摘要：本文結(jié)合湖南省某高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層項目實際，介紹了該轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及施工技術(shù)，具有一定的參考價值。
　　關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計；施工方法
　　1工程概況
　　湖南某高層建筑地下1層，地上22層總建筑面積為26020m20。1~4層為商業(yè)用房，1層層高5.10m,2~4層層高4.10m，采用框架-筒體結(jié)構(gòu)。5~22層為住宅，層高3.20m，采用剪
　　力墻-筒體結(jié)構(gòu)。這樣就需要在第4層與第5層之間設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層同時兼作設(shè)備層。部分轉(zhuǎn)換粱的斷面分別為:800mm×1800mm、1000mm×1800mm、600mm×2000mm.、1000mm×2000mm，最大跨度為9m，連續(xù)跨長為34m(五跨)，混凝土強(qiáng)度設(shè)計等級為C40。
　　2轉(zhuǎn)換層構(gòu)件的設(shè)計
　　2.1結(jié)構(gòu)整體分析
　　采用TBSA510進(jìn)行。轉(zhuǎn)換梁本身是桿件，可直接按梁單元參加到結(jié)構(gòu)整體分析中，梁的軸線定在轉(zhuǎn)換層上層樓板處。為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層設(shè)計中應(yīng)考慮使
　　上、下層剛度比γ≤2，盡量接近1。
　　（1）
　　
　　式中G.i、Gi+1——第i、i+1層混凝土剪變模量；
　　A.i.Ai+1——第i、i+1層折算抗剪截面面積；
　　AW——在所計算的方向上剪力墻的全部有效截面面積:
　　Ac——全部柱的截面面積:
　　hi、hi+1——第i、i+1層的層高。
　　按此，轉(zhuǎn)換層下層柱子截面尺寸取1100mm×1100mm，主要剪力墻厚500mm、450
　　mm,混凝土強(qiáng)度等級C45；轉(zhuǎn)換層上層四周剪力墻厚350mm，內(nèi)剪力墻厚250mm,混凝土強(qiáng)度等級C45。按式（2)計算得兩主軸x、y方向的y值分別為1.73和1.51。計算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)前三個自振周期為:x方向，1.537s,0.449s,0.224s;y方向，1.717s,0.51Ss,0.275s;層間最大側(cè)移和頂點位移均滿足“高層規(guī)程JGJ3-91”的要求。
　　2.2轉(zhuǎn)換梁設(shè)計
　　轉(zhuǎn)換梁承托上部剪力墻，受力很大，是保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件。轉(zhuǎn)換梁跨度
　　8.05~9.0m，截面高度2.5m，跨高比3.22~3.6，屬連續(xù)短梁。我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范
　　GBJ10-89沒有明確給出其承載力計算方法，為此，進(jìn)行了兩跨連續(xù)短梁的試驗研究。
　　
　　圖1實驗梁截面尺寸及配筋
　　(l.)主要試驗結(jié)果
　　試驗梁是轉(zhuǎn)換梁的!/5縮尺模型。，截面尺寸及配筋如圖2所示試驗研究結(jié)果表明:
　　①正截面平均應(yīng)變基本符合平截面假定。
　　②斜裂縫首先在加載點至中支座的內(nèi)剪跨區(qū)段的梁腹中部出現(xiàn)，屬腹剪斜裂縫，并最終發(fā)展為臨界斜裂縫。
　　③根據(jù)底部縱筋和頂部縱筋沿梁長方向的應(yīng)變分布。可見，縱筋沿梁長方向的應(yīng)變分布，在斜裂縫出現(xiàn)前，與彎矩圖是一致的;在斜裂縫出現(xiàn)后，則與彎矩圖存在較大差別，說明梁內(nèi)產(chǎn)生了較大的應(yīng)力重分布;至梁接近破壞時，底部縱筋沿梁長全部處于受拉狀態(tài)，頂部縱筋在內(nèi)剪跨內(nèi)也基本處于受拉狀態(tài)。
