高層建筑受力特點范文
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導語:如何才能寫好一篇高層建筑受力特點,這就需要搜集整理更多的資料和文獻,歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文,供你借鑒。
篇1
1 短肢剪力墻結構
短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結構,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。
這種結構型式的特點是:
1.1 結合建筑平面,利用間隔墻位置來布置豎向構件,基本上不與建筑使用功能發生矛盾;
1.2 墻的數量可多可少,肢長可長可短,主要視抗側力的需要而定,還可通過不同的尺寸和布置來調整剛度中心的位置;
1.3 能靈活布置,可選擇的方案較多,樓蓋方案簡單;
1.4 連接各墻的梁,隨墻肢位置而設于間隔墻豎平面內,可隱蔽;
1.5 根據建筑平面的抗側剛度的需要,利用中心剪力墻,形成主要的抗側力構件,較易滿足剛度和強度要求。
對短肢剪力墻結構的設計計算,因其是剪力墻大開口而成,所以基本上與普通剪力墻結構分析相同,可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況,精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應用較廣,但對墻肢較長的短肢剪力墻,應該用空間桿-墻組元程序進行校核。
在進行以上分析后,這種結構在結構設計中仍然有需要引起重視的方面。
1.5.1 由于短肢剪力墻結構相對于普通剪力墻結構其抗側剛度相對較小,設計時宜布置適當數量的長墻,或利用電梯,樓梯間形成剛度較大的內筒,以避免設防烈度下結構產生大的變形,同時也形成兩道抗震設防;
1.5.2 短肢剪力墻結構的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢,當有扭轉效應時,會加劇已有的翹曲變形,使其墻肢首先開裂,應加強其抗震構造措施,如減小軸壓比,增大縱筋和箍筋的配筋率;
1.5.3 高層短肢剪力墻結構在水平力作用下,顯現整體彎曲變形為主,底部小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉剪力,由一些模型試驗反映出外周邊墻肢開裂,因而對外周邊墻肢應加大厚度和配筋量,加強小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應在兩個方向上均有連接,避免形成孤立的“一”字形墻肢;
1.5.4 各墻肢分布要盡量均勻,使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近,必要時用長肢墻來調整剛度中心;
1.5.5 高層結構中的連梁是一個耗能構件,在短肢剪力墻結構中,墻肢剛度相對減小,連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不應在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調,使其設計內力降低,應按普通框架梁要求,控制砼壓區高度,其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70%-80%來解決,按強剪弱彎,強柱弱梁的延性要求進行計算。
2 異形柱結構
異形柱結構是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4,相對于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻,常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。
這種結構的特點是:
2.1 由于截面的這種特殊性,使得墻肢平面內外兩個方向剛度對比相差較大,導致各向剛度不一致,其各向承載能力也有較大差異;
2.2 對于長柱(H/h>4)可以不考慮剪切變形的影響,控制軸壓比較小時,受力明確,變形能力較好。而對短柱(H/h
2.3 異形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范圍之外,受力時要靠各柱肢交點處核心砼協調變形和內力,這種變形協調使各柱肢內存在相當大的翹曲應力和剪應力,而該剪應力的存在,使柱肢易先出現裂縫,也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態,它使得異形柱較普通截面柱變形能力低,脆性破壞明顯;
2.4 特別是異形柱不同于矩形柱,它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況,其延性更差。
在進行異形柱結構設計時,除滿足高規中對結構布置要求外,還應注意幾個方面的問題:
2.4.1 異形框架的計算
由于其截面的特殊性,在柱截面對稱軸內受水平力作用時,彈性分析計算其翹曲應力很小,此時如同承受水平力的偏壓構件,仍可按平截面假定分析,按砼設計規范計算,特別是在框――剪,框――筒結構中,對6度及其以下烈度區的Ⅰ、Ⅱ類場地,框架柱只承擔水平風載的一小部分,如按一般偏壓柱計算,誤差較小。此時異形柱可用等剛度等面積代換成矩形柱后由程序進行整體分析。而在水平力較大,且水平力作用在非主軸方向,則翹曲應力不容忽視,按平截面假定誤差較大,則應對異形柱框架結構進行有限元分析,決定內力和配筋位置及大小。
2.4.2 軸壓比控制
對框架結構,框-剪結構,柱的延性對于耗散地震能量,防止框架的倒塌,起著十分重要的作用,且軸壓比又是影響砼柱延性的一個關鍵指標。由試驗結構分析,柱的側移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。
在高軸壓比情況下,增加箍筋用量對提高柱的延性作用已很小,因而軸壓比大小的控制對柱的延性影響至關重要,特別是異形柱結構剪力中心與截面形心不重合,剪應力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構件出現裂縫,產生腹剪破壞,加上異形柱多屬短柱,這些導致異形柱脆性明顯,使異形柱的延性普遍低于矩形柱,因而對異形柱的軸壓比要嚴格控制。
當高層建筑的高度進一步加大時,其水平力的影響會愈來愈顯著,對結構的延性要求也愈高。由天津大學土木系對異形柱延性資料可知,影響異形柱延性的因素比普通柱要復雜,且不同的柱截面形式,如L型、T型、十字型,在相同水平側移下,其延性性能也有較大差異,因而,軸壓比控制應參考天津規程。但天津規程的控制過于繁鎖,在結構計算中,柱的縱筋與箍面的直徑還沒有設定,因而箍筋間距與縱筋直徑的比值還無法確定。為在實際工作中便于使用,可按不同的截面形式(L、T、十字型)與不同的抗震等級兩項指標從嚴控制,對低烈度地區的這類結構是能夠滿足其延性要求的。
2.4.3 配筋構造
篇2
關鍵字:高層建筑;轉換層的設計;運用初探
Abstract: With the development of China's sustained and rapid economic development, people on the requirements of high-rise buildings tend to be diversified, integrated and comprehensive. So, building structure with transfer story born, and in recent years has been widely used.
Key words: high-rise building conversion layer; design; application
中圖分類號:[TU208.3]文獻標識碼:A文章編號:
1.轉換層的概念、結構特性和設計原則
1.1概念。
在恒載作用下,高層建筑結構下部樓層受力很大,上部樓層受力較小,正常的結構布置應是下部剛度大,墻體多、柱網密,到上部漸漸減少墻、柱的數量,以擴大柱網。這樣,結構的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此,為滿足建筑功能的要求,結構必須進行“反常規設計”,即將上部布置小空間,下部布置大空間;上部布置剛度大的剪力墻,下部布置剛度小的框架柱。為了實現這種結構布置,就必須在結構轉換的樓層設計水平轉換構件,即轉換層結構。
