某超长大底盘转换层结构设计

某超长大底盘转换层结构设计

李国宝李晓凤

中建科技有限公司深圳分公司广东深圳518000

摘要：某商住综合体建筑转换层设置在多塔大底盘楼层，整个大底盘屋面不设伸缩缝，转换层混凝土体积大且整个平面尺寸远超过伸缩缝规范间距，混凝土收缩及温度应力对转换梁的影响不可忽略，本文通过计算分析及加强构造措施，探索该复杂结构的设计思路。

关键词：框支剪力墙；多塔结构；超长结构；温度应力

引言：

随着社会进步，人们对城市中心的商业建筑功能要求更加灵活、完美的活动空间，大空间无缝结构越来越多。结构师不但需要掌握转换层结构、多塔大底盘的抗震设计，还需要结合处理超长混凝土结构、大体积混凝土结构带来的混凝土收缩及温度应力产生的附加作用[1]，笔者结合具体工程谈下该类复杂结构的设计体会，以供参考。

一、工程概况

本工程总面积约314457m2，地上33层，最大高度为99.7m，设置3层地下室，地上4层为集中商业裙房，共7个住宅塔楼。根据建筑要求，商业裙房不设伸缩缝，东西向长度为97.6m，南北向为189.2m，上部塔楼为剪力墙结构，需在裙房屋面（5F）出进行转换，形成底部大空间结构。建筑效果图如图一所示。

图一建筑效果图

二、转换层结构抗震设计及温度应力分析

1.结构布置

本工程属于多塔大底盘框支剪力墙结构，裙房屋面（5F）转换层结构布置平面图详图二所示。以5#楼作为典型塔楼进行研究，标准层结构布置图、转换层结构布置平面图、转换层墙柱布置图详图三~图五所示。

图二五层转换层结构布置平面图

图三5#楼标准层结构布置平面图

图四5#楼五层转换层结构布置平面图

图五5#楼五层转换层墙柱布置平面图

转换层塔楼内梁板混凝土强度等级为C55，裙房其它部位为C30，转换梁最大截面为900X2000，楼板厚度为180mm，落地剪力墙布置在塔楼的四个边角及核心筒部位。抗震设防类别为6度，设计地震分组为第二组。本工程带有转换层、竖向体型收进等复杂高层结构，且转换层结构超长、结构刚度大、混凝土标号高、单位建筑面积混凝土体积大，混凝土收缩及温度变化产生的应力不可忽略，需要对受力复杂部位进行应力分析[3]。

2.温度应力计算参数取值

计算软件采用PMSAP，裙房及塔楼采用整体模型计算，根据地勘提供的水文气象条件，基本气象特征为：极端最高气温为30度，极端最低气温为-3度。楼层两方向每隔30~40米左右设置伸缩后浇带，且后浇带在塔楼结构施工到设定进度时合拢。在后浇带合拢前，结构裙房分成若干个单体自由收缩，可不考虑非荷载作用的影响。只考虑后浇带合拢后混凝土收缩引起的楼板应力，同时假定后浇带合拢时间取为三个月后，即90天，且控制后浇带封带时温度为5度左右。混凝土的极限收缩应变计算参考王铁梦的《工程结构裂缝控制》一书中的相关计算方法，该方法原理先是确定某种标准状态下混凝土的最大收缩，任何其它状态下的最大收缩用各种不同的系数加以修正，计算公式如下：

