一种后浇上部结构的双层RC板式转换层及施工方法

摘要

本发明提供了一种后浇上部结构的双层RC板式转换层及施工方法，包括第一层RC转换板和第二层RC转换板，第一层RC转换板和第二层RC转换板之间通过框架柱支撑形成中空层；所述的第一层RC转换板的厚度小于第二层RC转换板的厚度，第二层RC转换板内设置有暗梁；所述的中空层内安装有后浇剪力墙、消能剪力墙和摩擦阻尼机构。由于转换层上下的板中配置了一定量的钢筋，层间设置耗能装置，既减轻了转换层板的质量，又使其具有足够的承载力来满足上部后浇筑建筑结构。层间特殊的构件布置，加强了结构整体性，增强了结构抗震性能，使得转换层上下相邻层不致成为抗震薄弱层。

说明书

技术领域

本发明属于建筑工程领域，涉及建筑结构中的转换层结构，具体涉及一种后浇上部结构的双层RC板式转换层及施工方法。

背景技术

在体型复杂，功能要求多样化的建筑中设置转换层，是结构工程师为了实现上、下层结构类型转换，上、下层的柱网、轴线改变或同时转换结构形式和结构轴线布置而采取的有效方法。自20世纪五、六十年代提出转换层结构概念以来，转换层结构的分析手段和设计技术越来越多样化，也越来越趋于成熟，从而使得转换层结构在现代高层建筑中得到越来越广泛的应用。当前工程中常用的几种转换层结构包括梁式转换、桁架转换、箱形转换、厚板转换等。以上转换层结构适应不同建筑及其功能要求。当前随着经济建设的快速发展，存在一类结构由于底层的先期投入运营，而上部结构则需后期规划建设，因此转换层就需要适应上部结构体形复杂的建筑，从而满足实际结构的需要。

厚板转换结构如图1所示，该结构是转换结构中最容易满足建筑功能要求的形式。当上、下层柱网轴线错开较多，或上部剪力墙结构布置很不规则而下部结构要求布置大柱网且难以用梁直接承托时，采用板式转换是一种较好的结构形式。采用板式转换的优点是上下层结构布置灵活，不必上下对齐；缺点是自重大(可高达数千吨)、造价高、施工时支模、钢筋绑扎困难，并涉及到大体积混凝土的施工等系列问题。设计中，由于转换厚板的传力路径不明晰，局部刚度过大，受力状态复杂，暂无成熟的简化方法可用，以致结构计算十分复杂；由于设计抗剪和抗冲切的需要，转换板的厚度很大，这造成转换板质量和刚度的突变、地震作用时结构的反应增大、转换层上下相邻层更成为薄弱层，不利于结构抗震。另一方面，由于自重和地震作用的增加，下部竖向结构的荷载明显加大，设计难度随着增加。研究表明，转换厚板的内力和位移极其不均匀，最大最小值可相差几十倍，需经过改进方可采用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，一种后浇上部结构的双层RC(钢筋混凝土，简称RC)板式转换层及施工方法，解决克服现有的厚板式转换结构自重大、造价高的缺点，增强了后浇筑上部结构的整体性，为后浇筑上部结构布置的灵活性提供条件。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种后浇上部结构的双层RC板式转换层，包括第一层RC转换板和第二层RC转换板，第一层RC转换板和第二层RC转换板之间通过框架柱支撑形成中空层；

所述的第一层RC转换板位于框架柱底部并与下部结构相连，第二层RC转换板位于框架柱顶部并与上部结构相连；

所述的第一层RC转换板的厚度小于第二层RC转换板的厚度，第二层RC转换板内设置有暗梁；

所述的中空层内设置有后浇筑剪力墙、消能剪力墙和摩擦阻尼机构。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的摩擦阻尼机构包括摩擦阻尼器，摩擦阻尼器的四角分别连接有支撑杆的一端，支撑杆的另一端分别与连接座相连，一对连接座安装在第一层RC转换板的上表面，另一对连接座安装在用于连接转换层内的后浇筑剪力墙的连梁上，连梁位于第二层RC转换板的下表面，四个连接座以摩擦阻尼器为对称中心对称布设。