1.2結構特性
高層建筑轉換層按照結構型式來分類主要有以下幾種:梁—柱體系、桁架體系、墻梁體系、厚板轉換體系等,其中以梁—柱體系最為常用。如:建筑上、下部分之間結構類型的轉換,此類建筑上部和下部采用的結構形式不同;或建筑上、下部分之間的柱網尺寸不同,這種建筑雖然上下部分的結構類型相同,但通常需要通過轉換層,擴大其下部結構的柱距,以形成大柱網。同時具備轉換結構和擴大軸線尺寸的混合形式。梁式轉換層具有傳力清晰,受力簡單明確,構造簡單、易于施工,同時相對其他轉換層,更具合理的經濟性。
1.3設計原則
梁式轉換層因豎向剛度的突變形而成薄弱層,對整個結構的抗震不利,故采用轉換層結構設計時應遵循以下原則:盡可能減少需要轉換的豎向構件,直接落地的豎向構件越多,轉換構件越少,轉換層造成的剛度突變相對變小,對結構抗震有利,轉換層結構在高層建筑豎向的位置宜低不宜高,同時盡可能對稱設置轉換豎向構件并且盡量讓建筑沿高度的變化的同時剛度均勻變化。優化轉換層結構,在滿足建筑物安全和經濟要求的前提下,轉換剛度宜小不宜大。
2.轉換層的受力特點
2.1梁的共同受力特性
轉換梁主要承受豎向荷載作用,其受力特點主要在豎向荷載作用下的受力。實際測量,轉換梁有與其承托的上層結構共同受力的特性,轉換梁上面的墻體開洞對其內力結果有很大的影響。對托墻型梁式轉換層而言,共同受力的墻體層數與轉換層的跨度有直接關系。協同受力的顯著表現在于轉換梁上部結構各樓層梁上的彎矩趨于均勻,軸力的分布則是底層轉換梁出現最大拉力,設計中考慮轉換梁與上部框架梁共同受力時,轉換梁上部框架可作為空腹桁架。
2.2轉換梁受力分析
2.2.1轉換梁與上部結構整體彎曲變形。
如上所述,轉換層與上部結構有共同受力的特點,對托墻情況,轉換梁處于整體彎曲的受拉翼緣,若單獨考慮轉換梁,其所受的彎矩由于剪力墻的共同受力能力將降低。同時,由于處于受拉翼緣,應力積分后轉換梁中就會出現軸向拉力。這種整體彎曲會隨著上部墻肢長度變短而作用范圍快速縮小,當上部墻體為小墻肢時,或對托柱型轉換梁,這種影響只限于小墻肢或柱下較小的范圍內。
2.2.2轉換梁上局部區域傳力拱的作用。
由于豎向傳力拱作用,使得上部墻體上的豎向荷載傳到轉換梁時,很大一部分荷載將變成斜向荷載作用于梁上,如果將這斜向荷載分解為垂直和水平等效荷載形式,則垂直荷載作用下的彎矩肯定要小于不考慮墻體作用,那水平分力作用,就形成了轉換梁跨中一定區域受軸向拉力而支座區域受軸向壓力的現象。轉換梁的最終受力狀態是由上述兩個因素綜合作用的結果,可以簡單解釋為:轉換梁的軸力由于拱的卸載作用,是由拱以上豎向力沿拱切向分量引起,其值大小與拱高、荷載層數有關;由于轉換梁與其上部結構共同受力,實際引起轉換梁正負彎矩的荷載來自于傳力拱以下部分,即轉換梁與傳力拱中間部分的豎向力全部,和拱上部分豎向力的徑向分量,當然其值取決于轉換梁跨度及層數。
3.高層建筑轉換層結構設計應注意的問題
3.1轉換層結構布置
據相關研究已經顯示,在底部的轉換層中,如果其位置越高,它的上下高度的突變就會越大,轉換層的上下內力的傳遞途徑,其突變也會加劇,落地的剪力墻以及簡體就容易出現裂縫現象,框架的支柱內力加大,使得轉換層的上部其附近的一些墻體就會被破壞。所以說,轉換層的位置如果是過于高,就會對抗震產生不利的影響。
3.2轉換層豎向布置
轉換結構可以根據結構的傳力以及建筑的功能其需要,沿著高層的建筑方向靈活布置,也可以符合建筑功能要求的基礎上,能夠在樓層的局部來設置轉換層,而且自身的空間可以作為一種技術設備層,也可以作為一種正常的使用層,但是前提是要保證轉換層的剛度,這樣來防止剛度的過分懸殊。此外,在一些商業建筑中,如果是一種大底盤的多塔樓,對于塔樓的轉換層來說,就應該將其設置在裙房中的屋面層,而且要加大屋面梁的尺寸以及厚度等,以防止其中間會出現一種剛度太小的樓層,進一步將震害減小。對于一些框支剪力墻的高層建筑中,在轉換層位置的設置方面,7度區應該不應高于第五層,8度區域不應高于第三層,如果轉換層的位置與上述的規定不相符合,那么就應該要采取相應的措施來予以應對。
3.3轉換層抗震設計
具有轉換層的一些高層設計,因為其設置了轉換層,沿著建筑物高度方向的剛度均勻性可能會受到一些影響甚至是破壞,轉換層結構的豎向承載力因為其不連續墻柱的突變,這樣就導致了傳力路線的曲折、應力集中、以及變形集中,所以,在抗震方面,轉換結構的性能相對較差。框支剪力墻其轉換層的位置如果是設置在第三層以上,那么框支柱以及剪力墻其底部的抗震等級要提高一級,如果已經是特一級就不再需要將其提高,而對于底部的框架來說,如果其為密柱框架,其抗震等級就不用再提高。轉換層其構件在水平地震作用下的內力要將其調整,如果是八度的抗震設計,就要對豎向地震的影響需要考慮。
3.4轉換層樓板設計
轉換層將框支剪力墻分成上下兩部分,對于這兩者來說,其受力情況是有一定差距的,在上部的樓層中,因為外荷載而產生的水平力,有自己的分配原則,它是根據剪力墻的剛度來進行的。在下部樓層中,框支柱的剛度與落地的剪力墻的剛度也是不同的,后者承擔著水平剪力,也就是說,在轉換層處荷載的分配不是很均勻。轉換層其樓板具有比較重要的任務,比如說上下部分的一些剪力重分配就是由它負責,轉換樓板其自身的變形大、受力大,應該要保持足夠的剛度來完成對于自己任務的支撐。
4.結束語
總之,在高層建筑轉換層設計中,須根據工程本身特點和驗算中受力狀態的不明確等因素,選擇科學合理的結構設計方案,確保方案設計的全面性、科學性,減少施工的風險和難度,保證建筑的安全使用。
參考文獻:
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關鍵詞:高層建筑;轉換層設計;設計原則;要點
中圖分類號:[TU208.3]文獻標識碼:A 文章編號:
自我國入世以來,實行的改革政策略見成效,隨著我國的綜合國力不斷增強,經濟實力不斷增長,在高層建筑上采用高科技技術的同時,也帶動了其他行業的發展,比如在建筑材料和鋼鐵的用材上,促使這些企業迅速發展。高層建筑業的發展情況,是這個城市經濟發展的重要標志之一,代表著這個國家城市中的經濟發展水平,資源配置形式,科技技術的應用效果等。下面就現在高層建筑中存在的一些關鍵性問題進行透析,找到解決方案,為建筑業的發展添磚加瓦。
一、高層建筑轉換層設計要點
(一)高層建筑的轉換層結構分布
高層建筑設計中考慮的因素相當之多,結構框架的轉換層的選擇也是很有講究的,高層建筑主要包含的關鍵因素有梁、桁架、箱形結構、空腹桁架、厚板、斜撐這些重要的構件做支撐,根據具體的工程建筑情況進行合理的設計,確保建筑的轉換構架安全適用。
首先,在對高層建筑框架的初步選擇上,首先要考慮的是他是否具備軟件的功能,通過驗證,在進行科學的設計簡圖為其做進一步的合理選定,根據以上的邏輯安排,通過嚴謹的計算,將設計的模型和軟件中的物理學中的力學的相關知識點應用進來,盡可能的與設計方案達成一致;
其次,在對高層建筑轉換層的局部設計分析中,最重要的一點就是轉換層是否具備負荷功能,并對其進行適當的分配,盡量與轉換層的各個部位相對稱,比如在轉換層的上下區間進行適當地位移,在受力的墻柱部位進行合理的布局,加強不同裝換層之間的樓層結構轉換力,采用超厚級的板層進行內外轉換,但在局部轉換層的構架中最要注意的就是開大洞厚板的不利應力分布。
最后,就是對高層建筑的整個設計結構的分析了,整體決定部分,整體在整個高層建筑中占關鍵地位,不能急于一時就忘乎所以,忽視轉換層最基本的垂直原理,這個是最嚴重的,另外還要注意轉換層結構變形及轉換層上下層剪切剛度比對結構的影響。
(二)高層建筑的控制落地剪力墻的間距
高層建筑要考慮的層面不是簡單的舒適度這樣的問題了,還要考慮抵御自然災害的能力,我國近幾年來地震頻繁,受災情況有目同睹,因此在高層建筑的實際中已把這個情況列為首要追蹤的關鍵性問題,下面就對減免自然災害帶來的問題進行思考,找出解決的策略。
一方面由于地震震感極強,在高層建筑的轉換層設計上就要加強抵御震力的能力,對轉換層的上下層次要做重新的設計,盡可能的把上下的豎向構架進行重新的分配,對樓板也要進行剪力的重新構造,減弱平面內的受力狀況,加強地震剪力的安置,這是至關重要的,不可忽視。具體的高層建筑要對這個因素要有具體的設計方案,例如,某一高層建筑,深受地震災害的影響,需對其重新的設計,但是由于該高層建筑的表面受力相當之大,致使樓板變了摸樣,形狀奇異。針對這樣的問題,首先要對整體的樓板進行考究,加強樓板的厚度,限制樓板的開洞,讓樓板厚度不低于200mm,還有就是對建筑鋼筋的要求,鋼筋要采用雙向的,板角最好加配斜箍。轉換層樓面應采用現澆,其砼強度等級要大于C30。3.5保證抗震性能。
