得开洞。连接楼板的筒体、落地剪力墙梁体宽度至少是楼板整体厚度的2倍,梁内部纵向配筋比至少1%,并采用机械连接或焊接的方式,以保证结构的稳定性。抗震设计标准条件下,采用下式计算长矩形平面建筑框支层楼板截面剪力值:Vf=1/γRE(0.1βcfcbftf)Vf=1/γRE(fyAs)式中:bf为框支层楼板检验计算截面宽度;tf为框支层楼板检验计算截面厚度;As为穿透落地剪力墙框支支楼盖截钢筋截面积;γRE为承载力抗震调整系数,式子中的数值为0.85;βc为混凝土强度影响系数。转换层楼板处不仅会出现转换结构内力传导,而且会与临近的楼板产生内力交互,所以转换层临近的楼板数也要增加。2.4高层建筑梁式转换层施工设计高层建筑梁式转换层的施工要求和施工设计要满足建筑施工整体的要求,具体的主要包括两个方面。一方面,转换层的施工设计要实现建筑结构支撑的设计。建筑施工过程中逐渐搭建层级较高的建筑结构,对于后期的承载力结构要求逐渐提高,因此,转换层的设计一定要做好支撑结构和承载力结构的设计。要设计质量良好的支撑模板,选择合适的材料作为支撑模板,确定模板结构,测量部分之间的间距。实际施工过程中,要建立稳固的支撑体系,可以选择48mm×3.5mm的钢管脚手架,并确定步高、立杆间距等指标,将底模板的支撑作用充分发挥出来。为保证施工过程中模板支撑体系的稳定性,还可以将主楞骨以及其他结构作为支撑点和关键部分。对于整个施工过程中,由于模板的设计结构以及散热情况不稳定,可能会影响到整体结构的质量,因此要做好模板支撑体系的保温保湿工作,以减缓其散热速度,减少温度应力导致的混凝土结构裂缝问题,保证混凝土底面温湿度适宜,提高混凝土结构质量。另一方面,要做好转换梁钢筋的下料绑扎。高层建筑梁式转换层中的钢筋材料应用密度大、排数多,且为了保证结构的稳固性,钢筋的直径选择也比较大,因此实施施工过程中要合理调整钢筋的疏密程度,做好下料绑扎施工。钢筋在梁式转换层的作用是基础性的、关键性的,要密切关注竖向筋、横向筋的位置,钢筋连接及钢筋层数均要经过专业计算后确定,严格执行国家标准,按照设计规范进行施工。钢筋稳定性的实现,必不可少的是通过腰筋的捆绑,才能够实现钢筋的稳定,要确定好腰筋固定的位置,掌握好腰筋捆绑时的用量和长度,可在施工前先进行简单的排列布局,及时发现钢筋结构的问题,保证钢筋绑扎施工效果。

3结语

总之,随着建筑行业的不断发展,建筑施工技术得到了不断地创新,对于梁式转换层的应用也逐渐有了更高的要求,为了适应建筑施工技术的发展和建筑行业的新要求,梁式转换层技术也逐渐实现了新的发展。转换层主要为传力路线直接、受力简单的结构,且提前介入建筑方案,以保证结构体系与整个建筑功能的统一性、协调性。采用科学、合理的计算方法确定转换层结构的重点部位、复杂部位,做好精细化处理,必要时采用加强措施,以保证梁式转换层在地震荷载条件下表现出更大的延展性,将自身传力明确、刚柔并济的作用充分发挥出来。

参考文献

[1]张敏.高层建筑梁式转换层结构的设计分析[J].住宅与房地产,2017(18):98.

作者:吴智昊 单位:郑州工业应用技术学院

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