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1、建筑过程中转换层结构的优化设计 摘要:建筑物某一层因其上、下部分平面使用功能的不同,而导致结构类型的不同,这种相异的结构类型必须通过该楼层进行结构的转换,而该楼层则被称为结构转换层。怎样在一建筑物内部选择合适、简单的转换形式,既满足了建筑功能的要求、又进一步加固了房屋的结构,真正做到建筑物所要求的安全与美观的目的。 关键词:建筑;转换层;结构优化 一、概述 随着我国高层建筑的设计和施工技术的不断提高、我国土地资源的日趋紧缺,以及国家大力提倡可持续发展战略,高层建筑已经由过去大部分为单一功能的建筑,如高层住宅、高层办
2、公楼等,向功能多样、体型复杂、具有综合用途的方向发展,如集吃、住、休闲、购物、办公、停车于一体的高层公寓等。这种功能紧凑布置集中的高层建筑,不但可以达到建筑面积的较高利用率,从而达到减少建筑面积、节约土地费用、增加城市绿地的目的;而且有利于节约建设投资、降低能源消耗,符合国家可持续发展的战略。 由于现代高层建筑发展的方向为多功能、多用途,在同一竖轴上,通常上部楼层布置住宅、旅馆,中部楼层作办公用房,下部楼层作商店、餐馆和文化娱乐设施。不同用途的楼层,需要的开间大小不同,采用的的结构形式自然不同。建筑要求上部轴线布置开间小
3、、墙体相对较密;中部办公用房要中等大小或较小的室内空间;下部公用部分,则希望有尽可能大的自由灵活空间,柱网要大(最好无柱子),纵横墙尽量少。这种要求与结构的合理、自然布置正好相反,因为结构下部楼层受力很大,即正常应当下部刚度大、墙体多、柱网密,到上部逐渐减少。为了满足建筑功能的要求,结构必须以与常规方式相反进行布置:上部小空间,布置刚度大的剪力墙;下部大空间,布置刚度小的框架柱。为此,必须在结构转换的楼层设置转换层。 建筑物某层的上部与下部因平面使用功能不同,该楼层上部与下部采用不同结构类型,并通过该楼层进行结构转换,则
4、该楼层称为结构转换层。带转换层结构由于是传力不直接、受力复杂的不规则结构,地震作用下会造成结构的软弱层和薄弱层,于抗震不利。但为了满足建筑物有大的空间、满足建筑体型的变化、满足整个建筑的功能多元化,带转换层的结构越来越多应用在现代高层结构设计中。 二、工程案例 1、工程概况 某建筑工程总建筑面积33380而,主体建筑25层,地下一层,总高度为95.4m。一至三层为办公区(相对标高14.46m),为框架结构;四至二十五层为住宅区(相对标高16.86m),为框架剪力墙结构,转换层位于三、四层之间,转换层层高为2.4m。转
5、换层梁截面尺寸为1.1x3.6m.梁顶相对标高为13.26m,跨度为9.9m,连续长度59.4m(最长的一根梁),在第三层与转换层楼盖连成一体,混凝土强度设计等级为C40。该建筑梁式转换层施工的主要关键点和难点为模板支撑加固、钢筋的连接与绑扎以及混凝土浇注及裂缝控制,而这也是目前大型建筑梁式转换层施工中研究的热点。 2、施工方案的选择 梁式转换层结构混凝土施毛有一次浇筑和二次浇筑两种方案。一次浇筑的优点是结构整体性好,钢筋安装质量易保证,施工速度快;缺点是支模难度大,支撑材料用量大。本工程模板的支撑系统需将近每延米10
6、6KN的荷载安全地传递至地下室底板面,需配置大量的周转材料,其租借费用过大,施工难度也较大。 二次浇筑的优点是浇筑第二层混凝土时的自重可充分利用第一层已达到一定强度的混凝土及其支撑系统共同承担,这样模板的支撑系统只需考虑第一次浇筑混凝土的荷载,因而可减少大量周转材料,降低施工成本;缺点是对结构整体性有一定影响,分层面处理较困难,施工速度慢。经过各方协商,本工程选用二次浇筑转换层施工方案,垂直荷载采取有效措施传至地下室底板。 3、转换层施工方案的优化 转换层梁分二次浇筑,其水平施工缝设置在3层楼盖面(相对标高14.46
7、m)处,即第一次浇筑混凝土+1.2m厚,第二次浇筑混凝土+2.4m厚。 (1)摸板支摊体系的优化选择 转换层结构施工的支模方法与所采用的浇筑方案及具体的施工条件有关。一般常采用的支撑体系有:钢管排架支撑;钢析架支撑;增设钢或混凝土临时支柱。 配合钢管排架或钢析架支撑:由于转换梁截面大,楼层较高,施工过程中的支撑稳定最为关键,经过对钢管排架支撑与钢析架两种支撑方案的综合分析、对比,钢排架支撑无论从工期还是从费用上均明显优于钢析架支撑,故最终选用钢排架支撑方案。 (2)钢筋现场安装的优化方案 第一、钢筋连接时,应检查
8、钢筋和连接套规格是否一致。 第二、外观检查钢筋和连接套锥螺纹是否完好,如发现螺纹面有杂物,应 予以清理。 第三、钢筋连接套若埋人混凝土内,应按钢筋混凝土结构施工规定另行 加电焊固定,且必须埋设牢固,其中心偏差,按有关钢筋混凝土结构施工规范 和设计图执行,不得有偏斜现象。 第四、钢筋锥螺纹连接