另一方面,高層建筑轉換層在設置的結構中,要盡量與建筑的高度、剛度、以及方向性保持一致,由于高層建筑的均勻性破壞性極強,在豎向受力構件上常常會出現間斷性的和墻現象,引發柱截面變形的事件也不計其數,傳遞力的途徑被堵塞,導致應力集中和變形集中。由此可見,高層建筑的轉換層較差對于商住高層建筑沒有積極的效果,反倒是加劇了大底層的多樓層的建筑框架,在這個設計中,高層建筑設計者最好在塔樓的轉換層部位進行裙房的設置,加強高層建筑的梁柱,加大板截面的尺碼,避免因地震而造成的極大傷害。
(三)高層建筑轉換層結構的過渡受力以及控制軸壓比
1.過度受力
高層建筑轉換層的結構設計,不是我們想象的那么簡單,在這個過程中,樓層的梁面和柱面分別有兩種表現形式,從柱面來看,主要的突出表現有強柱和弱柱,從梁面來看主要由強梁和弱梁。不要輕視這兩個構件,它們直接影響著轉換層的豎向負載能力以及構架的內力,在高層建筑施工期間,對施工的進度和時間也有一定影響,尤其是在轉換層構架與若干層構架同時出現在施工階段的時候,這個構架的內力變化尤為突出,若不及時采取措施,必會因為施工階段轉換構件的過渡受力而影響高層的進度,造成高層建筑施工延時延工。
2.控制軸壓比
高層建筑中轉換層還要注意軸壓的比率,盡量控制這個比率,我們知道,轉換層的支梁和支柱在內交角的位置,有一個突出的應力表現情況,由于深受水平負載以及垂直負載的雙重影響,柱子的橫截面,柱子的剪力,以及柱子的彎矩在相對條件下較小,所以軸壓力的承受力主要受框支柱所支撐,轉換層以上的墻體垂直負載和水平負載差不多都能借助板平面內的剛度傳遞給落地剪力墻,因此要嚴格控制框支柱的軸壓比。例如,在一高層建筑實處,設計的方案是這樣的:抗震設計時框支柱的軸壓比小于0.6,砼的強度等級高于C20 ,但低于C30,采用螺旋箍圍繞框支柱全高密度較小,箍筋直徑要不足10,問距不足100rnm,這個設計方案,在真正實行的過程中限制了柱箍筋配箍率,減弱了轉換層柱的抗剪能力。因此要切合實際的對高層建筑進行科學的檢測,確保萬無一失。
二、多功能綜合性高層建筑結構體系的特點
高層建筑設計講求功能的時效性,多功能的綜合性高層建筑為人所用,為企業所用,為社會所用,為國家所用甚至為世界所用。不論是在大眾商場里,還是在休閑娛樂之地,都需要一款全新的,綜合性能極強的高層建筑體系。另外對于一些較小的柱網、較小開間的住宅、公寓、旅館、辦公功能的建筑設,應在上、中、上層的各個部分進行多功能的建筑,確保居民方便,服務與群眾,造福于社會。多功能的高層建筑具有獨特的特點,即方便,快捷,舒適、靈活等。這些特點也造就了多功能綜合性高層建筑結構體系的特點。對高層建筑結構設計提出的新問題,需要設置一種稱為“轉換層”的結構形式,來完成上下不同柱網、不同開間、不同結構形式的轉換,簡單地說,就是上下兩層的結構不一樣,必需設置一個轉換層來“承上啟下”。結構上的轉換層概念,主要是指在整個建筑結構體系中,合理解決豎向結構的突變性轉化和平面的連續性變化的結構單元體系。
總結:
總而言之,任何事物的都要根據具體的實際的問題出發,根據客觀存在的條件,根據高層建筑中的實際問題,依據不同的特點和特征,適當將物理學中的力學因素參考進來,遵循事物發展的規律,尊重自然的情況下,設計出最佳方案。另外,在設計上不要循規蹈矩,打破以往的設計因素,確保方案設計的全面性、科學性,減少高層建筑施工中的風險和難度。
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篇4
一、超限高層建筑結構類型
1、框架一剪力墻結構
其不僅有框架結構的布置靈活和延性好,也具有剪力墻結構的大剛度和高承載力的特點。框架結構的側向位移為剪切型,其層間的相對位移下大而上小,而剪力墻結構的側向位移則為彎曲型,它的層間相對位移則為下小而上大。并通過樓層梁板將兩者連在一起,從而使得框架和剪力墻協同受力,一同進行工作。所以,在結構的底部框架的側移變小,那么在結構上部剪力墻的側移就變小,其側移的曲線包含了2種結構的特點,是彎剪型。
2、框架-核心筒體結構
核心筒是通過利用電梯井和樓梯間以及管道井等的墻體,來圍成一個封閉的實腹筒體,且框架部分是以核心筒作為中心來向外進行布置,其外框架的柱間距可達到9- 10m,因此,其有空間大而靈活,立面可選性較強以及采光好等優點,是商務建筑和高層公共建筑的理想選擇。其封閉的實腹筒體整體性,讓其具有非常優異的抗彎與抗扭剛度,可建造的高度達40-50層。且當設有伸臂時,其外框架的抗傾覆矩就會得到增大,從而使其結構的抗側剛度得以增大,從而減少結構的側移,這樣其建造的高度則可達60-100層。
二、超限高層建筑結構設計要點
1、重點突出水平荷載
超限高層建筑結構設計中,最為重要的內容就是結構荷載設計,而荷載設計又包含兩方面內容,分別為水平與豎向荷載。因為超限高層建筑高度基本上都可以確定,因此豎向荷載通常都是確定數值,設計者只要進行簡單的計算即可,但是水平荷載則不同,結構特性發生變化,數值就會發生變化,因此水平荷載計算更為復雜,設計人員需要多加留意。
2、重點關注軸向變形問題
超限高層建筑因此高度要高于一般的高層建筑這,因此豎向荷載自然也高于普通高層建筑,柱軸向變形能力也更大,如果不加以考慮,可能連續梁彎矩會發生非常明顯的變化,負彎矩值就會相應的降低,相對的跨中正彎矩也變大。不僅如此,預制構件下料長度也會隨之發生變化,不能依照原本設計來進行計算。若軸向變形突然出現,設計人員并未加以注意,構件剪力依然依照原有的情況進行計算,很有可能會引起安全問題。
3、對子側移進行重點控制
超限高層建筑與多層建筑有很大的不同,高度越高,結構在水平與豎向荷載的共同作用下,發生側移的可能性非常高。如果側移非常大已經超出建筑結構承載能力,超限高層建筑就會因此發生安全問題。因此側移數值控制異常重要。
4、結構延性是重點設計內容
超限高層建筑垂直高度非常高,因此其對結構的柔性有著更高的要求。所以要求設計者要對超限高層建筑結構進行設計時,必須滿足延性要求,如若出現地震,結構會保持著塑性變形狀態,以此防止坍塌事故的出現。正是因為如此,結構延性成為重點設計內容。
三、超限高層建筑結構設計中需要注意的問題
1、地基設計需要注意的問題
多層建筑地基設計非常簡單,經驗豐富的設計者只要按照基礎設計資料進行設計即可,出現問題的可能性并不大。但超限高層建筑卻不能如此隨便,因為高度非常高,地基承載力要求非常高。因此在進行地基設計之前,施工單位必須預先進行地質勘探,設計人員依據勘探數據報告來設計,以此保證地基承載能力達到超限高層建筑要求。總之,實際設計期間,設計者必須以勘探結構為依據,考慮眾多因素,完成基礎結構設計工作。
2、抗震設計中需要注意的問題
超限高層建筑抗震設計應該是結構設計重點考慮的問題之一。為了提升超限高層建筑的抗震性,設計人員盡量不要應用框架體系,可以選擇應用框架-剪力墻結構,也可以選擇應用筒體結構體系。設計者在進行設計時,一定要對實際情況加以了解,根據超限高層建筑的剛度和抗震需求來進行結構體系設計,這樣不容易出現設計返工的問題。
3、現澆鋼筋混凝土樓板設計需要注意的問題
①從鋼筋混凝土的現澆樓板的各種受力體系分析,不管是按哪種設計中對其受力狀態的考慮,都是局限于樓板平面上應力的變化以及板平面受剪的變形。即使對板端的嵌固端節點所產生的彎矩進行考慮,也僅僅是對板平面的彎曲或者屈曲所產生的應力進行了考慮。而在對樓板的受力體系進行分析時,對于現澆結構的構件間的在三維空間之中怎樣進行內力分配和協調變形,則根本沒有進行考慮。
②在進行樓板鋼筋的配置設計時,部分的設計者只是按照單向板來進行計算,只是以分離式的負彎矩鋼筋來作為支座處的支撐,這種設計方法所計算出來的受力情況和實際的受力情況存在著較大的出入,所以導致混凝土樓面的抗拉能力分布不均,很容易導致局部裂縫的產生,同時由于對于構造配盤及放射筋等重視度不夠,所以一些薄弱環節沒有加強筋的配置,為質量安全埋下了隱患。
4、連續梁設計需要注意的問題
連續梁按單梁進行設計,此情況大多出現在陽臺邊梁的設計之中。為了更便于分析結構受力情況,設計者把應為連續梁的梁按照簡支梁來設計,使得梁在支座上部的負筋配置過少。從而引起了梁在支座附近上部的受拉區出現豎向上的裂縫,從而導致梁上部攔板處出現豎向的裂縫。若此邊梁的長度較長,那么出現的問題將會變得更加嚴重。
