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b某地區環境治理工程項目仿古景觀塔，整體采用鋼筋混凝土框-筒結構，共7層，底層平面尺寸20.7m×20.7m，層高6.4m；二層平面尺寸17.7m×17.7m，層高4.96m；三層平面尺寸13.9m×13.9m，層高4.96m；四層平面尺寸12.5m×12.5m，層高6.24m；五層平面尺寸10.9m×10.9m，層高6.24m；六層平面尺寸9.3m×9.3m，層高5.00m；七層平面尺寸7.9m×7.9m，層高6.75m；建筑總高度41.15m，為豎向體型收進的復雜鋼混凝土結構；屋頂為現澆鋼混凝土十字脊頂；基礎采用樁筏基礎。豎向體型逐層收進是塔類建筑的主要特點之一，在體型突變處，主要以設置轉換梁的方式來承擔上部結構框架柱傳遞的荷載。

2轉換梁設計與施工要點分析

2.1總信息及超限信息景觀塔結構計算采用PKPM2010V4.3版-SATWE空間結構分析計算軟件，除樓（屋）面層外，體型突變處均設置為結構標準層，整樓模型共計15個標準層。本工程的抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，設計地震分組為第三組，特征周期0.45s，場地類別為Ⅱ類；框架抗震等級二級，剪力墻抗震等級一級；轉換梁、柱抗震等級為特一級（屬轉換構件）。經電算分析，除一層（建筑層）轉換梁外，二層~四層轉換梁均出現超限信息，其中，二層某轉換梁（截面尺寸b×h=350mm×600mm，跨度3.0m，）截面剪力和超限信息見表1、表2。2.2轉換梁超限信息分析由超限信息并結合景觀塔的結構體型特征，可以分析得出以下結論：由于豎向體型突變處的上部結構重量均通過轉換梁上承托的框架柱傳遞給轉換梁，在地震設計狀況下，這樣的結構形式會造成轉換梁梁端剪力增幅過大，從而直接導致轉換梁的剪壓破壞。剪壓破壞是梁在彎矩和剪力共同作用下，發生斜截面破壞的形式之一，屬塑性破壞，其破壞特征為：當配箍率適中（ρsv,min<ρsv<ρsv,max），且剪跨比（1≤λ≤3）時，隨著荷載的增大，通常箍筋應力先達到并超過屈服強度，其限制梁腹斜裂縫開展的作用消失，最后受壓區混凝土在剪壓作用下達到極限抗壓強度，梁喪失其承載能力[1]。

2.3轉換梁破壞形式鋼筋混凝土梁除了會發生上述剪壓破壞以外，在彎矩和剪力共同作用下，斜截面處尚存在斜壓破壞及斜拉破壞兩種形式，斜壓破壞是當配箍率ρsv>ρsv,max，即箍筋配筋量超過當梁截面達到最大剪力設計值時所對應的箍筋配筋量時，或者雖然配箍率ρsv<ρsv,max但剪跨比λ<1時，隨著梁上負荷的加大，箍筋應力增幅緩慢，在箍筋應力尚未達到鋼筋屈服強度時，梁腹處混凝土已達到極限抗壓強度而發生破壞；而斜拉破壞則是當配箍率ρsv<ρsv,min，且λ>3時，隨著梁上負荷的加大，箍筋應力會在梁腹斜裂縫剛出現時立即達到鋼筋屈服強度并屈服，箍筋對斜裂縫開展的限制作用突然消失。以上兩種破壞形式均屬于脆性破壞，在實際工程當中出現是相當危險的，設計時應避免。

