预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层的制作方法

本发明涉及一种钢筋混凝土框架转换层，具体涉及一种预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层，属于土木工程领域。

背景技术：

建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构类型，并通过该楼层进行结构转换，则该楼层称为结构转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求，在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。另在房屋设计中如上下两层平面功能不同，亦对楼板墙体等进行结构加强，做转换处理。

目前室内大空间框架结构转换，一般需要桁架转换或受压斜柱转换才能实现，因斜柱断面尺寸较大，转换部位的侧向结构刚度超强，造成转换层上下侧向刚度突变，形成结构薄弱部位，不利于结构抗震；也导致斜压柱吸引较大的地震力作用，且影响房间使用功能。

综上，现有的转换层不利于结构抗震以及斜压柱吸引较大的地震力作用，影响房间使用功能。

技术实现要素：

本发明为解决现有的转换层存在不利于结构抗震以及斜压柱吸引较大的地震力作用，转换构件尺寸大影响房间使用功能的问题，进而提供一种预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层包括预应力斜拉杆1、下框架梁2、上框架梁3、被转换柱4、基础柱5和楼层腹梁6，下框架梁2水平设置在转换层的底部，上框架梁3水平设置在转换层的顶部，楼层腹梁6由上至下依次水平布置在上框架梁3与下框架梁2之间，基础柱5设置在转换层的两侧，被转换柱4设置在基础柱5之间，预应力斜拉杆1倾斜设置在转换层边跨框架的对角节点上，预应力斜拉杆1的每一端上设置有一个锚端连接部7，预应力斜拉杆1的下端锚接在下框架梁2与被转换柱4的节点处，预应力斜拉杆1的上端锚接在上框架梁3与基础柱5的节点处，预应力斜拉杆1与转换层的下框架梁2、上框架梁3、被转换柱4、基础柱5和楼层腹梁6共同形成预应力斜拉杆转换层。

在一个实施方案中，预应力斜拉杆1为无粘结预应力钢筋混凝土构件。

在一个实施方案中，预应力斜拉杆1包括预应力钢绞线束、普通钢筋、薄壁钢套管和两个锚端连接部7，预应力钢绞线束穿装在薄壁钢套管内，预应力钢绞线束固定在薄壁钢套管的两端，两个锚端连接部7的外侧壁上均布设置有纵筋，纵筋外置混凝土。

在一个实施方案中，薄壁钢套管为镀锌薄壁钢套管。

在一个实施方案中，下框架梁2和预应力斜拉杆1均为预应力构件。

在一个实施方案中，上框架梁3、被转换柱4、基础柱5和楼层腹梁6均为普通钢筋混凝土构件。

在一个实施方案中，框架转换层的跨度为2～3跨，框架转换层的单跨长度不大于9m。

在一个实施方案中，预应力斜拉杆1与水平方向的夹角为45°～60°。

本发明与现有技术相比产生的有益效果是：

本发明的预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层的预应力斜拉杆以受拉力为主，预应力斜拉杆截面尺寸小，接近柔性构件，解决了结构构件竖向转换问题，对结构的侧向刚度影响较小，可以避免楼层刚度突变的问题；同时，在地震往复惯性力作用下，具有一定的抗压抗侧移刚度，有利于结构抗震、避免了斜压柱吸引较大的地震力作用，房间使用功能不受影响；

本发明的预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层的下框架梁为单跨受拉，可根据内力图设计预应力斜拉杆；预应力斜拉杆为无粘结预应力钢筋混凝土构件，在穿越楼层梁、柱处斜拉杆内应预埋镀锌薄壁钢管，能承载拉、压、弯、剪等作用力。

附图说明

图1是本发明的预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式三中预应力斜拉杆1下端节点图；

图3为本发明具体实施方式三中预应力斜拉杆1上端节点图；

图4为预应力设计内力与预压作用同向分布示意图；

图5是预应力设计内力与预压作用反向分布示意图；

图6是预应力设计轴拉裂缝钢筋力增量分解图；

图1中：1为预应力斜拉杆；2为下框架梁；3为上框架梁；4为被转换柱；5为基础柱；6腹梁；7为锚端连接部；l1、l2分别为被转换柱两侧相邻框架的跨度。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式的预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层包括预应力斜拉杆1、下框架梁2、上框架梁3、被转换柱4、基础柱5和楼层腹梁6，下框架梁2水平设置在转换层的底部，上框架梁3水平设置在转换层的顶部，楼层腹梁6由上至下依次水平布置在上框架梁3与下框架梁2之间，基础柱5设置在转换层的两侧，被转换柱4设置在基础柱5之间，预应力斜拉杆1倾斜设置在转换层边跨框架的对角节点上，预应力斜拉杆1的每一端上设置有一个锚端连接部7，预应力斜拉杆1的下端锚接在下框架梁2与被转换柱4的节点处，预应力斜拉杆1的上端锚接在上框架梁3与基础柱5的节点处，预应力斜拉杆1与转换层的下框架梁2、上框架梁3、被转换柱4、基础柱5和楼层腹梁6共同形成预应力斜拉杆转换层。

本发明可应用于框架结构体系、框架剪力墙结构体系的框架柱转换，转换跨数为2～3跨以内，斜拉杆转换分布适合于楼层各部位大空间；

设定结构转换部位的大空间上方3～4个楼层为转换层，在转换层边跨框架对角节点之间斜向布置与框架连接的预应力斜拉杆1，使预应力斜拉杆1与转换层内的框架相交连接一体；设计过程中根据结构计算结果对斜拉杆施加预应力，使斜拉杆与转换层范围的上、下框架梁、被转换的框架柱共同形成三角式预应力斜拉杆转换层。

