高层住宅梁式转换层的设计与施工

摘要:本文从梁式转换层结构的受力机理,分析了梁式转换层的设计原则和设计方法,提出了设计要点,并且对梁式转换层施工提出了一些施工要点,为今后设计施工提供了理论依据。

关键词:梁式转换层;施工;混凝土

1. 梁式转换层的设计原则

从结构设计上考虑,由于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部楼层受力较小,正常的结构布置应是下部刚度大,墙体多、柱网密,到上部渐渐减少墙、柱的数量,以扩大柱网。为满足建筑功能的要求,在结构设计上就必须将上部设计小空间,下部设计成大空间;上部设计刚度大的剪力墙,下部设计刚度小的框架柱。为了满足这种结构性要求,只能在结构转换的楼层设计水平转换层,称作为转换层。

从建筑功能上考虑,上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体来满足旅馆和住宅的功能要求;中部则需要小的或中等大小的室内空间,可以在柱网中布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能要求;下部需要尽可能大的自由灵活的室内空间,要求柱网大、墙体尽量少,以满足商店、餐馆等公用设施的功能要求。

2. 梁式转换结构受力机理分析

梁式转换层结构的传力途径为墙一梁一柱的形式,传力直接而且方便简化计算。转换梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。已有文献对转换梁结构与上部墙体共同工作方式中已对转换梁承托层数对梁内力的影响进行用分析,研究结果得出,对一般结构转换大梁,上部墙体考虑二层与考虑4-5层内力的设计控制内力差异控制在5%之内,所以在分析计算时叫只考虑计算3层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何,只要墙体有定长度,转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小的多。

3. 梁式转换层设计方法选择

转换梁截面设计方法的选择与其受力性能和转换层的形式有关。 当转换梁承托上部普通框架时,在转换梁常用截而尺寸范围内,转换梁的受力基本和普通梁相同,可按普通梁截而设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时,转换梁将承受轴向拉力,此时应按偏心受拉构件进行截而设计,当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时,其截面设计宜采用深梁法或应力法,计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置;当转换梁承托上部墙体满跨开口较多,门窗洞或不满跨但剪力墙较长时,也宜采用深梁法或应力法,但纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布配置;

4. 梁式转换层设计要点

首先,要保证人空间层有充分的刚度,防止沿竖向上下刚度变化过大。须控制落地剪力墙的间距和转换层楼板的厚度,

其次,尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变,对下部结构在满足建筑物使用功能要求的基础上,应提高下部结构的截面尺寸,增加剪力墙、提高混凝土的强度等级,一般转换层混凝土强度等级应不低于C30。

再次,严格控制转换层上下刚度比"γ" 。当建筑物有抗震要求时,γ应尽量接近于1,不应大于2。

γ=(G(i+1)×A(i+1))/(Gi×Ai )×hi/h(i+1)

G: 剪切变形模量 G=0.425E;A=[Aw+0.12Ac]

AW――在所计算方向上剪力墙面的全部有效截面面积

Ac――全部柱的截面面积

最后必须控制框支剪力墙与落地剪力墙的比例,当剪力墙较多而且考虑抗震时,横向落地剪力墙数目与横向墙总数之比不宜少于50%,非抗震时不宜少于30%。而且必须充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度,通常分为完全、部分和没有共同工作三种情况来分析,否则会造成梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况发生很大差异。

5. 梁式转换层施工重点

5.1钢筋质量控制

转换梁的含钢筋多,主筋长,布置密,在梁柱节点区钢筋“相聚”。因此,正确地翻样和下料,合理安排好钢筋就位次序是钢筋施工的关键。

1)钢筋翻样前必须弄清设计意图,审核、熟悉设计文件及有关说明掌握现行规范的有关规定。翻样时考虑好钢筋之间的穿插避让关系,确定制作尺寸和绑扎次序。掌握现行钢筋规范,以及安排好钢筋就位次序是钢筋施工关键.转换层结构主筋接头尽可能采用闪光对焊,必要时采用螺纹接头连接或冷挤压套筒连接.

2)绑扎钢筋时,先绑扎墙体钢筋,一次绑扎至梁底的位置,然后摆放所有梁的底筋。当底筋摆放完毕后开始绑扎牛腿钢筋,继续绑扎柱墙的箍筋至标高处,然后摆放梁而筋。当转换梁高度或转换板厚度较大时,应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于操作。

3)一般转换层结构主筋接头全部采用闪光对焊或锥螺纹接头连接、冷挤压套筒连接;对于两端做弯头的钢筋,采用可调伸螺纹接头解决钢筋旋转的困难。钢筋的锚固长度为设计要求的45d上层剪力墙钢筋直接伸入梁底锚固,加200mm长弯折部分,墙体钢筋的弯折部分在墙体内锚固长度为450rnrn,在梁内锚固长度为45d

5.2 、混凝土浇筑及裂缝的控制

1、优化配合比,转换大梁钢筋非常密集振捣困难稍有疏忽就容易造成混凝土不密实甚至造成蜂窝、孔洞、露筋等质量问题。应用高效减水剂及1级粉煤灰,降低水泥用量,从而降低混凝土温升,提高混凝土的和易性、密实性及体积稳定性。应采取措施控制混凝土内部与混凝土表而温度差小于15℃。

2、搅拌方法,在梁柱相交的核心区混凝土浇筑完毕约1- 1.5h后并应在初凝前,用直径为33mm的振动棒一次振捣,振动棒插入梁下500mm为宜,以增加混凝土的密实度,减少混凝土内部微裂缝的出现。

本文讨论的只是高层建筑转换层结构设计方法之一,如板式转换、桁架转换、箱形转换、斜柱转换,巨形框架等转换层的受力特征并没有涉及到,所以还有很大的研究空间。随着建筑设计施工水平的不断进步,在对转换层进行设计时应结合施工情况进行合理的优化。

作者简介:

李霞,女,1979年10月22日,辽宁省葫芦岛市连山区, 工程师

卢永胜,男,1981年7月3日,辽宁省绥中县,工程师