高層型鋼混凝土地下過渡層設(shè)計

王素萍

(山西國建工程設(shè)計有限公司，山西太原 030000)

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)由于有良好的承載能力及延性，且在降低結(jié)構(gòu)自重、減少結(jié)構(gòu)斷面尺寸、加快施工進度等方面有明顯優(yōu)點，在近年來超高層建筑中應用越來越多。例如，型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)8度0．2g適用高度為150 m，7度為190 m，6度為220 m。隨著超高層結(jié)構(gòu)建筑高度的增加，基礎(chǔ)埋深滿足建筑高度的1/15(采用樁基時1/18)時，基礎(chǔ)埋置深度越來越深，超高層結(jié)構(gòu)的地下室層數(shù)相應增加。地下室結(jié)構(gòu)采用普通鋼筋混凝土，而上部結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，這時型鋼混凝土柱應設(shè)置過渡層過渡為鋼筋混凝土柱。

1 過渡層設(shè)計計算要求

地上部分地下部分為兩種結(jié)構(gòu)體系，為盡量避免這兩種結(jié)構(gòu)剛度和承載力的突變，形成薄弱層，在這兩種結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置過渡層。1)從設(shè)計計算上確定地下室某層型鋼混凝土柱可由鋼筋混凝土框架柱代替時，上層型鋼混凝土柱可向下延伸1層或2層作為過渡層。2)過渡層框架柱應按鋼筋混凝土柱設(shè)計計算。

2 過渡層設(shè)計部位的選擇

1)當?shù)叵率翼攲涌勺鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3．9．5條規(guī)定:地下一層的抗震等級應按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級。依據(jù)此規(guī)定，地下二層抗震等級可降一級，軸壓比限值可加大，此時用鋼筋混凝土柱代替型鋼混凝土柱時截面加大不多，鋼筋混凝土柱容易滿足規(guī)范軸壓比限值的要求，可將地下二層作為過渡層。地下三層及以下各層可采用鋼筋混凝土柱。當?shù)叵率覂H有一層時型鋼筋柱在基礎(chǔ)部位采用埋入式柱腳或非埋入式柱腳時應進行計算，當?shù)叵率覟槎訒r型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)部位，當?shù)叵露硬捎没炷林嬎銤M足規(guī)范要求，型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)部位設(shè)計安裝錨栓即可，當?shù)叵率覟槿龑踊蛞陨蠈?，過渡層設(shè)于地下二層，型鋼混凝土柱在地下二層底設(shè)計安裝錨栓，地下三層及以下采用鋼筋混凝土柱。

2)當?shù)叵率翼攲舆_不到上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位的要求。當?shù)叵?層不能滿足上部結(jié)構(gòu)嵌固要求，而地下2層能達到嵌固部位的要求時，地下2層，地下1層抗震等級同上部結(jié)構(gòu)，地下3層抗震等級可降一級，此時可將地下3層作為過渡層。

3 過渡層設(shè)計構(gòu)造要求

1)過渡層型鋼混凝土柱下延，此層可不設(shè)置型鋼混凝土梁。

2)過渡層柱型鋼混凝土柱型鋼下延，型鋼配鋼率不宜小于4%，型鋼柱中型鋼的保護厚度不宜小于150 mm;柱縱向鋼筋凈間距不宜小于50 mm，且不應小于柱縱向鋼筋直徑的1．5倍;柱縱向鋼筋與型鋼的最小凈距不應小于30 mm，且不應小于粗骨料最大粒徑的1．5倍。

3)過渡層柱的配筋應按鋼筋混凝土柱計算確定，且應滿足鋼筋混凝土柱縱筋及箍筋構(gòu)造要求。

4)過渡層應設(shè)置栓釘，其直徑不小于19 mm，水平及豎向間距不大于200 mm，型鋼至栓釘邊緣的距離不宜小于50 mm。柱箍筋全長加密。

4 過渡層柱截面的計算方法

1)計算方法實例概況。以8度區(qū)0．2g地區(qū)為例，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，地下1層型鋼混凝土柱抗震等級為一級，過渡層為地下2層，混凝土柱抗震等級為二級。型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土柱均按軸壓比限值取值(因超高層型鋼混凝土柱截面均不小，柱軸壓比限值均按短柱取值)，混凝土強度等級為C60，型鋼混凝土柱中型鋼按Q345。

2)計算公式及規(guī)范條文。

a．地下1層型鋼混凝土軸壓比計算:《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》11．4．4條:抗震等級為一級，剪壓比不大于2的短柱，軸壓比限值為表11．4．4 中0．7 －0．05=0．65。

軸壓比計算公式:

其中，fc為混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值底層軸壓比，一般混凝土強度最高采用至C60，fc取值27．5 N/mm2;Ac為扣除型后的混凝土截面面積，按型鋼柱截面面積的96%計算;fa為型鋼的抗壓強度設(shè)計值，采用 Q345型鋼，fa取值295 N/mm2，鋼材厚度為16 mm～35 mm;Aa為型鋼混凝土中型鋼面積，按型鋼配鋼率為4%計算。

b．地下2層過渡層按混凝土柱軸壓比計算。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》6．4．2條:抗震等級為二級，框架—核心筒結(jié)構(gòu)，且沿柱全高采用井字復合箍，滿足箍筋間距不大于100 mm、肢距不大于200 mm、直徑不小于12 mm的配箍要求，剪壓比不大于2的短柱，軸壓比限值為表6．4．2中0．85－0．05+0．10=0．90。

軸壓比計算公式:

3)過渡層混凝土柱截面與型鋼混凝土柱截面比值確定。

a．地下1層型鋼混凝土柱與地下2層鋼筋混凝土柱均采用C60，截面形式均采用方形柱。

b．地下2層鋼筋混凝土柱與地下1層型鋼混凝土柱的軸力設(shè)計值關(guān)系按1．03考慮(按地面層數(shù)為34層)。

c．地下2層鋼筋混凝土柱與地下1層型鋼混凝土柱截面比值:

4)結(jié)論。

當型鋼混凝土柱軸壓比比規(guī)范限值小5%以上時，鋼筋混凝土柱截面可同型鋼混凝土柱截面;當型鋼混凝土柱軸壓比接近規(guī)范限值時，鋼筋混凝土柱截面面積應大于型鋼混凝土柱截面面積的1．05倍;當考慮混凝土柱比型鋼混凝土柱延性差，剛度及承載力低的因素時，可將地下2層鋼筋混凝土柱截面面積大于地下1層型鋼混凝土柱截面面積的1．05倍。

5 結(jié)語

分析以上型鋼混凝土結(jié)構(gòu)地下部分過渡層的要求，當?shù)叵率翼攲涌勺鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，地下室為1層時型鋼混凝土柱做埋入式柱腳時基礎(chǔ)底標高不平，基礎(chǔ)筏板鋼筋需繞過型鋼混凝土中的型鋼，施工比較麻煩，當?shù)叵率覟?層及2層以上時，做過渡層，型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)只做安裝錨栓，或做基礎(chǔ)時型鋼混凝土柱轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土柱，施工方便。由此可知，超高層型鋼混凝土結(jié)構(gòu)地下室層數(shù)宜做2層或2層以上。

［1］JGJ 3-2011，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［2］JGJ 138-2001，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］朱炳寅．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

［4］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應用與分析［S］．

［5］型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造與計算手冊［Z］．