趙 凱

(深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司,廣東深圳 518000)

近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外高層建筑發(fā)展迅速,上部是住宅、旅館,中部為辦公用房,下部用作商場(chǎng)、餐館等,多功能及綜合性用途的高層建筑己經(jīng)愈來(lái)愈多。樓層建筑功能的改變,往往需要改變豎向結(jié)構(gòu)型式或改變柱網(wǎng)軸線,甚至兩者都改變,這樣,在豎向結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化的樓層就要設(shè)置轉(zhuǎn)換層(transfer floor),轉(zhuǎn)換層也稱為過(guò)渡層,近來(lái)得到了迅速的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于這類復(fù)雜轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)研究還比較少,并且大多還局限在多遇地震作用下彈性范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)分析研究,保證這類復(fù)雜轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下“大震不倒”,必須確定結(jié)構(gòu)合理的塑性分布,所以精心地設(shè)計(jì)和嚴(yán)格地施工就顯得尤為重要了。

1 轉(zhuǎn)換層的類型和功能

按照不同的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換功能,轉(zhuǎn)換層可分為三類。

(1)高層建筑上層與下層的結(jié)構(gòu)形式不同,通過(guò)轉(zhuǎn)換層完成上層至下層的變化,被稱為結(jié)構(gòu)型式的轉(zhuǎn)換。這種功能被廣泛應(yīng)用于框剪結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部框架,給下部樓層創(chuàng)造一個(gè)較大的內(nèi)部空間。例如,廣東河源金蓬美域,地面以上 10棟塔樓,19層,均為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),分別為 1層或 2層轉(zhuǎn)換。

(2)高層建筑上層與下層的結(jié)構(gòu)形式不變,但通過(guò)轉(zhuǎn)換層完成其從上層到下層不同柱網(wǎng)軸線布置的變化,也就是柱網(wǎng)軸線的轉(zhuǎn)換。通過(guò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層,使下層形成大柱網(wǎng),以滿足下層形成較大空間的需要。如佛山國(guó)家高新區(qū)創(chuàng)新中心會(huì)展中心,3層展廳和會(huì)議室需大空間,4層以上部分框架柱落在位于 3層的轉(zhuǎn)換梁,以達(dá)到此目的。

(3)通過(guò)轉(zhuǎn)換層同時(shí)完成高層建筑上層與下層結(jié)構(gòu)形式與柱網(wǎng)軸線布置的變化。結(jié)構(gòu)型式和軸線布置同時(shí)轉(zhuǎn)換。上部樓層剪力墻通過(guò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蚣?同時(shí),下部樓層柱網(wǎng)軸線與上部樓層的軸線錯(cuò)開,形成上、下部結(jié)構(gòu)不對(duì)齊的布置。例如,香港 Haibor Road Development大廈,49層,總高度為 180 m。上層為小柱距框筒結(jié)構(gòu),是通過(guò)預(yù)應(yīng)力混凝土大梁的轉(zhuǎn)換。

2 轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

轉(zhuǎn)換梁的跨度為 8.05～9.0m,截面高度 2.5 m,跨高比3.2～3.6,多跨轉(zhuǎn)換,屬連續(xù)短梁。轉(zhuǎn)換梁截面尺寸一般由剪壓比控制確定 ,其承載力一般也由斜截面受剪承載力控制。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有明確給出短梁的斜截面受剪承載力計(jì)算公式。根據(jù)研究,建議:

(1)轉(zhuǎn)換梁正截面受彎承載力仍按普通梁計(jì)算。

(2)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(duì)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(chǔ)備,斜截面受剪承載力按下式計(jì)算:

式中:λ是計(jì)算剪跨比;ft和 fyv分別是混凝土和箍筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;Asv為配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積;Sv是箍筋的間距;b、h0分別是轉(zhuǎn)換梁截面寬度、有效高度。

(3)轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸應(yīng)滿足下式的要求:

式中:Vmax是轉(zhuǎn)換梁支座截面最大剪力組合設(shè)計(jì)值;γRE是承載力抗震調(diào)整系數(shù);fc是混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。另外,考慮到轉(zhuǎn)換梁在結(jié)構(gòu)中的重要性,在正常使用階段,一般不允許出現(xiàn)斜裂縫,建議在荷載短期效應(yīng)組合下,應(yīng)滿足:

式中:Vs為按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的最大剪力值。轉(zhuǎn)換梁截面尺寸一般較大,沿梁高還應(yīng)配置適量的水平腹筋,一方面可以抑制斜裂縫的開展,抵抗溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力;另一方面也可以提供一定的受剪、受彎承載力,作為構(gòu)件的安全儲(chǔ)備。

3 轉(zhuǎn)換層施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)

模板支撐系統(tǒng)、鋼筋的連接與綁扎、混凝土澆筑及裂縫控制都是轉(zhuǎn)換層施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

(1)因轉(zhuǎn)換梁截而尺寸大,轉(zhuǎn)換層的混凝土與鋼筋自重以及施工荷載非常大,因此如何確定轉(zhuǎn)換層梁板模板的支撐系統(tǒng)是轉(zhuǎn)換層施工的重點(diǎn)之一,必須保證支撐系統(tǒng)的承載力和整體穩(wěn)定性。