　　④試驗梁破壞時，內(nèi)剪跨區(qū)段內(nèi)，穿越臨界斜裂縫的箍筋受拉屈服，剪壓區(qū)混凝土壓疏;加載點至邊支座的外剪跨區(qū)段內(nèi)，穿越斜裂縫的箍筋應(yīng)變約為屈服應(yīng)變的53%,剪壓區(qū)混凝土沒有壓疏。
　　⑤試驗梁破壞時，穿越臨界斜裂縫的水平腹筋的拉應(yīng)變約為屈服應(yīng)變的50%，可見，水平腹筋沒有充分發(fā)揮其強(qiáng)度。
　　⑥試驗梁的最大相對撓度f/I=3.42/1800=1/526，說明轉(zhuǎn)換梁有足夠的抗彎剛度。
　　(2)承載力計算
　　根據(jù)試驗結(jié)果川，建議轉(zhuǎn)換梁正截面受彎承載力仍按普通梁計算。
　　根據(jù)試驗結(jié)果(4)、結(jié)果(5)，轉(zhuǎn)換梁斜截面受剪承載力主要由混凝土和箍筋承擔(dān)，水平腹筋對斜截面受剪承載力有一定貢獻(xiàn)，約占11%。因此，可不考慮水平腹筋的作用，將其作為安全儲備。建議斜截面受剪承載力按式((3)計算:
　　（2）
　　式中：——計算剪跨比;
　　f1——混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值;
　　fyv——箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值;
　　Asv——配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積;
　　s——箍筋的間距;
　　b——轉(zhuǎn)換梁截面寬度。
　　日。—轉(zhuǎn)換梁截面有效高度
　　(3)有關(guān)構(gòu)造要求
　　根據(jù)試驗結(jié)果(3)，為確保轉(zhuǎn)換梁在斜裂縫出現(xiàn)后，縱筋能起拉桿作用，形成析架受力體系，底部縱筋不宜在跨內(nèi)彎起或截斷，而應(yīng)全部伸入支座內(nèi)，并有可靠錨固;頂部縱筋在跨中附近不宜過早截斷，最好通長布置。轉(zhuǎn)換梁截面尺寸較大，沿梁高應(yīng)配置一定數(shù)量的水平腹筋。水平腹筋可以提供一定的受彎、受剪承載力，同時，對抑制裂縫的開展，減小溫度和混凝土收縮的影響都有一定作用。轉(zhuǎn)換梁截面尺寸一般由剪壓比控制。根據(jù)試驗結(jié)果(2)，并參照薄腹梁和深梁的截面尺寸限制條件，建議轉(zhuǎn)換梁截面尺寸應(yīng)滿足式川的要求。此外，轉(zhuǎn)換梁在結(jié)構(gòu)中是非常重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵之一，在正常使用狀態(tài)，一般不允許出現(xiàn)斜裂縫，截面尺寸還應(yīng)滿足：
　　Vs≤0.5Hkbh(4)
　　式中Vs為不考慮地震作用的轉(zhuǎn)換梁支座截面剪力短期效應(yīng)組合值。
　　3施工技術(shù)
　　3.1施工方案的選擇
　　轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)混凝土施工有一次澆筑和二飲澆筑兩種方案。一次澆筑的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)整體性好，鋼筋安裝質(zhì)量易保證，施工速度快;缺點是支模難度大，支撐材料用量大。二次澆筑的優(yōu)點是澆筑第二層混凝土?xí)r的自重可充分利用第一層已達(dá)到一定強(qiáng)度的混凝土承擔(dān)，支撐用量少;缺點是對結(jié)構(gòu)的整體性有一定影響，分層面處理較困難，施工速度慢。經(jīng)過計算，轉(zhuǎn)換層大梁施工時最大垂直荷載為70.KN/m2，各棟轉(zhuǎn)換層以下的樓板及地下室頂板不能滿足支承轉(zhuǎn)換層大梁的最大施工荷載，必須把轉(zhuǎn)換層荷載有效地傳到地下室底板方能確保施工安全，因此，選用一次性澆筑轉(zhuǎn)換層的施工方案，垂直荷載采取有效措施傳至地下室底板。