所述的第一层RC转换板的厚度为300～400mm，所述的第二层RC转换板的厚度为600～800mm。

所述的消能剪力墙的布设在中空层内位于转换层四角处的框架柱之间，消能剪力墙与暗梁相连，消能剪力墙在转换层的每个角上呈L型、口字型或工字型布设。

所述的摩擦阻尼机构布设在中空层内位于转换层边缘处的后浇剪力墙之间。

本发明还给出一种后浇上部结构的双层RC板式转换层的施工方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，根据建筑物使用要求，进行整体结构荷载计算；

步骤二，转换层结构承载力设计：根据整体结构荷载，对下部结构进行设计，根据上部结构的荷载，确定转换层的第一层RC转换板和第二层RC转换板的厚度和配筋，确定消能剪力墙、摩擦阻尼机构的数量及布置位置；

步骤三，下部结构的施工：对下部结构进行常规施工；

步骤四，第一层RC转换板施工：第一层RC转换板脚手架搭设，支模板，绑扎板内钢筋，然后进行混凝土的浇筑和养护；

步骤五，中空层中框架柱施工：绑扎框架柱的钢筋，支模板，浇筑混凝土并养护；

步骤六，第二层RC转换板的施工：第二层RC转换板脚手架搭设，支模板，绑扎第二层RC转换板内部钢筋以及暗梁钢筋，暗梁中设置有用于连接消能剪力墙的预埋钢板，然后进行混凝土的浇筑和养护；

步骤七，在中空层内浇筑后浇筑剪力墙，在同一平面上的一对后浇筑剪力墙之间设置连梁，然后安装消能剪力墙和摩擦阻尼器机构；

步骤八，上部结构设计：根据使用功能，设计上部结构；

步骤九，上部结构的施工：对上部结构进行常规施工。

所述的暗梁中的预埋钢板的厚度为12～25mm，每隔200～600mm预埋一块预埋钢板，消能剪力墙顶部通过栓钉将连接钢板预埋在消能剪力墙中，连接钢板的厚度为15～25mm。

所述消能剪力墙与框架柱和暗梁固定是通过摩擦型高强螺栓、垫板将连接钢板与预埋钢板连接起来。

所述的连接座包括焊接在一起的底板和顶板，底板的厚度为10～20mm，顶板的厚度为8～15mm。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)由于转换层上下的板中配置了一定量的钢筋，层间设置耗能装置，既减轻了转换层板的质量，又使其具有足够的承载力来满足上部后浇筑建筑结构。

(Ⅱ)层间特殊的构件布置，加强了结构整体性，增强了结构抗震性能，使得转换层上下相邻层不致成为抗震薄弱层。

(Ⅲ)转换层间板的总厚度降低，极大的降低了成本，也使得结构整体刚度均匀，有利于抗震的需要。

(Ⅳ)为上部结构需后期规划建设的工程提供了一种可靠的转换层结构形式，从而满足实际结构的需要。

附图说明

图1是现有的厚板式转换层的结构示意图。

图2是转换层的整体结构示意图。

图3是转换层的正视结构示意图。

图4是转换层的内部结构示意图。

图5是消能剪力墙的结构示意图。

图6是消能剪力墙与暗梁之间的装配关系示意图。

图7是摩擦阻尼机构的结构示意图。

图8是下部结构的平面布置示意图。

图9是转换层的层间平面布置示意图。

图10是上部结构的平面布置示意图。

图11是仿真例的有限元实例模型。

图12是转换层的第一层RC板的应力云图。

图13是转换层的第二层RC板的应力云图。

图14是X方向地震作用下楼层最大位移。

图15是X方向地震作用下层间位移角。

图16是Y方向地震作用下楼层最大位移。

图17是Y方向地震作用下层间位移角。

图中各个标号的含义为：1-第一层RC转换板，2-第二层RC转换板，3-框架柱，4-中空层，5-下部结构，6-上部结构，7-转换层，8-暗梁，9-消能剪力墙，10-摩擦阻尼机构，11-后浇筑剪力墙，12-连梁，13-预埋钢板，14-栓钉，15-连接钢板，16-摩擦型高强螺栓，17-垫板；

