高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)設計探討

梁志波

湖南化工設計院有限公司 湖南 長沙 410000

前言

高層建筑，作為地區(qū)進行現(xiàn)代化經(jīng)濟建設水平的重要體現(xiàn)，其建設使用的安全可靠性直接決定了工程項目建設使用可持續(xù)性與耐久性。然而，在對高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層與抗震結(jié)構(gòu)進行設計控制時，因受建設環(huán)境與規(guī)范標準的限制，增加了設計科學合理性的控制難度。為此，工程建設者應從實踐角度出發(fā)，即在明確厚板轉(zhuǎn)換層與抗震結(jié)構(gòu)的設計構(gòu)造控制要點的情況下，提升工程項目建設使用的質(zhì)量效果。如此，高層建筑工程建設的復雜性就會得到有效控制，進而促進所處地區(qū)建筑行業(yè)進行現(xiàn)代化經(jīng)濟建設的快速穩(wěn)定發(fā)展，最終滿足建筑用戶的可持續(xù)需求。

1 工程概況

湖南地區(qū)某高層建筑工程項目的總建筑面積約9萬m2，總高度約150m。其中一棟32層的寫字樓，設計建設為帶轉(zhuǎn)換層的底部大空間框支剪力墻結(jié)構(gòu)，具有構(gòu)造復雜且抗震設計難度大的特點。這里的設計控制難度在于，地處Ⅱ類施工場地土，即中軟場地土，抗震防烈度設計為6度。為在保證高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層及抗震設計在滿足基本功能需求的情況下，降低建設工作開展難度，應根據(jù)工程項目的實際情況著手對設計要點及構(gòu)造進行分析控制。相關人員應將其作為重點科研對象，以實現(xiàn)建筑行業(yè)高層化發(fā)展的安全可靠性目標[1]。

2 高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層的設計與構(gòu)造控制

對于轉(zhuǎn)換板厚度的設計與構(gòu)造控制，均應嚴格按照相關管理部門制定的規(guī)范要求進行，即采用SLAB計算方法、簡化計算模型以及手算復核等，來將板厚控制在2.0m，是最大柱距的1/3.6。此外，為增加結(jié)構(gòu)板的抗裂能力，除了應在板的混凝土內(nèi)部摻入10%的水泥用量膨脹劑外，還應在中部設置上下兩層直徑為14@260的雙向鋼筋網(wǎng)片。為增強板邊緣的抗扭能力，應在暗梁兩側(cè)設置直徑為14@260的腰筋。如此，就可防止板的端頭出現(xiàn)豎向與水平的劈裂病害。

由于本高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層為大體積混凝土構(gòu)件，因此，荷載的集度較大能夠有效避免溫度裂縫的發(fā)生。具體的建設共采用了以下措施方法，來實現(xiàn)此目標。在材料方面，設計采用低強度與低水化熱的水泥，并通過嚴格控制水泥用量，來保證結(jié)構(gòu)作用的安全可靠性。此外，除了要在混凝土中摻入定量的減水劑外，還應摻入一定量的粉煤灰，以優(yōu)化混凝土的可泵性能。為提高結(jié)構(gòu)作用的抗裂效果，還應摻入10%水泥用量的UEA微膨脹劑。

對于板的中部應設置多處測溫點，并用微機進行自動化控制，即通過自動記錄溫度變化情況，以動態(tài)掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的作用溫度。如此，就可在明確內(nèi)外溫度差的情況下，使采取的保溫建設起到應有的作用。具體而言，為使混凝土內(nèi)部厚板的內(nèi)外溫差達到設計要求的小于25℃目標，應將板底模設計為兩層竹膠板夾與一層塑料薄膜，并通過地毯與塑料薄膜的覆蓋來實現(xiàn)薄膜層板下空間的封閉目標，進而減少冷空氣對流所帶來的負面影響。值得注意的是，構(gòu)造設計控制人員應還應在板的中部位置埋設兩層直徑為50mm，間距為1.5m的循環(huán)冷卻水，以降低鋼管的溫度。同時，還應通過定期的養(yǎng)護與測溫結(jié)果，來控制結(jié)構(gòu)鋼管的作用溫度[2]。