　　3.2模板工程
　　轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工的支模方法與所采用的澆筑方案及具體的施工條件有關(guān)。一般常采用的支撐體系有::l)鋼管排架支撐;2)鋼銜架支撐;3)增設(shè)鋼或混凝土臨時支柱，配合鋼管排架或鋼析架支撐。由于轉(zhuǎn)換梁截面大，樓層較高，施工過程中的支撐穩(wěn)定最為關(guān)鍵，經(jīng)過對鋼管排架支撐與鋼析架兩種支撐方案的綜合分析、對比，鋼排架支撐無論從工期還是從費用上均明顯優(yōu)于鋼衍架支撐，故最終選用鋼排架支撐方案。經(jīng)過對轉(zhuǎn)換梁及其支撐系統(tǒng)的初步計算，如圖3所示，撐體系采用Φ48×3.5鋼管，立桿間距為500×500(根據(jù)用作主龍骨的方木計算跨度確定，主龍骨跨度為500mm)，每隔1500mm設(shè)置一道水平拉桿，上下道水平拉桿距立桿端部不大于200mm，在立桿上設(shè)可調(diào)式頂托。主龍骨為兩根50×100方木并排擱于頂托上，間距500mm，次龍骨為方木50×100@200mm,單根堅放。梁側(cè)模側(cè)模上、下口壓條500×100，豎楞50×100，間距250mm:用Φ48×3.5鋼管及Φ14對拉螺桿拉緊，對拉螺桿間距為500×500。轉(zhuǎn)換層模板采用1830×915×18膠合板，大梁底板及兩側(cè)模板為雙層膠合板之間夾一層塑料薄膜，以便對混凝土進(jìn)行保溫、保濕的養(yǎng)護(hù)。為確保轉(zhuǎn)換層大梁的施工荷載能有效地傳遞至地下室底板，轉(zhuǎn)換層下方的樓板模板采用與轉(zhuǎn)換層同樣的支撐體系，并彈線使上下層立桿位置相對應(yīng)。
　　
　　圖2鋼管支撐架示意
　　3.3鋼筋工程
　　由于轉(zhuǎn)換大梁鋼筋配置量大，質(zhì)量要求較高，鋼筋的原材質(zhì)量和主筋連接是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。
　　(1)鋼筋加工
　　如鋼筋的連接采用搭接連接，梁柱交叉的核心區(qū)鋼筋交叉很密，混凝土無法下落，因此對于Φ22以下鋼筋連接采用對焊連接，對于Φ22及其以上的鋼筋采用直螺紋套筒連接。
　　①鋼筋端加工螺紋前，不得有彎曲現(xiàn)象，且端面要求平整。
　　②切斷鋼筋應(yīng)用砂輪鋸片，不允許用氣割或沖剪。
　　③直螺紋加工，應(yīng)在專業(yè)用機(jī)床上進(jìn)行，應(yīng)采用水溶性切割冷卻液，不允許用油類冷卻液或無冷卻液加工。
　　④鋼筋錐螺紋加工以后，應(yīng)逐個用環(huán)規(guī)檢驗合格，不允許有爛牙現(xiàn)象，螺紋牙形表面要求光潔。
　　⑤經(jīng)檢驗合格后的鋼筋直螺紋，立即旋上塑料保護(hù)套或與之匹配的連接套，連接套的另一端仍應(yīng)安裝塑料保護(hù)蓋，并妥善堆放。
　　(2)現(xiàn)場安裝
　　①鋼筋連接時，應(yīng)檢查鋼筋和連接套規(guī)格是否一致。
　　②外觀檢查鋼筋和連接套錐螺紋是否完好，如發(fā)現(xiàn)螺紋面有雜物，應(yīng)予以清理。
　　③鋼筋連接套若埋人混凝土內(nèi)，應(yīng)按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)定另行加電焊固定，且必須埋設(shè)牢固，其中心偏差，按有關(guān)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范和設(shè)計圖執(zhí)行，不得有偏斜現(xiàn)象。
　　④鋼筋錐螺紋連接時，應(yīng)使用專用扭力扳手，將其擰緊到規(guī)定的扭矩值。
　　⑤參加鋼筋錐螺紋連接的施工人員，包括技術(shù)管理、質(zhì)檢、操作工人均須參加技術(shù)培訓(xùn)，獲合格證書后方可上崗。
