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有關高層建筑中轉換層結構的設計分析

2015-05-30 09:47:14徐壘
科技創新與應用 2015年30期
關鍵詞:結構設計混凝土結構

徐壘

高層建筑是建筑工程的發展趨勢,高層建筑的出現極大提高了土地資源的利用率,實現了建筑物多功能化應用的需求,但是樓層高度的增加及其空間分布對轉換層的施工提出了更高要求,因此,高層建筑轉換層結構設計要滿足建筑結構上部空間較小、下部結構空間開闊的要求,并提高轉換層結構設計的合理性。

1 轉換層的定義和功能

高層建筑的高度較高,其下部結構承載的壓力較大,上部結構受力較小,在高層建筑的下部,應當設置較強的承載力結構,這和建筑功能要求及常規結構設置產生矛盾,因此在高層建筑結構中必須有轉換結構,實現樓體結構的自然過渡和軸線布置合理。轉化層結構保證高層建筑的上部豎向桿件不直接貫通落地,有效提升了下層結構的使用空間要求。通常而言,轉換層結構可以分為三種:(1)上下層不同結構類型轉換層,這種轉換層在樓體上部為剪力墻和框架剪力墻結構中應用較多,它為剪力墻結構創造了內部自由空間;(2)上下層柱網、軸線改變轉換層,它沒有改變轉換層的上下結構形式,但使下層的柱間距變大,常用于外框筒下層;(3)改變結構形式和結構軸線位置的轉化層,這種結構把轉換層的軸線錯開,形成上下結構不齊的結構布置。在實際工程建設中常用的轉換層有梁式、箱式、板式、架式等多種結構形式。

2 不同類型轉換層結構和設計方法

轉換層結構改變了水平力在底層的分布狀況,同時其自身也受到較大的力,產生了平面內的形變,因此要根據不同的工程設計轉換層的結構類型,下面對三種常用的轉換層結構進行詳細的分析。

2.1 梁式轉換層結構

梁式轉化層是高層建筑中最為常用的轉換層結構,其載荷力傳導直接,同時其結構設計和分析簡便,成本造價較低。梁式轉化層結構采用轉換梁作為承載結構,分為托墻和托柱兩種方式,其施工材料可以采用鋼筋混凝土、預應力混凝土和鋼結構。在實際工程中,轉換梁的跨度要綜合考慮上層墻體的層數,其常用的跨度為6-12m,轉換梁結構設計選擇與受力性能以及形式有直接關系,托柱式轉換梁界面的設計可以按照普通截面的配筋計算方式,如果上部的承載部分為上部斜桿框架,應采用偏心受拉構件界面設計,而對于托墻式的截面設計,要計算其縱向鋼筋的分布狀況,對開門較多的墻體,也可以采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法。

2.2 桁架式轉換層結構

桁架式轉換層是對梁式轉換層的擴展,其整個轉換層結構采用鋼筋混凝土的桁架組成,桁架的上下弦桿作為上下樓面結構層,中間設置腹桿。這種轉換層結構設計的整體性較好,受力狀況更加穩定,同時轉換層的自身重量較小,具有良好的抗震性能。但是桁架式轉換層對施工技術提出一定的要求,尤其是對“強斜腹桿,強節點”關鍵技術點的控制。桁架式轉換層的結構設計可以采用ANSYS和TAT的整體結構內力分析,滿足結構的各項要求,尤其是遵守標準設計中的上下結構側向剛度比的要求。桁架式轉換層要保證其剪切力和彎矩較小,避免在轉換層結構中出現剛度集中點,合理分散應力的存在,提高了結構的抗震性能。同時桁架式轉換層的自身重量下,對下部框架的載荷較小。

