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b某地区环境治理工程项目仿古景观塔，整体采用钢筋混凝土框-筒结构，共7层，底层平面尺寸20.7m×20.7m，层高6.4m；二层平面尺寸17.7m×17.7m，层高4.96m；三层平面尺寸13.9m×13.9m，层高4.96m；四层平面尺寸12.5m×12.5m，层高6.24m；五层平面尺寸10.9m×10.9m，层高6.24m；六层平面尺寸9.3m×9.3m，层高5.00m；七层平面尺寸7.9m×7.9m，层高6.75m；建筑总高度41.15m，为竖向体型收进的复杂钢混凝土结构；屋顶为现浇钢混凝土十字脊顶；基础采用桩筏基础。竖向体型逐层收进是塔类建筑的主要特点之一，在体型突变处，主要以设置转换梁的方式来承担上部结构框架柱传递的荷载。
2转换梁设计与施工要点分析
2.1总信息及超限信息景观塔结构计算采用PKPM2010V4.3版-SATWE空间结构分析计算软件，除楼（屋）面层外，体型突变处均设置为结构标准层，整楼模型共计15个标准层。本工程的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第三组，特征周期0.45s，场地类别为Ⅱ类；框架抗震等级二级，剪力墙抗震等级一级；转换梁、柱抗震等级为特一级（属转换构件）。经电算分析，除一层（建筑层）转换梁外，二层~四层转换梁均出现超限信息，其中，二层某转换梁（截面尺寸b×h=350mm×600mm，跨度3.0m，）截面剪力和超限信息见表1、表2。2.2转换梁超限信息分析由超限信息并结合景观塔的结构体型特征，可以分析得出以下结论：由于竖向体型突变处的上部结构重量均通过转换梁上承托的框架柱传递给转换梁，在地震设计状况下，这样的结构形式会造成转换梁梁端剪力增幅过大，从而直接导致转换梁的剪压破坏。剪压破坏是梁在弯矩和剪力共同作用下，发生斜截面破坏的形式之一，属塑性破坏，其破坏特征为：当配箍率适中（ρsv,min<ρsv<ρsv,max），且剪跨比（1≤λ≤3）时，随着荷载的增大，通常箍筋应力先达到并超过屈服强度，其限制梁腹斜裂缝开展的作用消失，最后受压区混凝土在剪压作用下达到极限抗压强度，梁丧失其承载能力[1]。
2.3转换梁破坏形式钢筋混凝土梁除了会发生上述剪压破坏以外，在弯矩和剪力共同作用下，斜截面处尚存在斜压破坏及斜拉破坏两种形式，斜压破坏是当配箍率ρsv>ρsv,max，即箍筋配筋量超过当梁截面达到最大剪力设计值时所对应的箍筋配筋量时，或者虽然配箍率ρsv<ρsv,max但剪跨比λ<1时，随着梁上负荷的加大，箍筋应力增幅缓慢，在箍筋应力尚未达到钢筋屈服强度时，梁腹处混凝土已达到极限抗压强度而发生破坏；而斜拉破坏则是当配箍率ρsv<ρsv,min，且λ>3时，随着梁上负荷的加大，箍筋应力会在梁腹斜裂缝刚出现时立即达到钢筋屈服强度并屈服，箍筋对斜裂缝开展的限制作用突然消失。以上两种破坏形式均属于脆性破坏，在实际工程当中出现是相当危险的，设计时应避免。
