关于型钢混凝土框支转换层设计探析

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1、关于型钢混凝土框支转换层设计探析　　摘要：本文综述了型钢混凝土转换结构的设计计算要点，分析了钢筋混凝土转换梁与型钢混凝土转换梁的区别，提出了适用的型钢混凝土主梁转换与钢筋混凝土次梁转换相结合的主次梁转换方案及型钢混凝土梁的承载能力。关键词：钢筋混凝土转换梁；型钢混凝土梁；结构设计；中图分类号：TU318文献标识码：A0前言某综合楼是集商业、宾馆和办公于一体的现代化综合性高层建筑。设有地下室一层，地上主体结构27层(裙房6层)，突出屋面的塔楼2层，地面以上建筑总高度108.7m。1～6层为商业用房，采用钢筋混凝土框架一核心筒结构，6层以上为宾馆及酒店式公寓，采用剪力墙一核心

2、筒结构。为实现这种底部大开间与上部剪力墙之间的转换，在主楼7层设置结构转换层。结构主体采用钢筋混凝土框架结构，部分构件采用型钢混凝土组合结构。1确定结构方案根据建筑物的功能需要，该工程底部大空间部分的柱子和上部框支剪力墙的位置应严格执行建筑方案要求，不能随便调整，由此导致了上部框支剪力墙轴线与底部框支框架轴线错开较多。初步方案拟采用厚板转换层，这样可以解决众多轴线错开的问题。但厚板转换的传力途径不清楚，受力也十分复杂，同时为满足抗剪和抗冲切的要求，初步计算板厚需要2.2～2.85m左右。但本工程转换层设置在地面以上32.4m处，大体积混凝土在高空施工难度大，而且厚板的巨大

3、重量势必会增大下部竖向构件的强度设计要求，此外由于厚板的重量集中在结构中部，使得结构整体振动性能复杂，厚板转换层刚度远大于下层刚度，容易产生应力集中，地震反应强烈，对抗震十分不利。因此，厚板转换层对本工程并不适用。于是考虑采用梁式转换层，这种方式传力途径清晰，并且转换梁受力性能好，施工也比较方便。采用梁式转换时，应使转换梁直接承托上部剪力墙，尽量减少转换次数，避免主次梁的复杂转换形式。由于本工程上部剪力墙形式各异，底部的柱网间距较大且位置不能移动，主次梁转换形式在所难免。本文认为，为解决该建筑平面、立面的多样化给结构设计带来的难题，应该突破原有的经验和传统的结构概念，经过

4、合理的概念设计、依托规范规程及借助已有电算手段，对主次梁转换形式进行详细分析。2转换梁截面尺寸的确定由于框支梁一般按剪压比控制，为初步确定转换梁尺寸，按下式进行计算：Vb≤0.15fcbh／γRE(1)式中为转换构件混凝土抗压强度设计值；b、h分别为转换构件截面宽度和高度；V(0.6～0.8)V0，V0为框支梁按简支状态计算的所有重力荷载作用下支座截面剪力设计值。现拟定框支梁混凝土强度等级为C50，跨度8.4m，γRE=0.85，并根据实际平面布置情况，取截面宽度b=5800mm，按式(1)计算后，梁尺寸为800mm×2500mm(b×h)。实际电算结果是，当梁尺寸为80

5、0mm×2800mm时仍有部分框支梁抗剪不足，而根据建筑实际要求，转换梁控制高度为2m。若采用钢骨混凝土梁，根据规范规定：型钢混凝土梁截面尺寸可按下式进行计算：Vb≤0.36fcbh/γRE(2)由(1)(2)式比较可知，在其他条件不变的情况下，若采用型钢混凝土梁，理论上可使截面高度约降低70％，同时自重的减少可使Vb也减少，进而进一步降低梁高。综上所述，经多次试算后，最终采用型钢混凝土转换主梁与钢筋混凝土转换次梁相结合的主次梁转换方案。3型钢混凝土转换梁分析转换梁为结构的关键部位，而型钢混凝土转换主梁在承托自身上部剪力墙的同时还承托转换次梁及次梁上的剪力墙。为提高其承载

6、力，必将增大转换梁的刚度，但过大的转换梁刚度将导致转换层上下刚度比相差悬殊，对整体抗震性能反而不利。因此，在确保型钢混凝土转换梁承载力情况下，需要对转换梁截面尺寸进行优化。经过多次试算，型钢采用三种截面。考虑所采用的分析程序在计算型钢混凝土梁时可能出现偏差，为确保安全，需要对转换梁的承载力进行复核。5根据程序计算结果，提取每种型钢混凝土梁截面对应的最大内力，并根据《钢骨混凝土结构设计规程》进行计算，经多次计算并分析、修改程序的配筋，使得每根转换梁承载力均大于程序的分析内力。同时，由于该规程采用叠加方法，即未考虑型钢与混凝土共同工作，故本次采用的型钢混凝土梁是偏于安全的。4

7、整体结构设计除计算结果满足规范要求以外，为了进一步保证结构安全，还采取了以下措施：(1)由于商场使用功能限制，落地剪力墙数量明显偏少，核心筒位于y向上方，使该结构平面也不规则，地震作用下容易形成较大扭转。因此，为减少扭转，经多次验证，在轴y向增加落地剪力墙，并且在弧形梁中间柱的两边布置贯通整楼的剪力墙，这样虽然损失了部分建筑功能。但把扭转效应降低到规范规定范围内，扭转周期也由第一周期降低到第三周期，抗震性能大为提高。(2)由于核心筒侧向刚度较大，在布置框支剪力墙时，外围剪力墙向长度适当加长，内部剪力墙由于建筑需要，只能适当将y