2.4轉換梁超限解決方案從超限信息中還可以看出，如果轉換梁各個計算截面的剪力值均小于0.18fcbh0，那么轉換梁就是滿足設計要求的。能否簡單地通過提高混凝土抗壓強度，或者通過增大梁截面尺寸來解決超限問題呢？經過電算程序不斷試算分析發現，隨著梁截面的不斷增大，梁剛度也在不斷增強，從轉換梁計算截面的剪力值變化規律看出，梁因剛度的增大吸收了更多的地震作用，剪力的增長幅度遠超調整梁截面后的限值增長幅度，這違背了框架結構“強柱弱梁”的基本設計原則。加之從古建筑審美的角度，梁截面尺寸是受到嚴格限定的，因此調整梁截面尺寸的做法在本工程中是不可行的，而提高混凝土抗壓強度的辦法也是收效甚微，不足以解決剪壓比超限的根本問題。在高層建筑設計中，當需要有效提高結構構件承載能力時，采用鋼骨混凝土組合結構構件是最主要的設計方法之一，從結構受力性能分析的角度，其仍然屬于鋼筋混凝土結構的范疇，但因在混凝土構件中同時配置了型鋼、縱向鋼筋和箍筋，使得構件承載能力大幅提高。此外，構件的延性、二次受力性能，施工性能都要優于鋼筋混凝土構件，而其耐火性能及用鋼量方面又勝于鋼結構，兼具了兩種結構的優點[2]。因此，在此次轉換梁設計時，采用了在梁內配置H型鋼、縱向鋼筋及箍筋的型鋼混凝土組合結構形式，以此限制在地震作用下梁腹斜裂縫的開展，是比較理想的結構方案。從實際計算結果看，有效地解決了轉換梁剪壓比超限的問題。目前，型鋼混凝土組合結構在我國已得到日益廣泛的應用，其優點在于型鋼混凝土的內部型鋼和外包混凝土形成整體，共同受力，其受力性能優于這兩種結構的簡單疊加。

3型鋼混凝土轉換梁構造做法

3.1轉換梁內型鋼錨固方式通過在轉換梁中設置H型鋼，解決了剪壓比超限的問題，那么在施工過程中又要注意哪些問題呢？在電算分析過程中，框架柱并未出現任何超限信息，因此框架柱內不需設置H型鋼，轉換梁內的型鋼伸入框架柱后如何錨固就是必須要解決的問題，從國標圖集《型鋼混凝土組合結構構造》列舉的各類型鋼梁、柱節點形式中可以看出，型鋼梁內的H型鋼應與柱內的型鋼焊接，由此，雖然本工程未在框架柱內設置型鋼，仍需在伸入框架柱內的型鋼端部垂直于型鋼的方向增設錨固體，以解決H型鋼錨固長度不夠的問題，端部錨固體形式可以效仿國標圖集中的型鋼梁、柱節點，為了方便施工，本次設計的端部錨固體為H型鋼。
3.2轉換梁梁柱節點構造眾所周知，框架結構梁柱節點區的鋼筋交錯縱橫，施工時，鋼筋排布需要極為精準，稍有誤差就容易出現鋼筋重疊，導致混凝土澆筑困難、無法振搗密實等一系列問題，從而影響混凝土施工質量。那么在梁柱節點處增設錨固體后，型鋼與鋼筋并存，使得節點內鋼筋排布更為復雜，柱箍筋遇梁內H型鋼無法繞開時，需在型鋼上開孔，為保證型鋼強度，開孔數量不但要少，而且孔徑應盡量與箍筋直徑相近，但當柱內箍筋間距較密時，以上兩個要求都很難滿足，尤其當孔徑較小時，略有施工誤差就會導致箍筋無法穿過。為了解決以上問題，本次借鑒了常用于結構加固的鋼板箍取代梁柱節點內H型鋼高度范圍內的箍筋，采用鋼板箍的優點在于鋼板箍可與H型鋼焊接，從而最大限度保證了型鋼的強度[3]。

3.3轉換梁梁內縱筋連接梁內縱筋伸入節點區后，也存在由于錨固體的阻擋而被打斷，導致錨固長度不滿足要求的問題，此時可考慮通過鋼筋等面積換算的方法，增大縱筋直徑，從而減少單排鋼筋的數量，使縱筋在規范允許的彎折角度（1:6）范圍內繞過錨固體。如梁內因彎矩很大配置了相當數量的鋼筋，梁中部縱筋無法繞過錨固體時，可考慮采用套筒連接或設置連接板，套筒可直接焊于錨固體上，而采用連接板時，應在錨固體上相應于縱筋底部的位置焊接橫向連接鋼板，縱筋焊于其上。此外，還有一些型鋼混凝土結構設計的一般規定及構造要求：對于轉換層大梁或托柱梁等主要承受豎向重力荷載的梁，型鋼上翼緣宜沿全長增設抗剪栓釘；當梁的腹板高度大于450mm時，在梁的兩側面應沿梁高度配置縱向構造鋼筋，腰筋與型鋼間宜每隔一根腰筋配置拉結鋼筋，拉結筋與型鋼的連接，可通過在型鋼腹板上開孔直接穿過，鑒于對開孔造成型鋼強度損失的擔憂，也可將拉結筋斷開并彎折直接焊于其上，或在型鋼腹板處設置同腰筋同規格的附加鋼筋，便于拉結筋的施工，形式比較多樣，可根據工程實際情況酌情采用。以上描述的型鋼混凝土轉換梁構造做法，本次設計均予以考慮，型鋼梁鋼筋排布構造圖如圖1所示。