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關鍵詞:高層建筑,結構加固,問題
高層建筑的改造加固有其本身特有的特點,不能簡單地套用多層建筑加固改造的方法,而應結合現行的高層建筑設計規范和工程的特點,采用不同的加固方法。本文下面就高層建筑改造加固中的兩個問題:構件加固、結構構造,進行一下重點的探討。
1、構件加固的方法要點
在高層建筑結構的構件加固設計中,最簡單的方法是加大截面加固法,但加大截面法有時受各種工程條件的限制,實施起來有一定的難度,因此,應根據構件的受力特點、現行設計、加固規范對構件的構造要求、建筑物現場的施工條件和環境條件綜合確定。對軸壓比不足的柱,應優先采用加大截面法加固,其次采用外包鋼加固和粘鋼加固。對底部加強區的剪力墻構件,如果是軸壓比或水平配筋嚴重不足,應采用加大截面法加固,可采用一面或兩面加固,加固的高度應至少超過底部加強區一層或超過剪力墻截面不需要加大的樓層一層;對底部加強區截面相差較小的剪力墻及其他部位的剪力墻,則應優先采用粘鋼加固。對于梁,如果梁的配筋與原設計配筋相差較大,應優先選用加大截面法加固,具體措施有:如果高度不允許加大,則采用單側加大、雙側加大。若高度不受限制,則可考慮采用梁底部截面加大。僅跨中配筋不足的梁,還可采用梁底粘鋼加固法。僅負筋不足的梁,如果是框架中部節點,樓板又為現澆板,則可考慮梁兩側適當范圍內板的作用,在板面粘貼鋼板;如果是框架邊節點,最好考慮加大截面或梁柱包鋼套方法。
2、結構構造的技術要點
2、1改造加固設計中的焊接
在建筑結構的改造加固設計中,鋼筋焊接是常用的方法,但現行的國家規范與老規范有較大不同,在高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3)2002)[S]中,雖然沒有禁止鋼筋焊接連接,但在一些重要部位不提倡采用焊接接頭,一是焊接速度慢,二是焊接質量受環境及人為因素影響較大,尤其在高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3)2002)[S]第6.3.6條中明確規定“框架梁的縱向鋼筋不應與箍筋、拉筋及預埋件等焊接”,以避免由于焊接引起縱筋的冷脆,造成梁的承載力降低或形成隱患。混凝土結構加固技術規范(CECS25:90)[S]第4.2.4第二款(圖4.2.4a)、在王文棟的“混凝土結構構造手冊”一書中第15.4.3第四款(圖15.4.3a)中,都大量采用了焊接,而這正是高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3)2002)[S]第6.3.6條中所明令禁止的。此外文第十三章大量的混凝土結構加固節點中,受力構件新老縱筋之間、原受力縱筋與新增箍筋之間大量采用了焊接連接,這樣做是不合適的,尤其是箍筋與受力構件縱筋的焊接,是與高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3)2002)[S]第6.3.6條相違背的。在設計的加固工程中,采用將新增箍筋與原構件中箍筋焊接的方法,以避免傷及縱向受力鋼筋。
2、2柱加大截面設計中的豎向鋼筋處理
在柱截面加大設計中,會經常遇到新加柱的縱筋與鋼筋混凝土框架梁相碰的問題,常用的處理方法是在梁上穿孔,將鋼筋從梁中穿過(圖1(a)),或通過轉換結構構件(鋼套),將梁上下鋼筋分別與轉換構件相連,以達到鋼筋受力有效傳遞的目的(圖1(b))。圖1(a)做法的優點是能使鋼筋上下貫通,有利于柱子的受力,但缺點是需要在原有框架梁上打孔,容易傷及框架梁中的受力鋼筋。圖1(b)做法的優點為不需要在梁上打孔,缺點是要做一個過渡的鋼套,對于豎筋較多的柱,鋼套的受力和尺寸較大,且這樣的鋼套施工質量不容易保證,容易形成質量缺陷。本人認為,處理這種問題的較好辦法是圖1(c)的做法,柱鋼筋全部從框架梁兩側繞過,然后采用1B6的坡度內收至設計位置,為滿足規范規定的豎筋間距要求,在框架梁上下各增加附加鋼筋。該節點做法的優點是鋼筋傳力直接,避免了圖1(a),(b)做法中的缺點,且施工方便。
2、3剪力墻約束邊緣構件的加固處理
按照文的要求,鋼筋混凝土剪力墻在底部加強區,應設置剪力墻約束邊緣構件,這一規定是89系列規范中所沒有的,因此,如何處理剪力墻底部加強區的加固問題,是能否保證加固后的底部加強區滿足新規范要求的關鍵所在,也是保證加固后的建筑物在地震作用下能否安全的關鍵。要正確處理這一問題,就要充分了解文中新增約束邊緣構件構件的目的。在高層建筑的底部加強區,當剪力墻的軸壓比增大到一定值后,剪力墻的延性大大降低,因此,增加剪力墻約束邊緣構件的目的,就是為了增加鋼筋混凝土剪力墻邊緣構件的橫向約束,改善混凝土受壓性能,增大延性,避免塑性鉸在底部加強區出現,從而提高剪力墻的承載力,增大了剪力墻及整個建筑物的安全性。
所以,本文認為,必須對約束邊緣構件及底部加強區受力及構造不滿足規范要求的部分進行加固,包括連梁。在具體設計中推薦如圖2(a),(b),(c)所示的構造節點。圖2(a)用于僅體積配箍率及構造邊緣構件長度不足時的加固,圖2(b),(c)用于剪力墻增加厚度后約束邊緣構件的加固。需要說明的是,在加固節點中,所有螺栓均應采用對穿螺栓,而不應采用膨脹螺栓或化學螺栓,因為剪力墻兩側的膨脹螺栓和化學螺栓由于不連通,對剪力墻起不到應有的約束作用,不符合約束邊緣構件設置的本意。如果約束邊緣構件范圍內縱向受力鋼筋與配箍率同時不足,則按圖2(d)進行加固,水平鋼板與剪力墻之間的縫隙用環氧砂漿填充密實,以保證鋼板對混凝土的約束力,而不應采取將豎向鋼板帶放在水平鋼板帶外側的加固形式。
總之,設計和施工人員在進行具體的高層建筑工程加固設計與施工中,應根據原有建筑物的現狀,結合抗震鑒定報告的建議,在國家現行規范的框架內,參考有關結構加固規范,選擇合理的計算方法和節點構造,以實現經濟合理、安全可靠的理想效果。
參考文獻
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篇6
關鍵詞:高層建筑;轉換層;設計;探討
中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:
1 轉換層的概念及設計原則
近年來,高層建筑也迅猛發展,并向著體型復雜、功能多樣和內部空間多變的綜合性方向發展。轉換層結構工程已成為現代高層建筑結構發展的趨向之一。
1.1 定義
一般情況下,位于高層建筑結構的下部受力較大,而上部結構受力相對較小,因此為了保證整個建筑的安全性,必須確保下部結構牢靠,因此通常在下部結構布置的剛度大、墻體多、柱網密,越往上部建造,所需的墻、柱數量都相應減少,從而擴大柱網。導致整體的建筑物出現上部的活動空間遠遠比下部的活動空間要大,不符合建筑功能對空間的需求。為了實現建筑功能需求,必須打破原有的常規設計,在創新的過程中,就會使用到轉換層結構,其功能主要是在結構轉換的樓層設計水平轉換構件,使得整個建筑符合其使用功能。
1.2 設計原則
因在建筑物中設置轉換層可使其豎向剛度發生突變,降低了結構的抗震能力,為了防止這種情況的出現,應遵循以下設計原則:在設置轉換層時,應盡量選用直接落地的豎向構件,因為需結構轉換的豎向構件能夠引起剛度突變,影響結構的抗震能力;另外,應在高層建筑豎向位置較低的地方設置轉換層結構,把握宜低不宜高的原則;對轉換層結構進行優化,保證選用的換層結構型式具有明確的傳力路徑,有利于結構分析設計和保證施工量;轉換剛度不可過大,在考慮建筑物安全和經濟的前提下,堅持宜小不宜大的方法。
2 高層建筑結構轉換層的主要特點
近年來高層建筑發展迅速,建筑朝體型復雜、功能多樣的綜合性方向發展,因而相應的結構形式也復雜多樣。后來陸續開始在高層住宅底層設置生活福利設施,并且開始大量興建集吃、住、辦公、購物、停車等為一體的多功能綜合性高層建筑,尤其是在城市主干道兩側,并已成為現代高層建筑的一大趨勢。高層建筑結構轉換層具有以下幾方面的特點:
2.1 轉換結構構件需要承受其上部結構所傳下來的巨大豎向荷載或懸掛下部結構的多層荷載,使得轉換結構構件的內力很大,豎向荷載成了控制轉換結構構件設計的主要因素。
2.2 轉換結構構件通常具有數倍于上部結構的跨度,轉換結構構件的豎向撓度成為嚴格控制的目標。因此為保證轉換結構有足夠的強度和剛度,致使結構構件的截面尺寸不可避免地高而大。
