某商住楼大尺寸转换梁结构受力分析研究

2015-03-11常坦祥常东明

安徽建筑 2015年3期

常坦祥，常东明

（安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥 230601）

0 引言

近年来人们对住房功用要求越来越高，从规则多层建筑逐渐发展为复杂高层建筑[1-3]。复杂高层建筑虽能满足建筑功用的需求，但也给结构设计者带来挑战。针对本项目为商业住宅房典型代表，首层为商场空间广，柱网墙体少；上部为住宅开间小，柱网墙体多等“反常规设计”特征。为了实现这种结构布置，须在两种不同结构变化部位即首层楼面设置梁式结构转换层[4-6]。

梁式结构转换层隶属复杂结构类型，承载着上部剪力墙传递竖向荷载及下部柱、墙网反作用力[7-9]。具有上下刚度各异、质量不均匀、传力途径不直接和转换部位应力复杂等缺点[10]。因此，必须对其结构受力性能进行分析，以控制转换构件的裂缝、增加转换构件的耐久性、改善结构的受力性能，为结构优化设计提供技术支持。

1 工程概况

本工程项目为某市高层商业住房，楼层总高度达79m，地上24层，地下2层。其中，地下层为停车场，首层为商场，2～24层为住宅。地下室及首层为现浇混凝土框架结构，二层及以上为剪力墙结构。转换层位于首层层面，混凝土强度等级为C60。转换梁断面尺寸多样，本文针对有代表性1200mm×2000mm转换梁（有剪力墙）进行结构受力分析。

2 理论计算

基于混凝土结构设计规范推荐的计算方法：强度等级为C60的混凝土：fc=27.5N/mm2，ft=2.04N/mm2，α1=0.98； HRB335钢筋：fy=fy'300N/mm2。

因此ζb=0.530。 h0=h-as=2000-70=1930mm

工程中认为钢混结构中，钢筋拉应力达到屈服点且混凝土亦同时达到抗压极限强度作为理想受力状态，使得两种材料性能被充分利用，即可认为受拉钢筋与受压混凝土破坏同时发生。因而可以认为转换梁跨中弯矩值和支座负弯矩值相近，则正应力σ值大小亦相同。由于正应力σ在截面上的分布为线性分布，又钢筋的保护层厚度与梁高相比较小，可以忽略保护层厚度对应力分布的影响，利用F=σ·A去求钢筋的最大受力。

单根钢筋的受力为：F=σ·A=20.27×804.2=16.30kN

3 工程实测分析

工程选择振弦式钢筋计监测转换层结构施工过程中的应力变化（如图2）。通过频率仪和选点箱将钢筋计采集到的频率传输到电脑中。监测人员时刻关注转换梁钢筋的绑扎进度，及时将钢筋计焊接到指点的监测点上，并对其进行编号记录，然后将数据线引至数据采集点。

3.1 混凝土浇筑过程中监测数据分析

3.2 转换梁内部监测点钢筋内力值数据分析

①混凝土初凝一段时间后开始产生强度且较小，同时因混凝土保护作用钢筋受力也较小，这段期间受力形式为拉、压并存。之后混凝土逐渐硬化有强度，再加上多种施工荷载作用，钢筋所受应力值也慢慢加大。

②根据混凝土浇筑过程的监测数据分析，转换梁跨中底部被监测钢筋在混凝土浇筑13h后受力开始明显增加，最大拉应力达到12.00kN；梁端上部被监测钢筋在浇筑20h后受力性质由压变拉，最大拉应力达到15.50kN。符合有剪力墙转换梁受力机理分析的。大约第10d开始，梁跨中底部钢筋与梁端上部钢筋受力变化较小，并趋近一个平稳的合理范围内。

③经理论计算值和工程监测值对比得出（如表1、表2），梁端上部和跨中底部钢筋的理论值均大于工程实测值，满足结构安全需要。梁端钢筋①与②的应力较大且有些许相差，表明转换梁受上部剪力墙偏心作用影响产生较大的偏心受力，因此转换梁存在扭矩作用不可忽视；梁侧钢筋⑥与梁侧钢筋⑤差值较大，这说明转换梁由于受到复杂的弯扭剪切作用其受拉区底部应力较大，其截面应力沿截面高度的分布梯度要比普通框架梁的大。