某商住樓大尺寸轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)受力分析研究

常坦祥，常東明

（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

近年來(lái)人們對(duì)住房功用要求越來(lái)越高，從規(guī)則多層建筑逐漸發(fā)展為復(fù)雜高層建筑[1-3]。復(fù)雜高層建筑雖能滿(mǎn)足建筑功用的需求，但也給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者帶來(lái)挑戰(zhàn)。針對(duì)本項(xiàng)目為商業(yè)住宅房典型代表，首層為商場(chǎng)空間廣，柱網(wǎng)墻體少；上部為住宅開(kāi)間小，柱網(wǎng)墻體多等“反常規(guī)設(shè)計(jì)”特征。為了實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，須在兩種不同結(jié)構(gòu)變化部位即首層樓面設(shè)置梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層[4-6]。

梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層隸屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)類(lèi)型，承載著上部剪力墻傳遞豎向荷載及下部柱、墻網(wǎng)反作用力[7-9]。具有上下剛度各異、質(zhì)量不均勻、傳力途徑不直接和轉(zhuǎn)換部位應(yīng)力復(fù)雜等缺點(diǎn)[10]。因此，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)受力性能進(jìn)行分析，以控制轉(zhuǎn)換構(gòu)件的裂縫、增加轉(zhuǎn)換構(gòu)件的耐久性、改善結(jié)構(gòu)的受力性能，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

1 工程概況

本工程項(xiàng)目為某市高層商業(yè)住房，樓層總高度達(dá)79m，地上24層，地下2層。其中，地下層為停車(chē)場(chǎng)，首層為商場(chǎng)，2～24層為住宅。地下室及首層為現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，二層及以上為剪力墻結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層位于首層層面，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60。轉(zhuǎn)換梁斷面尺寸多樣，本文針對(duì)有代表性1200mm×2000mm轉(zhuǎn)換梁（有剪力墻）進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。

2 理論計(jì)算

基于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的計(jì)算方法：強(qiáng)度等級(jí)為C60的混凝土：fc=27.5N/mm2，ft=2.04N/mm2，α1=0.98； HRB335鋼筋：fy=fy'300N/mm2。

因此ζb=0.530。 h0=h-as=2000-70=1930mm

工程中認(rèn)為鋼混結(jié)構(gòu)中，鋼筋拉應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)且混凝土亦同時(shí)達(dá)到抗壓極限強(qiáng)度作為理想受力狀態(tài)，使得兩種材料性能被充分利用，即可認(rèn)為受拉鋼筋與受壓混凝土破壞同時(shí)發(fā)生。因而可以認(rèn)為轉(zhuǎn)換梁跨中彎矩值和支座負(fù)彎矩值相近，則正應(yīng)力σ值大小亦相同。由于正應(yīng)力σ在截面上的分布為線性分布，又鋼筋的保護(hù)層厚度與梁高相比較小，可以忽略保護(hù)層厚度對(duì)應(yīng)力分布的影響，利用F=σ·A去求鋼筋的最大受力。

單根鋼筋的受力為：F=σ·A=20.27×804.2=16.30kN

3 工程實(shí)測(cè)分析

工程選擇振弦式鋼筋計(jì)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的應(yīng)力變化（如圖2）。通過(guò)頻率儀和選點(diǎn)箱將鋼筋計(jì)采集到的頻率傳輸?shù)诫娔X中。監(jiān)測(cè)人員時(shí)刻關(guān)注轉(zhuǎn)換梁鋼筋的綁扎進(jìn)度，及時(shí)將鋼筋計(jì)焊接到指點(diǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，并對(duì)其進(jìn)行編號(hào)記錄，然后將數(shù)據(jù)線引至數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。

3.1 混凝土澆筑過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.2 轉(zhuǎn)換梁內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)鋼筋內(nèi)力值數(shù)據(jù)分析

①混凝土初凝一段時(shí)間后開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度且較小，同時(shí)因混凝土保護(hù)作用鋼筋受力也較小，這段期間受力形式為拉、壓并存。之后混凝土逐漸硬化有強(qiáng)度，再加上多種施工荷載作用，鋼筋所受應(yīng)力值也慢慢加大。

②根據(jù)混凝土澆筑過(guò)程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)換梁跨中底部被監(jiān)測(cè)鋼筋在混凝土澆筑13h后受力開(kāi)始明顯增加，最大拉應(yīng)力達(dá)到12.00kN；梁端上部被監(jiān)測(cè)鋼筋在澆筑20h后受力性質(zhì)由壓變拉，最大拉應(yīng)力達(dá)到15.50kN。符合有剪力墻轉(zhuǎn)換梁受力機(jī)理分析的。大約第10d開(kāi)始，梁跨中底部鋼筋與梁端上部鋼筋受力變化較小，并趨近一個(gè)平穩(wěn)的合理范圍內(nèi)。

③經(jīng)理論計(jì)算值和工程監(jiān)測(cè)值對(duì)比得出（如表1、表2），梁端上部和跨中底部鋼筋的理論值均大于工程實(shí)測(cè)值，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全需要。梁端鋼筋①與②的應(yīng)力較大且有些許相差，表明轉(zhuǎn)換梁受上部剪力墻偏心作用影響產(chǎn)生較大的偏心受力，因此轉(zhuǎn)換梁存在扭矩作用不可忽視；梁側(cè)鋼筋⑥與梁側(cè)鋼筋⑤差值較大，這說(shuō)明轉(zhuǎn)換梁由于受到復(fù)雜的彎扭剪切作用其受拉區(qū)底部應(yīng)力較大，其截面應(yīng)力沿截面高度的分布梯度要比普通框架梁的大。

4 結(jié)論

①基于《規(guī)范》推薦的鋼混結(jié)構(gòu)理論計(jì)算方法，認(rèn)為大尺寸轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)配筋過(guò)程采用普通梁配筋方法可行性高。

轉(zhuǎn)換梁筋鋼筋內(nèi)力值對(duì)比 表1

轉(zhuǎn)換梁筋監(jiān)測(cè)點(diǎn)鋼筋內(nèi)力實(shí)測(cè)值 表2

②大尺寸轉(zhuǎn)換梁（有剪力墻）結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮偏心所產(chǎn)生的扭矩，未來(lái)可對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計(jì)算分析，并據(jù)此采取合理可靠的構(gòu)造措施，如增設(shè)次梁、配置抗扭鋼筋等。

③偏心所產(chǎn)生的扭矩甚至有可能導(dǎo)致該轉(zhuǎn)換梁的剪、扭矩作用截面的剪壓比遠(yuǎn)大于限值，使梁受剪破壞，存在安全隱患。此時(shí)，轉(zhuǎn)換梁尺寸較大，受扭鋼筋配置時(shí)可按“下密上疏”原則配筋，以適應(yīng)轉(zhuǎn)換梁的受力特點(diǎn)進(jìn)而充分保證其安全性。

[1]何浙浙,黃林青.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2007.

[2]陳忠范.高層建筑結(jié)構(gòu)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2008.

[3]唐興榮.特殊和復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[4]唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

[5]唐興榮,何若全.高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].蘇州城建環(huán)保學(xué)院學(xué)報(bào),2001(l).

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[7]魏璉,王森.轉(zhuǎn)換梁上部墻體受力特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法的研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2001(11).

[8]戴國(guó)亮,梁書(shū)亭,將永生,等.迭層空腹轉(zhuǎn)換層桁架結(jié)構(gòu)的靜力性能分析[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(4).

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[10]張振峰.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與經(jīng)驗(yàn)[J].建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，2010(5).