胡 懿 （深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

本工程地上8層，地下2層。地上1、2層層高為 6.00m，3～8層層高均為4.20m，結(jié)構(gòu)主體高度為37.40m。

本工程抗震設(shè)防烈度為7度，基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。建筑場地類別為Ⅱ類，抗震有利地段。由安評(píng)報(bào)告及皖震安評(píng)文件確定本工程場地特征周期為0.38s，水平地震影響系數(shù)最大值：多遇地震為0.085，中震為0.23。50年一遇的基本風(fēng)壓為0.35kN/㎡，地面粗糙度為B類，50年一遇的基本雪壓為0.60kN/㎡。

2 鋼斜撐

由于本工程一、二兩層層高遠(yuǎn)大于其上部樓層，且在三、四層設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)換桁架，造成樓層間剛度突變非常明顯，形成了軟弱層?？紤]到建筑的一、二兩層主要功能為餐廳、機(jī)房和消防控制室等，經(jīng)過與建筑協(xié)商，在1、2層的樓梯間、消防控制室外墻面以及機(jī)房的外墻面等對(duì)建筑影響較小處設(shè)置穿層的交叉型鋼斜撐，建筑在鋼支撐處增設(shè)的防火門位置也結(jié)合了支撐的立面以使門洞避開鋼構(gòu)件，此舉解決了結(jié)構(gòu)軟弱層的問題。鋼斜撐截面：H600X350X24X24，Q235。

3 轉(zhuǎn)換桁架

圖1 1～2層斜撐布置圖

因本工程南側(cè)一層為入口大臺(tái)階，不允許豎向構(gòu)件落地，從三層起，該區(qū)域?yàn)檗k公室，一直到屋面層均有樓蓋。所以設(shè)計(jì)將3～4層間設(shè)置了整層的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架，完成對(duì)上部5層結(jié)構(gòu)（3跨×8.2m）的局部轉(zhuǎn)換。其中轉(zhuǎn)換桁架的上弦桿為型鋼混凝土梁，混凝土梁截面尺寸為700×1000，其鋼骨截面尺寸為H600×400×30×36；下弦桿及腹桿均為H型鋼，下弦桿截面尺寸為 H900×500×30×40，斜腹桿1截面尺寸為H600×400×30×30，斜腹桿3截面尺寸為H400×400×30×30，豎桿截面尺寸為 H400×400×20×24。鋼號(hào)均為Q345。

圖2 轉(zhuǎn)換桁架示意圖

圖3 轉(zhuǎn)換桁立面大樣圖

4 轉(zhuǎn)換桁架下弦區(qū)域樓蓋選擇

因轉(zhuǎn)換桁架底部距地下室頂板在12～16m之間，若將轉(zhuǎn)換桁架下弦區(qū)域樓蓋設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋會(huì)給施工支模帶來很大困難，同時(shí)也會(huì)大幅增加該區(qū)域頂板的施工荷載，若處理不當(dāng)可能會(huì)引起該區(qū)域頂板開裂?？紤]到上述不利因素，設(shè)計(jì)將與轉(zhuǎn)換桁架下弦桿相連接區(qū)域（8.2m·8.2m·3跨）的樓板按180厚壓型鋼板組合樓蓋設(shè)計(jì)，其主次梁均采用型鋼梁通預(yù)埋鋼板與混凝土主梁進(jìn)行焊接連接。如此一來方便了現(xiàn)場進(jìn)行吊裝、拼接工作，更是避免了此區(qū)域的高支模作業(yè)。主鋼梁GL-1截面：H600X300X24X30，次鋼梁截面GL-2:H500X250X16X20。壓型鋼板選型及組合樓蓋配筋如圖4所示。

圖4 壓型鋼板及組合樓蓋詳圖

5 結(jié)構(gòu)分析

①抗震等級(jí)：本工程整體抗震等級(jí)取為二級(jí)，其中鋼支撐部位框架以及轉(zhuǎn)換桁架和轉(zhuǎn)換柱的抗震等級(jí)均提高一級(jí)，按一級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

②鋼支撐：設(shè)計(jì)設(shè)置的鋼支撐旨在增加樓層抗側(cè)剛度，并不希望其與混凝土框架結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)豎向荷載，因此鋼支撐可以隨樓層施工進(jìn)行安裝定位，但必須在主體結(jié)構(gòu)完工、各層荷載加載完畢后方可擰緊安裝螺栓。因此在設(shè)計(jì)過程中須單獨(dú)指定鋼支撐的施工次序?yàn)樽詈笠坏拦ば颉?/p>

由于出現(xiàn)了混凝土框架柱和鋼支撐兩種形式的抗側(cè)力構(gòu)件，設(shè)計(jì)對(duì)砼框架部分所承擔(dān)的地震作用按兩種模型（框架結(jié)構(gòu)及框架-支撐結(jié)構(gòu)）分別計(jì)算，并取包絡(luò)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，見表1。

③轉(zhuǎn)換桁架：考慮到施工單位吊裝能力，整層的轉(zhuǎn)換桁架很大可能會(huì)作為整體進(jìn)行起吊安裝，故其荷載加載次序在設(shè)計(jì)中也需要單獨(dú)指定。考慮轉(zhuǎn)換桁架的重要性，設(shè)計(jì)中按未考慮和考慮桁架平面外相連樓板約束的貢獻(xiàn)兩種情況，對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算與分析。

