多层圆形大厅楼盖设计实例浅谈

2022-09-11

随着社会的不断发展, 人们对建筑造型艺术及使用合理性的追求亦不断提高, 圆形大厅越来越多地被建筑师采用。下面就笔者在实际工程中碰到的这类情况、产生的问题及如何处理等进行介绍。

广州市天河某商住小区附属学校教学楼, 地上六层, 局部二层, 南面设直径D=18m圆厅与斜向主体建筑相接, 建筑设计要求大厅与主体建筑作错层处理, 相接部分为楼梯。圆厅为两层建筑, 首、二层层高均为4.5 m, 首层用作阶梯教室兼电教室, 二层用作图书库兼学生阅览室, 天面为学生活动及休息场所。

1 结构布置

整栋楼采用框架结构体系, 大厅楼盖采用编织式八角星形楼盖。首、二层柱分别采用C35及C30混凝土, 二层及天面梁板分别采用C30及C25混凝土。

八根圆柱截面直径均为700mm, 圆柱截面的确定主要从建筑角度, 考虑到以下两方面:一是要求室内大空间, 中间不允许加柱;二是考虑到室内外美观及舒适的视觉效果, 确定圆柱直径为700mm。

编织梁截面的确定主要根据梁的平均承载宽度及荷载大小, 参照井字梁结构静力手册, 定为二层梁b×h=300mm×1000mm, 跨高比l/h=17.3, 天面梁b×h=300mm×1200mm, 跨高比l/h=14.4。考虑到中间的八角形楼板跨度较大 (6.4m×6.4m) , 二层为书库, 天面人群有可能密集, 荷载较大, 因此在中间加设井字梁, 以增强其刚度, 从而协调各编织梁跨中的变形, 确定截面尺寸b×h=200mm×600mm。

采用编织星形楼盖的优点是: (1) 增加主梁数量, 减少每根主梁的承载面积, 因而可降低主梁的截面高度, 达到降低层高, 节约成本的目的; (2) 每根编织梁沿跨度方向在不同位置与其它编织梁相交, 避免了多根梁纵筋同时汇交于一点, 穿行困难, 造成节点区钢筋过密, 影响混凝土的浇捣; (3) 各编织梁的跨度、承受重力荷载以及支承条件均相同, 楼盖大部分荷载可均匀地传给环轴支承柱; (4) 不需吊顶即可获得美观的顶棚。

2 计算情况

本工程采用结构空间分析程序SATWE进行整体计算, 七度设防, 三级抗震, 基本风压0.45k N/m 2, 使用活荷载标准值分别为:二楼5.0k N/m2 (书库) , 天面3.5k N/m2 (人群有可能密集) , 除结构自重外 (即只计面层及板底抹灰重量) 恒载标准值分别为:二楼1.04k N/m2, 天面3.84k N/m2。

笔者将该圆厅与主体结构进行整体分析, 二层及天面编织梁均与柱固接, 计算结果显示:首层柱单柱纵筋值2300mm2, 配筋率ρ=0.6%, 属构造配筋。二层编织梁支座面筋为2200mm2, 配筋率ρ=0.73%, 跨中底筋2500mm2, ρ=0.83%, 箍筋值630mm2/m。顶层柱为大偏心受压构件, 单柱纵筋值10000mm2, 配筋率ρ=2.6%, 较首层明显增大, 顶层编织梁支座面筋为1600mm2, 配筋率ρ=0.44%, 跨中底筋3100mm2, ρ=0.86%, 箍筋值4 5 0 m m 2/m。

由于每根圆柱顶有四道梁穿过, 顶层梁柱节点区钢筋数量相当密集, 混凝土浇筑质量难以保证, 梁端固接不容易满足。为保证节点区梁端出现塑性铰时跨中仍然安全, 故采用二层编织梁柱固接, 天面编织梁与柱铰接的算法进一步计算。计算结果显示, 首层柱及二层编织梁配筋与初步算法基本相同, 只是编织梁跨中底筋约减小12%, 支座面筋约增加18%, 为安全起见, 取两次计算结果的大值来配梁支座及跨中的纵筋。梁端设铰后, 顶层柱单柱纵筋值3000mm2, 配筋率ρ=0.83%, 较初步算法大幅变小, 顶层编织梁支座面筋为900mm2, 配筋率ρ=0.2 5%, 属构造配筋, 跨中底筋5200mm 2, ρ=1.44%, 较初步算法大幅增加, 箍筋值920mm2/m, 因此, 顶层编织梁在设计上取梁端固接且梁端弯矩调幅系数为0.8时的支座配筋值来配置支座面筋;取梁端铰接时的跨中配筋值来配置跨中底筋。顶层柱配筋亦按两次计算结果中的大值配置, 以保证柱的抗弯能力。

综合上述情况, 最后配筋如下:首层柱纵筋1220, As=3768mm2 (主要考虑上下层柱纵筋不宜相差过大) , 箍筋φ8@100复合箍, 顶层柱纵筋2028, As=12300mm2, 箍筋φ10@100复合箍。二层编织梁支座面筋825 (4/4) , As=3928mm2, 全梁底筋825 (4/4) , As=3928mm2, 箍筋φ10@100 (2) 复合箍, 顶层编织梁支座面筋同二层, 全梁底筋12

25 (2/5/5) , As=5892mm2 (采用梁端铰接算法配筋) , 箍筋同二层, 两层编织梁均用4

25作通长面筋。

3 挠度及裂缝验算

根据实际配筋结果验算弹性挠度及裂缝, 二层编织梁跨中最大挠度f m a x=7.3mm, 端支座裂缝0.08mm, 跨中裂缝0.12mm;天面编织梁最大挠度fmax=11.3mm, 端支座裂缝0.06mm, 跨中裂缝0.09mm, 均满足规范对受弯构件挠度及裂缝控制的要求。

4 施工配合

本工程每根编织梁均有四个主梁相交节点, 因而纵向钢筋在相交节点的穿行按节点顺序采用“上、下、上、下”和“下、上、下、上”的原则, 即任取其中一支承柱, 与其相接的两根编织梁和其它编织梁的相交节点按顺序分别采用以上两原则, 然后按顺时针方向顺序取柱, 便可形成错落有序的钢筋穿行模式, 理论上使得每根编织梁跨中h0相同, 受力均匀。编织梁相交节点区四边每边设三道加密箍筋, 间距为50, 直径及肢数同原梁, 以保证其在节点区的抗剪要求。另二层及天面编织梁按照规范的规定起拱, 以达到尽可能减小大跨度梁挠度的目的。

在施工阶段, 二层梁柱节点因柱纵筋较少, 钢筋间距较大, 梁纵筋容易穿行, 混凝土浇筑亦方便, 此处按正常施工即可。而天面梁柱节点因梁柱纵筋较多 (柱20条, 梁8条且分三排配置) , 故钢筋穿行较困难, 给施工带来一定难度。笔者根据该梁柱节点是柱端弯矩起控制作用的原则, 采用梁面筋弯锚入柱并伸至梁底, 而柱与梁面筋对应的四根纵筋锚入梁内, 其余锚入板内的做法, 同时在浇筑混凝土时加强振捣, 很好地解决了这一问题。

本工程已经竣工, 投入使用后反映良好, 很受用户欢迎。