结构本工程具体情况，

混凝土收缩可折算成当量温降进行分析。

混凝土收缩应变的形成和发展与混凝土龄期密切相关，它可表征为：

式中：─混凝土极限收缩应变；

─龄期t（d）混凝土收缩应变。

混凝土极限收缩应变；后浇带有合拢时间取为3个月后，即90天；则混凝土前90天龄期收缩应变：

结构整体收缩应变扣除前180天收缩量后为：

混凝土温差自由应变为：

式中：，为混凝土线膨胀系数。

由收缩引起的混凝土当量温降为：

因此对其进行温度应力分析，计算软件为PMSAP，楼面升温温差取30-5=25摄氏度，降温温差取-5-3-14=-22摄氏度，计算时去-25摄氏度；

PMSAP中的参数取值：混凝土构件温度效应折减系数为0.3，温度综合组合系数为0.81，混凝土弹性模量折减系数为0.85，计算时全楼设置弹性膜[2]。

3.计算结果分析

升温与减温工况下梁轴力、墙柱轴力结果如图六~图九所示，楼板温度内力详图十所示。

图六5#楼五层转换层升温工况下梁轴力平面图

图七5#楼五层转换层降温工况下梁轴力平面图

图八5#楼五层转换层升温工况下柱轴力平面图

图九5#楼五层转换层降温工况下柱轴力平面图

图十5#楼五层转换层楼板温度应力等值线图

转换梁的轴力（y向）统计表（KN）

转换柱的轴力统计表（KN）

落地剪力墙的轴力统计表（KN）

由计算结果可以看出，转换梁及框支柱的温度应力比普通尺寸的梁柱都大得多，框支梁的温度应力大约为恒荷载工况下产生的轴力的83%，框支柱的温度应力大约为恒荷载工况下产生的轴力的10%，落地剪力墙的温度应力大约为恒荷载工况下产生的轴力的46%，楼板的温度应力集中在长度方向的中部及洞口角部及落地剪力墙位置，塔楼范围内应力比其它部位应力大。

三、针对温度效应采取的措施

根据数据分析，温度应力与平面尺寸有关，横向尺寸比纵向尺寸小很多，温度应力也小很多；塔楼转换梁尺寸大，温度应力也大；落地剪力墙刚度大，温度效应也大。框支梁属于拉弯构件，温度应力可产生拉应力，对构件受力非常不利。结合转换层的特点，对本工程采用了以下调整措施：

1）调整上部结构刚度。上部剪力结构的刚度不宜过大，刚满足规范要求即可，控制底部落地剪力墙数量，但要满足转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比规范要求。整个结构刚度越小，温度应力也越小。

2）调整标准层剪力墙布置，剪力墙尽量调整到框支主梁的位置，避免设置框支次梁的二次转换，可以减低框支梁的截面尺寸，减少混凝土用量，如图十一所示。

3）提高梁、板的构造配筋率，部分板钢筋全长拉通，梁腰筋均设为抗扭筋，且部分梁纵筋及腰筋要全长拉通设置。

4）梁板混凝土材料及养护措施

①采用低水化热的普硅水泥，掺Ⅰ级粉煤灰，掺量不超过30%；

②骨料（砂和石）的含泥量＜1%；

③加减水剂，降低水灰比，不超过0.5；

④砼浇筑前塌落度控制在12±2cm；

⑤振捣采用分区定人振捣方式，每浇筑时配备3~4台振捣棒，并每一振捣棒配2人，并且及时排除泌水；

○6混凝土表面压光后，及时覆盖塑料薄膜，然后在覆盖草袋进行保温、保湿养护，养护时间不少于14d；

5）设置施工后浇带；

6）控制施工后浇带的封闭时间、合拢温度；

本工程主体已完工3年，裙房部分混凝土未发现收缩裂缝，验证了该措施能满足超长混凝土结构的正常使用极限状态要求。

图十一5#楼转换层及标准层剪力墙调整示意图

四、结束语

由于带转换层的多塔超长大底盘结构刚度大，混凝土收缩变形及温度变化对结构的影响极大，设计时需要根据抗震、抗风及温度应力的作用采取适宜的结构选型，并通过内力分析计算，采取合理的加强措施满足建筑正常使用的极限状态，从而达到提高建筑品质的要求。

参考文献：

[1]彭波[1]，蔡宏儒[2]，刘成清[2].超长结构温度应力分析方法与控制措施[J].江苏建筑，2012（1）：53-55.

[2]张帆，张延年.混凝土超长结构温度应力分析——以沈阳某商业项目为例[J].建筑设计管理，2016（10）.

[3]宋玉楚，张守峰，尤天直.某超长大底盘结构温度应力分析与预应力设计[C]//第十七届全国混凝土及预应力混凝土学术会议暨第十三届预应力学术交流会.