論桁架轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】隨著高層建筑的增多，作為關(guān)鍵位置的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為了整個(gè)工程的重要問(wèn)題所在，本文結(jié)合實(shí)例詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)換桁架的設(shè)計(jì)步驟以及需注意的細(xì)節(jié)，希望可以在確保建筑物安全的前提下，能夠創(chuàng)造出很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；轉(zhuǎn)換桁架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)高層建筑來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換層處于受力的重要位置，相比其他結(jié)構(gòu)層，轉(zhuǎn)換層具有受力復(fù)雜、結(jié)構(gòu)層剛度大、重量大等特點(diǎn)，因此，轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)對(duì)于整體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)意義重大，其設(shè)計(jì)的合理、安全、經(jīng)濟(jì)性對(duì)建筑項(xiàng)目也具有重要的影響。文章將結(jié)合某五星級(jí)酒店工程具體案例，從轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究，以得到一些對(duì)設(shè)計(jì)有實(shí)際指導(dǎo)意義的結(jié)論。

1、工程概況

某五星級(jí)酒店工程為地下兩層地上十層，因建筑功能需要在一至三層局部形成大空間高約15m；在四層形成局部桁架轉(zhuǎn)換，桁架高度為四層整層高6.6m，桁架跨度為三個(gè)柱距3*9.6=28.8m；兩端與型鋼混凝土柱剛接；左右各延伸半跨以平衡負(fù)彎矩。桁架弦桿采用型鋼砼，腹桿采用焊接箱型截面鋼結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)以SETWE軟件計(jì)算，通過(guò)PMSAP及STS桁架模塊進(jìn)行復(fù)核。

圖1 結(jié)構(gòu)三維線框圖 圖2 桁架下弦平面布置圖

圖3 桁架立面圖

2、構(gòu)件設(shè)計(jì)

2.1桁架構(gòu)件

桁架上下弦所在樓層及上托樓層屋面等共計(jì)八層荷載，首先以SATWE整體建模分析，樓層組裝時(shí)3、4、5層一次形成剛度，模擬真實(shí)條件。再分別以PMSAP及STS桁架模塊復(fù)核內(nèi)力及變形。由于桁架桿件內(nèi)力大，腹桿采用焊接箱型截面，與上下翼緣采用剛接，為避免端部節(jié)點(diǎn)區(qū)域的破壞，端斜桿采用受壓布置方式，為增強(qiáng)受壓穩(wěn)定性采用具有雙受壓翼緣的焊接箱型截面。端斜桿最大軸力Nmax=10000kN，采用箱型B600*40；受力較小斜腹桿采用B600*25；上下翼緣采用型鋼混凝梁1000*1280內(nèi)含焊接H型鋼H1000*700*40*60；整個(gè)桁架采用剛接桁架，與型鋼混凝土柱剛接。為確保上下弦樓面及上部樓層樓面豎向位移，嚴(yán)格控制桁架豎向撓度值、并以起拱方式消除部分撓度。

圖4 STWE 計(jì)算結(jié)果

圖5 STS桁架模塊構(gòu)件應(yīng)力比

2.2型鋼混凝土柱設(shè)計(jì)

桁架上下翼緣型鋼截面較大、為保證連接的可靠性，型鋼混凝土柱采用1000*1400（焊接H型鋼H1100*700*40*40），型鋼含鋼率4.0<6.9%<8.0%滿足規(guī)范要求。軸壓比0.40<0.8；長(zhǎng)細(xì)比Rmdx= 32.22<80Rmdy=51.32<80；栓釘及箍筋由于躍層的存在全高加密；體積配箍率1.63%>0.4。

3、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010 第8.2.8條之規(guī)定，構(gòu)件連接需符合強(qiáng)連接弱構(gòu)件的原則。對(duì)連接作二階段設(shè)計(jì)：1）按構(gòu)件承載力而非設(shè)計(jì)內(nèi)力進(jìn)行連接計(jì)算；2）連接的極限承載力設(shè)計(jì)。按公式8.2.8-1～8.2.8-5對(duì)梁柱剛接、支撐連接、各構(gòu)件的拼接進(jìn)行極限承載力的驗(yàn)算。

4、總體控制、中震彈性、上下弦樓板應(yīng)力分析及配筋總體計(jì)算時(shí)，考慮豎向地震作用

本工程轉(zhuǎn)換桁架抗震等級(jí)為二級(jí)，水平地震作用計(jì)算內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.3。桁架上下弦所在平面按彈性板考慮，控制桁架整體撓度以免下沉過(guò)大影響上部構(gòu)件內(nèi)力。為保證結(jié)構(gòu)安全，補(bǔ)充中震彈性分析，考慮樓板面內(nèi)應(yīng)力，桁架上下弦樓板加厚至180mm。按樓板應(yīng)力分析結(jié)果控制配筋。經(jīng)SATWE及PMSAP計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。通過(guò)計(jì)算分析可知，本工程位于6度區(qū)，地震作用不起控制作用，主要由豎向荷載起控制作用。

圖6 桁架下弦 中震彈性計(jì)算結(jié)果

圖 7 桁架上弦 中震彈性計(jì)算結(jié)果

圖 8 桁架下弦 樓板應(yīng)力分析

圖 9 桁架上弦 樓板應(yīng)力分析

5、檢測(cè)與監(jiān)測(cè)

由于本工程結(jié)構(gòu)傳力體系復(fù)雜，因此在施工階段和使用階段均應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力、變形監(jiān)測(cè)。

6、結(jié)語(yǔ)

由以上論述可知，轉(zhuǎn)換桁架的設(shè)計(jì)主要從總體控制、構(gòu)件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面按照規(guī)范規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，一步一步的進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)的安全經(jīng)濟(jì)。在6度區(qū)豎向荷載為主要控制荷載。對(duì)轉(zhuǎn)換層樓面不能按常規(guī)只考慮豎向作用，應(yīng)同時(shí)考慮板局部彎曲和轉(zhuǎn)換層整體彎曲的影響。