高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

梁志波

湖南化工設(shè)計(jì)院有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000

前言

高層建筑，作為地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的重要體現(xiàn)，其建設(shè)使用的安全可靠性直接決定了工程項(xiàng)目建設(shè)使用可持續(xù)性與耐久性。然而，在對(duì)高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層與抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)控制時(shí)，因受建設(shè)環(huán)境與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的限制，增加了設(shè)計(jì)科學(xué)合理性的控制難度。為此，工程建設(shè)者應(yīng)從實(shí)踐角度出發(fā)，即在明確厚板轉(zhuǎn)換層與抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)造控制要點(diǎn)的情況下，提升工程項(xiàng)目建設(shè)使用的質(zhì)量效果。如此，高層建筑工程建設(shè)的復(fù)雜性就會(huì)得到有效控制，進(jìn)而促進(jìn)所處地區(qū)建筑行業(yè)進(jìn)行現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速穩(wěn)定發(fā)展，最終滿足建筑用戶的可持續(xù)需求。

1 工程概況

湖南地區(qū)某高層建筑工程項(xiàng)目的總建筑面積約9萬(wàn)m2，總高度約150m。其中一棟32層的寫字樓，設(shè)計(jì)建設(shè)為帶轉(zhuǎn)換層的底部大空間框支剪力墻結(jié)構(gòu)，具有構(gòu)造復(fù)雜且抗震設(shè)計(jì)難度大的特點(diǎn)。這里的設(shè)計(jì)控制難度在于，地處Ⅱ類施工場(chǎng)地土，即中軟場(chǎng)地土，抗震防烈度設(shè)計(jì)為6度。為在保證高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層及抗震設(shè)計(jì)在滿足基本功能需求的情況下，降低建設(shè)工作開展難度，應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況著手對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造進(jìn)行分析控制。相關(guān)人員應(yīng)將其作為重點(diǎn)科研對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)高層化發(fā)展的安全可靠性目標(biāo)[1]。

2 高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)與構(gòu)造控制

對(duì)于轉(zhuǎn)換板厚度的設(shè)計(jì)與構(gòu)造控制，均應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)管理部門制定的規(guī)范要求進(jìn)行，即采用SLAB計(jì)算方法、簡(jiǎn)化計(jì)算模型以及手算復(fù)核等，來(lái)將板厚控制在2.0m，是最大柱距的1/3.6。此外，為增加結(jié)構(gòu)板的抗裂能力，除了應(yīng)在板的混凝土內(nèi)部摻入10%的水泥用量膨脹劑外，還應(yīng)在中部設(shè)置上下兩層直徑為14@260的雙向鋼筋網(wǎng)片。為增強(qiáng)板邊緣的抗扭能力，應(yīng)在暗梁兩側(cè)設(shè)置直徑為14@260的腰筋。如此，就可防止板的端頭出現(xiàn)豎向與水平的劈裂病害。

由于本高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層為大體積混凝土構(gòu)件，因此，荷載的集度較大能夠有效避免溫度裂縫的發(fā)生。具體的建設(shè)共采用了以下措施方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。在材料方面，設(shè)計(jì)采用低強(qiáng)度與低水化熱的水泥，并通過(guò)嚴(yán)格控制水泥用量，來(lái)保證結(jié)構(gòu)作用的安全可靠性。此外，除了要在混凝土中摻入定量的減水劑外，還應(yīng)摻入一定量的粉煤灰，以優(yōu)化混凝土的可泵性能。為提高結(jié)構(gòu)作用的抗裂效果，還應(yīng)摻入10%水泥用量的UEA微膨脹劑。

對(duì)于板的中部應(yīng)設(shè)置多處測(cè)溫點(diǎn)，并用微機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制，即通過(guò)自動(dòng)記錄溫度變化情況，以動(dòng)態(tài)掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的作用溫度。如此，就可在明確內(nèi)外溫度差的情況下，使采取的保溫建設(shè)起到應(yīng)有的作用。具體而言，為使混凝土內(nèi)部厚板的內(nèi)外溫差達(dá)到設(shè)計(jì)要求的小于25℃目標(biāo)，應(yīng)將板底模設(shè)計(jì)為兩層竹膠板夾與一層塑料薄膜，并通過(guò)地毯與塑料薄膜的覆蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)薄膜層板下空間的封閉目標(biāo)，進(jìn)而減少冷空氣對(duì)流所帶來(lái)的負(fù)面影響。值得注意的是，構(gòu)造設(shè)計(jì)控制人員應(yīng)還應(yīng)在板的中部位置埋設(shè)兩層直徑為50mm，間距為1.5m的循環(huán)冷卻水，以降低鋼管的溫度。同時(shí)，還應(yīng)通過(guò)定期的養(yǎng)護(hù)與測(cè)溫結(jié)果，來(lái)控制結(jié)構(gòu)鋼管的作用溫度[2]。

