混合体结构（共12篇）
混合体结构 篇1
1引言
在我国城镇建设中, 大量采用混合结构房屋, 其基础形式单一 (采用墙下条形基础) , 基础设计通常偏于保守, 存在着巨大的浪费现象。采用条形基础设计时一般按墙体各自承受的荷载分别计算基础宽度, 但由于仅调整基础宽度, 仍采用条形基础, 在一定程度上与基础的实际受力状况不相符。其结果或者造成纵、横墙交接处的地基失效, 或者造成工程材料的浪费及工程造价的提高。在竖向荷载作用下, 由于墙体的共同作用, 荷载在纵、横墙之间存在竖向应力互相扩散传递作用, 在墙体相交处产生较大的应力集中现象, 每道墙内竖向应力沿墙长呈两端大而中间小的不均匀分布现象, 尤其是设置抗震构造柱和圈梁时, 这种应力的不均匀分布现象将更为显著。因此, 基础底面压力也相应呈两端大而中间小的不均匀分布。
2基础底面的合理修正范围
按GB50007-2002建筑地基基础的设计规范的要求, 基础底面面积应满足:
undefined
式中:A为基础底面面积 (m2) Fk为相应于荷载效应标准组合时, 上部结构传至基础顶面的竖向力值 (kN) ;fa为修正后地基承载力特征值 (Kn·m-2) ;rm为基础及基础以上回填土的平均重力密度, 通常取20 Kn·m-3;d为基础埋置深度 (m) 。若采用条形基础, 通常可取单位长度 (lm) 进行计算, 即:
undefined
式中:b为条形基础宽度 (m) ;q为相应于荷载效应标准组合时, 上部结构传至条形基础顶面处的线荷载值 (kN·m-1) 。由此可见, 基础底面尺寸与所承受的荷载值成正比。由于纵、横墙的共同作用, 仅在纵、横墙相交处节点附近产生明显的应力集中影响区, 在远离节点处可忽略不计, 故可认为应力均匀分布。因此, 基础底面的合理修正范围就是纵、横墙相交处应力集中影响区, 其他部分仍然采用条形基础。为方便计算, 假定基础底面的修正范围为:
undefined
式中:B1 B2分别为沿纵、横墙方向基础的最大宽度 (m) ;b1 b2分别为沿纵、横墙方向基础的最小宽度 (即条形基础宽度) (m) ;K为考虑纵、横墙共同作用影响的基础底面尺寸修正系数。
3基础外形方案设计分析
3.1 基础节点处矩形修正
当房屋整体性较好、上部结构刚度较大、荷载分布均匀、地基变形均匀时, 可以条形基础为主, 节点处矩形修正, 对纵、横墙相交处的一般“十”型节点 (见图1) , 设纵、横墙承受的线荷载设计值分别为q1, q2, q3, q4, 其中q1≥q3, q2≥q4, 在修正范围内的基础底面面积为:
A=B1B2=K2b1b2 (4)
考虑式中 (2) , 有:
A=K2q1q2/ (fa-rmd) 2 (5)
由于在基础修正范围内总的竖向力:
Fk=undefined
故将式 (5) , (6) 代入式 (1) 中, 并考虑式 (2) , 可得:
undefined
由于q1≥q3, q2≥q4, 故“+”型节点处有K≤2。对于“┴”型节点, 令q4=0, 对于“├”型节点, 令q3=0, 由式 (7) 计算K值, 有K≤1.5。对于“L”型节点, 令q3=q4=0, 由式 (7) 计算可得K=1, 即对两墙相交的“L”型节点可不必修正基础底面尺寸。
3.2 基础节点处对称线性修正
随着房屋整体性的减弱, 可以条形基础为主, 节点处对称线性修正。对纵、横墙相交处的一般“+”型节点, 设纵、横墙承受的线荷载值分别为q1, q2, q3, q4, 其中q1≥q3, q2≥q4。当基础底面的修正范围为一对称多边形区域时 (图2) , 在修正区域内的基础底面面积为:
undefined
考虑式 (2) , 有:
undefined
由于在基础修正区域内总的竖向力为:
undefined
将式 (9) , (10) 代入式 (1) 中, 并考虑式 (2) , 可得:
K2-K (q3/q1+q4/q2) -1≥0 (11)
上式为关于K的一元二次方程, 可求得:
undefined
由于q1≥q3, q2≥q4, 故“+”型节点处有undefined。对于“┴”型节点, 令q4=0, 对于“├”型节点, 令q3=0, 由式 (12) 计算K值, 有undefined。对于“L”型节点, 令q3=q4=0, 由式 (12) 计算可得K=1。
3.3 基础节点处不对称线性修正
当地基条件较弱强场地受到限制时, 可对纵、横墙相交处节点附近采取线性不对称修正。对于四墙相交的一般“+”型节点, 仅考虑竖向应力向房屋内侧相邻墙体扩散传递, 修正范围为一不对称多边形区域 (图3) , 按前述相同方法可计算出修正系数为:
undefined
由于q1≥q3, q2≥q4, 故“+”型节点处有undefined。对于“┴”型节点, 令q4=0, 对于“├”型节点, 令q3=0, 由式 (13) 计算K值, 有K≤undefined。对于“L”型节点, 令q3=q4=0, 由式 (13) 计算可得K=1。
4工程实例及效益分析
根据前述几种基础方案, 对某小区几栋混合结构多层房屋基础工程进行分析比较, 结果见表1。
从上表可以看出, 混合结构房屋的基础外形方案与地基反力的分布特点相适应, 避免了传统条形基础承载力要么局部不足、要么局部富余的弊端, 可以充分利用地基承载力, 减少建筑材料消耗量和施工工作量, 缩短建设工期, 降低工程造价, 其投资少且见效快, 有利于节约土地, 保护环境。通过以上具体工程的分析比较, 此方案可以降低基础工程造价20%～30%, 目前, 混合结构房屋在房屋建筑工程建设中仍占相当大的比例, 故本设计应用前景十分广阔, 具有较大的经济效益和社会效益。
5结论及建议
1) 随着上部结构整体刚度及地基条件的减弱, 可以条形基础为主, 根据应力集中程度的不同, 对基础进行程度不同的修正。
2) 在四墙相交的“+”型节点处应力集中最显著, 基础底面尺寸需作较大调整;在三墙相交的“┴”型、“├”型节点处应力集中较显著, 基础底面尺寸需作适当调整;在两端相交的“L”型节点处存在一定的应力集中, 但由于条形基础在此处转折, 内侧基础面积重叠而外侧基础面积增大, 二者基本抵消, 故基础底面尺寸一般不必调整。
3) 本文仅是在纵横墙承担线荷载条件下的分析结果, 对此可进一步推广, 对上部结构进行三维空间结构分析, 根据纵横墙的变形相容性确定其各自分担的荷载, 得到纵横墙的压力分布规律, 并据此进行地基基础结构设计将更加合理。
参考文献
[1]《建筑地基基础设计规范》 (GB5007-2002;[S], 中国建筑工业出版社, 2002.
[2]《建筑地基处理技术规范》GJ79-2002;[S], 中国建筑工业出版社, 2002.
