高層型鋼混凝土地下過渡層設(shè)計(jì)

王素萍

(山西國建工程設(shè)計(jì)有限公司，山西太原 030000)

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)由于有良好的承載能力及延性，且在降低結(jié)構(gòu)自重、減少結(jié)構(gòu)斷面尺寸、加快施工進(jìn)度等方面有明顯優(yōu)點(diǎn)，在近年來超高層建筑中應(yīng)用越來越多。例如，型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)8度0．2g適用高度為150 m，7度為190 m，6度為220 m。隨著超高層結(jié)構(gòu)建筑高度的增加，基礎(chǔ)埋深滿足建筑高度的1/15(采用樁基時(shí)1/18)時(shí)，基礎(chǔ)埋置深度越來越深，超高層結(jié)構(gòu)的地下室層數(shù)相應(yīng)增加。地下室結(jié)構(gòu)采用普通鋼筋混凝土，而上部結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，這時(shí)型鋼混凝土柱應(yīng)設(shè)置過渡層過渡為鋼筋混凝土柱。

1 過渡層設(shè)計(jì)計(jì)算要求

地上部分地下部分為兩種結(jié)構(gòu)體系，為盡量避免這兩種結(jié)構(gòu)剛度和承載力的突變，形成薄弱層，在這兩種結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置過渡層。1)從設(shè)計(jì)計(jì)算上確定地下室某層型鋼混凝土柱可由鋼筋混凝土框架柱代替時(shí)，上層型鋼混凝土柱可向下延伸1層或2層作為過渡層。2)過渡層框架柱應(yīng)按鋼筋混凝土柱設(shè)計(jì)計(jì)算。

2 過渡層設(shè)計(jì)部位的選擇

1)當(dāng)?shù)叵率翼攲涌勺鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3．9．5條規(guī)定:地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)可逐層降低一級(jí)。依據(jù)此規(guī)定，地下二層抗震等級(jí)可降一級(jí)，軸壓比限值可加大，此時(shí)用鋼筋混凝土柱代替型鋼混凝土柱時(shí)截面加大不多，鋼筋混凝土柱容易滿足規(guī)范軸壓比限值的要求，可將地下二層作為過渡層。地下三層及以下各層可采用鋼筋混凝土柱。當(dāng)?shù)叵率覂H有一層時(shí)型鋼筋柱在基礎(chǔ)部位采用埋入式柱腳或非埋入式柱腳時(shí)應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)?shù)叵率覟槎訒r(shí)型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)部位，當(dāng)?shù)叵露硬捎没炷林?jì)算滿足規(guī)范要求，型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)部位設(shè)計(jì)安裝錨栓即可，當(dāng)?shù)叵率覟槿龑踊蛞陨蠈樱^渡層設(shè)于地下二層，型鋼混凝土柱在地下二層底設(shè)計(jì)安裝錨栓，地下三層及以下采用鋼筋混凝土柱。

2)當(dāng)?shù)叵率翼攲舆_(dá)不到上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位的要求。當(dāng)?shù)叵?層不能滿足上部結(jié)構(gòu)嵌固要求，而地下2層能達(dá)到嵌固部位的要求時(shí)，地下2層，地下1層抗震等級(jí)同上部結(jié)構(gòu)，地下3層抗震等級(jí)可降一級(jí)，此時(shí)可將地下3層作為過渡層。

3 過渡層設(shè)計(jì)構(gòu)造要求

1)過渡層型鋼混凝土柱下延，此層可不設(shè)置型鋼混凝土梁。

2)過渡層柱型鋼混凝土柱型鋼下延，型鋼配鋼率不宜小于4%，型鋼柱中型鋼的保護(hù)厚度不宜小于150 mm;柱縱向鋼筋凈間距不宜小于50 mm，且不應(yīng)小于柱縱向鋼筋直徑的1．5倍;柱縱向鋼筋與型鋼的最小凈距不應(yīng)小于30 mm，且不應(yīng)小于粗骨料最大粒徑的1．5倍。

