某商住樓大尺寸轉換梁結構受力分析研究

常坦祥，常東明

（安徽建筑大學土木工程學院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

近年來人們對住房功用要求越來越高，從規則多層建筑逐漸發展為復雜高層建筑[1-3]。復雜高層建筑雖能滿足建筑功用的需求，但也給結構設計者帶來挑戰。針對本項目為商業住宅房典型代表，首層為商場空間廣，柱網墻體少；上部為住宅開間小，柱網墻體多等“反常規設計”特征。為了實現這種結構布置，須在兩種不同結構變化部位即首層樓面設置梁式結構轉換層[4-6]。

梁式結構轉換層隸屬復雜結構類型，承載著上部剪力墻傳遞豎向荷載及下部柱、墻網反作用力[7-9]。具有上下剛度各異、質量不均勻、傳力途徑不直接和轉換部位應力復雜等缺點[10]。因此，必須對其結構受力性能進行分析，以控制轉換構件的裂縫、增加轉換構件的耐久性、改善結構的受力性能，為結構優化設計提供技術支持。

1 工程概況

本工程項目為某市高層商業住房，樓層總高度達79m，地上24層，地下2層。其中，地下層為停車場，首層為商場，2～24層為住宅。地下室及首層為現澆混凝土框架結構，二層及以上為剪力墻結構。轉換層位于首層層面，混凝土強度等級為C60。轉換梁斷面尺寸多樣，本文針對有代表性1200mm×2000mm轉換梁（有剪力墻）進行結構受力分析。

2 理論計算

基于混凝土結構設計規范推薦的計算方法：強度等級為C60的混凝土：fc=27.5N/mm2，ft=2.04N/mm2，α1=0.98； HRB335鋼筋：fy=fy'300N/mm2。

因此ζb=0.530。 h0=h-as=2000-70=1930mm

工程中認為鋼混結構中，鋼筋拉應力達到屈服點且混凝土亦同時達到抗壓極限強度作為理想受力狀態，使得兩種材料性能被充分利用，即可認為受拉鋼筋與受壓混凝土破壞同時發生。因而可以認為轉換梁跨中彎矩值和支座負彎矩值相近，則正應力σ值大小亦相同。由于正應力σ在截面上的分布為線性分布，又鋼筋的保護層厚度與梁高相比較小，可以忽略保護層厚度對應力分布的影響，利用F=σ·A去求鋼筋的最大受力。

單根鋼筋的受力為：F=σ·A=20.27×804.2=16.30kN

3 工程實測分析

工程選擇振弦式鋼筋計監測轉換層結構施工過程中的應力變化（如圖2）。通過頻率儀和選點箱將鋼筋計采集到的頻率傳輸到電腦中。監測人員時刻關注轉換梁鋼筋的綁扎進度，及時將鋼筋計焊接到指點的監測點上，并對其進行編號記錄，然后將數據線引至數據采集點。

3.1 混凝土澆筑過程中監測數據分析

3.2 轉換梁內部監測點鋼筋內力值數據分析

①混凝土初凝一段時間后開始產生強度且較小，同時因混凝土保護作用鋼筋受力也較小，這段期間受力形式為拉、壓并存。之后混凝土逐漸硬化有強度，再加上多種施工荷載作用，鋼筋所受應力值也慢慢加大。

②根據混凝土澆筑過程的監測數據分析，轉換梁跨中底部被監測鋼筋在混凝土澆筑13h后受力開始明顯增加，最大拉應力達到12.00kN；梁端上部被監測鋼筋在澆筑20h后受力性質由壓變拉，最大拉應力達到15.50kN。符合有剪力墻轉換梁受力機理分析的。大約第10d開始，梁跨中底部鋼筋與梁端上部鋼筋受力變化較小，并趨近一個平穩的合理范圍內。

③經理論計算值和工程監測值對比得出（如表1、表2），梁端上部和跨中底部鋼筋的理論值均大于工程實測值，滿足結構安全需要。梁端鋼筋①與②的應力較大且有些許相差，表明轉換梁受上部剪力墻偏心作用影響產生較大的偏心受力，因此轉換梁存在扭矩作用不可忽視；梁側鋼筋⑥與梁側鋼筋⑤差值較大，這說明轉換梁由于受到復雜的彎扭剪切作用其受拉區底部應力較大，其截面應力沿截面高度的分布梯度要比普通框架梁的大。

4 結論

①基于《規范》推薦的鋼混結構理論計算方法，認為大尺寸轉換梁結構配筋過程采用普通梁配筋方法可行性高。

轉換梁筋鋼筋內力值對比 表1

轉換梁筋監測點鋼筋內力實測值 表2

②大尺寸轉換梁（有剪力墻）結構應考慮偏心所產生的扭矩，未來可對空間結構進行有限元計算分析，并據此采取合理可靠的構造措施，如增設次梁、配置抗扭鋼筋等。

③偏心所產生的扭矩甚至有可能導致該轉換梁的剪、扭矩作用截面的剪壓比遠大于限值，使梁受剪破壞，存在安全隱患。此時，轉換梁尺寸較大，受扭鋼筋配置時可按“下密上疏”原則配筋，以適應轉換梁的受力特點進而充分保證其安全性。

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