混合体结构 篇2
一、【学习目标】
1、掌握简单组合体的概念，学会观察、分析图形，提高空间想象
能力和几何直观能力；
2、能够描述现实生活中简单物体的结构，学会通过建立几何模型
来研究空间图形，培养学生的数学建模思想.【教学效果】：教学目标的给出有利于学生把握课堂的学习时间.二、【自学内容和要求及自学过程】
阅读材料，学习新知
材料一： 立体几何是研究现实世界中物体的形状、大小与位置关系的学科，只有把我们周围的物体形状正确迅速分解开，才能清醒地认识几何学，为后续学习打下坚实的基础.简单几何体（柱体、锥体、台体和球）是构成简单组合体的基本元素.本节教材主要是在学习了柱、锥、台、球的基础上，运用它们的结构特征来描述简单组合体的结构特征.材料二：观察下面几个图形，谈谈你对这些图形的认识，你能找出这些图形都是由哪些简单集合体组成的吗？
常见的组合体有三种：多面体与多面体的组合；多面体与旋转体的组合；旋转体与旋转体的组合.其基本形式实质上有两种：一种是由简单几何体拼接而成的简单组合体；另一种是由简单几何体截去或挖去一部分而成的简单组合体.【教学效果】：由于学生初中已经有了一定的基础，所以基本上都能达到学习目标要求.三、【练习与巩固】
结合今天所学的知识，完成该下列练习
练习一:教材第7页练习1、2题；
思考：<1>已知如图1所示，梯形ABCD中，AD∥BC，且AD＜BC，当梯形ABCD绕BC所在直线旋转一周时，其他各边旋转围 成的一个几何体，试描述该几何体的结构特征.（图2）<2>如图3所示，已知梯形ABCD中，AD∥BC，且AD＜BC，当梯形ABCD绕AD所在直线旋转一周时，其他各边旋转围成的一个几何体，试描述该几何体的结构特征.（图4）
【教学效果】：学生基本上都能达到学习要求.四、【作业】
1、必做题：教材第9页习题1.1A组第3、4题；
2、选做题：一直角梯形ABCD如图所示，分别以边AB、BC、CD、DA为旋转轴，画出所得几何体的大致形状.五、【小结】
这节课主要学习了简单组合体的结构特征，由于这节课比较简单，所以学生接受也很快，很好的完成了教学任务.六、【教学反思】
沥青混合料的组成结构与强度 篇3
改革开放三十年来，我国公路市场建设取得了长足的进步与发展，成为拉动国民经济增长瞩目的重点。公路施工工艺水平和施工技术更是得到了进一步的发展和提高，由以前量的发展变换成为现在质的飞跃。做为公路行车最直观、最具代表性的沥青路面施工技术，更是成为了广大工程技术人员研究的焦点。而沥青路面质量的好坏除了与现场施工控制、成品料的拌制运输等生产环节有着密切的关联外，前期的混合料的设计与组成，以及混合料本身所具有的物理性质也起着决定性的作用。作为一名工程技术人员，我想从沥青混合料的组成结构及其结构形成的强度方面，谈谈我的认识与研究。
1.沥青混合料的级配类型
沥青混合料，按其集料、强度构成原则的不同可分为下列3类：1）悬浮-密实结构（连续密级配），按次子干涉理论，为避免次级集料对前级集料密排的干涉，前级集料之间必须留出比次级集料粒径稍大的空隙供次级集料排布，按此组成的沥青混合料，经过多级密垛虽然可以获得很大的密实度，但是各集料均为次级集料所隔开，不能直接靠拢面形成骨架，有如悬浮于次级集料及沥青胶浆之间。这种结构虽具有较高的粘聚力，较好的抗疲劳性能，且不透水，耐老化、耐久性好，但摩阻角较低，因此高温稳定性较差易产生车辙、推移等病害。2）骨架-空隙结构（连续开级配），由于这种矿质混合料递减系数较大，粗集料所占的比例较高，细集料则很少，甚至没有。按此组成的沥青混合料，粗集料可以互相靠拢形成骨架；但由于细集料量过少，空隙率较大，不足以填满粗集料之间的空隙，因此形成“骨架-空隙”结构。这种结构的沥青混合料虽然具有较高的摩阻角，但粘聚力较低，因而热稳定性可以显著提高，但由于空隙率较大而使路面耐久性受到影响。3）密实-骨架结构（间断级配），由于这种矿质混合料断去了中间尺寸粒径的集料，既有较多数量的粗集料可形成空间骨架，同时又有相当数量的细集料可填密骨架间的空隙，因此形成“密实-骨架”结构。这种结构的混合料不仅具有较高的粘聚力。而且具有较高的内摩阻角，使其强度也明显增强。2005年至2006年在玉屏至三穗高速公路，以及2010年在厦蓉高速贵州境榕江格龙至都匀施工期间，我就曾接触过上述3种结构类型。经过数据收集可以看出，3种结构的沥青混合料由于结构常数不同，因而反映在稳定性上亦有显著的差异。所以我认为3种级配类型中，间断级是效果最为理想的，开级配其次，密级配最后。而且经过一段时间的通车使用后，3种不同路面的低温抗裂性、高温稳定性、耐久性等路面使用性能，间断级配都是最为理想的。通过前面对间断级配结构形成的机理可能看得出，它集中了级配对于路用性能的绝大部分优点。故对于高等级路面面层已广泛采用间断级（如SMA结构类型），而且此类级配的研究也在进一步深入，具有广阔的发展前景。
2.沥青混合料的强度
沥青混合料在路面结构中产生破坏的情况，主要是发生在高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过剩而产生推挤等现象，以及低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。目前沥青混合料强度和稳定性理论，主要是要求沥青混合料在高温时必须具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。为了防止沥青路面产生高温剪切破坏，我国柔性路面设计方法中，把在沥青面层破裂面上可能产生的应力应不大于沥青混合料的设计许用剪应力，做为沥青路面强度重要的设计指标。
3.提高沥青混合料强度的措施
合理地选择混合料的结构类型和组成设计对提高其强度具有着重要的作用。当然，混合料的结构类型和组成设计必须根据稳定性方面的要求，结合沥青材料的性质和当地自然条件加以权衡确定。另外，还可以通过以下方面改善沥青混合料的强度：1）提高矿质集料之间的嵌挤力与摩阻力。为了提高沥青混合料的嵌挤力和摩阻力，要选用表面粗糙、形状方正、有棱角的矿料，并适当增加矿料的粗度。因为颗粒形状及其粗糙度，在破大程度上将决定混合料压实后颗粒间相互位置的特性和颗粒接触有效面积的大小。通常具有显著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正方体，以及具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩擦角。在其他条件相同的情况下，这种矿料所组成的沥青混合料较之圆形而表面平滑的颗粒具有较高的抗剪强度。2）提高沥青与矿料之间的粘结力。首先，做为混合料的胶结材料“沥青”的结构尤为重要。具体来说石油沥青的胶体结构共分为3种，分别为溶胶结构、溶-凝胶结构、凝胶结构。3种胶体结构中溶-凝胶结构最为优化，该沥青中沥青含量适当，并有较多的树脂作为保护物质。它所组成的胶团之间相互有一定的吸引力。这类沥青在常温时，在变形的最初阶段，表现为非常明显的弹性效应。大多数优质的路用沥青都属于该种结构，因为它具有粘-弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。这种沥青可以根据沥青温度稳定性的指标针入度指数来选定，它的针入度指数为P.I.=+2～-2之间。另外，还可能通过掺加改性剂，制做改性沥青，使沥青的其他物理指标发生改变的方法来提高沥青与矿料之间的粘结力。其次是通过改善矿料的化学性质，活化矿料表面物质，使矿料与沥青的粘结力得到提高。如适量添加抗剥落剂、使骨料尽可能形成新生表面等方法。