2.3 結構中由于設置了轉換層,沿建筑物高度方向剛度的均勻性會受到很大的破壞,力的傳遞途徑有大的改變,為豎向不規則結構,這決定了轉換層結構不能以通常結構來進行分析和設計。
3 結構轉換層的工程設計方法
3.1 轉換層的豎向布置
帶有轉換的高層結構可根據其建筑功能和結構傳力的路徑,可以沿高層建筑的高度方向一處或多處靈活布置;也可根據建筑的使用功能要求,在樓層某些局部布置相應的轉換層,可根據自身的特點作為正常使用樓層,也可作技術設備層,在轉換層的設計中應確保轉換層具有足夠的強度和剛度,保證豎向剛度不能過大。如果對大底盤多塔樓的商住建筑,塔樓的轉換層宜設置在裙房與塔樓的交接樓面處,并加大樓面轉換梁、板的尺寸和厚度,目的是和上下樓層的剛度保持接近,以避免中間出現剛度特別小的樓層,進而地震對高層建筑的危害。若對部分框支剪力墻的高層建筑結構設計是,應特別注意轉換層的設置位置,根據《高層建筑抗震設計規范》規定7度區不宜超過第5層,8度區不宜超過第3層。如果轉換層位置超過上述規定時,應作專門研究并采取有效措施。
3.2 轉換層結構剛度的合理選擇
在進行轉換層結構設計時,存在著轉換層結構剛度合理值的問題。當轉換層剛度過大時,一方面引起地震反應和結構豎向剛度的突然增大,使轉換層上下層處于更加不利的受力狀態,另一方面材料用量增加,結構經濟性不合理。當轉換層剛度過小時,上部框支部分的豎向構件與其它豎向構件之間可能出現較大的沉降差,從而在上部結構中與該部分豎向構件相連的水平構件中產生明顯的次應力,導致其配筋增加。這一點在正交主次轉換梁結構中的轉換次梁中表現最為突出,此時不僅轉換次梁要選用合適的截面尺寸,還要保證轉換主梁具有足夠的剛度,以減小因轉換主梁撓度引起轉換次梁的支座沉降而導致上部結構構件產生的次應力。
3.3 轉換層樓板
以轉換層為界,框支剪力墻被分為上下兩部分,且這兩者的受力情況是有差異的。上部樓層中,外荷載產生的水平力具有一定的分配原則,是根據各片剪力墻的等效剛度比例來進行的;下部樓層中,框支柱的剛度不同于落地剪力墻間的剛度,水平剪力主要由后者承擔,即在轉換層處荷載分配不均勻。轉換層樓板的任務較重,主要負責完成上下部分剪力重分配,且因轉換層樓板自身存在的受力大、變形大特點,必須要有足夠的剛度來支撐其任務的完成。
3.4 轉換梁設計
在進行轉換梁設計時,要特別注意對轉換大梁與上部結構共同工作程度的分析,它不僅會影響轉換梁的內力大小,還可能改變其受力狀態。對于滿跨框支剪力墻,考慮完全共同工作的分析與不考慮共同工作的分析結果存在很大的差異,前者的跨中彎矩和支座剪力分別較后者小10%和50%,而支座彎矩則有所增大,軸向拉應力明顯增大。規范規定此時轉換梁按照軸心受拉構件計算,但研究表明將轉換梁看作深梁的受拉翼緣時可以得到更理想的效果。
3.5 抗震性能
由于厚板集中了很大剛度和質量,其在地震作用下反應強烈;板本身受力很大,而且豎向剛度突變,相鄰上、下層受很大作用力,容易發生震害;從以往的試驗和已設計的工程[5]表明,厚板的上、下相鄰層結構出現明顯的裂縫和混凝土剝落,板不僅會發生沖切破壞,還可能發生剪切破壞,故板必須三向配筋;o桁架轉換層的節間采用輕質建筑材料填充,有利于減輕結構自重,同時轉換桁架的抗側力剛度比轉換梁小,也就是說具有桁架轉換層的高層建筑其質量和剛度的突變比帶轉換梁的高層建筑緩和,作為抗震的重要構件,框支梁的受剪很大,應遵循“強剪弱彎”的方針,在縱筋數量較多的背景下,加強箍筋。因此,地震反應要比梁式轉換的高層建筑小得多。
4 結束語
在高層建筑轉換層設計中,須根據工程本身特點和驗算中受力狀態的不明確等因素,選擇科學合理的設計方案,確保方案設計的全面性、科學性,減少施工的風險和難度。結構設計隨著城市建設步伐的加快,高層建筑的功能需求也發生了很大的變化,不再是單一、枯燥和片面的。常見的建筑物結構形式為民用住宅與公共場所通過墻體、柱網進行分開,各自滿足自身的使用要求。在這其中運用到了轉換層,只有通過轉換層才能實現這種結構變化形式的過渡,完成各自的需求功能。本文通過介紹轉換層的概念、設計原則及結構形式、受力特點,分析轉換層結構構件設計,望能起到拋磚引玉的效果。
參考文獻:
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篇7
【關鍵詞】高層建筑;鋼筋混凝土;梁式轉換層;施工技術
中圖分類號:TU97 文獻標識碼:A 文章編號:
前言
現在的城市高層建筑正在逐漸呈現出多樣化和多用途的基本特征,這些特征也正在賦予高層建筑以更加多樣化和更加強大的功能。但是,這一趨勢也給高層建筑的結構形式提出了更高要求。高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的施工技術便是為了更好的提高高層建筑結構的科學性和實用性應運而生的。經過長期的工程實踐和長期的使用反饋,我們認為高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的施工技術的優越性是較為突出的。因為,這一技術解決了傳統的技術無法解決的問題,實現了高層建筑中上下部結構的豎向連續性。
高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的主要優勢和技術特點
2.1高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的優勢
高層建筑的施工難度較大,這主要是由于下部結構受力較大引起的。在施工過程中需要引起我們注意的是高層建筑的上部結構受力較小,這就顛覆了常規的建筑物結構模式,給施工帶來很多難度,也給工程安全帶來很多威脅。經過長期的施工實踐發現,在結構中設置轉換結構構件可以較好地解決這一問題。轉換結構構件所在的樓層就是轉換層【1】。
2.2高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的技術特點
上、下層結構類型的適用范圍是很廣泛的,其突出特點是可以創造較大的內部自由空間。此結構類型的應用范圍集中在上部為剪力墻結構和框架剪力墻結構,其結構優勢較符合此類結構的實際情況。
上、下層柱網、軸線改變的主要特點是可以形成上、下結構不對齊的布置。這一效果是通過上部樓層剪力墻結構通過轉換層軸線錯開實現的,也是其優勢所在。但是,在軸線發生改變的過程中轉換層上、下結構形式沒有隨之改變,這是此類型的重要特征之一。在高層建筑施工的過程中,鋼筋混凝土梁式轉換層的施工技術是較為多樣化的,需要根據實際工程具體選擇。
下圖為高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層相關結構的設置和參數選擇。
高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的施工技術的流程和要點
3.1鋼管支撐和模板工程的施工
鋼板支撐和模板工程的施工是重要的基礎性階段,通常選擇中 Φ48×3.5 碗扣式腳手鋼管搭設排架作為轉換結構模板支架,可調支托安放于鋼管支撐頂端【2】。在此過程之后需要在鋼管上方安裝可調支托。這將會直接關系到鋼管立柱的承受能力,尤其是軸向力是否能夠達到相關要求。在施工過程中,模板支架需要承受很大的壓力,施工過程必須以保證模板支撐力達標和不會發生坍塌為基本原則,否則將會造成人員傷亡和較大的財產損失。轉換結構區域的邊緣應該根據工程實際需要設置框架柱、剪力墻等結構,實踐證明這些結構將會分擔一部分荷載,起到較好的保護作用。
3.2科學選擇合適的材料
梁內鋼筋密集是轉換層結構的特征之一,因此材料的選擇應該適應其這一特點。通常情況下混凝土粗骨料最大粒徑嚴格控制在 20mm 以下【3】。如果混凝土粗骨料的粒徑超過或者達不到這一標準將會引起強度降低,給工程施工埋下隱患。在進行各種材料的拌合時應該使用合理的比例進行調配,做到均勻合理。
3.3混凝土泵送以及施工要求
混凝土的澆筑質量關系到工程整體施工質量,應該引起足夠重視。模板內的雜物必須清理干凈,這是保證混凝土均勻度和凝固質量的關鍵。。具體操作如下,第二次澆筑之前應該首先做好濕潤準備,在其表面適當灑水澆筑厚度通常保持在10-15mm的范圍。另外,此過程的重要施工要點為必須對表面浮漿進行徹底清理之后才可以進行澆筑。
每層混凝土的澆筑厚度維持在350mm左右。同時還應該根據不同的氣候等具體情況做好每層混過凝土澆筑的時間控制,通常情況下每層間隔的時間不得低于1.5h,以凝固效果合理為終止時間。
