混凝土结构桁架吊墙转换设计

摘要：勤天酒店项目由5栋小高层组成，其中A1栋属于部分框支剪力墙结构体系，在首层有一18m跨度的使用空间，形成了18m跨的转换。本文简要介绍了该18m跨混凝土结构桁架吊墙转换的结构设计。通过运用PKPM、盈建科等结构软件分析了结构整体计算与构件节点设计。

关键词：转换梁；三角桁架；钢骨混凝土拉杆；机械连接

中图分类号： TV331 文献标识码： A

1. 工程概况

勤天酒店项目位于清远市佛冈县汤塘镇北边隔海村，由A1～A5共5栋建筑组成，一层地下室。场地总用地面积约5万，建筑面积约5.6。A1～A4栋为酒店大堂及客房，A5栋为宴会厅。其中A1栋地下一层，地上六层，首层为会议中心，层高6m，二至六层为客房，层高3.8m，屋顶为坡屋面，总高度达到35.1m，采用部分框支剪力墙结构体系。首层设有部分框支柱，二层以上为剪力墙结构，部分剪力墙直落地下室。

现在A1栋首层3~5轴交N~Y轴处有一个100人阶梯会议室作为大空间使用功能房间，X向方向和Y向方向的柱跨度分别为18.0m和18.1m，而在二层4轴交W轴处，存在一片4.6m长的剪力墙，属大跨度转换结构，如图1所示。下面就针对该大跨度转换结构设计做简要介绍。

图1首层建筑平面图 图2二层建筑平面图

2. 结构方案选型

从建筑使用功能要求方面考虑，甲方要求A1栋首层阶梯会议室需保证为一个完整的空间，即会议室范围内不可以出现柱或剪力墙。这就使得建筑X和Y两个方向在该阶梯会议室处柱的跨度都达到18m左右，而二层相应位置为客房标准间，布置有剪力墙，首层和二层建筑平面图如图1图2所示。在设计当初我们选择了几个结构方案进行计算分析和比较，从中选出一个最优的方案进行下一阶段的设计。

方案一：

采用“托”的方式：首先考虑用最直接最常用的方法，即托梁直接转换。由于首层柱跨度达到18m，且二层剪力墙墙底轴力较大，转换梁截面高度要求较高，经计算转换梁计算高度至少需要2.5m高，截面无法满足建筑净高需求，故不适合采用此结构方案。

图3桁架吊墙简图图4钢骨混凝土拉杆

方案二：

采用“托”和“吊”相结合的方式：考虑到本工程为坡屋面这一结构特点。采用建筑顶部的坡屋面作为三角桁架悬挂剪力墙的方式，加上利用转换梁托墙作用来共同承担4轴交W、Y轴处的剪力墙。按照上述思路运用软件进行分析，计算结果显示，在满足建筑净高要求的情况下，二层转换梁在W轴剪力墙位置的挠度达到100mm，远大于Y轴剪力墙相应位置的挠度5mm，从而造成W、Y轴间框支梁因变形差引起的配筋超筋现象，上部各楼层也存在此情况。除此之外，尚存在转换构件竖向刚度不足等问题。故此结构方案也是不适合采用的。

方案三：

采用“托”、“吊”和“拉”三者结合的方式：为了解决W、Y轴处的两片剪力墙之间梁段两端节点变形不协调和因建筑使用功能要求设置梁高而导致超配筋等问题，我们在方案二的基础上，再在二层及四层位置各设置了一道钢骨混凝土斜拉杆(详见图3)，因这两道拉杆均隐藏在建筑填充墙内，并不影响建筑的使用功能。这样在4轴交W、Y轴处的两片剪力墙就通过转换梁托换，坡屋面三角桁架的悬挂和二、四层钢骨混凝土拉杆(仅在W轴处剪力墙设置)斜拉三者共同作用。经计算结果较为理想，W点的挠度仅30mm左右，W、Y轴间框支梁因变形差引起的配筋达到23600m，未出现超筋现象。故采用此结构方案进行下一阶段的设计。

3. 计算分析

分别采用SATWE和 盈建科 2个不同力学模型的空间结构分析程序计算，对2种程序计算的结果加以判断后用于构件设计。

首先对结构进行整体计算分析：结构的第一扭转与平动周期比、基底剪重比、层间位移角、楼层侧向刚度比、楼层受剪承载力比、刚重比和楼层质量比等均满足《高规》中相应规范要求。

再对桁架吊柱墙、托梁转换处构件及钢骨混凝土拉杆进行重点分析，部分计算结果如表1所示。

表1 构件位移及内力+-

4. 节点设计

下面仅对大跨度处构件节点进行简要介绍。

1). 钢骨混凝土拉杆设计

由于在不设置钢骨混凝土拉杆情况下转换梁中间位置的剪力墙墙底轴力较大，在增设钢骨混凝土拉杆后，拉杆承受的拉力也较大。运用PKPM计算后，结合本工程的特点，钢骨混凝土拉杆中型钢需要焊接，拉杆拉力由焊缝强度控制，需在二、四层设置两道剪力墙钢骨混凝土拉杆。钢骨混凝土拉杆尺寸如图4所示。拉杆一端伸入到梁底，一端伸入到结构柱中，考虑到拉杆与梁柱连接处容易出现受剪破坏，分别在拉杆与梁连接的端部增设钢板，在拉杆与柱连接的端部增设型钢等措施进行构造加强，如图5所示。

图5节点大样图1 图6节点大样图2

2). 剪力墙受拉设计

由表1可知，4轴交W轴处剪力墙在墙底是受压，而在墙顶则为受拉，这符合结构的实际受力体系。查看PKPM计算结果，此片剪力墙在5~6层均为受拉，故在5~6层的剪力墙竖向钢筋需要用机械连接；竖向钢筋需满足拉应力的计算及裂缝的验算要求。

3). 桁架节点受剪

由于桁架跨度达到了26.4m，从减小计算跨度考虑,Y轴交4轴剪力墙直落到首层柱上，并在顶层处加腋。这样W轴处剪力墙上的力部分通过Y轴处的底层柱来承担,同时也减少了桁架的计算跨度近10米。由于桁架各节点处剪力较大，故在桁架节点处进行了加腋处理以满足抗剪要求。如图6所示。

4). 施工注意点

在施工过程中我们还需要注意以下两点：第一，由于桁架吊柱，W轴处剪力墙在5~6层出现拉力的情况，故纵向钢筋的连接需要采用机械连接的方法；第二， 因上部桁架悬挂结构后施工，下部的剪力墙不能通过转换梁独自承担，故其桁架范围及相邻跨自地下室至天面结构的施工支撑，必须能承担此范围全部结构自重及施工荷载，并在结构天面悬挂桁架整体完成后方可拆除。

5. 总结

大跨度结构在商业建筑中比较多见，运用的比较多的是直接转换或预应力结构，混凝土桁架吊墙转换比较少见。本文结合实际工程对混凝土桁架吊墙转换的设计做了简要论述，从增体入手，抓住细节，得出了混凝土桁架吊墙转换从一定程度上了缓解了转换梁受力及变形较大的特点，从而对建筑的使用空间更加有利。

参考文献

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

[3]《混凝土结构设计规范》（GB50011-2010）

[4]《钢结构设计规范》（GB50017-2003）