4.结语
通过以上对沥青混合料级配与强度的分析，一定会使沥青混合料的前期设计和准备工作更具科学性、合理性与准确性，也会使施工质量上升到一个新的台阶，对于更趋于经济、合理的配合比和设计方法将激励我们继续进行更深入的研究。
混合动力汽车结构类型解析 篇4
依据组成混合动力汽车的两个或多个能同时运转的单个动力传动系之间动力联合位置的不同, 混合动力汽车还具有串联、并联和混联三种基本的类型。
1串联混合动力汽车
串联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构, 其单个动力传动系间的联合是车载能量源环节的联合, 即非直接用于驱动汽车的能量的联合, 并同时向动力装置供能。典型的串联混合动力汽车动力传动系组成如图1所示。
串联混合动力汽车具有如下特点:
a.车载能量源环节的混合。b.单一的动力装置。c.车载能量源由两个以上的能量联合组成。
对应图1, 油箱、发动机、发电机与动力电池组共同组成车载能量源, 共同向驱动电机提供电能, 驱动电机和传动系组成单一的电驱动系统。
串联混合动力汽车实现了车载能量源的多样化, 可充分发挥各种能量源的优势, 并通过适当的控制实现它们的最佳组合, 满足汽车行驶的各种特殊要求, 例如, 采用发动机-发电机和动力电池组两种车载能量源的串联混合动力汽车即可满足汽车一定的零排放行驶里程, 同时通过发动机-发电机的工作为动力电池组进行补充充电, 延长了汽车的有效续驶里程, 为实现纯电动汽车的实用化提供了解决方案。
2并联混合动力汽车
并联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构, 其单个动力传动系间的联合是汽车动力或传动系环节的联合, 通过对不同动力装置输出的驱动动能的联合或耦合, 并经过相应的传动系输出到驱动轮, 满足汽车的行驶要求。典型的并联混合动力汽车动力传动系如图2所示。
并联混合动力汽车具有如下特点:
a.机械动能的混合。b.具有两个或多个动力装置。c.每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。
对应图2, 发动机和电机驱动系统输出的机械动能经过动力耦合后输出到传动系驱动汽车行驶, 发动机具有自己独立的车载能量源———油箱, 电机驱动系统具有自己独立的车载能量源——动力电池组。
依据动力耦合方式的不同, 并联混合动力汽车具有单轴联合式、双轴联合式和驱动力联合式3种布置方案。单轴联合式机械动力的耦合是在动力装置输出轴处完成的, 传动系的输入为单轴, 如图3所示。发动机的输出轴通过离合器与电机的转子轴直接相连, 而动力电池组通过控制器的调节作用于电机定子, 实现了发动机与电机输出转矩的叠加。单轴联合式实现了把不同动力装置的机械动力输出一体化, 结构紧凑, 但电机要经过特殊设计。
双轴联合式机械动力的耦合是在传动系的某个环节中完成的, 通常称位于传动系中的这种耦合部件为动力耦合装置, 它具有两个或多个输入轴, 而输出轴仅有一根并直接与驱动轴相连。双轴联合式只是把不同动力装置的输出进行动力合成, 因此系统元件可选用已有的现成产品, 开发成本较低。
驱动力联合式机械动力的混合是在汽车驱动轮处通过路面实现的。由于具有两套独立的动力传动系直接驱动汽车, 所以在充分利用地面附着力方面具有优势, 通过合理的控制, 可大大改善汽车的动力性能, 但系统组成比较庞大, 控制复杂。
3混联式混合动力汽车
为优化动力传动系的综合效率, 充分发挥汽车的节能、低排放潜力, 在实际应用中, 混合动力汽车动力传动系并非单纯是简单的串联式结构或并联式结构, 而是由串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构, 即所谓的混联式结构。典型的混联式混合动力汽车动力传动系如图4所示。
在图4中, 混联式混合动力汽车动力传动系中具有两个电机系统, 即发电机和电机驱动系统, 兼备了串联混合动力车载能量源的混合以及并联混合动力机械动能的混合。
结束语
串联式混合动力汽车适用于城市内频繁起步和低速运行工况, 可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转, 通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况, 从而提高了发动机的效率, 减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换, 机械效率较低。并联式混合动力汽车更接近传统的汽车驱动系统, 机械效率损耗与普通汽车差不多, 得到比较广泛的应用。混联式混合动力汽车该结构的优点是控制方便, 缺点是结构比较复杂。
摘要：混合动力汽车具有节能, 排放低的特点, 是未来汽车发展的方向。简要介绍了典型混合动力汽车类型, 结构特点。
关键词：混合动力,串联,并联,混联
参考文献
[1]孙逢春, 何洪文.混合动力车辆的归类方法研究[J].北京理工大学学报, 2002, 22 (1) .
[2]高建平, 何洪文, 孙逢春.混合动力电动汽车机电耦合系统归类分析[J].北京理工大学学报, 2008, 28 (3) .
混合体结构 篇5
1
2 张喜林制 [
1.1.2简单组合体的结构特征
【教学目标】
1、认识简单组合体的结构特征
2、能根据对简单组合体的结构特征的描述，说出几何体的名称
3、学会观察、分析图形，提高空间想象能力和几何直观能力.
【教学重难点】
描述简单组合体的结构特征.
【教学过程】
1、情景导入
在我们的生活中，酒瓶的形状是圆柱吗?我们的教学楼的形状是柱体吗?钢笔、圆珠笔呢?这些物体都不是简单几何体，那么如何描述它们的结构特征呢?教师出示课题：简单几何体的结构特征.
2、展示目标、检查预
让学生说出本节课的学习目标及简单组合体的概念
3、合作探究、交流展示
(1)提出问题
①请指出下列组合体是由哪些简单几何体组合而成的
.
图1
②观察图1，结合生活实际经验，说出简单组合体有几种组合形式?
③请总结长方体与球体能组合成几种不同的组合体.它们之间具有怎样的关系?
(2)活动：让学生仔细观察图1，教师适时提第一文库网示.
①略.
②图1中的三个组合体分别代表了不同形式.
③学生可以分组讨论，教师可以制作有关模型展示.
(3)讨论结果：
①图1(1)是一个四棱锥和一个长方体拼接成的，这是多面体与多面体的组合体;图1(2)是一个圆台挖去一个圆锥构成的，这是旋转体与旋转体的组合体;图1(3)是一个球和一个长方体拼接成的，这是旋转体与多面体的组合体.
②常见的组合体有三种：多面体与多面体的组合;多面体与旋转体的组合;旋转体与旋转体的组合.其基本形式实质上有两种：一种是由简单几何体拼接而成的简单组合体，如图1(1)和(3)所示的组合体;另一种是由简单几何体截去或挖去一部分而成的简单组合体，如图1(2)所示的组合体.
③常见的球与长方体构成的简单组合体及其结构特征：1°长方体的`八个顶点在同一个球面上，此时长方体称为球的内接长方体，球是长方体的外接球，并且长方体的对角线是球的直径;2°一球与正方体的所有棱相切，则正方体每个面上的对角线长等于球的直径;3°一球与正方体的所有面相切，则正方体的棱长等于球的直径.
4、典型例题
例1 请描述如图2所示的组合体的结构特征
.