　　轉(zhuǎn)換梁的鋼筋均在地面加工成形，為防止在吊裝的過程中造成鋼筋彎曲等變形，用塔吊并配以特制的衍架吊至施工樓層。轉(zhuǎn)換大梁鋼筋綁扎時采用腳手鋼管作臨時支撐，分層擺放完畢后，穿箍筋、落位、綁扎成型，鋼筋綁扎順序為:搭設(shè)支撐排架→鋪鋼筋→套梁箍筋綁扎就位→穿拉筋綁扎。主次梁交叉處的鋼筋縱橫交錯，極易上下錯位。為此，在鋼筋吊裝前，應(yīng)對加工成形的鋼筋逐一編號，按編號的順序吊裝、鋪放。這樣綁扎成形后的轉(zhuǎn)換梁很規(guī)范。梁底筋分層采用Φ32墊塊@2000層層設(shè)置，梁底及側(cè)面保護(hù)層采用25鋼筋墊塊控制。
　　(3)注意事項
　　①梁柱主筋接頭均采用錐螺紋連接，梁主筋盡量通長配置，接頭的鋼筋截面面積不應(yīng)超過全部鋼筋截面面積的25%，并考慮避免位于上部墻體開洞部位下。
　　②由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，設(shè)計要求較高，因此在施工中對一些梁柱節(jié)點構(gòu)造措施的要求較嚴(yán)格。
　　③由于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的抗裂度要求較高，梁柱鋼筋盡量不以大直徑鋼筋代換小直徑鋼筋。
　　3.4混凝土工程
　　(1)充分做好混凝土澆筑前的準(zhǔn)備工作。澆筑前首先要完成模板體系、腳手架支撐體系驗收，其次要了解施工階段的天氣情況是否允許連續(xù)澆筑，現(xiàn)場施工機(jī)械的工作狀態(tài)是否可以滿足連續(xù)澆筑的要求，施工備用機(jī)械是否按要求到位，輸送泵的數(shù)量一定要滿足整體轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)混凝土的連續(xù)施工確定。
　　(2)按照預(yù)先確定好的施工順序，合理組織有序施工。為了避免接茬時間過長，導(dǎo)致冷縫的出現(xiàn)，混凝土的施工沿縱向按斜面分層循序推進(jìn)法進(jìn)行施工，斜面分層厚度不超過500mm,混凝土的振搗必須考慮振動棒的作用半徑。由于轉(zhuǎn)換梁的鋼筋較密，轉(zhuǎn)換粱混凝土的振搗采用30振動棒進(jìn)行振搗。每個插入點的振搗時間控制在10~30s，以混凝土開始泛漿不冒氣泡為準(zhǔn)，振搗時振點要布置均勻，間距不大于40cm，快插慢拔。對大梁交叉點及上部鋼筋插筋的鋼筋較密集的地方，要著重加強(qiáng)振搗。
　　(3)混凝士的收面采用“一平、二壓、一光、一拉毛”的施工工藝，加強(qiáng)混凝土收面的二次抹壓，并及時用塑料薄膜覆蓋加以覆蓋養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制混凝土表面裂縫。
　　3.5裂縫的控制
　　為防止混凝土沉降而產(chǎn)生的塑性裂縫，在梁柱相交的核心區(qū)混凝土澆筑完畢約1~1.5h后并應(yīng)在初凝前，用直徑為33mm的振動棒二次振搗，振動棒插入梁下500mm為宜。經(jīng)過熱工計算，在混凝土澆筑完畢12h以內(nèi)，在轉(zhuǎn)換梁上先覆蓋一層塑料薄膜，再用lcm厚的麻袋覆蓋整個樓面，即可使混凝土中心最高溫度與表面溫度之差控制在22℃以內(nèi)，能夠有效的防止溫差裂縫的產(chǎn)生。
　　4總結(jié)
　　本文討論的只是高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工方法之一，對高層建筑轉(zhuǎn)換層受力特性還有許多需要研究的地方，在對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)結(jié)合工程實際情況選擇合適的方法。該樓轉(zhuǎn)換層通過采用以上方法施工，不但降低了施工難度，節(jié)省了施工成本，而且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。開始施工至上部結(jié)構(gòu)全部施工完成時，混凝土表面沒有發(fā)現(xiàn)任何裂紋經(jīng)檢測混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，主體結(jié)構(gòu)一次性獲優(yōu)良。
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