3 高層建筑工程中抗震結(jié)構(gòu)的設計要點及構(gòu)造

為保證本高層建筑工程主體結(jié)構(gòu)能夠沿著豎向剛度以均勻狀態(tài)存在，繼而使轉(zhuǎn)換層的上下層剛度較為接近，應按照相關管理部門制定的規(guī)范標準進行抗震設計，即將轉(zhuǎn)換層上下的抗側(cè)移剛度比小2，并采用必要的措施方法來避免結(jié)構(gòu)剛度突變?yōu)楸∪鯇印＿@里的措施方法有三：其一，中筒剪力墻的厚度，應設置為轉(zhuǎn)換層以下400mm；轉(zhuǎn)換層以上的設備層應為300mm厚；而五層以上的厚度應為240mm，即以逐漸減薄的設計來規(guī)避剛度發(fā)生突變[3]。

其二，工程轉(zhuǎn)換層以上的設備層層高應增至3.4m，轉(zhuǎn)換層以下的層高應減少至3.6m。此外，轉(zhuǎn)換層以上，應采用C40混凝土；轉(zhuǎn)換層以下，應采用C50混凝土。

其三，為使工程建筑上部住宅剪力墻的強度與層間位移滿足規(guī)范標準要求，應盡可能減少住宅剪力墻的數(shù)量，即將厚度減薄240mm或是200mm。對于開口較大的施工洞口環(huán)境，轉(zhuǎn)換層以上剪力墻連梁應盡可能減少高度，且轉(zhuǎn)換層以下的剪力墻厚度增加，以達到上部剛度減少與下部剛度增加的目的[4]。

此外，為使結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑺降貙恿鬟f至剪力墻，設計人員應將應力集中于樓層，即通過加厚樓板進行實現(xiàn)。由于框支柱的總剪力大于0.25Qo，因此，為強化框支柱的延性應將軸壓比控制在0.65，且配筋率控制在1.7%左右。與此同時，還應對柱箍筋進行全長加密，并在框支柱的內(nèi)部增加芯筋，以實現(xiàn)柱縱向鋼筋的機械連接目標。如圖1所示，為縱向鋼筋的布置示意圖。

對于工程框支層剪力墻的軸壓比，應控制在0.4以下，且將配筋率和剪力墻結(jié)構(gòu)的暗柱配筋率分別控制在0.6%與1.5%。如此，其結(jié)構(gòu)體積的配箍率就可控制在1-2%之間，進而提高剪力墻結(jié)構(gòu)的延性。由于轉(zhuǎn)換層上部與轉(zhuǎn)換層樓層墻體相近，一旦轉(zhuǎn)換層部位的剛度發(fā)生突變，樓層墻體也會受到剪力作用。為達到設計延性目標，相關人員應對轉(zhuǎn)換層以上的三層剪力墻與暗柱進行配筋的強化處理。

電算的設計，因轉(zhuǎn)換層上下兩層層高未按照高層建筑工程的剖面圖尺寸進行輸入，因此，厚板的板厚應以均勻狀態(tài)分于相鄰兩層的層高。由此，與梁式轉(zhuǎn)換層相比，厚板轉(zhuǎn)換層的層高變化就較為均勻，且豎向剛度的變化也呈均勻效果[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑工程中的厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)設計，應結(jié)合工程項目的建設目標，如，建筑抗震結(jié)構(gòu)強度與剛度設計要求，通過調(diào)整墻的厚度及配筋，來保證結(jié)構(gòu)作用的延性效果。由于本高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層為大體積混凝土構(gòu)件，因此，荷載的集度較大能夠有效避免溫度裂縫的發(fā)生，設計采用低強度與低水化熱的水泥，并通過嚴格控制水泥用量，來保證結(jié)構(gòu)作用的安全可靠性。故而，研究人員應將上述分析內(nèi)容與科研成果更多地作用于實踐，以服務于現(xiàn)代化經(jīng)濟建設的全面發(fā)展進程。