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)
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。
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。
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
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)。
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。
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。
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