2.4转换梁超限解决方案从超限信息中还可以看出，如果转换梁各个计算截面的剪力值均小于0.18fcbh0，那么转换梁就是满足设计要求的。能否简单地通过提高混凝土抗压强度，或者通过增大梁截面尺寸来解决超限问题呢？经过电算程序不断试算分析发现，随着梁截面的不断增大，梁刚度也在不断增强，从转换梁计算截面的剪力值变化规律看出，梁因刚度的增大吸收了更多的地震作用，剪力的增长幅度远超调整梁截面后的限值增长幅度，这违背了框架结构“强柱弱梁”的基本设计原则。加之从古建筑审美的角度，梁截面尺寸是受到严格限定的，因此调整梁截面尺寸的做法在本工程中是不可行的，而提高混凝土抗压强度的办法也是收效甚微，不足以解决剪压比超限的根本问题。在高层建筑设计中，当需要有效提高结构构件承载能力时，采用钢骨混凝土组合结构构件是最主要的设计方法之一，从结构受力性能分析的角度，其仍然属于钢筋混凝土结构的范畴，但因在混凝土构件中同时配置了型钢、纵向钢筋和箍筋，使得构件承载能力大幅提高。此外，构件的延性、二次受力性能，施工性能都要优于钢筋混凝土构件，而其耐火性能及用钢量方面又胜于钢结构，兼具了两种结构的优点[2]。因此，在此次转换梁设计时，采用了在梁内配置H型钢、纵向钢筋及箍筋的型钢混凝土组合结构形式，以此限制在地震作用下梁腹斜裂缝的开展，是比较理想的结构方案。从实际计算结果看，有效地解决了转换梁剪压比超限的问题。目前，型钢混凝土组合结构在我国已得到日益广泛的应用，其优点在于型钢混凝土的内部型钢和外包混凝土形成整体，共同受力，其受力性能优于这两种结构的简单叠加。
3型钢混凝土转换梁构造做法
3.1转换梁内型钢锚固方式通过在转换梁中设置H型钢，解决了剪压比超限的问题，那么在施工过程中又要注意哪些问题呢？在电算分析过程中，框架柱并未出现任何超限信息，因此框架柱内不需设置H型钢，转换梁内的型钢伸入框架柱后如何锚固就是必须要解决的问题，从国标图集《型钢混凝土组合结构构造》列举的各类型钢梁、柱节点形式中可以看出，型钢梁内的H型钢应与柱内的型钢焊接，由此，虽然本工程未在框架柱内设置型钢，仍需在伸入框架柱内的型钢端部垂直于型钢的方向增设锚固体，以解决H型钢锚固长度不够的问题，端部锚固体形式可以效仿国标图集中的型钢梁、柱节点，为了方便施工，本次设计的端部锚固体为H型钢。
3.2转换梁梁柱节点构造众所周知，框架结构梁柱节点区的钢筋交错纵横，施工时，钢筋排布需要极为精准，稍有误差就容易出现钢筋重叠，导致混凝土浇筑困难、无法振捣密实等一系列问题，从而影响混凝土施工质量。那么在梁柱节点处增设锚固体后，型钢与钢筋并存，使得节点内钢筋排布更为复杂，柱箍筋遇梁内H型钢无法绕开时，需在型钢上开孔，为保证型钢强度，开孔数量不但要少，而且孔径应尽量与箍筋直径相近，但当柱内箍筋间距较密时，以上两个要求都很难满足，尤其当孔径较小时，略有施工误差就会导致箍筋无法穿过。为了解决以上问题，本次借鉴了常用于结构加固的钢板箍取代梁柱节点内H型钢高度范围内的箍筋，采用钢板箍的优点在于钢板箍可与H型钢焊接，从而最大限度保证了型钢的强度[3]。
3.3转换梁梁内纵筋连接梁内纵筋伸入节点区后，也存在由于锚固体的阻挡而被打断，导致锚固长度不满足要求的问题，此时可考虑通过钢筋等面积换算的方法，增大纵筋直径，从而减少单排钢筋的数量，使纵筋在规范允许的弯折角度（1:6）范围内绕过锚固体。如梁内因弯矩很大配置了相当数量的钢筋，梁中部纵筋无法绕过锚固体时，可考虑采用套筒连接或设置连接板，套筒可直接焊于锚固体上，而采用连接板时，应在锚固体上相应于纵筋底部的位置焊接横向连接钢板，纵筋焊于其上。此外，还有一些型钢混凝土结构设计的一般规定及构造要求：对于转换层大梁或托柱梁等主要承受竖向重力荷载的梁，型钢上翼缘宜沿全长增设抗剪栓钉；当梁的腹板高度大于450mm时，在梁的两侧面应沿梁高度配置纵向构造钢筋，腰筋与型钢间宜每隔一根腰筋配置拉结钢筋，拉结筋与型钢的连接，可通过在型钢腹板上开孔直接穿过，鉴于对开孔造成型钢强度损失的担忧，也可将拉结筋断开并弯折直接焊于其上，或在型钢腹板处设置同腰筋同规格的附加钢筋，便于拉结筋的施工，形式比较多样，可根据工程实际情况酌情采用。以上描述的型钢混凝土转换梁构造做法，本次设计均予以考虑，型钢梁钢筋排布构造图如图1所示。