(10-1)-摩擦阻尼器，(10-2)-支撑杆，(10-3)-连接座，(10-4)-连接座；

和均为轴线，①、②、③、④、⑤和⑥也为轴线。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

遵从上述技术方案，如图2至图7所示，本实施例给出一种后浇上部结构的双层RC板式转换层，包括第一层RC转换板1和第二层RC转换板2，第一层RC转换板1和第二层RC转换板2之间通过框架柱3支撑形成中空层4；

所述的第一层RC转换板1位于框架柱3底部并与下部结构5相连，第二层RC转换板2位于框架柱3顶部并与上部结构6相连；

所述的第一层RC转换板1的厚度小于第二层RC转换板2的厚度，第二层RC转换板2内设置有暗梁8；

所述的中空层4内设置有后浇筑剪力墙11、消能剪力墙9和摩擦阻尼机构10。

摩擦阻尼机构10包括摩擦阻尼器10-1，摩擦阻尼器10-1的四角分别连接有支撑杆10-2的一端，支撑杆10-2的另一端分别与连接座10-3、10-4相连，一对连接座10-3安装在第一层RC转换板1的上表面，另一对连接座10-4安装在用于连接转换层7内的后浇筑剪力墙11的连梁12上，连梁12位于第二层RC转换板2的下表面，四个连接座10-3、10-4以摩擦阻尼器10-1为对称中心对称布设。

第一层RC转换板1的厚度为300～400mm，配筋方案为：第一层RC转换板1内部钢筋分上下两层布置，两层垂直间距250～350mm，主筋可以沿对角线方向布置，也可平行于两支承边布置。

第二层RC转换板2的厚度为600～800mm，暗梁8的梁高等于板厚，与板现浇；配筋方案为：第二层RC转换板2内部钢筋分上下两层布置，两层垂直间距550～750mm，主筋平行于两支承边布置，暗梁钢筋分箍筋和纵筋，其箍筋与板筋垂直间距25mm～50mm。

消能剪力墙9布设在中空层4内位于转换层7四角处的框架柱3之间，消能剪力墙9与暗梁8相连，消能剪力墙9在转换层7的每个角上呈L型、口字型或工字型布设，尽量使结构的质量中心与刚度中心重合。消能剪力墙9采用已知的常规消能剪力墙。

摩擦阻尼机构10布设在中空层4内位于转换层7边缘处的后浇剪力墙11之间。摩擦阻尼器10-1采用已知的常规摩擦阻尼器。

本实施例的后浇上部结构的双层RC板式转换层的施工方法包括以下步骤：

步骤一，根据建筑物使用要求，进行整体结构荷载计算；

步骤二，转换层结构承载力设计：根据整体结构荷载，对下部结构5进行设计，根据上部结构6的荷载，确定转换层7的第一层RC转换板1和第二层RC转换板2的厚度和配筋，确定消能剪力墙9、摩擦阻尼机构10的数量及布置位置；

步骤三，下部结构的施工：对下部结构5进行常规施工；

步骤四，第一层RC转换板施工：第一层RC转换板1脚手架搭设，支模板，绑扎板内钢筋，然后进行混凝土的浇筑和养护；

步骤五，中空层中框架柱施工：绑扎框架柱3的钢筋，支模板，浇筑混凝土并养护；

步骤六，第二层RC转换板的施工：第二层RC转换板2脚手架搭设，支模板，绑扎第二层RC转换板2内部钢筋以及暗梁钢筋，暗梁8中设置有用于连接消能剪力墙9的预埋钢板13，然后进行混凝土的浇筑和养护；