④補(bǔ)充的分析及驗(yàn)算：除了上述的常規(guī)計(jì)算，設(shè)計(jì)還補(bǔ)充了轉(zhuǎn)換桁架在豎向地震作用下的驗(yàn)算、時(shí)程分析、中震彈性和中震不屈服的驗(yàn)算以及與桁架相連樓板的應(yīng)力分析，因?yàn)榭紤]到本工程的鋼結(jié)構(gòu)-混凝土結(jié)構(gòu)共同工作，在地震計(jì)算的參數(shù)中還分別按鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的綜合阻尼比進(jìn)行計(jì)算，并按材料區(qū)分阻尼比再計(jì)算的結(jié)果取包絡(luò)，又因《抗規(guī)》附錄G中要求的“鋼支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)”阻尼比不應(yīng)＞0.045，設(shè)計(jì)最后又以0.045的綜合阻尼比進(jìn)行再驗(yàn)算，最后進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

兩種結(jié)構(gòu)模型計(jì)算指標(biāo)對(duì)比 表1

各工況下桁架桿件軸力/kN 表2

雖然本工程結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，但是通過在各類工況下的驗(yàn)算和包絡(luò)設(shè)計(jì)，可以認(rèn)為本工程的設(shè)計(jì)還是具備了一定的安全儲(chǔ)備。

6 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

圖5 反應(yīng)譜比較圖

圖6 時(shí)程分析結(jié)果

由于存在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土兩種材料，設(shè)計(jì)過程中必須考慮它們的連接問題：①鋼支撐與混凝土構(gòu)件連接——在與其相連的混凝土構(gòu)件中設(shè)置型鋼鋼骨；②轉(zhuǎn)換桁架與轉(zhuǎn)換柱的連接——在轉(zhuǎn)換柱中設(shè)置型鋼鋼骨；③轉(zhuǎn)換桁架上弦鋼梁與上部樓層混凝土柱的連接——在4～5層間的柱內(nèi)設(shè)置型鋼鋼骨；④下弦鋼梁與混凝土樓蓋連接——設(shè)置壓型鋼板組合樓蓋。

正因?yàn)檫B接的需要設(shè)計(jì)了大量的型鋼混凝土構(gòu)件，在設(shè)計(jì)中還必須充分考慮型鋼梁、柱內(nèi)鋼筋的穿筋以及錨固問題。①梁兩側(cè)的縱向受力鋼筋應(yīng)盡量繞開型鋼進(jìn)行錨固，所以梁筋宜盡量選取大直徑鋼筋，以減少鋼筋數(shù)量。②為避免型鋼柱中的腹板開孔過于密集，可以設(shè)置斜向拉筋以避開鋼骨。③梁的中部鋼筋可焊接在型鋼柱上的鋼牛腿上，焊接長度雙面焊接10d（d為焊接梁縱筋直徑），同時(shí)還需要考慮到鋼牛腿的伸出長度對(duì)柱縱筋的影響。④鋼支撐與柱連接夾角為34.3°，該節(jié)點(diǎn)區(qū)域在地震作用下非常容易受到破壞，所以也不適宜在鋼支撐的腹板上開孔讓箍筋筋穿過，設(shè)計(jì)通過與在型鋼支撐上增設(shè)加勁板，將箍筋與其進(jìn)行焊接。所有型鋼需要根據(jù)鋼筋的定位大樣進(jìn)行開孔，并且要求開孔工作必須在工廠完成，不得在現(xiàn)場臨時(shí)擴(kuò)孔。

7 結(jié)語

轉(zhuǎn)換桁架相比傳統(tǒng)的實(shí)腹式轉(zhuǎn)換構(gòu)件具有自重輕、剛度小、美觀實(shí)用的特點(diǎn)。隨著公共建筑人們對(duì)多樣的空間需求越來越多，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)形式也會(huì)越來越頻繁地進(jìn)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的視野。沒有經(jīng)驗(yàn)的施工單位在進(jìn)行型鋼混凝土構(gòu)件施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的現(xiàn)場問題，節(jié)點(diǎn)處理不善還會(huì)留下很大的安全隱患。本工程正是在設(shè)計(jì)中充分考慮了吊裝、安裝、穿筋定位等施工的難點(diǎn)，補(bǔ)充了大量的節(jié)點(diǎn)和相關(guān)穿筋定位圖紙，保持與施工單位的密切聯(lián)系，才使得整個(gè)項(xiàng)目在施工過程中并未出現(xiàn)棘手的現(xiàn)場問題，整個(gè)工程質(zhì)量也得到了保障。當(dāng)前徽行C區(qū)已經(jīng)通過驗(yàn)收并投入使用，各分項(xiàng)評(píng)定及感觀質(zhì)量均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目所取得的經(jīng)驗(yàn)可供其他項(xiàng)目參考。

圖7 梁、柱連接及穿筋大樣圖

圖8 上弦節(jié)點(diǎn)連接及穿筋大樣圖

圖9 鋼筋位置圖

圖10 現(xiàn)場照片