混合体结构 篇6
关键词：钢-混凝土组合结构;组合梁;设计
钢梁与混凝土翼板组合，并且因在钢梁上设置了抗剪连接件，使钢梁与混凝土翼板得以共同承受外力，较之单独工作的钢梁或钢筋混凝土梁承载能力显著提高，这种结构就称之为钢-混凝土混合结构组合梁（简称钢-混凝土组合梁）或钢与混凝土组合梁。据介绍[1]，与独立钢梁比较，钢-混凝土组合梁可节省钢材20%～40%，相应地降低造价10%～30%;与钢筋混凝土梁比较，钢-混凝土组合梁施工更便捷，不仅可节省模板和支撑工序，还可缩短工期，方便安装管线。由于钢-混凝土组合梁优势明显，因而在工民建工程项目中获得广泛应用。然而我国大规模应用钢-混凝土组合梁主要发生在最近20余年时间里，随着《钢结构设计规范》（GBJ 17-88）和《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）对钢-混凝土组合梁的规范和完善，钢-混凝土组合梁设计方法得以推广和应用[2]。为了更好地开展钢-混凝土组合梁设计工作，本文对相关问题进行了探讨。
1钢-混凝土组合梁的组成、形式及特点
钢-混凝土组合梁由混凝土翼板、钢梁、抗剪连接件及板托所组成。混凝土翼板主要承担受压翼缘作用，在组合梁负弯矩区工作，GB 50017-2003第11.1.2条规定了翼板有效宽度的计算方法，而实际翼板宽度大得多，在有效宽度范围内应力分布被认为是均匀的。钢梁大部分处于组合梁的受拉区，主要承受拉力和剪力，在弯矩作用下上翼缘比下翼缘受力小，所以通常上翼缘截面设计的更小一些，以节省钢材。钢梁截面有工字形、槽钢形、箱形、蜂窝形、钢桁架等多种形式。抗剪连接件是为了确保钢梁与混凝土翼板共同工作的关键构件，以限制钢梁与混凝土翼板之间相对滑移和抵抗使两者产生分离的“揭拉力”。抗剪连接件常用形式有栓钉、槽钢和弯筋三种。GB 50017-2003第11.3节给出了这三种连接件的计算方法。栓钉不需考虑方向，但槽钢翼缘肢尖应指向水平剪力方向，弯筋倾角方向应顺着受力方向。板托的作用是增加梁高，节省钢材，但也增加了施工支模的工作量，然而设置板托的好处超过了不足，一般情况下应予设置，但在梁截面计算时可不考虑板托作用。按照受力特点，组合梁分简支组合梁和连续组合梁两种形式，由于连续组合梁中间支座负弯矩区构造较为复杂，所以受力状况比简支组合梁复杂，GBJ 17-88只列入了简支组合梁设计内容，直到GB 50017-2003才补充了连续组合梁负弯矩区的计算内容。从钢梁与混凝土翼板接触面的滑移大小，组合梁分为完全抗剪连接和部分抗剪连接，剪力连接程度降低虽会导致组合梁跨中挠度增加，但部分抗剪连接可有效节省造价[3]。
2钢-混凝土组合梁的设计
组合梁截面应力的计算可分别采用塑性理论和弹性理论两种方法进行计算，由于GB 50017-2003推荐塑性理论计算方法，不少结构设计人员往往忽视了弹性理论的应用，事实上在特定条件下运用弹性理论设计具有更好的经济效果。根据相关研究[4]，在钢截面高度受限制情况下，采用塑性理论设计比非组合梁经济性好，但是在组合梁跨度不大的情况下，采用弹性理论设计比塑性理论设计经济效果更好，例如楼面跨度在9～15m时，弹性理论设计方案比塑性理论设计方案可节省用钢量7.5%～28%。这是因为组合梁跨度较小时，塑性理论设计方案由于要兼顾宽厚比，梁截面难以设计得太小，导致其刚度和承载力的浪费，但弹性理论设计方案梁截面可以设计得更轻薄，通过增加钢梁高度获得更大的抗弯性能和刚度，所以两者经济效果就有明显差异。
2.1截面几何特性
组合梁按弹性理论计算时，其截面不考虑塑性铰出现，钢梁受压翼缘的宽厚比可按GB 50017-2003第4.3.8条的公式进行计算。由于钢梁和混凝土被看作两种不同的弹性材料，计算组合梁的截面几何特性时需将两种材料换算为等效的一种材料。截面换算时，假定混凝土板厚不变，混凝土截面重心沿截面高度方向也不变，则按荷载短期效应设计的等效宽度为;若按荷载长期效应进行设计，考虑到混凝土徐变的影响，混凝土板内的应力将会下降，钢梁内的压力亦会增加，故将等效宽度调整为。其中为混凝土翼板的有效宽度，可按GB 50017-2003第11.1.2条公式计算，为钢与混凝土弹性模量之比。计算荷载短期效应的截面特性，当弹性中和轴位于钢梁内时，换算为钢的组合截面，有，式中、分别为混凝土和钢梁的截面积。如果弹性中和轴位于混凝土板内，以弹性中和轴至混凝土板顶的距离代替，得到。换算为混凝土的组合截面，并且弹性中和轴位于钢梁内时，有;弹性中和轴位于混凝土板内时，混凝土的组合截面积为。考虑长期荷载效应时，可将等效宽度代替计算组合截面积。
2.2截面设计计算
2.2.1施工阶段
采用弹性理论进行组合梁设计，需要分别进行施工阶段和使用阶段的计算。在施工阶段，组合梁上的全部荷载都需要由钢梁承担，所以计算内容也就是钢梁的强度和稳定性计算。钢梁截面正应力与剪应力可按GB 50017-2003第4.1.1和4.1.2条公式计算，其中正应力如图1（a）所示。变形验算，可按计算挠度，其中为施工恒载与施工活载产生的均布荷载，为钢梁跨度，为钢的弹模，钢梁截面惯性积，为构件允许挠度。
2.2.2使用阶段
使用阶段，钢梁和混凝土翼板共同承担组合梁上的荷载，所以需按组合截面进行计算。再将两阶段的应力叠加，就得到组合梁所受应力。
考虑短期效应组合，可得到以下正应力公式：、、、，其中正应力如图1（b）所示。式中、分别为组合梁中的钢梁上、下翼缘正应力;、分别为组合梁中的混凝土翼板顶面、底面正应力;、分别为施工阶段、使用阶段荷载产生的弯矩;、分别为钢梁截面对上、下翼缘的截面模量;、分别为组合梁换算为钢的组合截面后对钢梁上、下翼缘的截面模量;、分别为组合梁换算为混凝土的组合截面后对混凝土顶面、底面的截面模量;、分别为钢、混凝土的强度设计值。
考虑长期效应组合，可得到以下正应力公式：，其中正应力如图1（c）所示。式中、分别为考虑混凝土徐变后组合梁中的钢梁上、下翼缘正应力;、分别为考虑混凝土徐变后组合梁中的混凝土翼板顶面、底面正应力;、分别为使用阶段恒载、活载产生的弯矩;、分别为考虑混凝土徐变后组合梁换算为混凝土的组合截面后对混凝土顶面、底面的截面模量;其他符号意义同前。
剪应力也按两阶段进行叠加，短期效应组合的计算公式为。式中为施工阶段恒载产生的剪力;、分别为使用阶段恒载、活载产生的剪力;、分别为钢梁
惯性矩、组合截面惯性矩;、分别为组合梁中在剪应力计算点以上部分对钢截面、换算截面中和轴的面积矩;为钢梁腹板厚度;为钢抗剪强度设计值。
钢与混凝土线膨胀系数相差不大，一般在建筑内部的混合梁结构，温度应力可忽略，但室外环境中因混凝土传热性比钢差得多，这个时候需要考虑温度应力影响，必要时还应采取保温隔热措施。
组合梁挠度可按进行计算，其中、分别为换算为钢的组合截面惯性积和考虑恒载长期作用的组合截面惯性积;其他符号意义同前。
3 结语
钢-混凝土组合梁在我国大量应用的时间还不太久，一般理解主要承受动负荷的组合梁才适宜采用弹性理论进行分析，但实际上特定条件下不以动负荷为主的场合，运用弹性理论也具有经济效果好的优势，所以笔者撰此文希望设计人员开拓视野，运用好各种设计理论和方法。
参考文献：
[1]白崇平.钢与混凝土组合梁连接件的设计探讨[J].钢结构，2009，24（6）：15-17.
[2]陈敬.钢与混凝土组合梁的挠度计算公式分析[J].山西建筑，2011，37（5）：51-52.
[3]黄强.考虑滑移效应的钢-混凝土组合梁非线性有限元分析[J].浙江建筑，2014，31（5）：20-23.
