高層建筑梁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層研究

盧懷道

【摘要】高層建筑的蓬勃發(fā)展為建筑施工技術(shù)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)形式也日趨大型化、復(fù)雜化。本文對(duì)梁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行了深入研究。首先，針對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層，重點(diǎn)分析了轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造，詳細(xì)論述了基于極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換層梁模體系，并提出了半剛性連接計(jì)算方法。

【關(guān)鍵詞】高層建筑施工，轉(zhuǎn)換層，支撐架

高層建筑轉(zhuǎn)換層是建筑結(jié)構(gòu)中的重要部位，也是建筑施工中的重點(diǎn)難點(diǎn)。其施工技術(shù)牽涉到力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及管理學(xué)等多學(xué)科交叉應(yīng)用，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程[1]。在高層建筑轉(zhuǎn)換層施工中，其關(guān)鍵因素在于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)、混凝土的澆筑方案、混凝土的后期養(yǎng)護(hù)、混凝土的溫控技術(shù)[2-3]。而這每一個(gè)方面都是轉(zhuǎn)換層施工面臨的嶄新的課題，為確保高層建筑轉(zhuǎn)換層施工的順利、有效的完成、這就要求其施工應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際的情況、能方便的運(yùn)用一些可直接套用的理論體系、并結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn)、能快速、有效的解決上述問(wèn)題。在高層建筑日益增多的發(fā)展趨勢(shì)下、如何滿足工程建設(shè)的需要、總結(jié)出一套簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、高效的高層建筑轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)理論體系、便成為在施工技術(shù)中需要解決的現(xiàn)實(shí)課題。從以往工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，轉(zhuǎn)換層施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)工程質(zhì)量品質(zhì)、并且占有相當(dāng)可觀的成本造價(jià)，對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)的周密、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、對(duì)施工組織的嚴(yán)格控制是整個(gè)施工方案設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)、并應(yīng)考慮其在施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)性。因此、對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)的課題研究是尤為必要的。

1、梁式轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)

（1）主要結(jié)構(gòu)形式

實(shí)際工程應(yīng)用中轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣[4-5]，從跨數(shù)上，可分為單跨、雙跨及多跨；從上部墻體形式上，可分為滿跨和不滿跨、開洞和不開洞及開門洞和開窗洞；從轉(zhuǎn)換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉(zhuǎn)換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼骨混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等。根據(jù)實(shí)際工程中轉(zhuǎn)換梁的應(yīng)用形式、受力特點(diǎn)及其轉(zhuǎn)換梁與上部結(jié)構(gòu)的共同工作形式，可將梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)類型歸納以下幾種形式。

（2）受力特點(diǎn)

實(shí)際工程應(yīng)用中轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，從跨數(shù)上，可分為單跨、雙跨及多跨；從上部墻體形式上，可分為滿跨和不滿跨、開洞和不開洞及開門洞和開窗洞；從轉(zhuǎn)換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉(zhuǎn)換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼骨混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等[6]。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)傳力途徑采用墻（柱）轉(zhuǎn)換梁柱（墻）的形式，具有傳力直接、明確和傳力途徑清楚的優(yōu)點(diǎn)，便于工程計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)，且造價(jià)較節(jié)省[7]。轉(zhuǎn)換梁具有受力性能好、工作可靠、構(gòu)造簡(jiǎn)單和施工方便的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)計(jì)算也相對(duì)容易。作為梁式轉(zhuǎn)換層的主要受力構(gòu)件-轉(zhuǎn)換大梁，其受力形式與受力大小受上部結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)換梁上下層相對(duì)剛度、轉(zhuǎn)換梁的位置等因素的影響。在這些因素影響下，帶有轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)在水平荷載下將表現(xiàn)出不同的受力性能。分析表明，無(wú)論轉(zhuǎn)換梁上部墻體的形式如何，只要墻體存在一定長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)換梁中的彎矩就會(huì)較不考慮上部墻體作用的要小，相應(yīng)墻體下的轉(zhuǎn)換梁就有一段范圍內(nèi)出現(xiàn)受拉區(qū)。轉(zhuǎn)換梁的最終受力狀態(tài)由墻、轉(zhuǎn)換梁作為一個(gè)整體共同彎曲變形和拱的傳力作用綜合影響。墻、轉(zhuǎn)換梁作為一個(gè)整體共同彎曲變形，轉(zhuǎn)換梁處于這整體彎曲的受拉翼緣，若單獨(dú)分析轉(zhuǎn)換梁，其所受的彎矩由于剪力墻的共同工作而大大降低，同時(shí)，由于處于受拉翼緣，應(yīng)力積分后轉(zhuǎn)換梁中就會(huì)出現(xiàn)軸向拉力。由于豎向傳力拱作用的存在，使上部墻體上的豎向荷載傳到轉(zhuǎn)換梁時(shí)，很大一部分荷載以斜向荷載的形式作用于梁上（見(jiàn)圖1b），若將這斜向荷載分解為垂直和水平等效荷載形式（見(jiàn)圖1c，d）則垂直荷載作用下的彎矩肯定要比不考慮墻體作用時(shí)要?。ㄒ?jiàn)圖1a），在水平荷載作用下，就形成了轉(zhuǎn)換梁跨中一定區(qū)域受軸向拉力，而支座區(qū)域受軸向壓力的現(xiàn)象。