建筑過(guò)程中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要:建筑物某一層因其上、下部分平面使用功能的不同，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)類型的不同，這種相異的結(jié)構(gòu)類型必須通過(guò)該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，而該樓層則被稱為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。怎樣在一建筑物內(nèi)部選擇合適、簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換形式，既滿足了建筑功能的要求、又進(jìn)一步加固了房屋的結(jié)構(gòu)，真正做到建筑物所要求的安全與美觀的目的。

關(guān)鍵詞:建筑;轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

一、概述

隨著我國(guó)高層建筑的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的不斷提高、我國(guó)土地資源的日趨緊缺，以及國(guó)家大力提倡可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，高層建筑已經(jīng)由過(guò)去大部分為單一功能的建筑，如高層住宅、高層辦公樓等，向功能多樣、體型復(fù)雜、具有綜合用途的方向發(fā)展，如集吃、住、休閑、購(gòu)物、辦公、停車于一體的高層公寓等。這種功能緊湊布置集中的高層建筑，不但可以達(dá)到建筑面積的較高利用率，從而達(dá)到減少建筑面積、節(jié)約土地費(fèi)用、增加城市綠地的目的;而且有利于節(jié)約建設(shè)投資、降低能源消耗，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。

由于現(xiàn)代高層建筑發(fā)展的方向?yàn)槎喙δ?、多用途，在同一豎軸上，通常上部樓層布置住宅、旅館，中部樓層作辦公用房，下部樓層作商店、餐館和文化娛樂(lè)設(shè)施。不同用途的樓層，需要的開(kāi)間大小不同，采用的的結(jié)構(gòu)形式自然不同。建筑要求上部軸線布置開(kāi)間小、墻體相對(duì)較密;中部辦公用房要中等大小或較小的室內(nèi)空間;下部公用部分，則希望有盡可能大的自由靈活空間，柱網(wǎng)要大(最好無(wú)柱子)，縱橫墻盡量少。這種要求與結(jié)構(gòu)的合理、自然布置正好相反，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，即正常應(yīng)當(dāng)下部剛度大、墻體多、柱網(wǎng)密，到上部逐漸減少。為了滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須以與常規(guī)方式相反進(jìn)行布置:上部小空間，布置剛度大的剪力墻;下部大空間，布置剛度小的框架柱。為此，必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。

建筑物某層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類型，并通過(guò)該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，則該樓層稱為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)由于是傳力不直接、受力復(fù)雜的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，地震作用下會(huì)造成結(jié)構(gòu)的軟弱層和薄弱層，于抗震不利。但為了滿足建筑物有大的空間、滿足建筑體型的變化、滿足整個(gè)建筑的功能多元化，帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)越來(lái)越多應(yīng)用在現(xiàn)代高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

二、工程案例

1、工程概況

某建筑工程總建筑面積33380而，主體建筑25層，地下一層，總高度為95.4m。一至三層為辦公區(qū)(相對(duì)標(biāo)高14.46m)，為框架結(jié)構(gòu);四至二十五層為住宅區(qū)(相對(duì)標(biāo)高16.86m)，為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層位于三、四層之間，轉(zhuǎn)換層層高為2.4m。轉(zhuǎn)換層梁截面尺寸為1.1x3.6m.梁頂相對(duì)標(biāo)高為13.26m，跨度為9.9m，連續(xù)長(zhǎng)度59.4m(最長(zhǎng)的一根梁)，在第三層與轉(zhuǎn)換層樓蓋連成一體，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C40。該建筑梁式轉(zhuǎn)換層施工的主要關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)為模板支撐加固、鋼筋的連接與綁扎以及混凝土澆注及裂縫控制，而這也是目前大型建筑梁式轉(zhuǎn)換層施工中研究的熱點(diǎn)。

2、施工方案的選擇

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)混凝土施毛有一次澆筑和二次澆筑兩種方案。一次澆筑的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體性好，鋼筋安裝質(zhì)量易保證，施工速度快;缺點(diǎn)是支模難度大，支撐材料用量大。本工程模板的支撐系統(tǒng)需將近每延米106KN的荷載安全地傳遞至地下室底板面，需配置大量的周轉(zhuǎn)材料，其租借費(fèi)用過(guò)大，施工難度也較大。

二次澆筑的優(yōu)點(diǎn)是澆筑第二層混凝土?xí)r的自重可充分利用第一層已達(dá)到一定強(qiáng)度的混凝土及其支撐系統(tǒng)共同承擔(dān)，這樣模板的支撐系統(tǒng)只需考慮第一次澆筑混凝土的荷載，因而可減少大量周轉(zhuǎn)材料，降低施工成本;缺點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有一定影響，分層面處理較困難，施工速度慢。經(jīng)過(guò)各方協(xié)商，本工程選用二次澆筑轉(zhuǎn)換層施工方案，垂直荷載采取有效措施傳至地下室底板。