混合结构的界面连接方式 篇7
目前我们普遍用到的高层或超高层混合结构类型就是钢-混凝土混合结构体系。在日常生活中, 我们选取钢结构包裹于结构的外部, 并将钢筋混凝土结构作为整体内部的不可或缺的一部分。使二者结构形式相互依靠, 既发挥了钢框架的刚度大、应变延性好的优势, 能经受住外来荷载的摧毁作用力, 又体现出了钢筋混凝土的柔性比钢结构强, 并弥补了钢结构的曲率延性不足等特点, 使整体结构的稳定性发展迈向了一个新的台阶。关于内部的钢筋混凝土的设计内容, 它是由内筒附带一些伸臂桁架, 叠合为带伸臂桁架的钢框架-混凝土内筒体系, 或者选用部分或全部的钢骨混凝土, 统一组成钢骨混凝土框架-混凝土内筒体系。
2 研究的价值
对我国的混合结构体系大量统计得出, 现如今中国的建筑市场中, 高度排名1~58的超高层建筑全都超过150m, 其中有14栋楼的修建形式是钢-混凝土混合结构体系;有30栋结构的总高度为170 m以上, 这30栋建筑中包含了11栋的钢-混凝土混合体系, 例如20世纪90年代就已竣工的上海金茂大厦 (共88层, 约365 m) , 还有已经修建完毕的上海环球金融中心 (共96层, 高度为460 m) , 香港东北大厦 (88层, 高度为420 m) 等超高层。尽管如此, 伴随着建筑高度增加, 房屋的抗震等级要求也越来越严格。故而关于混合结构界面连接的设计方案考验众多设计人员, 例如在框架-核心筒内设置各类伸臂连接构件、采用支撑斜杆组成的桁架、在某些部位设置转换层等方式, 是否导致整体结构的刚度发生较大变化, 是否会导致某一截面的刚度突变等。
3 钢框架-混凝土节点连接方式
3.1 梁和柱及墙的节点单元搭接
建筑的梁柱搭载方式对彼此间的相互约束有三种: (1) 铰接相接; (2) 半刚性相接; (3) 刚性相接。铰接作用的时候, 梁两侧的剪力作用能分化出一部分能量供给柱子, 有些情况下也能分化出全部能量, 但是梁两侧的弯矩作用却很少甚至没有可能传递到柱子上去;梁柱的半刚性搭接时, 其梁两侧的剪力不仅能将部分乃至全部能量流向柱子, 而且同时也会把自身的弯矩作用分享给与之接壤的柱;梁和柱的刚性搭载时囊括了其铰接与半刚性连接的能量传递形式, 不但梁两侧的剪力在某些情况下可以全部传递给与之相连的柱子端口, 而且能够把自身截面以及极限端口处的弯矩作用传递到柱子上, 该类作用方式不仅保证了上述二构件的使用延性, 而且还能体现出二者共同抵抗外力时的持续效应。设计者可在位于钢筋混凝土墙里面参设预埋构件, 再于预埋件至其他构件的连接处焊上连接板, 最后再使连接板和钢梁腹板取高强螺栓固定。
3.2 节点转动刚度的判定
如若通过计算, 发现节点的扭转刚度约为梁线刚度的0.5或低于0.5, 便可判定为铰接形式;如若经节点与梁线刚度相比较得到其结果超过了25, 说明该连接方式是刚性的;半刚性则介于以上两种类型之间。国外专家为了严格归类上述三者, 列出了如下陈述以示规范。
1) 当有外部荷载通过特定方式传递给节点时, 如果梁和柱中心线的角度数相差变动的数字与设计时假设的角度数相差不多甚至超过假设的80%, 即可视为铰接。
2) 计算刚接时, 我们将其设想为梁柱中心线的角度数始终为固定值, 但实际应用过程中, 只要二者接壤时共同的制动效应大于或等于假象状态时的90%, 即可视为刚性作用。
经试验研究, 我们总结出三类刚接类别和铰接类别: (1) 刚接:包括了带加劲肋全焊型, 带加劲肋栓焊混合型, 带加劲肋外伸式端板型; (2) 铰接:包含了腹板双角钢型、端头板型和腹板单板型, 其中第三者的刚度较前二者较小, 看作是简支型。
3.3 应用软件对界面连接方式的探索
某实例的连接机理和试验研究情况为:专家在进行实际工程中的构件模拟运算时, 大致概括出了构件子单元相接的3种运行方式: (1) 梁单元与壳单元的搭接运转模式; (2) 梁单元和实体微型单元的搭接运转模式; (3) 壳单元及实体微型单元的搭接运转模式。
我们已然熟知将结构中的各个子构件划分为不同单元级别时, 这些单元自身的节点自由度和灵敏度互相是不一样的, 所以即便使用准确度很高的软件实行连接运作, 也很不容易达到完美无缺的连接效果。因此, 可以将上述3种单元组的运转模式做出从大到小的排列:梁单元-壳单元-实体微型单元;经过单元的排序有助于在其组合上获得更加直观的节点连接方式, 以达到简便快速的连接效果, 并且软件计算时能同时兼顾到构件单元相连的宏观上的自由度和微观上的其他相互作用力。将排好序的两两单元按相似精度进行搭配接壤后发现, 这些单元组的运转模式及构建原理并无太大区别。
研究上述单元组相互搭接后并分析出多余约束力与构件自由位移的关系图、宏观刚接铰接下的框架分担剪力比值图, 并以第 (3) 种运转原理为代表, 如图1所示。图1中反映结构自由位移的增长度基本上与它处在不同种类的约束力条件下的增长度呈正比曲线;从图2可以看出尽管构件的两种连接方式表现出了不同的承载变形状态, 构件从弹性阶段开始至中期构件刚接与铰接的分担剪力曲线紊乱且差异较大, 但是从中期至后期的弹塑性状态中能够发现两种连接方式下的构件分担剪力模式曲线重叠且一致。另外, 刚接形式下的结构, 处于总高度h/3附近的楼层处, 框架分担剪力作用有个别位置发生分担值较大的现象。
4 混合结构的优势
4.1 混合结构与钢筋混凝土结构的比较
当设计者于结构中加入钢构件方案时, 会让局部构件的抗压、抗剪和压弯承载力进一步提高, 使构件的变形能力变强, 提升了较大空间的延性;在相同承载力要求下, 结构构件尺寸减小, 增加房屋使用空间, 结构自重明显减轻。由于型钢混凝土构件的徐变变形发展缓慢, 所以设计基础采用钢筋混凝土结构以及上部结构为钢结构时, 可以采用型钢混凝土结构充当地上与地下之间的过渡层, 从而减小地面上下层的结构刚度突变, 还可以施工时利用型钢架承担施工荷载, 节省模板用量, 提高施工效率。
4.2 混合结构与钢结构的比较
混合结构同时具备参与构件受力与保护层的功能, 结构防火、防腐性能较好, 提高了结构的耐久性和耐火性, 经济性也较好;相对于单一钢结构而言, 混合结构具有更大的刚度和阻尼比, 在风荷载和地震作用下, 结构的水平侧移较小, 有利于改善建筑物的舒适度。混合结构还有利于提高型钢的整体稳定性, 钢板的局部屈曲, 从而使杆件弯曲失稳及梁的侧向失稳不易发生。
5 结语
混合结构的综合经济指标优于全钢结构和钢筋混凝土结构, 是一种符合我国国情的高层建筑结构形式, 被大量用于我国的高层建筑特别是超高层建筑结构中。
参考文献
[1]武则刚, 吕西林.超高层外钢框架-混凝土核心筒混合结构研究概况[J].现代土木工程理论与实践.
[2]龚炳年, 郝锐坤, 赵宁.钢-混凝土混合结构模型试验研究[J].建筑科学, 1994, 10 (1) :10-14.
[3]周向明, 李国强, 丁翔.高层钢-混凝土混合结构弹塑性地震反应简化分析模型[J].建筑结构, 2002, 32 (5) :26-30.
