浅析带预应力混凝土桁架转换层的多高层建筑结构设计和施工建议

浅析带预应力混凝土桁架转换层的多高层建筑结构设计和施工建议

郝娟

郝娟

中联西北工程设计研究院有限公司西安710081

摘要：随着社会的不断进步，人们对建筑物安全的要求越来越高，尤其是多高层建筑物的安全已日益受到人们的重视。转换层是多高层建筑物承力的关键部位，是保障多高层建筑物安全的关键所在。由于预应力混凝土桁架转换层具有较高的抗裂性与承载力，使其在多高层建筑物的施工中得到广泛应用。本文将首先对预应力混凝土桁架转换层进行概述，分析预应力混凝土桁架转换层在多高层建筑中的结构设计，并总结预应力混凝土桁架转换层在多高层建筑中的施工建议。

关键词：预应力混凝土；桁架转换层；多高层建筑；结构设计；施工建议

预应力混凝土结构，凭借其较高的抗裂性能与承载能力，被广泛应用于建筑物高承载转换层的建造中[1]。预应力混凝土桁架转换层具有节省混凝土与钢筋，自重轻等优点，同时由于其杆件空隙较大，建造效果更加美观，且利于分割使用，因此具有较高的经济效益。

预应力混凝土桁架转换层概述

桁架转换层是由常用的梁式转换层发展而来的。桁架转换层根据其结构不同可分为斜杆桁架转换层、空腹桁架转换层、混合桁架转换层[2]。当来自建筑物上方的荷载较大时，单层的桁架转换无法满足承重的需求。在多高层建筑中，多采用双层或多层桁架转换层结构，也就是叠层桁架。预应力混凝土桁架转换层具有自重较轻，便于管道穿插与截取使用等优点，且更加节省材料。另外预应力混凝土桁架转换层对于建筑施工的要求也比较高。

2.预应力混凝土桁架转换层在多高层建筑中的结构设计

2.1结构设计原则

对于楼层高度较低的楼层，承压的斜腹杆将形成超短柱。这种超短柱在发生地震时，十分容易受到震动的影响而损坏，使建筑的抗震性能严重下降。在多高层建筑的施工中，预应力混凝土桁架转换层结构，应设计成高强斜腹杆。按照多高层建筑混凝土结构相关技术规程中的规定进行设计。由于预应力混凝土桁架转换层节点区域的负荷状态会受到较多因素的影响，承压状态十分复杂，极其容易出现剪切损坏的问题。尤其是在地震的作用下，节点区域更为薄弱，十分容易出现损坏。因此应加强钢筋的配置，以优化其构造，设计成高强节点。

2.2剪切刚度比

预应力混凝土桁架转换层结构的上层与下层均是建筑的薄弱环节[3]。在其结构设计中，应注意上下两层之间的剪切刚度比。以这种方式避免垂直方向的刚强度过大。对于内部抽柱的框架结构与外围柱距较大的框筒结构，预应力混凝土桁架转换层上下层间的剪切刚度比应取1。针对外围柱距较大的框筒结构，桁架转换层结构下层截面面积应按照转换层上层与下层间的剪切刚度比值与轴压比值进行计算。在结构设计中，可以使桁架转换层上层的核心筒得到弱化，同时使转换层下层的核心筒得到强化。以这种方式降低转换层上层与下层主体间的刚强度差值，使两者的变形情况尽量接近。

2.3设置要求

通常情况下，预应力混凝土桁架转换层可以按照多高层建筑物的结构传力需求与建筑的功能要求，在建筑物较高层的一点或多点灵活进行设置。同时设置点应符合桁架转换层上层与下层之间的剪切刚度比。这样才能有效避免垂直方向的刚强度过大。多高层建筑的抗震设计，应尽量减少高位转换的情况。如果出现建筑功能要求必须进行高位转换的情况，应优先选用桁架转换层结构设计，防止框架的边柱或支柱出现柱剪力过大、柱顶弯矩过大等问题。另外应满足其刚强度的要求，防止其出现脆性损坏。