2.3 厚板后梁式轉換層結構

厚板后梁式轉換層結構適用于上下柱網軸線錯開較多的建筑結構,采用厚板轉換層來實現結構對接,具有很強的工程應用靈活性,但是厚板后梁式的轉換層重量較大,使用的承重材料較多,而且厚板式轉換層是一個完整的整體,剛度較大,造成上層結構的布置困難,受力狀況模糊,不方便配筋計算。再者這種轉換層相當于增加了暗梁,再加上其上部承載重量較大,對下部結構的穩定性造成一定的影響,如果發生較為強烈的振動,會造成厚板的應力沿著豎向方向發生激增,上下層受力嚴重不均,甚至會發生裂縫現象。厚板轉換層結構設計通常先進行三維空間內力分析,尤其是對轉換層邊界形狀不規則、載荷分布復雜等特殊情況進行有線單元的應力分析,從而得出相應的內力計算結果、內力組合和配筋方式,同時模擬豎向載荷下的彎曲、剪應力、局部應力等數據。

3 轉換層結構施工要點分析

轉換層的結構施工要點控制至關重要,尤其是其鋼筋施工、混凝土施工以及裂縫控制,下面對每一個要點進行詳細的分析。

3.1 鋼筋施工

大部分轉換層采用梁式結構,需要進行鋼筋構架的搭建,在施工中鋼筋要插入框支架1.2-1.5米內,才能進行混凝土的澆灌,在鋼筋構架的搭建施工中,要確保鋼筋綁扎的牢固,避免澆筑中出現鋼筋的移位和偏離,同時采用鋼管支撐,當混凝土澆筑完成后再拆除,防止混凝土的沖擊力導致結構變形。預埋剪力墻鋼筋安裝定位后,沿著鋼筋兩側焊接一根10米長的定位鋼筋,防止混凝土振搗過程中的移位,在剪力墻預留段,綁扎三道以上的分布筋,標記預留位置的精確位置,對于梁寬超過8.5米的梁體,采用梅花形混凝土墊塊。

3.2 混凝土施工

轉換層的質量關系重大,直接決定了高層建筑上部的結構穩固性,且其體積大、重量大、密度大的特點給施工帶來了很大難度,如果施工中出現差錯,就會造成整個支撐結構系統模板變形、鋼筋錯位、混凝土結構不密實的質量問題。因此要加強混凝土施工,強化轉換層的結構強度,在澆筑施工中,要把混凝土施工和鋼筋施工密切結合,確保轉換層結構不出現質量問題,在混凝土澆筑時,對于鋼筋密集區域,使用細石混凝土澆灌,防止混凝土結構中出現孔洞,同時選擇合適的振搗工具和振搗方式,保證振搗工作的合格。

3.3 轉換層裂縫的控制

高層間組合的轉換梁往往承載著超過20層樓體的重力,其載荷壓力巨大,預應力施工有效提高了整體結構的強度和抗剪切性能,從而有效避免裂縫的發生。再者是加強對模板施工的控制,可以有效避免表面裂縫的發生,提高轉換層的結構完整性,在模板安裝中,要按照模板安裝排版圖,控制好軸線位置和界面尺寸,保證不出現扭曲、拱裂現象,尤其是跨度大于四米時,設置相應的起拱高度;模板支撐系統要保證水平,對支撐點進行加固處理,防止扣件螺絲的安裝不合格;此外,留置孔洞,埋件要精確定位,避免出現遺漏。模板支撐體系的施工參照計算數據要求,采取足夠的預防措施,強化鋼管、扣件和施工材料質量抽查,同時模板拆除之前,必須保證混凝土結構的強度合格;鋼筋的綁扎位置合理,在鋼筋質量、規格上嚴格把控,保證鋼筋預埋位置、數量、方式符合設計要求。

4 結束語

總之,高層建筑轉換層結構是建筑物中關鍵的一環,因此其結構設計要從工程實際、建筑空間分布、建筑結構受力、承載力分布等多個方面進行考慮,選擇合適的結構形式,從而提高轉換層的抗剪切力和承載能力,提高整體結構的安全性。同時在結構設計時,要強化關鍵施工要點的設計,嚴格遵守施工流程,切實提高工程質量。

參考文獻

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[2]黃志勇.論某高層建筑梁氏轉換層結構設計[J].廣東科技,2009(6).

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[4]金秀麗.淺議高層建筑結構轉換層[J].科技風,2009(11).

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