混合动力汽车的传动结构分析 篇8
电动汽车是当前能满足“零排放”要求的首选方案。在我国大中城市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题, 电动汽车是一种非常理想的中速和短途的日常公共交通工具, 在市区内行驶, 电动汽车的能量效率比普通汽油机汽车高40%左右。电动汽车可以利用夜晚用电低谷时的富余电能充电, 可以平衡电网的负载, 提高电网能量的利用率。除此之外, 电动汽车还具有低噪声、低热辐射、易操纵和易维护等优点。
2. 混合动力电动汽车的概述
混合动力电动汽车是指以蓄电池与辅助动力单元共同作为动力源的汽车。从理论上讲, 内燃机的热效率在低速时偏低, 扭矩也较小, 而在中高负荷时效率较高, 但负荷再大时效率又会下降。如果车辆在低速时采用电动机驱动, 在高负荷时, 让发动机仍工作在中等负荷高效率区, 不足的功率由电动机提供, 就可以提高车辆燃油经济性, HEV (混合动力汽车) 就是采用了这种原理。较之传统燃油汽车和电动汽车, HEV增加了动力系统部件的种类和组合方式, 并根据使用工况对部件的工作方式进行了优化组合, 使各部件, 尤其是作为主动力源的原动机能够在最优工况下工作。
3. 传统驱动汽车与混合动力驱动的优点
(1) 传统汽车为了满足急加速、很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求, 装备的发动机的功率均相当大。
(2) 传统汽车发动机的设计要考虑多方面的要求, 混合动力系统中的发动机不要求过高的升功率和很好的动态特性, 可以按最高热效率的原则设计。与传统汽车发动机相比, 其燃油经济性有进一步的提高。
(3) 混合动力系统可以在汽车停车等候或低速滑行等情况下关机, 节省燃油。
(4) 混合动力系统电力驱动部分中的电动机能变作发电机工作。
电动汽车与燃油汽车的差别见表1。
4. 混合动力电动汽车的结构形式
根据动力系统的不同配置混合动力电动车分为如图1所示3类, 即串联式 (Series) 、并联式 (Parallel) 和分割式 (Split) 。分割式按其具体结构也可称为串、并联灵活驱动式。
4.1 串联式混合动力系统
串联式混合动力系统的工作原理如图1a) 所示, 由发动机 (内燃机) 带动发电机, 电能在控制器的调节下带动电动机而驱动车轮。发动机始终在热效率高而排放较低的单一最佳工况下运转, 单一工况运转也便于排气后处理装置始终保持高净化率。汽车低负荷运转时, 发动机发出的功率超过驱动汽车的需要, 多余的电能向蓄电池充电;高负荷运转时, 除发电机发出的电能外, 电池组提供部分电能;此外, 在城区较低车速行驶时, 为了实现零排放可关闭发动机, 汽车行驶功率全部由蓄电池来供给。
由于当汽车需要大动力时, 蓄电池提供了其中的部分功率, 所以汽车可选用较小的发动机, 但需要有大的电动机以提供全部驱动轮发出的驱动功率。串联式能量传递环节较多, 传动效率较低。
串联式适用于环保要求较高, 行驶车速较低的城区车辆, 如公共汽车。
4.2 并联式混合动力系统
如图1b) 所示, 发动机和电动机可以分别独立地向汽车的驱动系AAA动力。通常采用由发动机提供车辆的平均行驶功率, 由电动机提供峰值功率及低速低负荷工况的功率。
发动机通过机械传动直接驱动汽车时, 无机-电能量转换损失, 效率较高。因此并联式混合动力车的燃油经济性比串联式混合动力汽车高。
显然, 并联式混合动力可选用较小的发动机和电动机。若装备有发电机则可选用较小的发电机, 要求的电池容量也较小。
由于并联式的发动机运转工况随汽车运行的情况而变化, 发动机不可能在排放污染物最小的工况工作, 因此发动机的排放性能比串联式混合动力车要差。
并联式混合动力车比较适合于在城市间公路和高速公路上的复杂工况下稳定行驶。
4.3 串并联灵活驱动式混合动力系统
如图1c) 所示, 通过一种行星齿轮系统组成的动力分配装置, 将整个系统耦合在一起, 根据行驶工况灵活采取各种工作方法, 以达到热效率最高、排放污染最低的效果。一般控制策略为:起步或低速低负荷工况时, 关闭发动机由蓄电池电能驱动:一般行驶工况动力系统以串并联混合方式工作;大节气门加速或重负荷工况时, 动力系统除串并联方式工作外, 蓄电池也提供能量参加驱动;制动和减速时通过能量回收系统向蓄电池充电;停车时发动机自动关机;蓄电池充电由计算机控制其维持在一稳定的充电状态。因此串并联灵活驱动方式兼有串联和并联的特点, 但控制系统最复杂。
串并联混联式结构也可作为一种特例归到并联式结构中。
5. 串联式驱动系统与并联式驱动系统的比较
表2给出了串联式与并联式驱动系统在排放、用途、整车布置、价格及原动机等方面的比较。
6. 结束语
混合动力电动汽车一方面可以充分利用传统汽车的技术成果和工业基础, 另一方面, 可以有效减少排放、降低油耗, 是传统内燃机汽车向零排放电动汽车过渡的实用方案之一。混合动力电动汽车有串联、并联等多种结构形式, 各有各的优缺点, 适用于不同的地点、用途, 简单的说孰优孰劣是不妥当的。
参考文献
[1]史文库主编.现代汽车新技术.北京:机械工业出版社出版, 2004
[2]《汽车工程手册》编辑委员会编辑。汽车工程手册.北京:人民交通出版社出版, 2001.5
混合体结构 篇9
波瓣混合器由于其特殊的几何外形,能够使沿波峰向外的主流同沿波谷向内的次流在波瓣出口处发生强烈混合。随着混合的进行,气体之间的能量交换十分迅速。这样,主、次流不仅在较短的区域内充分混合,由此产生的能量损失也相对较小。
对于波瓣混合器强化混合的机理,国内外展开过广泛的研究。其中,Pevinelli等人[1]通过数值模拟和实验测量首先发现了波瓣混合器流场中存在着大尺度的二次流。Paterson[2]通过对波瓣混合器流场、温度场的实验研究,不但确认了二次流(即流向涡)的存在,还对其强化混合的机理进行了初步的解释。Skebe等人[3]在Paterson的基础上,不仅更进一步说明了流向涡沿流动方向的发展规律和其本身的无黏性质,还提出了波瓣混合器出口处流向涡环量的计算公式。Elliot等人[4]在实验测量以及数值模拟的基础上,将波瓣混合器强化混合的机理概述为以下三方面。第一,波瓣混合器流场中存在着大尺度的流向涡结构;第二,由于波瓣外形引起的主、次流间混合周长的增大;第三,主、次流之间的剪切层中存在着正交涡结构。在人们对波瓣混合器混合机理不断深入研究的同时,新的数值模拟以及实验方法也不断用于波瓣混合器的研究之中,Ooba等人[5]采用大涡模拟(LES)对波瓣混合器流场进行了模拟,其结果表明LES能够正确地描述波瓣混合器的流场,尤其是流向涡沿流动方向的变化规律;此外,Hu等人[6]采用DP-SPIV(Dual-Plane Stereoscopic PIV)的方法测量了波瓣混合喷管的三维速度场,从而得到了波瓣混合器中的瞬时以及时间平均的流向涡涡量分布。与此同时,国内外对波瓣混合器应用的研究也在不断深入,并在排气增推、噪声降低、红外抑制等方面取得较大的成果[7,8,9]。但是,以实际工程使用的数值方法作为研究对象的报道却很少。为此,本文以实际工程中常用的FLUENT为平台,通过对比Hu等人[6]对某型波瓣混合器流场的DP-SPIV测量数据,提出了一套具有工程实用意义的高精度波瓣混合器流场的数值计算方法。
1数值研究
1.1计算模型
由于不同流向涡对之间可能存在着相互影响,所以选取整个波瓣作为模拟对象,如图1所示。图1(a)中波瓣混合器入口为一水平段,混合器内径D为40 mm,壁厚为3 mm。波瓣混合器包括6个花瓣结构,内壁处,波瓣外张角和内张角分别为17°和22°,外壁处,波瓣外张角和内张角分别为9°和28°。此外,x轴为整个计算域的中心轴,并定义波瓣尾缘处x=0,y轴为径向,z轴与x,y垂直。由于混合器周围空气对射流具有一定的影响,所以计算域外边界直径为5D,计算域出口到波瓣尾缘的轴向距离为4D,如图1(b)所示。