混凝土的振動棒選擇應該以鋼筋凈距為基本判斷依據。通常情況下,為了保證攪拌的質量和均勻程度選擇振動棒移動間距為 400mm 左右,振搗時間為 15~30s【4】,這種設置可以從很大程度上避免混凝土表面裂縫的產生。
3.4各部位連接的施工
高層建筑的混凝土梁式轉換層的結構復雜,鋼筋的種類繁多,因此其連接方式和施工要點也有所差異。在進行不同部位的連接時應該對其受力情況進行具體分析。第一,在高層建筑混凝土轉換層的施工過程中,轉換層大梁的主筋所承受的力最大,因此對其連接質量是否過關是關系到整個轉換層是否能夠發揮作用的關鍵所在。長期的施工實踐證明,在此結構中常常選擇冷解壓連接的方法進行處理。這是因為冷連接不會由于溫度過高對鋼筋產生危害,較好的避免了鋼筋承載能力。第二,轉換層柱鋼筋、剪力墻豎向分布筋采用電渣壓力焊。第三,轉換層主梁腰筋及箍筋、聯系梁主筋、板鋼筋一般采用閃光焊接【5】。另外,在高層建筑混凝土轉換層結構中還存在一些受力較弱的部位,常常采用綁扎連接。
結語
高層建筑的建筑規模正在不斷擴大,其施工難點也是有目共睹。為了更好的保證高層建筑的施工效益和使用質量,我們應該深入研究高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的技術要點,把握其施工難點,精確的把握每道施工工序的基本原則,在此基礎上進行合理施工。從施工的各個階段出發,綜合考慮各種因素,盡可能的提高施工質量,降低風險發生率,保證高層建筑的使用安全。
【參考文獻】
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篇8
關鍵詞:高層建筑;轉換層;設計;分析
Abstract: The author described the structural requirements of the structural system of steel truss transfer layer high-rise construction, engineering instance, the determination of structure selection for peer reference.Keywords: high-rise buildings; conversion layer; design; analysis
中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2012)
建筑結構常常需要采用結構轉換層來完成上、下層建筑物結構的轉換。一般結構層相比,轉換層結構具有結構重量大、結構層剛度大、幾何尺寸超大,受力復雜等特點,這意味著轉換結構組成了建筑物的主要構件,它們的設計是否合理、安全、經濟對整個結構的安全性、結構造價、施工費用等有著重要的影響。
1 帶鋼桁架轉換層高層建筑結構的構造要求
帶桁架轉換層的結構應按“強化轉換層及其下部、弱化轉換層上部”的原則,使轉換層上下主體結構的側向剛度盡量接近,平滑過渡。抗震設計時。控制轉換層上下主體的結構側向剛度,當轉換層設置在3 層及 3 層以上時。其樓層側向剛度尚不應小于相鄰上部樓層側向剛度的60%。
將轉換桁架置于整體空間結構中進行整體分析。此時,腹桿作為柱單元。上、下弦桿作為梁單元,按空間協同工作玻三維空間分析程序計算整體的內力和位移。計算時,轉換桁架按實際桿件布置參與整體分析,但上、下弦桿的軸向剛度、彎曲剛度中應計入樓板的作用。整體結構計算需采用兩個以上不同力學模型的程序進行抗震計算。還應進行彈性時程分析并宜采用彈塑性時程分析校核。
帶桁架轉換層的結構設計中應按轉換層“強斜腹桿,強節點”。桁架轉換層上部框架結構接“強柱弱梁、強邊柱弱中柱”的原則,以保證轉換層的結構具有較好的延性,確保塑性餃在梁端出現,能夠滿足工程抗震的要求。轉換桁架的相鄰層樓板宜雙向雙層配筋,每個方向貫通鋼筋的配筋率不宜小于 0.25%,且在樓板邊緣、孔洞邊緣應結合邊粱設置予以加強。轉換桁架上、下弦桿的配筋應加上樓板平面內彎曲計算引起的附加鋼筋。
2 帶鋼桁架轉換層商層建筑結構實例分析
對于大跨度的鋼桁架轉換層結構的受力。各方面的影響因素較多,導致結構受力情況比較復雜,對它的受力影響因素進行探討具有實際意義,可為實際工程的設計與施工提供理論依據。因此,通過對大跨度鋼桁架轉換層的受力影響因素進行分析,認識鋼桁架轉換層的受力特點。以期充分利用鋼結構構件受力性能好的特點,使其承擔較多的荷載作用。以調整端部混凝土結構的受力,減少混凝土結構的荷載作用,使整個結構體系的受力更為合理。下面結合工程實例分析高層轉換桁架的受力影響因素及其受力特點,某高層建筑為地上 24,層,地下 2 層,總建筑面積 72788㎡,其中地上 58300㎡,地下 14488㎡。平面長 92.1M,寬 49M。結構檐口標高為 108.80m,中間有電梯、樓梯、機房等的高層建筑。
2.1 梁式轉換與精架轉換的比較確定
與最為常見的轉換結構形式粱式轉換相比,本例中轉換粱的跨度很大而且上部荷載較大,采用梁式的轉換結構,轉換梁的截面必然很大,一方面導致轉換梁下部空間無法再利用、自重大、配筋多、不經濟等缺點;另一方面導致沿豎向結構質量和剛度分布在轉換層的變化不連續。發生突變,對結構的整體抗震性能不利。因此,需要另一種形式的轉換構件來解決這個問題,而轉換桁架具有傳力明確,傳力途徑清楚,雖構造和施工復雜,但轉換桁架不僅為開洞和設置管道創造了條件,而且它們的位置與大小都有很大的靈活性,可以充分利用該轉換層的建筑空間,而且桁架轉換層的節間采用輕質建筑材料填充甚至可以外露不填充,有利于減輕結構的自重;轉換桁架的抗側力剛度比轉換粱要小,也就是說。具有桁架轉換層的高層建筑其質量和剛度的突變要比帶轉換粱的高層建筑緩和。因此帶轉換桁架的高層建筑其地震反應要比帶轉換梁的高層建筑小得多,由此可見,在本例工程的三層轉換構件采用轉換大粱的結構形式是不合適的,而采用轉換桁架的結構形式將很好的避免了上述的多個問題且將節約混凝土用量近30%。將是一個較為合理正確的選擇。
2.2 轉換桁架的具體形式的確定
在本例工程的三層轉換構件采用確定桁架結構后,設計人員則需要進一步確定桁架的結構形式。根據前面的論述,轉換桁架的結構形式有多種,但是根據本例工程的三層轉換構件的具體情況,采用何種最合理的結構形式,則必須加以比較分析后方可確定。
a.單層轉換桁架與雙層轉換桁架的確定
采用精架結構作為高層建筑的轉換構件時,一般情況是取出一層層高的高度作為轉換桁架的高度。對于本項目,轉換桁架位于結構的邊緣,建筑師為了使轉換桁架對于立面的影響降至最小,希望桁架僅在中庭設置,即取一層高度(4.00m)作為轉換桁架的高度。在本例中各層的層高情況分別是:底層:6.44ml,二層:4.80m,三層以上:4.00mt,而結構的柱距為 9.0m,若僅取 4.00m 為桁架高度時,在柱與柱之間必須另設一個桁架節點以保證桁架斜腹桿與水平弦桿的角度在合理的450~550 之間。若取建筑的兩層層高即 8.00m 為轉換桁架的高度,則在柱與柱之間可以不必設置多余的桁架節點,使桁架的結構形式趨于簡單。
b.空腹桁架、斜桿桁架、無豎桿桁架的比較確定
作為高層建筑中的轉換結構一桁架結構有如下的主要結構形式:空腹桁架、交叉斜桿桁架、無豎桿的交叉斜桿桁架。作為一種相對獨立的結構形式,無論采用何種結構形式。應該說都是可以實現的。對于建筑師來說,空腹桁架如果在構件尺寸可以接受的條件下。當然是首選,當然,采用無豎桿的交叉斜桿桁架形式,結構上可以使桁架的構造節點趨于簡單,在建筑師看來,也可以接受。
c.單跨桁架與多跨桁架的確定
在確定了以交叉斜桿桁架作為本次項目的轉換結構的結構形式后,結構工程師尚發現在這個計算模型中的框架柱的內力較大。作為抗震設計“強柱弱梁”的一般設計原則,框架柱中的內力相對越大,則在柱中率先出現塑性鉸的可能性將越大。而在模型計算中同樣可以發現,Z2 的內力較大。而作為相鄰的柱 z1 的內力則相對較小,尚有較大潛力。
綜上所述,采用將轉換桁架向外延伸一跨的做法,可以使本次工程的轉換桁架各構件的內力分布更為合理,也即是說,采用向外延伸一跨轉換桁架的結構形式在本次工程中是較為合理的選擇。
3 轉換層高層建筑結構的抗震設計