针对底盘较大的多塔楼高层建筑物，应将其桁架转换层布置在裙房的屋面层区域。同时应适当增大屋面层梁与板的厚实度与尺寸，以防止其间存在刚强度过小的楼层，尽量降低地震损害。多高层建筑中，预应力混凝土桁架转换层不仅需要承受垂直方向的负载，还需要抵抗侧向力的负载。预应力混凝土桁架转换层作为有效对抗来自水平方向剪力的混凝土构件，其平面设置应按照分散、均匀、对称等要求进行，使扭转影响减至最小。

目前大部分预应力混凝土桁架转换层结构的上部，一般采用的是剪力墙，结构下部则设计成框架式。这样将导致预应力混凝土桁架转换层结构上部与下部之间的刚度比存在较大的差异。差异的存在，使预应力混凝土桁架转换层在地震的作用下，极易产生薄弱环节。因此在预应力混凝土桁架转换层结构的设计中，应合理提高结构下部的刚强度。例如，可以采取提高混凝土的强度等级、增大落地墙与大筒体的厚实度等手段。另外还应适当弱化桁架转换层上部的刚强度。可以采取在墙体开洞、降低不落地剪力墙的厚实度等手段。这样可以使预应力混凝土桁架转换层结构上部与下部的刚强度差值尽量减小，保持在基本一致的水平上。

3.预应力混凝土桁架转换层在多高层建筑中的施工建议

根据多高层建筑物的施工经验，预应力混凝土桁架转换层在施工中的使用阶段与张拉阶段，在承载状态上有着一定的差异。在施工中应尽量使两者之间的差异减少，以有效改善由于内力改变幅度过大以及超静定结果承载状态的改变，而造成的混凝土构件结构异常改变或出现开裂等问题。

在多高层建筑的实际施工中，预应力混凝土桁架转换层结构应采用择期张拉的施工技术。根据多年的施工实践经验，择期张拉技术能够通过合理的计算公式，选取合适的施工楼层进行张拉施工工序。同时择期张拉技术能够以分批次、分期的方式施加预应力，并能够保证施工前桁架转换层下层支撑的稳固。在实际的张拉施工中，进而造成孔道堵塞或漏浆等问题。预应力钢筋在预应力混凝土桁架转换层下弦混凝土浇筑前，就应穿入金属波纹管当中。在实际操作中，应注意有效保护孔道内的预应力钢筋，使钢筋在施工中不会出现生锈的问题。

一般情况下，预应力混凝土桁架转换层结构中，位于桁架节点区域的钢筋数量较为密集，且在预应力锚固区域最为集中。在混凝土的浇筑施工中，混凝土应充分的拌合与捣实。这样可以有效防止预应力锚固区域的混凝土出现节点损坏或局部损坏等问题。在实际施工中，可以采用试绑典型节点区域钢筋的方式，避免节点区域的钢筋互相碰撞。试绑成功之后，可以全面实施，成批进行下料。

预应力混凝土桁架转换层的局部承压计算，应根据混凝土相关技术规程中所规定的标准进行计算[5]。这样才能有效防止桁架下弦端部承压区域的混凝土，在预应力的作用下，产生构件横向裂缝。计算过程中，应注意将高强度混凝土的局部修正系数纳入考虑，提高混凝土的局部承压系数。同时还应将孔道对局部承载的影响纳入考虑。

预应力混凝土桁架转换层的高度不宜过高。预应力混凝土桁架转换层的高度越高，其对于结构下层动力特性的干扰越显著，导致传力线路的改变过大，进而容易造成转换层下层损坏。由于桁架转换层上层与下层受地震影响所产生的变形状态，会随着转换层的高度增加。因此针对多高层建筑物，应严格控制预应力混凝土桁架转换层上层与下层等效刚度之间的比值。

结束语

预应力混凝土桁架转换层的出现，不仅使多高层建筑物的功能需求得到满足，同时还使建筑更加美观。在预应力混凝土桁架转换层的结构设计中，应对多高层建筑结构的整体进行分析与论证，设计出最佳的施工方案，同时不断总结施工经验，以保证建筑结构的合理、经济、安全。

参考文献：

[1]王穗明.我国预应力混凝土技术在高层建筑梁、楼板中的应用[J].中华民居,2013,(18):169-170.

[2]屠永标.浅谈后张法预应力混凝土施工技术——在高层建筑上的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(21):62-63.

[3]陈盟.有粘结预应力混凝土大板结构在高层建筑中的应用[J].城市建筑,2013,(12):92-92,298.