厚板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層體系的技術(shù)分析

【摘要】本文結(jié)合作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)厚板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成體系進(jìn)行了多方面的分析。

【關(guān)鍵詞】厚板結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)換層體系；技術(shù)分析

由于建筑功能的需要，形成了建筑上、下層結(jié)構(gòu)形式不一樣，或上、下層結(jié)構(gòu)形式雖然一樣但柱網(wǎng)尺寸不一樣的情況。為了解決這一矛盾，就出現(xiàn)了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層形式有梁式轉(zhuǎn)換、箱形樓蓋轉(zhuǎn)換、桁架轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換和斜柱轉(zhuǎn)換等。轉(zhuǎn)換層是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑中承上啟下的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用厚板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，將上部剪力墻結(jié)構(gòu)改變?yōu)橄虏繋讓右灾鶠橹鞯拇罂臻g結(jié)構(gòu)，以滿足建筑功能的需要。類似的建筑在國(guó)外很多。但從抗震角度講，這種結(jié)構(gòu)型式有兩個(gè)問(wèn)題值得考慮：一是鋼板做得較厚，頭重腳輕；二是柱斷面較大，按常規(guī)考慮會(huì)出現(xiàn)短柱，不利于抗震。設(shè)計(jì)中這些問(wèn)題都值得探討。根據(jù)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文的要求，底層落地剪力墻和簡(jiǎn)體應(yīng)加厚，并提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，以補(bǔ)償?shù)讓拥膭偠取Ｉ舷聦觿偠缺龋悍强拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，γ不應(yīng)大于2。

1.1模板支撐體系

1.1.1板底模板支撐的設(shè)計(jì)

1.1.1.1荷載取值

荷載折減系數(shù)k?。?.9

用于強(qiáng)度驗(yàn)算荷載值為：47.06kN/m2

用于撓度驗(yàn)算荷載值為：43.91KN/m2

1.1.1.2模板驗(yàn)算（12mm厚竹膠合板模板，按3跨連續(xù)梁計(jì)算）

M=56946N/mm，σ=2.37N/mm2≤fm=20N/mm2

1.1.1.3小楞驗(yàn)算（小楞采用φ48×35mm鋼管，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算）

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算M=371875N.mm；σ=73.20N/mm2≤fm=205N/mm2；撓度驗(yàn)算W=0.28mm≤[W]=1.1mm。

1.1.1.4大楞驗(yàn)算（大楞采用φ48×35mm鋼管，按3跨連續(xù)梁計(jì)算）

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算M=743749N/mm，σ=146.410N/m2≤fm=205N/mm2；撓度驗(yàn)算W=0.57mm≤[W]=1.1mm。

1.1.1.5鋼管立柱驗(yàn)算

N=14.99kN，σ=70.64N/m2≤fm=205N/mm2

1.1.2支撐體系配置。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層模板采用12mm厚竹膠合模板，支撐采用三層連續(xù)性支撐，整個(gè)排架體系均采用φ48×35mm鋼管與扣件搭成排架，立桿采用定尺鋼管通過(guò)排架支撐設(shè)計(jì)，確定厚板區(qū)域及加腋部位地下室頂板、2層、3層的立桿間距均為550mm×550mm，同時(shí)應(yīng)設(shè)掃地桿、縱向橫向水平桿和剪刀撐，水平桿的步距控制在1.50m以內(nèi)薄板區(qū)域支撐排架立桿間距為700mm。并按計(jì)算要求在加腋部位設(shè)置斜撐，與厚板區(qū)支撐連成排架體系。

1.1.3底模支撐系統(tǒng)。三層排架支撐體系支撐時(shí)，為保證鋼管處于軸心受壓狀態(tài)下受力，在排架頂端與底部配有頂托和底座，通過(guò)對(duì)頂托和底座支撐部分長(zhǎng)度調(diào)節(jié)保證立桿體系全部采用對(duì)接連接，確保軸心受壓，保證立桿承載能力。每根立桿下均設(shè)置底座，底座安裝在立桿根部，防止立桿下沉，并將上部荷載分散傳遞給下層樓面。底座采用腳手架上使用的可調(diào)墊座，由150mm×150mm×8mm鋼板、立桿管、可調(diào)式螺桿、手柄螺母等組成，墊座與豎向鋼管連接外露部分距離應(yīng)控制在200m之內(nèi)。為增強(qiáng)整個(gè)鋼管排架體系側(cè)向剛度，要求水平桿與框架柱抱緊，或與剪力墻抵緊，使整個(gè)排架體系與結(jié)構(gòu)相連，同時(shí)在架體中部設(shè)置一道水平剪刀撐，加強(qiáng)整個(gè)排架支撐體系的穩(wěn)定性。