由于波瓣结构十分复杂,故对计算区域采用非结构化网格进行划分。对波瓣面采用五层五棱柱网格进行加密,最终划分结果如图2所示,由网格无关解测试可知,网格数约为380万。
1.2 控制方程
流动的基本方程包括连续性方程、动量方程、能量方程、湍流方程和状态方程,其中波瓣混合器计算域中空气的主要控制方程如下所示:
式中:
ρ—空气密度,遵循理想气体状态方程;
p—流体的压力;
k—湍流脉动动能;
上式中,μ,λ分别为第一、第二黏性系数,
I—流体比内能;
ε—流体湍能耗散率;
上式中:K为流体热传导系数,T为流体温度。
对于湍流,选择常用的标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε,SST k-ω以及S-A五种湍流模型。对于标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε壁面处,采用标准壁面函数进行处理。
1.3 数值计算方法
为了更好地比较不同湍流模型对波瓣混合器流场计算的影响,本文对控制方程中的各项采用相同的离散格式,即对流项采用三阶MUSCL格式,压力项采用二阶格式,其他项均采用一阶迎风格式。速度和压力的耦合则采用SIMPLE算法。方程的收敛精度为10-6。
1.4 边界条件
波瓣混合器主流以及外界环境均为空气。混合器入口使用速度入口边界条件,由实验结果可知[6],在波瓣出口截面流体的速度为20 m/s,根据波瓣混合器出口面积和入口面积之比可知波瓣混合器入口空气流速为14.5 m/s。计算域出口采用压力出口边界条件,静压为1个大气压。波瓣壁面采用无滑移,绝热固壁边界条件。计算域外边界则采用压力远场边界条件。
2 计算结果与分析
2.1 流向涡涡量分布
定义各横截面上,无量纲化的流向涡(STV)涡量值ωx为
式(4)中,Uhot为波瓣混合器出口处内涵气流的速度,Uhot=20 m/s。
根据式(4)定义,流向涡在不同截面处,各湍流模型模拟结果与实验结果的对比如图3—图5所示。流向涡作为波瓣混合器特有的涡系,对强化混合起着关键作用。由图3—图5可知,五种湍流模型均能正确描述流向涡的变化规律,即在波瓣混合器出口处产生,沿流向逐渐发展直至消亡。
如图3所示,在x/D=0.5截面处,同实验对比,Realizable k-ε模型和SST k-ω模型能更好地反映出流向涡涡量的分布规律。标准k-ε模型,RNG k-ε模型以及S-A模型对于流向涡最大涡量区域的值较实验所得值偏小,除此之外这三种湍流模型描述涡量较大值的等值线比实验图线扁平,而Realizable k-ε模型和SST k-ω模型的等值线则相对圆滑更符合实验结果。
随着流动距离的增加,由于耗散作用,流向涡涡量逐渐减小。在x/D=1.0截面处,实验结果的流向涡等值线最大值为±2.1,而且该等值线并不出现在每个流向涡之中。对此特性,只有Realizable k-ε模型做出了较好的描述。标准k-ε模型在该截面的值过小,只出现了±1.5的等值线;RNG k-ε模型和S-A模型虽然有±2.1的等值线,但是出现在每个流向涡中,其中RNG k-ε模型计算所得流向涡中还有两个涡中还分别出现了+2.7和-2.7的等值线;SST k-ω模型存在±2.1的等值线,但也只是出现在个别区域且与实验结果有一定差异。
随着流动的进一步发展,流向涡逐渐被拉扁,而且靠近圆心处的一端渐渐变尖,涡量进一步地减小。在图5中,实验结果在x/D=2截面处的流向涡涡量等值线的最大值为±0.9,而且只出现在个别流向涡之中。对于这一实验结果,标准k-ε模型,和SST k-ω模型均没能很好地反映等值线的这一特性。此外它们所得的涡量图圆滑,没有实验图中流向涡被拉尖的趋势。RNG k-ε模型虽然能很好地反映出流向涡变尖这一特性,但是它的流向涡涡量大小分布却大于实验结果。S-A模型尽管能够较好地描述流向涡涡量的分布特性,但却不能反映流向涡在该截面上的形状。而Realizable k-ε模型能既能较好地描述流向涡形状又能说明涡量分布的特性,但是它却没有很好地反映出有些流向涡已经开始破碎这一现象。即使如此,Realizable k-ε模型在描述x/D=2截面的流向涡分布以及形状特征时,也要优于其他模型。
2.2 正交涡涡量分布
定义各横截面上,无量纲化的正交涡(SPV)涡量值ωin-plane为:
式(5)中,ωy,ωz沿y向、z向的无量纲涡量:
正交涡作为波瓣混合器的另一种涡系,对混合的影响虽然不如流向涡强烈,但仍十分重要。由正交涡的定义可知,它是涡量在y轴方向以及z轴方向上综合作用的结果。从涡量图的分布情况来看,研究的五种湍流模型在正交涡的发展阶段均能较好地描述实际情况。在x/D=1截面处,如图6所示,五种湍流模型模拟结果的最大值均出现在波峰处,这与实验结果相同。但是Realizable k-ε模型,RNG k-ε模型以及S-A模型具体值均偏大,其中Realizable k-ε模型涡量等值线的最大涡量值为5.5,比实验值大0.5,RNG k-ε模型最大涡量等值线为7.5,S-A模型最大等值线为7。SST k-ω模型在该截面处,个别波峰的最大涡量等值线值为5.5,其余均为5,与实验结果比较符合。标准k-ε模型在波峰处最大涡量等值线为5。在波谷处,标准k-ε模型的正交涡最大涡量等值线为4与实验值较为符合。其他模型在该处所得的最大正交涡涡量等值线值均大于实验值所测值。
2.3 流向涡最大无量纲值对比
图7为实验得到的流场中流向涡最大值与各湍流模型的模拟结果的对比图。由图7可知,五种湍流模型均能描述流向涡的变化趋势,但是从具体值的对比上看标准k-ε模型偏小,RNG k-ε模型偏大,只有SST k-ω模型,Realizable k-ε模型以及S-A模型所描述的流向涡最大涡量的变化规律同实验值最接近。所以,在本节的研究中,仅考虑SST k-ω模型,Realizable k-ε模型以及S-A模型三个模型计算所得流向涡最大值与实验值的误差。
如图7所示,在波瓣尾缘及其附近(x/D=0.25),在主流流体沿波峰向外的径向速度分量以及次流流体沿波谷向内的速度分量的作用下,主、次流之间形成了一对旋转方向相反并沿流动方向发展的流向涡。由于流向涡在该截面处处于生成阶段,故涡量值较大。此外,在x/D=0.25截面上,Realizable k-ε模型计算结果为4.359,与实验结果最为相近,误差仅为0.37%。当x/D小于2.25时,流向涡处于发展耗散阶段,在流体微团的黏性摩擦以及湍流耗散效应的共同作用下,流向涡涡量迅速下降。在该阶段内SST k-ω模型的值同实验值非常接近,两者的最大误差为10.47%,平均误差为5.76%。当x/D大于2.25时,流向涡能量很低,涡量不但很小,而且下降缓慢,其对混合的强化作用已不明显。主、次流之间混合逐渐转变为剪切层的扩散。在该区域内,SST k-ω模型的计算值与实验测得值的误差随流动而增大,在出口处两者的相对误差达到最大,其值为70.87%。在整个流动区域内SST k-ω模型的平均误差为20.24%。对于Realizable k-ε模型和S-A模型,当x/D小于1以及x/D大于3时,两湍流模型计算所得流向涡最大值同实验值的相对误差较小。在x/D=4截面处,Realizable k-ε模型和S-A模型计算结果与实验测得结果之间的相对误差均达到最大,值分别为17.33%,52.16%。此外在该区域中,两模型的平均误差分别为7.82%,20.2%。在x/D大于1小于3区间内,Realizable k-ε模型和S-A模型计算所得流向涡的耗散情况小于实验所测,所以该区间上计算所得的流向涡最大值与实验值的相对误差较大。当x/D=1.5时,Realizable k-ε模型和S-A模型同实验值的相对误差在该区间上为最大,其值分别为48.69%,36.54%。在整个流动区域内,Realizable k-ε模型和S-A模型的平均误差分别为21.8%,19.68%。
