轉換層支撐系統(tǒng)的選型及其安全性分析

1、 轉換層支撐系統(tǒng)的選型及其安全性分析 隨著我國建筑業(yè)的進展，在多功能的高層建筑中轉換層的施工越來越普遍。由于轉換層往往自重很大，支撐系統(tǒng)的設計計算有它的特別性，設計計算不周則可能導致支撐系統(tǒng)坍塌事故，造成人員傷亡和重大經濟損失，所以，轉換層支撐系統(tǒng)的設計是施工平安技術管理中掌握的重點。 本文以筆者參加施工管理的深圳蛇口四海華庭工程轉換層支撐系統(tǒng)的設計施工為例。闡述轉換層砼澆筑方案的選用，并依據砼澆筑方案進行支撐系統(tǒng)的選型，分析其內力和變形，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，為大軸網框筒結構，標準層17層，為小軸網剪力墻結構。地上

2、第5層為轉換層，面積1830m2，砼1921m3，鋼筋506t轉換層標高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 轉換層砼澆筑方案的選用 1.1 一次性澆筑成型方案 轉換層砼可一次澆筑成型，也可依據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、施工人員及設備、振搗砼的荷載等）經計算為31.7kN/m2，依據設計部門供應的樓面承載力，轉換層以下5層樓面的總承載力為23kN/m2，因此，必需利用地基承載力，從地下室底板開頭，層層搭設滿堂紅支撐至轉換層。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 依據本工程設計特點、工期和物資條件，為節(jié)省鋼管等周轉材料，打算轉換層采納兩次澆筑方案。第一次澆筑下半梁，澆筑高度800mm，經計算荷載為8.9kN/m2。依據設計部門供應的樓面承載力量，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)內力和變形計算 2.1 下半梁受力分析 第一次砼澆筑后，強度達到設

4、計強度80%以上，開頭進行上半梁及樓板的砼澆筑。此時下半梁擔當的荷載為q=64.4kN/m，轉換層樓板新澆砼及其它施工荷載qp=8.5kN/m2，則通過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），經計算，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%，而且下半梁鋼筋產生的應變是永久性的、不行恢復的，降低了結構的牢靠度。 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，通過在次梁支座處設置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當轉換層的荷載。受力模型如圖1。 圖1 支撐系統(tǒng)計算圖

5、2.3 支撐系統(tǒng)的荷載 轉換層上半梁均布荷載為q，以在支撐點產生的豎向變形相等為條件，換算為等效集中力F7，F7的計算如圖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 等效荷載計算示意圖 F7=5ql/8；F7=0.71ql；F7=0.38ql F6

6、和F5為由轉換層樓板荷載傳遞而產生的第四層和第三層的次梁集中力。F6和F5的計算；轉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 內力與變形計算方法 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可認為等于無窮大。由（1）、（2）式聯立，從地下室板往上可逐層算出Ki和Kci值。 令R7=F7，從轉換層逐層往下算，可得： 第i層鋼管內力Ri=Ri+1Kci/Ki（3） 第i層梁板的支撐點撓度i=Ri+1/Ki（4） 再

7、分別令R6=F6，R5=F5代入（3）、（4）式各計算一次，將以上三次計算的結果疊加，便計算出各層鋼管支撐的內力和各層梁的在支撐點的撓度。 2.5 計算實例 以次梁位于主梁1/2跨中的一榀框架之中一跨為例，計算過程如下： q=64.4kN/m，1=6m，F7=5ql/8=241.5kN=R7 I6=6h3/12=1.20.83/12=0.0512m4 E=3.15107kN/m2（因強度只達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 部分計算過程列于下表 見表 圖3 計算示意圖 其它各層的Ri值和以F6和F5進行的計算從略。 經計算，第6層支撐20（45）根鋼管的內力為R6=65.26kN，每根鋼管的內力為3.3kN，小于其設計隨載力（其它各層計算結果亦然），轉換層下半梁的撓度為6=0.49mm，在允許范圍以內（其它各層亦然），全部轉換梁下半梁產生的彎距為其抗彎承載力的0.75.3%，且小于其開裂彎矩，經設計部門審核后認定滿意結構的最終設計承載要求。 2.6 爭論 以上在計算各層梁的豎向剛度Kbi時，是按簡支梁計算的，所得剛度Kbi比實際低，因此梁所分擔的荷載被低估，鋼管所分擔的荷載則被高估，從而使結果偏于平安；另一方面，因Kbi被低估，整個體系的剛度Kn（n為支撐的層數）被低估，留意到轉換梁支撐點頂端的位移=F/Kn=（Ri/Gi），可知計算所得各層梁的撓度比實際值大，支撐的內力Ri比實際值大，從而使結果偏于平安。 3 兩種砼澆筑方案的比較 兩種砼澆筑方案的選