高层建筑转换层大梁支撑体系设计及计算

摘要：本文根据工程案例介绍了转换层支撑体系设计和计算方法，从实际工程使用中得出槽钢托梁承重架方法具有简单实用、经济等效益。

关键词：转换层；支撑体系；计算

某工程项目建筑总面积11.6万m2, 高度98.88m, 由A1、A3、B、G，4幢29层联体高层组成,剪力墙结构。为获得底层大空间效果, 局部采用框支剪力墙结构。其中3层柱、剪力墙, 4层梁板为结构转换层, 层高4.8m, 18根转换层大梁截面(b×h) 为1000mm×2000mm, 跨度6.0m, 相应楼板层厚度250mm。工程采用泵送商品混凝土。

一、支撑方案选择

工程结构转换层体量大、荷载大、结构复杂、施工难度大。根据浙江省文件《关于加强承重支撑架施工管理的暂行规定》( 2003.03.25)的要求, 对施工总荷载> 10kN/m2或集中线荷载> 15kN/m的承重支撑架, 必须采用有足够强度和刚度的支撑体系, 确保整体稳定性, 并且严格审批制度, 以保证施工安全。经综合分析, 本工程在B、G幢建筑转换层大梁支撑体系中采用了槽钢托梁承重架的方案。通过槽钢托梁将施工荷载传递到框架柱上, 如图1所示。

图1 槽钢托梁承重架受力示意

为实现该方案, 本转换层混凝土分3次浇捣: 第1次浇筑框架柱混凝土浇至梁下5cm处, 浇捣时, 框架柱上设置相应的预埋钢板及钢牛腿, 为槽钢托梁承重体系安装创造条件；第2次浇筑转换梁混凝土，柱混凝土拆模后即安装托梁支撑体系, 支设梁板模板和绑扎钢筋, 待柱混凝土强度达到设计强度80%后, 浇捣第2 次混凝土, 混凝土可浇至板底5cm处, 使槽钢托梁的实际受力只有设计施工荷载的80%, 增加了施工安全系数；第3次浇筑楼板及梁上部混凝土。

二、支撑方案的设计计算

模板采用18mm 厚九层木夹板,内楞竖向布置50mm×100mm木方,间距250mm；外楞水平布置3道,2ф48mm 3.5mm钢管, ф12mm对拉螺栓,用双层3字扣扣紧。

（一）槽钢托梁计算

1．荷载取值

钢筋混凝土自重50kN/m；模板自重0.65kN/m；横向木方条0.23kN/m；纵向木方条0.32kN/m；槽钢自重0.34kN/m；施工振动荷载2kN/m。恒载标准值为51.54kN/m, 活载标准值为2kN/m。

2．槽钢的强度计算

荷载取设计值q=51.54×1.2+2×1.4=64.65kN/m, 按3跨连续梁计算,如图2 所示。

图2 槽钢梁计算简图

所以, M1=14.25kN•m, MB = 17.81kN•m, VA =42.93kN, VB左= 64.39kN, RB= 118.05kN。[16a参数为: I= 866×104mm4, W=108×103mm3,b=63mm, νx = 1.05。

正应力强度计算:

σ=M/(νxW)=78.52N/mm2＜[ƒy]=215N/mm2。

剪应力强度计算:

τ=VS/(Itw)=36.13N/mm2＜[ƒv]=125N/mm2。满足要求。

3．槽钢梁的刚度计算

荷载取标准值q=51.54+2=53.54kN/m。则第AB跨中挠度:

ƒ=0.677ql4/(100EI)=0.81mm,

则ƒ/l=0.81/1667=0.2/400＜[ƒ/l]=1/400, 满足要求。

4．槽钢梁的整体稳定计算

整体稳定系数φb=570bt/(Lh) ×(235/ƒy )= 1.346

当φb＞0.6时, 应用 代替

=1.1- 0.4646/φb+0.1269/φb3/2=0.836

所以, 槽钢梁的整体稳定验算:

78.9N/mm2＜[ƒy]=215N/mm2, 满足要求。

（二）斜撑槽钢的计算

计算简图如图3 所示

图3 斜撑计算简图

Ngcosα=RB=118.5kN,

查表得: ix=62.8mm, cosα=2070/2881=0.7185, iy=18.3mm, A=2196mm2, 所以, λx =l0/ix=45.9＜[λ]=150, λy=l0/iy= =157.4＞[λ]=150, 考虑到施工阶段的临时性, 相差不大, 可以满足要求。

φ为纵向弯曲系数,按C类截面考虑查表得φ=0.261,则:N/(φA)=143.88N/mm2＜[ƒy]=215N/mm2,满足要求。

（三）预埋件计算

1．下部牛腿预埋件

（1）锚筋抗剪计算，计算简图如图4所示。

图4 下部牛腿剖面示意

Vi≤ASIƒSV

其中: Vj = RB=118.05kN, ASI = 4AS=4×254.5=1018mm2, ƒSV=125N/mm2, 所以118050N＜1018×125=127250N, 偏于安全。

（2）节点焊缝计算

σ= Vi/(0.7hflw)= 118050/(0.7×8×(270-10)=81.08N/mm2＜ƒwf=160N/mm2, 安全。

2．上部牛腿预埋件

计算简图如图5 所示。

图5 上部牛腿剖面示意

（1）角焊缝①计算

N=VA=42.93kN

σr=N/A=N/(4×0/7hflw)=12N/mm2＜βƒwf=1.22×160=195.2N/mm2。

（2）角焊缝②计算

＜ƒwf=160N/mm2, 满足要求。

（3）钢牛腿自身强度验算

＜[ƒy]=215N/mm2,τ=1.5V/(th)= 23.9N/mm2 ＜[ƒv]=125N/mm2, 满足要求。

（4）锚筋抗剪验算

,满足要求。

三、效果总结

本工程转换层经实际使用,未发生安全事故,施工质量符合设计要求和施工规范的规定,取得了预期效果。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。