3)過渡層柱的配筋應(yīng)按鋼筋混凝土柱計(jì)算確定，且應(yīng)滿足鋼筋混凝土柱縱筋及箍筋構(gòu)造要求。

4)過渡層應(yīng)設(shè)置栓釘，其直徑不小于19 mm，水平及豎向間距不大于200 mm，型鋼至栓釘邊緣的距離不宜小于50 mm。柱箍筋全長加密。

4 過渡層柱截面的計(jì)算方法

1)計(jì)算方法實(shí)例概況。以8度區(qū)0．2g地區(qū)為例，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，地下1層型鋼混凝土柱抗震等級(jí)為一級(jí)，過渡層為地下2層，混凝土柱抗震等級(jí)為二級(jí)。型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土柱均按軸壓比限值取值(因超高層型鋼混凝土柱截面均不小，柱軸壓比限值均按短柱取值)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，型鋼混凝土柱中型鋼按Q345。

2)計(jì)算公式及規(guī)范條文。

a．地下1層型鋼混凝土軸壓比計(jì)算:《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》11．4．4條:抗震等級(jí)為一級(jí)，剪壓比不大于2的短柱，軸壓比限值為表11．4．4 中0．7 －0．05=0．65。

軸壓比計(jì)算公式:

其中，fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值底層軸壓比，一般混凝土強(qiáng)度最高采用至C60，fc取值27．5 N/mm2;Ac為扣除型后的混凝土截面面積，按型鋼柱截面面積的96%計(jì)算;fa為型鋼的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，采用 Q345型鋼，fa取值295 N/mm2，鋼材厚度為16 mm～35 mm;Aa為型鋼混凝土中型鋼面積，按型鋼配鋼率為4%計(jì)算。

b．地下2層過渡層按混凝土柱軸壓比計(jì)算。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》6．4．2條:抗震等級(jí)為二級(jí)，框架—核心筒結(jié)構(gòu)，且沿柱全高采用井字復(fù)合箍，滿足箍筋間距不大于100 mm、肢距不大于200 mm、直徑不小于12 mm的配箍要求，剪壓比不大于2的短柱，軸壓比限值為表6．4．2中0．85－0．05+0．10=0．90。

軸壓比計(jì)算公式:

3)過渡層混凝土柱截面與型鋼混凝土柱截面比值確定。

a．地下1層型鋼混凝土柱與地下2層鋼筋混凝土柱均采用C60，截面形式均采用方形柱。

b．地下2層鋼筋混凝土柱與地下1層型鋼混凝土柱的軸力設(shè)計(jì)值關(guān)系按1．03考慮(按地面層數(shù)為34層)。

c．地下2層鋼筋混凝土柱與地下1層型鋼混凝土柱截面比值:

4)結(jié)論。

當(dāng)型鋼混凝土柱軸壓比比規(guī)范限值小5%以上時(shí)，鋼筋混凝土柱截面可同型鋼混凝土柱截面;當(dāng)型鋼混凝土柱軸壓比接近規(guī)范限值時(shí)，鋼筋混凝土柱截面面積應(yīng)大于型鋼混凝土柱截面面積的1．05倍;當(dāng)考慮混凝土柱比型鋼混凝土柱延性差，剛度及承載力低的因素時(shí)，可將地下2層鋼筋混凝土柱截面面積大于地下1層型鋼混凝土柱截面面積的1．05倍。

5 結(jié)語

分析以上型鋼混凝土結(jié)構(gòu)地下部分過渡層的要求，當(dāng)?shù)叵率翼攲涌勺鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下室為1層時(shí)型鋼混凝土柱做埋入式柱腳時(shí)基礎(chǔ)底標(biāo)高不平，基礎(chǔ)筏板鋼筋需繞過型鋼混凝土中的型鋼，施工比較麻煩，當(dāng)?shù)叵率覟?層及2層以上時(shí)，做過渡層，型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)只做安裝錨栓，或做基礎(chǔ)時(shí)型鋼混凝土柱轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土柱，施工方便。由此可知，超高層型鋼混凝土結(jié)構(gòu)地下室層數(shù)宜做2層或2層以上。

［1］JGJ 3-2011，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［2］JGJ 138-2001，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］朱炳寅．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

［4］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析［S］．

［5］型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造與計(jì)算手冊［Z］．