步骤七，在中空层4内浇筑后浇筑剪力墙11，在同一平面上的一对后浇筑剪力墙11之间设置连梁12，然后安装消能剪力墙9和摩擦阻尼器机构10；

步骤八，上部结构设计：根据使用功能，设计上部结构；

步骤九，上部结构的施工：对上部结构6进行常规施工。

在施工过程中需要注意的是，消能剪力墙9和摩擦阻尼机构10在安装前需要配套的预埋施工，具体如下：

暗梁8中的预埋钢板13的厚度为12～25mm，每隔200～600mm预埋一块预埋钢板13，消能剪力墙9顶部通过栓钉14将连接钢板15预埋在消能剪力墙9中，连接钢板15的厚度为15～25mm。

消能剪力墙9与框架柱3和暗梁8固定是通过摩擦型高强螺栓16、垫板17将连接钢板15与预埋钢板13连接起来。

连接座10-3包括焊接在一起的底板和顶板，底板的厚度为10～20mm，顶板的厚度为8～15mm。

仿真测试例：

遵从实施例的技术方案，本仿真例给出一种具体的应用场景，本仿真例的分析实例为一幢20层带双层RC转换板的钢筋混凝土高层建筑，下部结构为商业用房，上部结构为标准住宅。该建筑底部采用大开间框架-剪力墙结构，转换层设置在第三层，第四层到二十层为纯剪力墙结构。本工程设计使用年限为50年，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g，设计地震分组为第一组，安全等级为二级。场地类别为II类，场地特征周期为0.35s，结构平面布置图如图8至图10所示，图中尺寸单位为mm。

下部结构的每层层高为4.2m，转换层的层高为2.85m，上部结构的每层层高为2.85m。转换层中，第一层RC转换板的厚度为300mm，第二层RC转换板的厚度为700mm。

暗梁中的预埋钢板厚度为15mm，相隔500mm预埋一块，连接钢板厚度为15mm。消能剪力墙为四个，呈L型，布设在位于转换层四角处的框架柱之间。连梁锚固的钢板厚板为10mm，焊接钢板厚度为10mm。摩擦阻尼机构为六个，对称布设在位于转换层边缘处的后浇剪力墙之间。

使用ANSYS软件对该仿真例进行了有限元模拟，得到的有限元实例模型如图10所示。得到的第一层RC转换板的应力云图如图12所示，第二层RC板的应力云图如图13所示，从图中可以看出，第一层RC转换板的最大应力为6.05MPa，第二层RC板的最大应力为3.22MPa，应力都远低于C30混凝土的立方体抗压强度标准值。

对比模拟试验：若将该仿真例中的双层RC板式转换层更换为厚板转换层，转换板厚1200mm，所得结果与采用双层RC板式转换层所得结果的对比如图14至图17所示，从图中可以看出，带双层RC转换板结构的X方向地震作用下的最大位移相比带厚板转换层结构的X方向地震作用下的最大位移降低了26.6％；带双层RC转换板结构的Y方向地震作用下的最大位移相比带厚板式结构的Y方向地震作用下的最大位移降低了40.6％。两种带不同转换层的结构的最大层间位移角均小于弹性层间位移角限值1/1000；带双层RC转换板结构的X方向地震作用下的上下层最大位移角比相比带厚板转换层结构的X方向地震作用下的上下层最大位移角比降低了10.0％；带双层RC转换板结构的Y方向地震作用下的上下层最大位移角比相比带厚板转换层结构的Y方向地震作用下的上下层最大位移角降低了14.8％。

X、Y方向为建筑的两个主轴方向，在对模型施加水平方向的地震时，就选取的这两个方向，仿真例对应的图中已经标出X、Y方向。

综上所述，本发明由于设置了双层RC板既减轻了转换层板的质量，又使其具有足够的承载力来满足上部后浇筑建筑结构；通过设置特殊构件，加强了结构抗震性能，使得转换层上下相邻层不致成为抗震薄弱层；转换层间板的总厚度降低，极大的降低了成本，也使得结构整体刚度均匀，有利于抗震的需要。