4木结构部件与钢筋混凝土结构构件连接
4.1木结构体系木结构古建筑是以木柱和木梁组成的木构架体系为主要结构体系，横梁立柱之间是以斗栱将屋檐的荷载传递到立柱。木构架体系是一种非常先进的框架体系，而斗栱则是木构架建筑结构的关键部件。虽然木构架体系和现代的框架结构体系形式不同，但是受力及传力方式是大体相同的。木结构具有抗震性能强的特点，砖混建筑在大地震中历来很难逃脱倒塌的命运，而轻型木结构建筑则不同，因其自身质量轻，所以地震时吸收地震力少，在地震时的稳定性已经得到反复验证，但众所周知，其有三大天敌：水、火、虫（包括白蚁），导致其耐久性差，容易损毁[4]。随着现代建筑材料的发展，以及木材的日益稀缺，在大型仿古建筑的设计中，木构架体系已逐渐被混凝土结构体系、钢结构体系所取代。然而作为古建筑三要素之一的屋顶部分，其木作技术之登峰造极，构造的精巧，独特的榫卯结构，都是现代建筑材料较难实现和仿制的。因此，仿古建筑设计过程当中，屋顶部分至今仍然采用木材制作。那么应运而生一个问题，就是木结构构件如何与钢筋混凝土结构构件或者钢结构构件完美结合，才能体现出古建筑独有的特色。
4.2木构件与混凝土构件连接构造纵观本次设计的仿古景观塔，传统木构架体系当中的构件如檐柱、檐枋、梁架及屋架体系，均可采用钢筋混凝土现浇构件替代，但木结构关键性部件斗栱，及斗栱上承载的屋檐体系，仍然沿用木结构来制作[5]。那么有以下几个结合处的构造做法需要考虑：①斗栱与檐柱及檐枋的连接，传统做法均采用栽销榫连接，“栽销榫”就是一种销子连接，选用硬木削成销子，在檐枋顶面打洞栽入销子，斗栱底部刻成相应卯口，然后相互压入连接。而现代工艺檐柱、檐枋已基本是混凝土构件，通常是采用膨胀螺栓将木斗栱预制件与混凝土构件相连，如果在浇筑檐柱及檐枋时预埋锚栓，则连接效果更佳，缺点是锚栓定位要准，不然容易出现连接不上的问题；②角梁后尾的固定，角梁每角各一副，一副叠两根，称为“老角梁”和“仔角梁”，传统做法中，老角梁前端置于角科斗栱上方固定的正心桁、檐桁之上，由檐桁处出挑，而后尾则置于金檩之下，或直接插入金柱（插金做法）之中。本次景观塔为框-筒结构体系，中心筒体外围的框架部分，四角都布置有框架柱，因此角梁后尾固定可采用直接插入柱内的做法；③其他木结构构件，如椽子、挑尖梁的固定方式，均可效仿以上两种做法，采用膨胀螺栓（锚栓），或插金做法，使之与钢筋混凝土构件可靠连接，最大限度地体现古建筑的风貌和特色。
5结语
随着现代建筑技术和材料的发展，尤其是目前装配式建筑的新起点，相信在未来我们会看到更多形式的仿古建筑，让中国古建筑这一极特殊、极长寿、极体面的建筑系统得以传承。
参考文献：
[1]袁钰,魏大平,沈伟,等.成都某跨地铁建筑的巨型预应力转换梁设计[J].建筑科学,2022,38(07):150-156.
[2]代金振,秦士洪,卢骥,等.考虑受力状态变换的预应力混凝土转换梁设计[J].重庆建筑,2021,20(05):44-47.
[3]钟强.型钢混凝土转换梁设计及绘制实例分析[J].四川建材,2014,40(06):57-58.
[4]王晔辉.房屋建筑现浇钢筋混凝土结构主体施工要点分析[J].居业,2022(11):64-66.[5]张刚.房屋建筑施工中钢筋混凝土结构施工技术的应用[J].居业,2022(09):52-54..
作者:胡海东 单位:上海市政工程设计研究总院集团第十市政设计院有限公司