4木結構部件與鋼筋混凝土結構構件連接

4.1木結構體系木結構古建筑是以木柱和木梁組成的木構架體系為主要結構體系，橫梁立柱之間是以斗栱將屋檐的荷載傳遞到立柱。木構架體系是一種非常先進的框架體系，而斗栱則是木構架建筑結構的關鍵部件。雖然木構架體系和現代的框架結構體系形式不同，但是受力及傳力方式是大體相同的。木結構具有抗震性能強的特點，磚混建筑在大地震中歷來很難逃脫倒塌的命運，而輕型木結構建筑則不同，因其自身質量輕，所以地震時吸收地震力少，在地震時的穩定性已經得到反復驗證，但眾所周知，其有三大天敵：水、火、蟲（包括白蟻），導致其耐久性差，容易損毀[4]。隨著現代建筑材料的發展，以及木材的日益稀缺，在大型仿古建筑的設計中，木構架體系已逐漸被混凝土結構體系、鋼結構體系所取代。然而作為古建筑三要素之一的屋頂部分，其木作技術之登峰造極，構造的精巧，獨特的榫卯結構，都是現代建筑材料較難實現和仿制的。因此，仿古建筑設計過程當中，屋頂部分至今仍然采用木材制作。那么應運而生一個問題，就是木結構構件如何與鋼筋混凝土結構構件或者鋼結構構件完美結合，才能體現出古建筑獨有的特色。

4.2木構件與混凝土構件連接構造縱觀本次設計的仿古景觀塔，傳統木構架體系當中的構件如檐柱、檐枋、梁架及屋架體系，均可采用鋼筋混凝土現澆構件替代，但木結構關鍵性部件斗栱，及斗栱上承載的屋檐體系，仍然沿用木結構來制作[5]。那么有以下幾個結合處的構造做法需要考慮：①斗栱與檐柱及檐枋的連接，傳統做法均采用栽銷榫連接，“栽銷榫”就是一種銷子連接，選用硬木削成銷子，在檐枋頂面打洞栽入銷子，斗栱底部刻成相應卯口，然后相互壓入連接。而現代工藝檐柱、檐枋已基本是混凝土構件，通常是采用膨脹螺栓將木斗栱預制件與混凝土構件相連，如果在澆筑檐柱及檐枋時預埋錨栓，則連接效果更佳，缺點是錨栓定位要準，不然容易出現連接不上的問題；②角梁后尾的固定，角梁每角各一副，一副疊兩根，稱為“老角梁”和“仔角梁”，傳統做法中，老角梁前端置于角科斗栱上方固定的正心桁、檐桁之上，由檐桁處出挑，而后尾則置于金檁之下，或直接插入金柱（插金做法）之中。本次景觀塔為框-筒結構體系，中心筒體外圍的框架部分，四角都布置有框架柱，因此角梁后尾固定可采用直接插入柱內的做法；③其他木結構構件，如椽子、挑尖梁的固定方式，均可效仿以上兩種做法，采用膨脹螺栓（錨栓），或插金做法，使之與鋼筋混凝土構件可靠連接，最大限度地體現古建筑的風貌和特色。

5結語

隨著現代建筑技術和材料的發展，尤其是目前裝配式建筑的新起點，相信在未來我們會看到更多形式的仿古建筑，讓中國古建筑這一極特殊、極長壽、極體面的建筑系統得以傳承。

參考文獻：

[1]袁鈺,魏大平,沈偉,等.成都某跨地鐵建筑的巨型預應力轉換梁設計[J].建筑科學,2022,38(07):150-156.

[2]代金振,秦士洪,盧驥,等.考慮受力狀態變換的預應力混凝土轉換梁設計[J].重慶建筑,2021,20(05):44-47.

[3]鐘強.型鋼混凝土轉換梁設計及繪制實例分析[J].四川建材,2014,40(06):57-58.

[4]王曄輝.房屋建筑現澆鋼筋混凝土結構主體施工要點分析[J].居業,2022(11):64-66.[5]張剛.房屋建筑施工中鋼筋混凝土結構施工技術的應用[J].居業,2022(09):52-54..

作者:胡海東 單位:上海市政工程設計研究總院集團第十市政設計院有限公司