预应力斜拉杆1为在转换层内斜向越层布置的预应力混凝土框架内构件，人为施加的预压作用力，可作为一种荷载工况与其它荷载工况组合，由计算软件解得结构各截面内力。

本发明在施工过程中，需在本发明的预应力斜拉杆钢筋混凝土框架转换层对应转换柱的位置下方设置临时支撑钢柱，上部转换层施工完毕后，开始对预应力斜拉杆1分批施加预应力，随着预应力筋的张拉，临时支撑钢柱的轴压力逐渐减小，当轴压力降为零时，转换体系已经形成。

临时支撑钢柱宜采用箱型截面，临时支撑钢柱上、下端与主体结构之间以锚栓连接；此阶段注意临时支撑钢柱下方应设置基座，基座应能承受临时支撑钢柱负荷面内转换层传来的荷载。

具体实施方式二：如图1～3所示，本实施方式预应力斜拉杆1为无粘结预应力钢筋混凝土构件。如此设计，既可以保证预应力斜拉杆1的抗拉承载能力、控制外包混凝土杆件的裂缝开展，又可以在必要时对无粘结预应力钢绞线进行更换。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1～3所示，本实施方式预应力斜拉杆1包括预应力钢绞线束、普通钢筋、薄壁钢套管和两个锚端连接部7，预应力钢绞线束穿装在薄壁钢套管内，预应力钢绞线束固定在薄壁钢套管的两端，两个锚端连接部7的外侧壁上均布设置有纵筋，纵筋外置混凝土。如此设计，预应力斜拉杆1以承载轴向力为主，也可承受一定的弯矩和剪力。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1～3所示，本实施方式薄壁钢套管为镀锌薄壁钢套管。如此设计，耐腐蚀，延长了使用寿命。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式下框架梁2和预应力斜拉杆1均为预应力构件。如此设计，有利于减小混凝土杆件的普通钢筋用量、减小截面尺寸，可以节省建筑材料，取得较好的经济性效果；预应力张拉产生的反拱可抵消转换层的挠度，有利于减小转换层的竖向变形。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：如图1所示，本实施方式上框架梁3、被转换柱4、基础柱5和楼层腹梁6均为普通钢筋混凝土构件。如此设计，使转换层内的大部分结构构件均为普通钢筋混凝土构件，无需其它特殊构造措施，既经济合理，又方便施工，可节省工程造价和工期。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图1所示，本实施方式框架转换层的跨度为2～3跨，框架转换层的单跨长度不大于9m。如此设计，使转换层跨度在9～27m范围之内，其跨度较为适中，可确保转换层构件设计的经济性。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：如图1所示，本实施方式预应力斜拉杆1与水平方向的夹角为45°～60°。如此设计，可以有效发挥预应力斜拉杆在竖向的承载能力，又可减少其对于下框架的水平分力作用。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

预应力斜拉杆预应力设计：

斜拉杆截面设计：

预应力斜拉杆框架结构，是由预应力钢筋混凝土构件与普通钢筋混凝土构件组成。在节点锚具部位施加的预压力，视为人为张拉的作用力，称为节点节间等效荷载，可作为一种荷载工况与其它荷载工况组合，可由计算软件解得结构各截面内力，预应力斜拉杆1可得内力n，m，q，初步估算按轴力n配置预应力钢绞线、按m，q配置普通钢筋，其截面验算公式如下：

作用力同向：

预应力轴向拉压：当荷载轴向内力与预压轴向内力方向相同，如：地震时结构周期性动力作用、温度内力、地基中预应力管桩受压承载等，见图4：

当nr＝np，公式中略掉不出现nr、np及nrs，则可得：

ns≤fca0-(σ’p0-f’py)a’p+f’ya’s

受压钢筋应力与混凝土规范公式相同：

当nr≤np，公式中可略掉不出现np、σ’pea’p则可得：

n≤fca0-(f’py-αeσ’rc)a’p+f’ya’s(1)

n＝ns+(nr-nrs)；np＝σpeap

σ’pe-f’py+αeσ’rc＝σ’p0-f’py

其中：σr0为预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力钢筋强度应力(受拉钢筋强度应力增量的初始应力)；σrc为混凝土截面上的预压应力；σ′rc为受压区混凝土截面上的预压应力；

在受压区的预应力钢筋束应力，当-nr＝np时与混凝土规范相同；

ns：轴向作用内力；

nr：预应力等效荷载作用下构件截面上的轴力；

nrs：受压区混凝土被压缩时，受压预应力钢筋束回弹松弛力(静力效应量值较小，可略去)；

荷载轴压力引起混凝土压缩，预应力钢筋束回弹，有效预压力减少，验算时(1-1)式代入式(1)。

作用力反向：

当荷载轴内力与预压轴内力方向相反时，也是预应力构件的一般情况，当ns>nr＝np时截面将处于开裂状态，并在设计承载力阶段，混凝土已不参与抗拉。见图5：

当nr＝np，在公式中不出现略掉nr与np，则可得：

ns≤fpyap+fyas

与混凝土规范公式相同。

当nr≤np在公式中略掉不出现np、σpeap，则可得：

ns-nr≤(fpy-σpe)ap+fyas(2)

轴拉筋增量

0≤σsk≤fpy-σr0(2-1)

σr0-σpe＝αeσrc(2-2)

在图5截面两侧预筋束合力点上各增加一项式(2-2)，由式(2-1)变换有图6，轴拉构件正常使用极限状态下，裂缝宽度计算公式中钢筋应力增量计算式为：

nr0＝nr+αeσrcap(3-1)

在受压区的预应力钢筋束应力，当-nr＝np时与混凝土规范相同。

公式中未标注参数请参见《混凝土结构设计规范》、《预应力混凝土结构设计规范》。