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1、 建筑过程中转换层结构的优化设计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、高层办公楼等,向功能多样、体型复杂、具有综合用途的方向发
2、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、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)
3、,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,
4、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
5、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 106KN 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
6、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 14.46m)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
7、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、钢筋锥螺纹连接时,应使用专用扭力扳手,将其拧紧到规定扭矩值。 该楼转换层通过采用以上方法施工,降低了施工难度,节省了施工成本,取得了可观的经济效益。开始施工至上部结构全部施工完成时,混凝土表面没有
8、发现任何裂纹,经检测,混凝土强度满足设计要求,主体结构优良。 三、转换层结构优化设计心得 本工程经过优化设计后,综合经济效益非常显著,可为后续类似工程的设计提供如下有益的启示: (1)作为工程建设的管理方,建设单位不是一味地强调设计周期,而是综合协调、合理安排工程建设各方的时间要求,为设计单位的优化设计提供充足的时间保证,并取得了显著的经济效益; (2)作为设计单位,不是以单纯追求经济效益为目的,而是本着对国家负责、对业主负责的态度,精益求精,在强调设计定性概念的同时,充分发挥计算机和计算软件的优势进行定量分析,多方案比较最终取得设计的最优解,使建筑真正做到安全、适用、美观; (3)在项目设计
9、过程中,建筑专业居于主导地位,但结构专业不能完全盲从,而应积极参与建筑设计的全过程,献计献策,优化方案,一个完美的设计必然是相关各专业相互配合的结果; (4)优化设计要树立一个整体的观念,以追求整个系统的协调、效率和效益为目的,建筑造价的降低并不能以牺牲结构安全度为代价,相反结构安全是优化设计的首要考虑; (5)优化设计是建筑设计的新趋势,它对从业工程师的业务水平和职业素养都提出了更高的要求,设计单位应有意识的加强员工的业务培训和职业道德教育,在激烈的市场经济中立于不败之地。 结语: 复杂高层建筑结构体系,必须认真作好设计工作,分析总体结构特点和结构难点,作出总体结构布置,建立较为简洁、可靠且
10、符合实际的结构计算模型。重要部位和关键构件,应进行必要的局部分析,并采用相应的处理措施。如转换梁与上部主体共同工作,采用有限元法分析转换梁及上部墙体的应力、内力,作为设计转换梁和上部墙体配筋构造的依据。 参考文献: 1 王建中.浅析混凝土温度裂缝的产生与防治J.山西建筑,2007(2). 2 张维斌.钢筋混凝土带转换层结构设计疑释及工程实例M.北京:中国建筑工业出版社,2008. 3 JGJ3- 91,钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程S.北京:中国建筑工业出版社,2002. 4 王永德.高层建筑结构转换层施工技术的应用J.山西建筑,2010(2). 5 易凡.高层建筑转换层结构施工技术问题的分析J.四川建筑,2009(6). 6 徐民焉.高层建筑转换层结构的优化设计J.安徽建筑,2010(16).
