轉(zhuǎn)換層支撐系統(tǒng)的選型及其安全性分析

1、 轉(zhuǎn)換層支撐系統(tǒng)的選型及其安全性分析 隨著我國(guó)建筑業(yè)的進(jìn)展，在多功能的高層建筑中轉(zhuǎn)換層的施工越來(lái)越普遍。由于轉(zhuǎn)換層往往自重很大，支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算有它的特別性，設(shè)計(jì)計(jì)算不周則可能導(dǎo)致支撐系統(tǒng)坍塌事故，造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失，所以，轉(zhuǎn)換層支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是施工平安技術(shù)管理中掌握的重點(diǎn)。 本文以筆者參加施工管理的深圳蛇口四海華庭工程轉(zhuǎn)換層支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工為例。闡述轉(zhuǎn)換層砼澆筑方案的選用，并依據(jù)砼澆筑方案進(jìn)行支撐系統(tǒng)的選型，分析其內(nèi)力和變形，以保證施工平安。 深圳蛇口四海華庭工程總建筑面積23429m2。地下2層，地上21層，其中裙樓四層，為大軸網(wǎng)框筒結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)層17層，為小軸網(wǎng)剪力墻結(jié)構(gòu)。地上

2、第5層為轉(zhuǎn)換層，面積1830m2，砼1921m3，鋼筋506t轉(zhuǎn)換層標(biāo)高17.8m，主框架梁截面20001200mm，最大梁截面20001400mm，板厚200mm，采納C45泵送砼。 1 轉(zhuǎn)換層砼澆筑方案的選用 1.1 一次性澆筑成型方案 轉(zhuǎn)換層砼可一次澆筑成型，也可依據(jù)疊合梁的原理分兩次澆筑。如采納一次澆筑成型的方法，荷載（包括鋼筋砼自重、模板及支撐、施工人員及設(shè)備、振搗砼的荷載等）經(jīng)計(jì)算為31.7kN/m2，依據(jù)設(shè)計(jì)部門供應(yīng)的樓面承載力，轉(zhuǎn)換層以下5層樓面的總承載力為23kN/m2，因此，必需利用地基承載力，從地下室底板開(kāi)頭，層層搭設(shè)滿堂紅支撐至轉(zhuǎn)換層。如采納483.5鋼管，約需用立桿1

3、1000根，加上水平桿剪刀撐，約需用鋼管340t。 1.2 分兩次澆筑成型方案 依據(jù)本工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工期和物資條件，為節(jié)省鋼管等周轉(zhuǎn)材料，打算轉(zhuǎn)換層采納兩次澆筑方案。第一次澆筑下半梁，澆筑高度800mm，經(jīng)計(jì)算荷載為8.9kN/m2。依據(jù)設(shè)計(jì)部門供應(yīng)的樓面承載力量，裙樓34層的樓面總承載力量為9.2kN/m2，因此只須布置2層滿堂紅鋼管支撐，為節(jié)約鋼管用量，支撐的間距逐層按扣除各樓層的承載力量的方法削減。上述滿堂紅支撐，約需用鋼管立桿4000根，加上水平桿的剪刀撐，約需用鋼管120t。比一次性澆筑少用鋼管220t。 2 支撐系統(tǒng)內(nèi)力和變形計(jì)算 2.1 下半梁受力分析 第一次砼澆筑后，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)

4、計(jì)強(qiáng)度80%以上，開(kāi)頭進(jìn)行上半梁及樓板的砼澆筑。此時(shí)下半梁擔(dān)當(dāng)?shù)暮奢d為q=64.4kN/m，轉(zhuǎn)換層樓板新澆砼及其它施工荷載qp=8.5kN/m2，則通過(guò)滿堂紅支撐傳遞到四層和三層樓板（再由次梁傳遞到這兩層主梁上），經(jīng)計(jì)算，上半梁荷載將下半梁承載力的15%25%，在整體大梁形成后，可視為承載力已發(fā)揮了15%25%，而且下半梁鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變是永久性的、不行恢復(fù)的，降低了結(jié)構(gòu)的牢靠度。 2.2 其次次澆筑砼的支撐系統(tǒng) 為削減下半梁鋼筋的永久性變形，通過(guò)在次梁支座處設(shè)置45483.5鋼管的方法，將荷載逐層傳遞至于地下室底板，由各層大梁和鋼管共同擔(dān)當(dāng)轉(zhuǎn)換層的荷載。受力模型如圖1。 圖1 支撐系統(tǒng)計(jì)算圖

