高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计

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摘 要：本文主要根据某工程,首先介绍了预应力混凝土板式转换层的优势,其次分析其具体的设计方案,最后探讨了预应力厚板转化层构造措施以及配筋,仅此提供借鉴.

关 键 词：高层建筑；预应力；转换层结构；设计

中图分类号：TU355文献标识码：A

本工程中因为预应力混凝土板式转换层结构的应用,不仅方便了计算分析,还是提高了该结构的性能,但是在使用的过程中,需要注意配筋选择,尤其是一些比较薄弱的环节,配筋的选择至关重要,除此之外,还要注意选择好设计计算方法,合适的计算方法可以节省计算时间,进而缩短高层建筑设计周期.

一、工程概况

该小区D7-07,08高层商住楼1层地下室,裙房为5层,塔楼为30层,建筑总面积3.7万,转换上、下楼层的结构布置.转换层位于第五层,上部承托25层.转换层的种类有多种,其中以梁式和析架式应用最为广泛,理论也较成熟,然而当出现本工程上、下部结构柱网、轴线双向交错时,普通片式转换结构不能很好满足要求,厚板转换则是一种较好的选择,它能实现结构的三维转换,转换层的上、下柱网可以灵活布置.

二、预应力混凝土板式转换层在高层建筑中应用优势

高层建筑目前是应用施工建设最广泛的建筑类型,这类建筑类型对抗震性以及其他方面要求都比较高,作为高层建筑中应用比较广泛的转换层结构,在实际施工过程中为了更加凸显其优势,经常与其他建筑技术融合起来,其中预应力技术就是其中,预应力混凝土板式转换结构与传统的转换层结构相比,特点更加突出.转换层结构本身就属于受力大、跨度大的结构,与预应力技术融合之后,突出转换层的优势,而避免转换层劣势带来的不良影响.其主要的优势可以总结如下：

首先,提高转换层结构的抗裂性,因为转换层结构的跨度比较大,设计方案如果出现不合理的地方,非常容易出现裂缝,进而影响整个高层建筑的质量,而在转换层中加入预应力技术,转换层结构的抗裂度得到了有效的提高；其次,转换层结构的抗冲切能力得到了有效的提高,所以施工更加方便,不必注意有关冲切的问题；最后,混凝土浇筑质量得以保证,进而提高了整个转换层的抗震性,这主要是因为预应力的运用能够使混凝土板中会的内力得到均匀的分布,并且能够有效的控制混凝土的收缩拉力,尤其是大体积的混凝土,所以有效的控制了混凝土裂缝现象的出现.

本工程因为利用了预应力混凝土板式转换层技术与最初的设计方案相比,板厚厚度变小,钢筋用量减少了将近一半,不仅节约了设计成本,还提高了设计质量,效果非常突出.

三、高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计

根据本工程的特点设计人员最终采用预应力厚板转换层的结构,在进行施工之前,进行了大量的实验,实验发现在使用预应力厚板转换层时,需要注意厚板角部以及板边,因为厚板的与薄板相比,其内应力明显不足,与此同时,在使用施工时要注意上下两部分结构都要保持相近的刚度系数,因为本工程中有些层间位移角度已经低于千分之一,当位移发生变化时,要注意下部结构,因为此时下部结构就出现严重的塑性变形.实际需要注意的问题该有很多,上述是最重要的两点.

在本工程中建筑之间的柱距最大达到8m,通常情况下厚板厚度主要取决于柱间距,达到其1/5-1/3即可,在设计时因为涉及到混凝土抗冲切能力,所以本工程厚板厚度取柱间距的1/4,也就是2m.设计方案既要考虑到整体转换层的预应力结构,还要注意局部应力.根据工程的具体特点,设计方法如下：

第一,计算出预应力混凝土板式转换层结构参数,比如是程式,通过计算分析,薄弱层应该设置在转换层的下面比较合适.在计算实体厚板时,可以利用等效交叉梁系方法进行计算.等效交叉梁单侧宽度主要取决于支承距离,通常情况下都是两个支承距离一半,但是需要注意的是其宽度要小于板厚6倍左右.因为本工程转换层的上部是十户型,这种户型最大的特点就是分户墙比较多,针对这种情况,需要注意设置暗梁,尤其是在下部柱子,暗梁的宽度根据本工程的需要取1.5m即可,要保证梁高以及厚板厚度一致.在这个工程使用的计算软件是TBSA4.2版,之后有进行了验算,两次计算的结果相同,也就是说上述的设计参数都比较合理,可以采用.

第二,还要计算出厚板的具体荷载,使用的软件依然是TBSA4.2,需要计算出组合内力,还需要输入支座的各项参数,按照实际的柱、墙输入即可.

第三,对厚板护局部进行计算分析,主要使用的方法主要是实体三维单元的方法,这种方法的计算精度比较高,而且计算时间相对来说也比较短,这种方法主要的形式就是直角网格,在绘制网格时,要注意长、宽、高量级相同,如果有些单元尺寸比较相近,需要对其进行模式划分,有些单元属于有限元,在对其进行分析时,需要将厚板平均分层四个层区,这样更方便计算.划分单元时,需要对单元中的很多要素进行精心处理,比如柱边以及剪力墙边等.而之所以要对其进行精心处理,主要是避免应力过度集中在某一个部位,而引起单元形体改变.经过大量的计算发现,转换层结构容易出现裂缝的区域主要集中在两个部位,一个是支承柱边缘,另一个是板顶,因此在施工时要格外注意这两个部位.

四、预应力厚板转换层构造措施与配筋

在考虑竖向构件布置时,应尽量使转换层上下刚度接近,在进行抗震设计时,刚度比不应大于2,故实际工程中尽量将上部剪力墙贯通下来,并在主体四角设剪力墙,形成下部较大的整体刚度和抗扭刚度.又经分析计算结果可知,水平刚度突变处结构位移最大,自然是应力集中区,也就是结构的薄弱环节,必须加强构造措施,提高其延性.整体分析中,一是通过结构平面布置来减小结构沿竖向刚度变化的不均匀度,二是通过调整构件截面尺寸来调整上下层剪切刚度.

结语

综上所述,可知预应力混凝土板式转换层结构设计应用在高层建筑中十分必要.在具体设计时要注意很多问题,比如既要对整体结构进行计算分析,还要顾及到具体的某一部位,计算结果要进行验算,只有不同的计算软件进行验算,两者之间的结果相同才能继续设计.