3、轉(zhuǎn)換層施工方案的優(yōu)化

轉(zhuǎn)換層梁分二次澆筑，其水平施工縫設(shè)置在3層樓蓋面(相對(duì)標(biāo)高14.46m)處，即第一次澆筑混凝土+1.2m厚，第二次澆筑混凝土+2.4m厚。

(1)摸板支攤體系的優(yōu)化選擇

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工的支模方法與所采用的澆筑方案及具體的施工條件有關(guān)。一般常采用的支撐體系有:鋼管排架支撐;鋼析架支撐;增設(shè)鋼或混凝土臨時(shí)支柱。

配合鋼管排架或鋼析架支撐:由于轉(zhuǎn)換梁截面大，樓層較高，施工過(guò)程中的支撐穩(wěn)定最為關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)對(duì)鋼管排架支撐與鋼析架兩種支撐方案的綜合分析、對(duì)比，鋼排架支撐無(wú)論從工期還是從費(fèi)用上均明顯優(yōu)于鋼析架支撐，故最終選用鋼排架支撐方案。

(2)鋼筋現(xiàn)場(chǎng)安裝的優(yōu)化方案

第一、鋼筋連接時(shí)，應(yīng)檢查鋼筋和連接套規(guī)格是否一致。

第二、外觀檢查鋼筋和連接套錐螺紋是否完好，如發(fā)現(xiàn)螺紋面有雜物，應(yīng)

予以清理。

第三、鋼筋連接套若埋人混凝土內(nèi)，應(yīng)按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)定另行

加電焊固定，且必須埋設(shè)牢固，其中心偏差，按有關(guān)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范

和設(shè)計(jì)圖執(zhí)行，不得有偏斜現(xiàn)象。

第四、鋼筋錐螺紋連接時(shí)，應(yīng)使用專用扭力扳手，將其擰緊到規(guī)定扭矩值。

該樓轉(zhuǎn)換層通過(guò)采用以上方法施工，降低了施工難度，節(jié)省了施工成本，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。開(kāi)始施工至上部結(jié)構(gòu)全部施工完成時(shí)，混凝土表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何裂紋，經(jīng)檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，主體結(jié)構(gòu)優(yōu)良。

三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)心得

本工程經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，綜合經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，可為后續(xù)類似工程的設(shè)計(jì)提供如下有益的啟示:

(1)作為工程建設(shè)的管理方，建設(shè)單位不是一味地強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)周期，而是綜合協(xié)調(diào)、合理安排工程建設(shè)各方的時(shí)間要求，為設(shè)計(jì)單位的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供充足的時(shí)間保證，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益;

(2)作為設(shè)計(jì)單位，不是以單純追求經(jīng)濟(jì)效益為目的，而是本著對(duì)國(guó)家負(fù)責(zé)、對(duì)業(yè)主負(fù)責(zé)的態(tài)度，精益求精，在強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)定性概念的同時(shí)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)和計(jì)算軟件的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行定量分析，多方案比較最終取得設(shè)計(jì)的最優(yōu)解，使建筑真正做到安全、適用、美觀;

(3)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑專業(yè)居于主導(dǎo)地位，但結(jié)構(gòu)專業(yè)不能完全盲從，而應(yīng)積極參與建筑設(shè)計(jì)的全過(guò)程，獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，優(yōu)化方案，一個(gè)完美的設(shè)計(jì)必然是相關(guān)各專業(yè)相互配合的結(jié)果;

(4)優(yōu)化設(shè)計(jì)要樹(shù)立一個(gè)整體的觀念，以追求整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、效率和效益為目的，建筑造價(jià)的降低并不能以犧牲結(jié)構(gòu)安全度為代價(jià)，相反結(jié)構(gòu)安全是優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要考慮;

(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)，它對(duì)從業(yè)工程師的業(yè)務(wù)水平和職業(yè)素養(yǎng)都提出了更高的要求，設(shè)計(jì)單位應(yīng)有意識(shí)的加強(qiáng)員工的業(yè)務(wù)培訓(xùn)和職業(yè)道德教育，在激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中立于不敗之地。

結(jié)語(yǔ):

復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)體系，必須認(rèn)真作好設(shè)計(jì)工作，分析總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)難點(diǎn)，作出總體結(jié)構(gòu)布置，建立較為簡(jiǎn)潔、可靠且符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。重要部位和關(guān)鍵構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行必要的局部分析，并采用相應(yīng)的處理措施。如轉(zhuǎn)換梁與上部主體共同工作，采用有限元法分析轉(zhuǎn)換梁及上部墻體的應(yīng)力、內(nèi)力，作為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁和上部墻體配筋構(gòu)造的依據(jù)。

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