1.1.4下層模板支撐系統(tǒng)。由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)模板支撐的荷載較大，3層排架體系立桿所承受的荷載，對(duì)2層結(jié)構(gòu)以及地下室頂板的支撐系統(tǒng)的影響可簡(jiǎn)化為均布荷載計(jì)算，以3層樓面中間最大的一塊厚板為計(jì)算區(qū)域，共需要1500根左右立桿，面積約為470m2。本工程2層樓面排架體系計(jì)算時(shí)，考慮到2層樓面設(shè)計(jì)時(shí)活荷載為10kN/m2，計(jì)算時(shí)應(yīng)按47.85-10=37.85kN/m2折減，通過(guò)計(jì)算，2層結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度不能滿足要求，2層結(jié)構(gòu)模板支撐必須予以保留，并按每根立桿承受13.767Kn以上荷載設(shè)置支撐系統(tǒng)。本工程實(shí)際施工中保留了2層及地下室頂板結(jié)構(gòu)的模板支撐，并按3層轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)模板支撐立桿的間距設(shè)置支撐系統(tǒng)。

1.1.5側(cè)向模板支撐。見(jiàn)圖1。

1.2鋼筋綁扎的相關(guān)措施

1.2.1轉(zhuǎn)換層厚板區(qū)域用鋼量較大，直徑鋼筋和暗梁上部鋼筋，在框支柱和剪力墻邊緣柱的范圍內(nèi)向下延伸2.80m的彎頭鋼筋連接，均采用了剝肋滾壓直螺紋鋼筋連接技術(shù)。

1.2.2在厚、薄板交接處加腋部位等應(yīng)力集中區(qū)域增加抗裂鋼筋，控制混凝土裂縫產(chǎn)生。

1.2.3對(duì)于板內(nèi)暗梁部分箍筋，征得設(shè)計(jì)同意，改為U形開口箍筋，梁筋綁扎完成后即電焊封閉。鋼筋綁扎完成后經(jīng)見(jiàn)證取樣試驗(yàn)和隱蔽驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑。

2.結(jié)構(gòu)計(jì)算

轉(zhuǎn)換板的設(shè)計(jì)計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的多層與高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析和設(shè)計(jì)軟件件及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SAWE。為了設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，根據(jù)整體分析結(jié)果采用美國(guó)有限元程序ADAFF—ELOOR對(duì)轉(zhuǎn)換板進(jìn)行分析計(jì)算，最終確定板厚及配筋。

在進(jìn)行整體計(jì)算時(shí)，厚板轉(zhuǎn)換層用上述方法處理：用虛梁代替厚板，將未自動(dòng)計(jì)算的板自重部分以荷載形式加入樓層。當(dāng)全部結(jié)構(gòu)為面積較小的塔樓，轉(zhuǎn)換層剛度相對(duì)較大時(shí)，可視轉(zhuǎn)換層為剛性，不考慮轉(zhuǎn)換層平砌外的變形而進(jìn)行底層大空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算，可使計(jì)算大為簡(jiǎn)化。在最初的方案設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)四個(gè)型的住宅，我們進(jìn)行了簡(jiǎn)化計(jì)算。塔樓分成三部分，分別進(jìn)行計(jì)算：首先，上部結(jié)構(gòu)為固定于轉(zhuǎn)換層的一般高層建筑，計(jì)算其內(nèi)力與位移，得到各豎向結(jié)構(gòu)傳遞給轉(zhuǎn)換層的荷載，然后，按剛性轉(zhuǎn)換層的方法，計(jì)算下部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移，最后由上下部結(jié)構(gòu)的共同作用，計(jì)算轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)本身的內(nèi)力。確定最終方案后，采取整體計(jì)算及有限元分析。

假定轉(zhuǎn)換層是剛性的，在外荷載作用下只有位移，沒(méi)有變形，故它在發(fā)生位移后仍保持平面。

3.轉(zhuǎn)換板配筋的討論

應(yīng)根據(jù)有限元結(jié)果進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，考慮到單元?jiǎng)澐钟邢藜霸诎屙敽桶宓椎膯卧砻鎽?yīng)力的不真實(shí)性，配筋根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖確定，板底鋼筋略有加強(qiáng)。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，轉(zhuǎn)換板上下樓層豎向結(jié)構(gòu)軸線錯(cuò)開時(shí)，沿下部柱（墻）軸線之間宜在板內(nèi)設(shè)置暗梁以承受上部樓層的集中荷裁并傳遞到下部結(jié)構(gòu)。

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