抗震設計時,高位轉換對結構受力十分不利。計算分析說明,在水平地震作用下,傾覆力矩分布曲線在轉換層處呈現轉折,轉換層下部是以剪力墻為主的框架—剪力墻結構,落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉換層往下遞增較快,而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。另外,轉換層處,框支剪力墻的大量剪力通過樓板傳遞給落地剪力墻,這也是傾覆力矩曲線呈現轉折的原因。當轉換層位置較高時,剪力分配和傳力途徑亦發生急劇的突變,落地剪力墻更容易產生裂縫,框支剪力墻在轉換層上部的墻體所受內力很大,易于破壞,轉換層下部的支承框架更易于屈服,從而容易形成幾個薄弱層。因此,為保證設計的安全性,規定部分框支剪力墻結構轉換層的位置設置在3層以上時,其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級應提高一級采用,已經為特一級時不再提高,提高其抗震構造措施,而對于底部帶轉換層的框架—核心筒結構和為密柱框架的筒中筒結構的抗震等級不必提高。
底部帶轉換層的高層建筑在我國已大量建造,但至今未經受到大地震的考驗。其轉換層上部樓層的部分豎向構件不能連續貫通至下部樓層,因此,轉換層是薄弱樓層,其地震剪力需乘以1.15 的增大系數。設計中不要誤認為只要樓層側向剛度滿足要求,該樓層就不是薄弱層。對轉換層的轉換構件水平地震作用的計算內力需調整增大;8度抗震設計時,還應考慮豎向地震作用的影響。轉換構件的豎向地震作用,可采用反應譜方法或動力時程分析方法計算:作為近似考慮,也可將轉換構件在重力荷載標準作用下的內力乘以增大系數1.1。框支柱的內力增大幅度比較高;轉換層位置在3 層及 3 層以上的結構對抗震更為不利,其內力增大幅度也適當提高。高層建筑轉換層結構是一種受力復雜的不利抗震的高層建筑結構,抗震設防烈度9度(0.4g) 時不應采用。帶轉換層高層建筑結構的抗震設計可根據設防烈度、結構類型、構件種類和房屋高度,采用相應抗震等級進行相應的計算和采取相應的構造措施。
4 結束語
本文對鋼桁架轉換層高層建筑結構體系進行了歸納,在此基礎上,通過對一鋼桁架轉換層高層建筑結構體系的工程實例分析,得到了以下結論:在大跨度、大荷載條件下應用桁架轉換結構將比采用梁式轉換更合理,且可以節約混凝土用量近 30%,用鋼量可節約20%。在采用桁架結構作為工程的轉換構件時,帶豎桿的斜桿桁架中各構件的內力較為接近,可以取得較為一致美觀而又經濟的截面,而不帶豎桿的斜桿桁架中各構件的內力差別較大,最大將達40%左右。
參考文獻:
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關鍵詞:梁式轉換層;高層建筑;結構設計
近年來隨著我國社會經濟持續不斷的發展,人們的生活質量及水平也隨之得到了極大程度的提升與發展。進而,對相關建筑物的結構設計及要求也在不斷地增加,以此來更好地滿足人們在日常生活中對停車及購物等方面的要求。基于此,很多的高層建筑采用了梁式轉換層的結構來進行設計與規劃,進而提升了整個高層建筑的實用性,為人們的生活提供了更多的便捷。
1高層建筑梁式轉換層設計概述
1.1梁式轉換層結構設計特點
就當前我國高層建筑中應用梁式轉換層的效果來看,通過應用梁式轉換層能夠促使高層建筑的上下荷載力保持在一個平衡的狀態之中,進而能夠有效地避免由于結構發生形變而導致受力不均勻的現象,進而增加了整個結構的穩定性。此外,在設計建筑的過程中,通過在梁式轉換層中增設一些管道、通道等線路能夠提升整個高層建筑多功能性,為其中的用戶提供暖氣、水電等相關的保障措施。但是,目前我國帶有國內轉換層的高層建筑大多采用的都是上部剪力墻、下部框架式的結構,其框架式剪力墻的結構如圖1所示。這種形式的設計還需要通過應用相關的轉換構建來對高層建筑的結構內力進行重新的分配,進而來調整高層建筑的內部應力,防止其發生形變。
1.2高層建筑梁式轉換層的構造特點
在高層建筑的設計過程中,轉換層的應用十分普遍,其中的建筑構造形式也存在著多樣性的變化,具體如圖2所示。目前,在我國高層建筑轉換層的設計中,梁式轉換層的應用最多,板式轉換層以及箱型轉換層等的應用次數較低。梁式轉換層由于尺寸較大、結構設計簡單、便于施工等特點,在實際的建設設計當中的應用十分廣泛。此外,梁式轉換層在高層建筑設計應用中還有性能穩定、工程造價核算便捷以及經濟效益較高等有利的特點。
1.3高層建筑梁式轉換層受力特點
梁式轉換層在高層建筑應用過程中主要是維持高層建筑內部穩定,使其能夠受力均勻,通過上部密集小空間的豎向載荷傳遞到下部稀疏的大空間中。但是由于高層建筑的結構設計通常都比較復雜,所具有的功能也具有多樣化的特性,從而會造成內部荷載在豎向傳遞的過程中出現中斷的問題,進而造成建筑整體剛度發生突變的現象。這種建筑的形式在發生地震時,很容易由于下部結構的稀疏而發生坍塌及變形的事件。因此,在對高層建筑進行轉換層設計時,需要針對受力均衡問題展開有效的分析與解決,由此來避免建筑結構被破壞的事故發生,盡可能地減少相關財產的損失。
2梁式轉換層的高層建筑結構設計案例
2.1工程概況
A市某高層建筑,有地下1層,地上22層,總建筑面積為25840m2。其中的1-4層為商業用房,1層的層高為5m,2-4層的層高為4m,采用框架簡體結構。5-20層均為住宅層,層高為3m,采用的是剪力墻簡體結構。21-22層分別是電梯的機房以及屋面水箱,層高為3m。針對這種情況,需要在整棟建筑物中的4-5層之間設置一個結構轉換層,同時存放相關的操作設備。其樓層結構平面設置的情況如圖3所示。
2.2樓層轉換方案
在對這個高層建筑進行樓層結構轉換的時候,所采用的轉換層的結構形式為梁式、板式、箱式等多種形式。由于這些轉換層能夠形成一個較大的空間,進而完成結構類型以及軸線的轉變。其中的梁式轉換層對相關的受力結構比較明確,從而在設計及施工過程中的操作比較便捷,應用的范圍較為廣泛。因此,在本工程的施工過程中采用梁式轉換層的方式,其轉換層的高度為2.5m,轉換梁上、下兩端與樓板相連,上層樓板厚度為20cm,下層樓板的厚度為300cm。轉換梁承托上部的剪力墻,且所使用的混凝土強度為C40。
2.3整體結構分析
在高層建筑梁式轉換層中所使用的轉化梁本身是桿件,能夠直接地按照梁單元進行相關的分析與設計,同時,梁的軸線位于轉換層的上層樓板處,在整體結構中需要通過對上下層的剛度進行比較來確定適當的力度,防止豎向剛度的變化而形成薄弱層。據此,轉換層的下層柱子截面尺寸可以設置為110cm×110cm,剪力墻的厚度為50cm,混凝土的強度等級為C45。同時,轉換層上層的剪力墻的厚度為35cm,混凝土的強度等級為C45。
2.4轉換梁設計
在高層建筑中,轉換梁承托上部剪力墻,受力較大,也是保障整個結構安全性的關鍵性因素。轉換梁的跨度大約在9m左右,截面的高度為2.5m。但是由于我國在混凝土設計規范中沒有明確地給出承載力計算的方法,進而對此進行了兩種連續短梁的試驗研究。
2.4.1試驗結果
本試驗中所采用的轉換梁為轉換梁1/5的縮尺模型,其截面尺寸及配筋的形式如圖4所示。通過經過相關試驗可知:該轉換梁的正截面平均應變符合平截面的建設。斜裂縫在加載點與中支座的內剪跨區的梁腹中部出現,屬于剪斜裂縫,并通過長時間的發展成為臨界斜裂縫。底部的縱筋和頂部的縱筋會順著梁的方向來分散相應的應力,因而在斜裂縫出現之前,需要與彎矩圖保持一致性,而在斜裂縫出現之后則與彎矩圖產生明顯的差距,由此就說明了轉換梁內的應力發生了較大程度的變化。此外,在轉化梁的底部縱筋處于受拉狀態中,頂部縱筋的內剪跨內也隨之處于一種受拉狀態。當試驗受到破壞時,內剪跨區段之內,臨界斜裂縫的箍筋會受到一定的拉力,剪壓區內的混凝土壓疏。當穿越斜裂縫的箍筋應力變化為原來的應力的53%時,剪壓區內的混凝土中就沒有壓疏現象。
2.4.2相關構造要求
依據相關的試驗結果,為了保證梁式轉換層中的轉換梁在斜裂縫出現后能夠起到縱筋拉桿的效果,其底部縱筋不能夠在跨內形成彎折或者是截斷的現象,需要將整個縱筋全部地伸入到支座中,并使用相關的可靠錨進行固定。同時,轉換層的頂部縱筋在跨中不能夠較早地被折斷,最好進行通長布置。由于轉換梁的橫截面尺寸較大,因此需要依據梁高來配置一定數量的水平腹筋。由此,就能夠承受到一定的受剪承載力,進而對整個裂縫的發展情況有一個抑制的作用,能夠有效地減少相關溫度以及混凝土收縮對整個工程的影響力。
2.5轉換層抗震設計
在進行轉換層結構設計的時候,由于有轉換層的存在,致使高層建筑物在高度方向上的剛度均勻性會受到較大的影響,進而造成承載力構件與墻、柱截面產生突變,線路發生曲折的現象等等,因此,轉換結構需要較大的抗震性能。基于此,需要在該建筑物3層及以上的部分都設置部分框支剪力墻結構的轉換層。同時,相關構架的抗震等級還需要依照國家相關的標準進行。此外,還需要配備相關構件抗震性能的構造措施,以此來有效地提升建筑物的抗震等級,增加高層建筑物轉換層的抗震效果。