3 高層建筑工程中抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造

為保證本高層建筑工程主體結(jié)構(gòu)能夠沿著豎向剛度以均勻狀態(tài)存在，繼而使轉(zhuǎn)換層的上下層剛度較為接近，應(yīng)按照相關(guān)管理部門制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，即將轉(zhuǎn)換層上下的抗側(cè)移剛度比小2，并采用必要的措施方法來(lái)避免結(jié)構(gòu)剛度突變?yōu)楸∪鯇印＿@里的措施方法有三：其一，中筒剪力墻的厚度，應(yīng)設(shè)置為轉(zhuǎn)換層以下400mm；轉(zhuǎn)換層以上的設(shè)備層應(yīng)為300mm厚；而五層以上的厚度應(yīng)為240mm，即以逐漸減薄的設(shè)計(jì)來(lái)規(guī)避剛度發(fā)生突變[3]。

其二，工程轉(zhuǎn)換層以上的設(shè)備層層高應(yīng)增至3.4m，轉(zhuǎn)換層以下的層高應(yīng)減少至3.6m。此外，轉(zhuǎn)換層以上，應(yīng)采用C40混凝土；轉(zhuǎn)換層以下，應(yīng)采用C50混凝土。

其三，為使工程建筑上部住宅剪力墻的強(qiáng)度與層間位移滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)盡可能減少住宅剪力墻的數(shù)量，即將厚度減薄240mm或是200mm。對(duì)于開口較大的施工洞口環(huán)境，轉(zhuǎn)換層以上剪力墻連梁應(yīng)盡可能減少高度，且轉(zhuǎn)換層以下的剪力墻厚度增加，以達(dá)到上部剛度減少與下部剛度增加的目的[4]。

此外，為使結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑺降貙恿鬟f至剪力墻，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將應(yīng)力集中于樓層，即通過(guò)加厚樓板進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。由于框支柱的總剪力大于0.25Qo，因此，為強(qiáng)化框支柱的延性應(yīng)將軸壓比控制在0.65，且配筋率控制在1.7%左右。與此同時(shí)，還應(yīng)對(duì)柱箍筋進(jìn)行全長(zhǎng)加密，并在框支柱的內(nèi)部增加芯筋，以實(shí)現(xiàn)柱縱向鋼筋的機(jī)械連接目標(biāo)。如圖1所示，為縱向鋼筋的布置示意圖。

對(duì)于工程框支層剪力墻的軸壓比，應(yīng)控制在0.4以下，且將配筋率和剪力墻結(jié)構(gòu)的暗柱配筋率分別控制在0.6%與1.5%。如此，其結(jié)構(gòu)體積的配箍率就可控制在1-2%之間，進(jìn)而提高剪力墻結(jié)構(gòu)的延性。由于轉(zhuǎn)換層上部與轉(zhuǎn)換層樓層墻體相近，一旦轉(zhuǎn)換層部位的剛度發(fā)生突變，樓層墻體也會(huì)受到剪力作用。為達(dá)到設(shè)計(jì)延性目標(biāo)，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)換層以上的三層剪力墻與暗柱進(jìn)行配筋的強(qiáng)化處理。

電算的設(shè)計(jì)，因轉(zhuǎn)換層上下兩層層高未按照高層建筑工程的剖面圖尺寸進(jìn)行輸入，因此，厚板的板厚應(yīng)以均勻狀態(tài)分于相鄰兩層的層高。由此，與梁式轉(zhuǎn)換層相比，厚板轉(zhuǎn)換層的層高變化就較為均勻，且豎向剛度的變化也呈均勻效果[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高層建筑工程中的厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)，如，建筑抗震結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度設(shè)計(jì)要求，通過(guò)調(diào)整墻的厚度及配筋，來(lái)保證結(jié)構(gòu)作用的延性效果。由于本高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層為大體積混凝土構(gòu)件，因此，荷載的集度較大能夠有效避免溫度裂縫的發(fā)生，設(shè)計(jì)采用低強(qiáng)度與低水化熱的水泥，并通過(guò)嚴(yán)格控制水泥用量，來(lái)保證結(jié)構(gòu)作用的安全可靠性。故而，研究人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研成果更多地作用于實(shí)踐，以服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。