谈带转换层高层结构设计

 
时间日期:2009-5-4        已被阅读次:[2517]
 
佛山南方建筑设计院有限企业 张嘉明 张华锋

  [摘 要] 以带转换层结构的实际工程为例,分析了高层建筑带转换层结构设计中应该注意
       的问题,探讨了结构转换层的方案选择、结构布置、结构分析与构造处理。
  [关键词] 高层建筑、转换梁、薄弱位置

  一、引言
  就建筑使用功能而言,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。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,如何将他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。
  转换层结构形式有以下几种:梁式转换层、板式转换层、箱式转换层、桁架式转换层、空腹桁架式转换层等。
  二、工程设计实例
  工程概述:佛山某小区工程,建筑总面积11056m2。总建筑层数为22层,其中半地下室1层,地上21层,地下1层为停车场,层高2.40m;2层为住户大堂及商铺,层高为7.50m,3层及4层局部为商业用途,其它均为住宅,建筑物总高度为70.50m。由于不同的使用功能需要不同的结构布置形式,所以必须在2层采用结构转换的方法将其过渡为另一种结构形式。经分析,决定采用梁式转换,梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单,转换构件受力明确,经济合理性强。转换层结构布置。
三、结构分析计算
  1.本工程抗震设防烈度为7 度,抗震等级为三级(底部加强部位剪力墙及框支框架为一级) ,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组,按100 年一遇基本风压值为 0. 60 kN/ m2 ,地面粗糙度为C 类。本工程1~6层墙柱混凝土等级为C40, 2层梁、板混凝土等级为C30,其余各层梁板混凝土等级为C25,采用PKPM的SATWE进行结构整体计算。
  2.根据经验初步选定转换梁截面,用SATWE 进行结构整体计算,得到转换梁所受设计剪力后,按照该值不大于0. 15 f cbh/0. 85 校核截面尺寸。本工程转换层的层高为7.50 m ,转换梁的最大跨度为7.50m ,转换梁截面尺寸为(1000mm-1200 mm) ×1500 mm 。梁宽度不小于上部墙体厚度(300 mm)的两倍 ,梁高度大于梁跨度的1/ 6 ,均满足要求。根据建筑美观及结构受力、搭接等,确定框支柱主要截面尺寸:1000 mm ×1000 mm。计算结果:1,第一扭转周期为1.8897,第一平动周期为2.2867,两者之比为0.826,满足规范要求;2,位移比均小于1.5,满足规范要求;3,震型数取了30个,X 方向的有效质量系数为95.46%,Y 方向的有效质量系数为94.63%,均满足规范要求。3.计算结果分析
  经初步计算,由于本工程的转换位置基本都属于在原位转换,上部被转换的墙体离转换梁的端部较近,故弯距均不算大,纵筋基本上为构造配筋,但剪力却非常大,从结果上可以看出,转换梁的截面受剪承载力不满足。在建筑美观及层净高的要求下,转换梁截面不能再加大了,在这种情况下,只能加大转换梁的混凝土等级了,于是将转换层的全部转换梁混凝土等级由C30提高到C40,经重新计算后,得到满意的结果,超筋问题得到解决。单独提高转换梁的混凝土等级可能会给施工带来不便,但不应麻木地增加梁的截面尺寸,而且此做法比增大梁截面更为经济。
  根据《高层建筑混凝土结构技术规程》要求,楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层的70 %或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 %。SATWE计算结果如下:
  转换层所在层号=2
  X方向刚度比= 1.5764
  Y方向刚度比= 1.7595
  符合《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求。
  另外,普通框架梁或主梁设计时, 集中力作用处两侧均设置密箍或吊筋, 这是结构设计人员普遍采用的做法。而对于框支梁集中力作用处按普通框架梁或主梁一样设置吊筋是非常难于处理的。由于框支梁上柱或剪力墙沿梁长方向尺度较大, 而且柱或短支剪力墙的轴力相当大( 通常为几千~几万KN) , 如设置吊筋则吊筋在梁底部水平段较长已失去吊筋的作用, 且吊筋的数量相当多( 如柱集中力设计值6000KN时需设14Φ25) ; 且容易与梁底筋形容很密的钢筋堆,对混凝土的浇注不利。所以在这种情况下,优先采用密箍是比较合理的。另外,上面提到的提高混凝土强度也是对这有利。
  4.其它加强措施
  因为框支梁的受力很大且受力情况复杂,它不但是上下层荷载的传输枢纽,而且是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位,起到承上启下的作用,是一个复杂的受力构件,故设计时应设有较多富余储备。在竖向荷载作用下,梁端往往首先破坏,所以必须加强构造措施,伸入支座的钢筋在柱内应有可靠的锚固;负钢筋伸入梁下皮以下要大于45d。框支梁不宜开洞,开洞时应做局部应力分析,要求开洞部位远离框支柱边,开洞部位要加强配筋构造措施。且必须满足《混凝土结果施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(03G101-1)的KZL配筋构造要求(第67页)。
  由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构,转换层楼面在其平面内受力很大,楼板变形显著,因此要适当加厚转换层楼板,应采用厚度不小于180mm 的现浇板,这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配,并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力,也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层平面内刚度无限大的基本假定。而且混凝土强度≥ C30 ,并采用双向双排钢筋网,每排钢筋的配筋率> 0. 25 % 。转换层楼板不宜有大的开洞,当开洞时应在洞口四周设置次梁暗梁,楼板开洞位置尽可能远离外侧边。
  5.中间电梯筒的位置因开洞导致比较薄弱,所以在设计时采取加大周边板(即菱形范围内的板)的板厚至160mm,且按弹性板考虑的措施。
  四、结语
  通过实例分析并结合设计原则,可得到以下结论:
  1.在进行实际工程设计时,应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置,选择合适的构件尺寸。
  2.在进行结构分析时,要概念明确,思路清晰,利用适合梁式转换层结构分析的空间或平面有限元程序进行计算,而且对某些结果再进行调整使其更为理想,不能麻木地只加大梁截面。
  3.对于框支梁、框支柱的配筋选取应留有一定富余储备。
     
 
 
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