3結語
在高層建筑結構設計的過程中,通過應用梁式轉換層能夠有效地提升整個工程的項目建設效果,由此來提升整個高層建筑的穩定性。此外,通過應用梁式轉換層還能夠在相關的成本造價、費圖4試驗梁截面尺寸及配筋用方面有一定程度的提升。因此,在高層建筑設計的過程中可以通過應用梁式轉換層來保證整個建筑工程設計的穩定性,同時還能夠對相關設計、施工單位的操作進行有效的控制,從而避免產生相關的問題及困難,最終做到優化高層建筑設計,提升整個工程的結構。
作者:胡建榮 單位:新余市規劃設計院
參考文獻:
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關鍵詞:高層建筑;轉換層;板式;梁式;設計技術;施工要點
1、引言
目前,在高層建筑的施工設計過程中,由于采用不同的轉換層形式,高層建筑的底部結構空間增大,實用性和靈活性增強,使轉換層形式在國內外高層建筑施工當中得到了廣泛的推廣和應用。最近幾年,國家經濟水平的快速提高帶動了城市高層建筑群的快速發展,體型復雜、功能齊全、綜合服務完善是高層建筑的未來的發展方向,因此與之相適應的轉換層結構形式也變得種類繁多。相關統計顯示,在建筑功能的設計上,轉換層結構在高層建筑中的應用比例達到80%左右。從某個角度講,轉換層施工是高層建筑的“骨骼”,實際施工過程中,不同高層建筑要根據其實際的使用功能和服務特點來進行空間的劃分布置,這就需要合適的轉換層結構形式將他們之間合理地轉換過渡,順著豎向合并在一起,這是多功能高層建筑結構體系的關鍵技術。轉換層的選擇就是這個關鍵技術的重點,只有通過選擇不同的轉換層才能實現高層建筑在功能和結構上的需求,而轉換層的施工質量直接影響整個高層建筑的結構安全。因此,對不同形式轉換層施工技術和要點的研究與分析顯得更為重要,對今后高層建筑的設計和施工有很大的指導作用。
1.1、轉換層簡述
目前的高層建筑多為低層商用,上部住宿的多功能要求,在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間,往往需要采用一定的結構形式進行轉換處理,即可以通過加設轉換層來實現,轉換形式(或構件)所在的樓層就稱作轉換層。下部構成受力較大,上部構成受力較小是高層建筑的主要特點,因此在結構豎向布置原則上剛好和常規建筑相反。為了實現高層建筑功能繁多,服務完善的設計特點,必須通過設置不同轉換結構形式,才能實現高層建筑上下結構形式和軸線布置的協調統一。
1.2、轉換層分類
根據不同結構的使用功能,轉換層可分為上下層結構類型轉換、上下層柱網和軸線轉換、結構形式和軸線布置同時轉換三大類。實際工程使用的轉換層結構形式類別也很多,它主要包括板式、梁式、空腹析架式、箱式和柑架式。其中板式和梁式在實際高層建筑中應用較為廣泛,所以本文重點介紹這兩種轉換層形式的施工技術和施工要點。
2、板式轉換層
實際施工過程中,當高層建筑上、下柱網和軸線出現較多較大的錯位而不能使用梁式轉換層過渡時,可以采用板式轉換層進行過渡。板式轉換層的設計要求板的厚度要很大,這樣可以形成厚板式承臺轉換層。使高層建筑的下層柱網可以靈活巧妙的設計,不必與上層結構對齊。但是板的厚度使轉換層的自重增大,材料的用量也會增多。
2.1、板式轉換層設計技術
在高層建筑的設計過程中,人們最關心的是板式轉換框支剪力墻結構的抗震性能,轉換板設置位置就是關鍵問題。而由于梁式轉換框支剪力墻結構在轉換層位置設置較高時,會對建筑結構的抗震性能產生不利影響,人們提出了轉換層位置較高的框支剪力墻的抗震設計概念,即板式轉換層。板式轉換層設計最大的優點是可以在轉換層以上自由布置結構型式和軸網,特別適用于建筑物上下部軸網交錯復雜的情況。但是由于轉換板的傳力路徑不明確,受力狀態相對復雜,導致結構分析計算繁冗。鑒于抗剪和抗沖切的需要,轉換板厚一般在2m以上,這一方面造成轉換層質量和剛度的突變,在地震作用時結構反應效果明顯,不利于建筑物抗震;另一方面由于自重和地震作用的增加,下部豎向構件的荷載顯著增加,使設計難度加大。
2.2、板式轉換層施工要點
根據板式轉換層結構的特點,在確定使用板式轉換層結構施工方案時應著重考慮以下幾個問題:(1)選擇合理的模板支撐方案,滿足轉換層的自重和施工負荷大的要求,然后根據工程實際情況進行模板支撐體系的設計。(2)在大體積轉換層(混凝土)施工的過程中,為了防止新澆灌混凝土出現溫度裂縫,應采取減小混凝土水化熱的防護措施。(3)由于轉換層承受的荷載量和跨度較大,鋼筋的配備會增加,而且鋼筋結構的高度變高,因此為了進行鋼筋的合理布置,在施工時應采用一定有利的措施確保鋼筋框架的穩定。(4)在預應力混凝土轉換層的施工中,由于其跨度和承受的荷載量也很大,預應力所配備的鋼筋數量大,因此,合理選擇預應力的張拉技術對防止張拉階段預拉區開裂或反拱過大就顯得極為重要。(5)模板支撐系統設置后,考慮到轉換結構施工過程的受力狀態與使用階段的異同,應在施工中及時對轉換梁(或轉換厚度)及其下部樓層的樓板進行施工階段的承載力驗算。
3、梁式轉換層
梁式轉換層的特點是受力明確,這降低了實際設計與施工過程中的難度,使整個施工過程更為簡單。目前,上層為剪力墻結構,下層為框架結構的高層建筑中,梁式轉換層的使用最為廣泛。
3.1、梁式轉換層設計技術
梁式轉換層施工技術主要包括三個方面:模板和支撐體系、鋼筋的連接和綁扎、 大體積混凝土的澆筑。模板工程技術是梁式轉換層施工技術的重要構成部分,而技術研究的基本要求是追求最大程度地與現實施工相符合。其中模板工程的設計包括兩個大方面:模板裝置的設置和裝拆設計以及使用和周轉設計;模板裝置的結構和構造設計。而在高層建筑的實際施工當中,在轉換梁的截面上,鋼筋錯綜復雜的布置于大梁上下;使得梁式轉換層中鋼筋的使用量大、型號繁多。因此準確放樣與下料、有效合理的進行鋼筋連接和綁扎在梁式轉換層施工過程別重要。另外,在轉換層結構混凝土施工中主要包括兩次澆筑。第一次澆筑的特點是結構整體性好,使鋼筋的安裝質量得到保證,加快施工速度,但是支模難度大,導致支撐材料用量增加。第二次澆筑的特點是可以充分利用第一層已達到一定強度的混凝土承擔澆筑第二層混凝土時的自重,這樣支撐用量明顯減少;不足之處是可能對結構的整體性有略微影響,處理分層面較為困難,影響施工速度。
3.2、梁式轉換層施工要點
從梁式轉換層施工技術的3個大方面考慮,在實際施工中主要注意一下幾個要點:(1)斜撐的設置。斜撐桿的設置角度均以≤45°角為標準,排距沿柱面豎向為1米,梁底部斜撐桿和梁底部模板的外鋼楞相協調,間隔距離為 400毫米,其上部延伸到模板底部與梁度模外鋼楞相扣接,并作雙扣件抗滑移保險,斜撐桿的下支點主柱面預留的內設定位短筋的凹槽,最下排斜撐桿的下支點為所在樓層的柱根部。所有斜撐桿要盡量與梁下排架的立桿、橫桿相扣接(用轉向扣件),同時與樓層滿堂架連體,以增強斜撐支架的整體性和穩定性。(2)立桿和掃地桿設置。立桿的上端直接與梁底的內楞和外楞分別相扣接(外楞緊貼在內楞下面),從而形成雙扣件抗滑移保險。立桿的下端支撐在樓面上鋪設的通長木板上設置的鋼墊塊上。 (3)鋼管支撐的設置。支撐體系中,防止鋼管直接作用于樓板形成集中荷載的關鍵是一定要注意檢查木楔是否頂緊、釘釘子、防滑動。(4) 鋼筋的連接和綁扎。在高層建筑的施工過程中,鋼筋的用量和型號在梁式轉換層中的使用更大更多,鋼筋錯綜復雜地布置在轉換梁截面的上下。在這種情況下,如何準確地放樣與下料、有效合理地實施鋼筋連接和綁扎就顯得尤為重要。主要包括鋼筋翻樣與下料和各部位鋼筋連接方式,其中準確地翻樣和下料是保證鋼筋順利施工的前提,而梁式轉換層中鋼筋的種類繁多,位置不同的鋼筋受力狀態也不同,因此,各部位應結合實際受力狀態、施工難易程度、成本效益等采取不同的連接方式,使鋼筋的作用發揮到最合理的優勢。(5)混凝土澆筑技術。澆筑量大,速度快是轉換梁混凝土澆筑的特點,但是它總的澆筑時間相對較長,這就要考慮溫度應力對澆筑的影響,因此,施工過程中要特別注意以下幾點:①最好在白天進行混凝土的施工,確保混凝土連續不間斷的輸送。②混凝土的振搗以機械振搗為主,人工扦插為輔。③澆筑樓板混凝土時,插入式振動器用于轉換梁位置的振搗,其他位置都運用平板振動器沿垂直澆筑方向來回振搗,完成全部的澆筑。
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