论桁架转换层的结构设计

来源:用户上传      作者: 黄伟

　　【摘要】随着高层建筑的增多，作为关键位置的转换层结构设计成为了整个工程的重要问题所在，本文结合实例详细分析了转换桁架的设计步骤以及需注意的细节，希望可以在确保建筑物安全的前提下，能够创造出很好的经济和社会效益。
　　【关键词】建筑工程；转换桁架；结构设计
　　对于整个高层建筑来说，转换层处于受力的重要位置，相比其他结构层，转换层具有受力复杂、结构层刚度大、重量大等特点，因此，转换层的设计对于整体结构来说意义重大，其设计的合理、安全、经济性对建筑项目也具有重要的影响。文章将结合某五星级酒店工程具体案例，从转换桁架结构设计方面进行系统的研究，以得到一些对设计有实际指导意义的结论。
　　1、工程概况
　　某五星级酒店工程为地下两层地上十层，因建筑功能需要在一至三层局部形成大空间高约15m；在四层形成局部桁架转换，桁架高度为四层整层高6.6m，桁架跨度为三个柱距3*9.6=28.8m；两端与型钢混凝土柱刚接；左右各延伸半跨以平衡负弯矩。桁架弦杆采用型钢砼，腹杆采用焊接箱型截面钢结构。整个结构以SETWE软件计算，通过PMSAP及STS桁架模块进行复核。
　　图1 结构三维线框图 图2 桁架下弦平面布置图
　　图3 桁架立面图
　　2、构件设计
　　2.1桁架构件
　　桁架上下弦所在楼层及上托楼层屋面等共计八层荷载，首先以SATWE整体建模分析，楼层组装时3、4、5层一次形成刚度，模拟真实条件。再分别以PMSAP及STS桁架模块复核内力及变形。由于桁架杆件内力大，腹杆采用焊接箱型截面，与上下翼缘采用刚接，为避免端部节点区域的破坏，端斜杆采用受压布置方式，为增强受压稳定性采用具有双受压翼缘的焊接箱型截面。端斜杆最大轴力Nmax=10000kN，采用箱型B600*40；受力较小斜腹杆采用B600*25；上下翼缘采用型钢混凝梁1000*1280内含焊接H型钢H1000*700*40*60；整个桁架采用刚接桁架，与型钢混凝土柱刚接。为确保上下弦楼面及上部楼层楼面竖向位移，严格控制桁架竖向挠度值、并以起拱方式消除部分挠度。
　　图4 STWE 计算结果
　　图5 STS桁架模块构件应力比
　　2.2型钢混凝土柱设计
　　桁架上下翼缘型钢截面较大、为保证连接的可靠性，型钢混凝土柱采用1000*1400（焊接H型钢H1100*700*40*40），型钢含钢率4.0<6.9%<8.0%满足规范要求。轴压比0.40<0.8；长细比Rmdx= 32.22<80Rmdy=51.32<80；栓钉及箍筋由于跃层的存在全高加密；体积配箍率1.63%>0.4。
　　3、节点设计
　　按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 第8.2.8条之规定，构件连接需符合强连接弱构件的原则。对连接作二阶段设计：1）按构件承载力而非设计内力进行连接计算；2）连接的极限承载力设计。按公式8.2.8-1～8.2.8-5对梁柱刚接、支撑连接、各构件的拼接进行极限承载力的验算。
　　4、总体控制、中震弹性、上下弦楼板应力分析及配筋总体计算时，考虑竖向地震作用
　　本工程转换桁架抗震等级为二级，水平地震作用计算内力乘以增大系数1.3。桁架上下弦所在平面按弹性板考虑，控制桁架整体挠度以免下沉过大影响上部构件内力。为保证结构安全，补充中震弹性分析，考虑楼板面内应力，桁架上下弦楼板加厚至180mm。按楼板应力分析结果控制配筋。经SATWE及PMSAP计算，各项指标均满足规范要求。通过计算分析可知，本工程位于6度区，地震作用不起控制作用，主要由竖向荷载起控制作用。
　　图6 桁架下弦 中震弹性计算结果
　　图 7 桁架上弦 中震弹性计算结果
　　图 8 桁架下弦 楼板应力分析
　　图 9 桁架上弦 楼板应力分析
　　5、检测与监测
　　由于本工程结构传力体系复杂，因此在施工阶段和使用阶段均应对结构进行应力、变形监测。
　　6、结语
　　由以上论述可知，转换桁架的设计主要从总体控制、构件设计、节点设计、构造设计等几个方面按照规范规程的有关规定，一步一步的进行设计，确保结构的安全经济。在6度区竖向荷载为主要控制荷载。对转换层楼面不能按常规只考虑竖向作用，应同时考虑板局部弯曲和转换层整体弯曲的影响。
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