(2)轉(zhuǎn)換梁的配筋量大,主筋長(zhǎng),布置密,在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋更是縱橫交錯(cuò)。因此,如何正確地翻樣和下料,保證鋼筋位置和數(shù)量的正確是鋼筋施工的關(guān)鍵。

(3)轉(zhuǎn)換梁的截面較大,梁柱節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)鋼筋縱橫交錯(cuò),鋼筋間距小,混凝土自由下落困難,且易產(chǎn)生溫度及收縮裂縫。因此,如何保證混凝土順利澆筑和防止裂縫的產(chǎn)生是保證混凝土施上質(zhì)量的關(guān)鍵。

4 轉(zhuǎn)換層施工要點(diǎn)

4.1 大體積混凝土和鋼筋密集部位混凝土的澆搗要點(diǎn)

(1)轉(zhuǎn)換層的梁、柱鋼筋分布密集,且為大體積混凝土,對(duì)混凝土的施工要求特別高。為了提高混凝土的流動(dòng)性,便于高密度鋼筋混凝土的澆搗,同時(shí)控制混凝土水泥用量、降低水化熱,采用摻合料,而且最好使用細(xì)石混凝土,并選用細(xì)度模數(shù)在 2.5以上的中砂。嚴(yán)格控制好攪拌時(shí)間,保證混凝土的施工質(zhì)量。

(2)對(duì)于混凝土柱的澆搗,由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)均為大截面梁,其面筋一般應(yīng)錨入柱內(nèi)至梁底以下,所以梁底以下的柱混凝土不能一次性澆搗至梁底,必須分兩次:第一次在梁鋼筋未安裝前澆搗至梁底以下的梁面筋錨入深度的位置;第二次澆搗應(yīng)在梁鋼筋驗(yàn)收完畢且第一次混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 70%以上時(shí)澆搗。所以,第一次澆搗難度較大,必須在梁側(cè)模板和柱頭模板安裝前進(jìn)行。澆搗方法從柱頭四角側(cè)面鋼筋較疏的位置下料和振搗,以保證混凝土的澆搗質(zhì)量,確?；炷恋拿軐?shí)。

(3)對(duì)于大截面梁的澆搗,應(yīng)考慮到梁、柱頭位置的鋼筋特別密集、混凝土澆搗難度較大、澆搗速度慢等情況。若梁板同時(shí)澆搗可能導(dǎo)致混凝土施工的時(shí)間超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間,而且梁下部的混凝土澆搗質(zhì)量難以保證。高大截面梁的混凝土也應(yīng)分兩次澆搗才能保證施工質(zhì)量。

4.2 模板工程施工要點(diǎn)

(1)梁、板的模板安裝,為保證大截面梁模板的剛度和強(qiáng)度符合要求,梁下支撐的門式架間距必須按實(shí)際受力情況進(jìn)行計(jì)算后確定,并采用 48鋼管作水平拉桿及剪力撐此外,梁底的承重木枋必須采用經(jīng)過(guò)挑選的完好木枋。截面較高的梁,側(cè)模安裝應(yīng)在梁中部加螺栓,其間距及排距必須經(jīng)計(jì)算確定,再用 48鋼管作側(cè)模的水平杠,做法與剪力墻基本相同。這樣才能保證大截面梁的模板安裝質(zhì)量。

(2)樓板的模板安裝也采用門式架支撐,用 48鋼管作水平拉桿,并與梁的水平拉桿連接,使整層的模板形成牢固的整體,保證模板的穩(wěn)定性。

(3)梁模板支撐的變形控制。由于大跨度梁模板支撐受力后可能會(huì)產(chǎn)生壓縮變形,而造成混凝土結(jié)構(gòu)變形,為保證梁截面尺寸準(zhǔn)確,在梁底模安裝時(shí),必須嚴(yán)格按施工規(guī)范起拱。

4.3 鋼筋工程施工要點(diǎn)

(1)鋼筋抽料應(yīng)嚴(yán)格按施工圖及規(guī)范的要求計(jì)算。柱梁節(jié)點(diǎn)處鋼筋密集、交錯(cuò)的部位必須先給出鋼筋布置圖后再嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)置。鋼筋下料前必須嚴(yán)格對(duì)鋼筋抽料表進(jìn)行復(fù)核。

(2)超密集部位的鋼筋施工,應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)先放樣后進(jìn)行安裝,做到合理安排鋼筋就位次序。為保證保護(hù)層厚度,采用堅(jiān)硬的花崗巖石板碎塊作墊塊,間距 1.0 m,統(tǒng)一墊在箍筋下,且在梁骨架就位前放置。

(3)由于轉(zhuǎn)換層的梁截面一般較大,鋼筋特別密集,鋼筋自重很大,所以梁鋼筋安裝必須在梁底模板安裝后進(jìn)行,梁的側(cè)模應(yīng)在鋼筋安裝完畢并經(jīng)驗(yàn)收合格后才安裝。

5 結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)要承受上面各層的全部荷載,因此施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制好施工質(zhì)量。有切實(shí)的質(zhì)量保證措施,精心施工,才能避免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

[1]唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002

[2]朱伯龍.結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)[M].北京:地震出版社,1989

[3]姚振綱,劉祖華.建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2000