5、2.3 支撐系統(tǒng)的荷載 轉(zhuǎn)換層上半梁均布荷載為q，以在支撐點(diǎn)產(chǎn)生的豎向變形相等為條件，換算為等效集中力F7，F(xiàn)7的計(jì)算如圖2所示，（b）、（c）、（d）、三種狀況下梁的剛度Kbi分別為48（EI/l3）i、243（EI/4l3）i、162（EI/5l3）i。（a）圖中的1=5ql4/384EI與（b）圖中的1=Fl3/48EI必需相等，（a）圖中的2=0.01168ql4/EI必需分別與（c）圖中的=4Fl3/243EI和（d）圖中的2=5Fl3/162EI相等，以此條件可得出三種狀況下的等效集中力F7： 圖2 等效荷載計(jì)算示意圖 F7=5ql/8；F7=0.71ql；F7=0.38ql F6

6、和F5為由轉(zhuǎn)換層樓板荷載傳遞而產(chǎn)生的第四層和第三層的次梁集中力。F6和F5的計(jì)算；轉(zhuǎn)換層樓板新澆砼及其它施工荷載qp=8.5kN/m2，第四層和第三層的次梁所承受的板面荷載分布面積為Ap，可得F6=F5=qpAp/2。 2.4 內(nèi)力與變形計(jì)算方法 Kci=（1/Gi+1/Ki-1）-1（1） Ki=Kci+Kbi（2） Gi為鋼管的軸向剛度，Gi=EA/Li，地下室底板K0可認(rèn)為等于無(wú)窮大。由（1）、（2）式聯(lián)立，從地下室板往上可逐層算出Ki和Kci值。 令R7=F7，從轉(zhuǎn)換層逐層往下算，可得： 第i層鋼管內(nèi)力Ri=Ri+1Kci/Ki（3） 第i層梁板的支撐點(diǎn)撓度i=Ri+1/Ki（4） 再

7、分別令R6=F6，R5=F5代入（3）、（4）式各計(jì)算一次，將以上三次計(jì)算的結(jié)果疊加，便計(jì)算出各層鋼管支撐的內(nèi)力和各層梁的在支撐點(diǎn)的撓度。 2.5 計(jì)算實(shí)例 以次梁位于主梁1/2跨中的一榀框架之中一跨為例，計(jì)算過(guò)程如下： q=64.4kN/m，1=6m，F(xiàn)7=5ql/8=241.5kN=R7 I6=6h3/12=1.20.83/12=0.0512m4 E=3.15107kN/m2（因強(qiáng)度只達(dá)80%，E值按C35砼考慮，但以下各梁則按C45砼考慮） Kb6=48EI6/l3=35.84104kN/m 其它各層梁：Ii=0.40.63/12=0.0072m4 Kbi=48EIi/l3=5.3610

8、4kN/m i=1.5 鋼管（統(tǒng)一取Li=4.5m）： G=EA/Li=2.061089.7810-3/4.5=44.77104kN/m 部分計(jì)算過(guò)程列于下表 見(jiàn)表 圖3 計(jì)算示意圖 其它各層的Ri值和以F6和F5進(jìn)行的計(jì)算從略。 經(jīng)計(jì)算，第6層支撐20（45）根鋼管的內(nèi)力為R6=65.26kN，每根鋼管的內(nèi)力為3.3kN，小于其設(shè)計(jì)隨載力（其它各層計(jì)算結(jié)果亦然），轉(zhuǎn)換層下半梁的撓度為6=0.49mm，在允許范圍以內(nèi)（其它各層亦然），全部轉(zhuǎn)換梁下半梁產(chǎn)生的彎距為其抗彎承載力的0.75.3%，且小于其開(kāi)裂彎矩，經(jīng)設(shè)計(jì)部門審核后認(rèn)定滿意結(jié)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)承載要求。 2.6 爭(zhēng)論 以上在計(jì)算各層梁的豎向剛度Kbi時(shí)，是按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的，所得剛度Kbi比實(shí)際低，因此梁所分擔(dān)的荷載被低估，鋼管所分擔(dān)的荷載則被高估，從而使結(jié)果偏于平安；另一方面，因Kbi被低估，整個(gè)體系的剛度Kn（n為支撐的層數(shù)）被低估，留意到轉(zhuǎn)換梁支撐點(diǎn)頂端的位移=F/Kn=（Ri/Gi），可知計(jì)算所得各層梁的撓度比實(shí)際值大，支撐的內(nèi)力Ri比實(shí)際值大，從而使結(jié)果偏于平安。 3 兩種砼澆筑方案的比較 兩種砼澆筑方案的選