2.4 正交涡最大无量纲值对比
正交涡的涡量最大值的变化如图8所示,由图可知,五种湍流模型均能描述正交涡最大涡量值下降速度从快到慢的变化规律。但是与实验测得值相比,RNG k-ε模型所描述的正交涡最大涡量的变化值偏大,标准k-ε模型和SST k-ω模型所得到正交涡涡量最大值均偏小,虽然S-A模型计算所得值较实验的误差比上述模型小,但是同Realizable k-ε模型相比误差仍然偏大。
当x/D小于0.5时,正交涡处于发展初期,涡量下降速度慢于正交涡发展耗散阶段。当x/D大于2时,正交涡处于耗散末期,涡量下降速度很慢。在此区间上,Realizable k-ε模型计算值同实验值较为接近,平均误差为7.74%。此外,在x/D=4截面处,Realizable k-ε模型相对误差为该区间最大,其值为13.49%。当x/D在0.5到2之间变化时,正交涡处于发展及耗散阶段,在不断增强的耗散作用的影响下,正交涡涡量迅速下降。在该区间上,Realizable k-ε模型与实验值的相对误差在x/D=1截面处达到最大,其值为20.2%。在整个流动区域内,标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε,SST k-ω以及S-A五种湍流模型与实验值的平均相对误差分别为:27.9%、26.4%、10.4%、25.6%以及14.6%。其中,Realizable k-ε模型正交涡最大涡量的相对误差小于其它模型。
3 结论
由上述对比结果可知,本文的计算方法能够较好地定量描述波瓣混合器中流向涡系、正交涡系形状以及涡量随流动的变化,而且与实验所测得的结果较为吻合。在湍流模型方面,Realizable k-ε模型在流向涡以及正交涡涡量大小以及分布的描述方面更为精确。
参考文献
[1] Povinelli L A,Anderson B H,Gerstenmaier W.Computation ofthree-dimensional flow in turbofan mixer and comparison with experi-mental data,AIAA Paper 80-0227,Jan.1980
[2] Paterson R W.Turbofan mixer nozzle flow field-a benchmark experi-mental study.Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,1984;106(3):692—698
[3] Skebe S A,Paterson R W,Baber T J.Experimental investigation ofthree-dimensional forced mixer lobe flow field,AIAA paper 88—3785,July 1988
[4] Elliott J K,Manning Y J,Qiu Y J,et al.Computational and experi-mental studies of flow in multi-lobed forced mixers,AIAA Paper1992—3568,July 1992
[5] Ooba Y,Kodama H,Nakamura Y,et al.Large eddy simulationanalysis of a 18-lobe convoluted mixer nozzle,AIAA Paper 2002—0717,2002
[6] Hu H,Saga T,Kobayashi T.Investigation of the vortex structuresdownstream of a lobed nozzle by mean of dual-plane stereoscopicPIV,4th-International Symposium on Particle Image Velocimetry,Paper 1020,Sep.2001
[7] Presz W M.Mixer/ejector noise suppressors,AIAA Paper 91-2243,June 1991
[8]张靖周,李立国,高潮,等.波瓣喷管红外抑制系统的实验研究.航空动力学报,1997;12(2):212—214
混合体结构 篇10
关键词：砖木混合结构,安全性鉴定,抗震措施鉴定,承载力
随着经济的发展及人们安全意识的提高,人们对建筑结构的安全要求越来越高,因此对老旧建筑的安全性鉴定也越来越多。一般鉴定单位对于常规的框架结构、剪力墙结构及砌体结构的鉴定能够得心应手,但对于一些建设年代较长、具有一定纪念意义的砖木混合承重结构往往无从下手。这类建筑通常是由带壁柱的砖墙、木柱、木屋架等构成,现行规范对这种结构没有明确规定。本文通过规范理论与实例分析阐述了这类砖木混合结构房屋的主体承重结构安全性鉴定方法。
1 上部承重结构安全性鉴定方法
根据《民用建筑可靠性鉴定标准》[1]第6.3节,上部承重结构的安全性鉴定,主要考虑各种构件的安全性、结构的整体性以及结构侧向位移三个方面。由于该种结构的侧向位移测绘与其他常见结构区别不大,本文从构件安全性、结构的整体性方面对结构的鉴定方法进行阐述。
构件的安全性鉴定项目主要有构件的承载能力、构造、不适于继续承载的位移(或变形)、裂缝以及危险性的腐朽和虫蛀等;结构的整体性鉴定项目主要有结构布置、支撑系统布置及构造、圈梁构造、结构件的联系等。砖木混合结构是一种特殊的结构,应分为砖砌体结构和木结构两部分分别鉴定。
木结构的构造措施及危险性的腐朽和虫蛀现象,可根据《建筑抗震鉴定标准》[2]第10.1条及《木结构设计规范》[3]进行检查;根据标准[2]第10.1.3条“木结构房屋以抗震构造鉴定为主,可不作抗震承载力验算”,因此该类木结构不做抗震承载能力验算,但应根据规范[1]对木构件在正常使用荷载下承载能力进行验算。
根据标准[2]第10.1.1条注3的规定,木柱和砖柱混合承重的房屋,砖砌体部分可按照第9章的有关要求鉴定,因此砌体结构的抗震构造措施可根据第9章进行检查,其他构造措施可依据《砌体结构设计规范》[4]进行检查。砖砌体部分的抗震承载力应依据标准[2]第3.0.5条进行计算,正常使用荷载下的承载力应依据规范[4]进行计算。
以下举例说明砖木混合结构主体结构安全性鉴定的方法。
2 实例分析
2.1 工程概况
某建筑物为单层圆木柱、砖壁柱混合承重结构(木屋盖),纵向外墙及山墙为带壁柱砖砌体,内部承重柱及檩条均为圆木,三角形木屋架,方木椽条,屋面由水泥瓦、黄泥、苇箔等构成。该建筑物约建于20世纪50年代,所处地区的抗震设防烈度为7度(0.1g),现场照片如图1,图2所示,平面图如图3所示。
2.2 抗震措施鉴定
该结构的抗震措施应按A类建筑进行抗震鉴定[2]。
mm
1)木结构的外观质量调查。该建筑物部分木构件存在较大的裂缝,主要集中在圆木柱及屋架的上下弦杆,所检构件表面最大裂缝宽度及深度如表1所示;圆木柱柱脚与基础接触部位存在轻微腐朽现象;个别木屋架杆件及檩条存在腐朽、蚁蚀现象;个别杆件连接存在松动现象;局部屋面存在破损现象;不满足鉴定要求。缺陷照片如图4,图5所示。
2)砖墙体的外观质量调查。该建筑物部分砖砌平拱过梁存在不同程度的裂缝,局部外墙砂浆受雨水冲刷现象严重,不满足鉴定要求。缺陷照片如图6,图7所示。
3)木结构体系及连接构造做法调查。该建筑物未设置柱间支撑及圆木柱柱顶纵向水平系杆,未设置屋架上下弦横向支撑、竖向支撑及下弦纵向水平系杆,不满足鉴定要求。
该建筑物圆木柱直接放于料石基础上,无有效锚固措施,屋架与圆木柱连接节点未设置斜撑,椽条与檩条、檩条与屋架均未钉牢,不满足鉴定要求。
4)砖墙体的整体连接措施调查。该建筑物砌体墙中均未设置混凝土圈梁和构造柱,不满足鉴定要求。
5)房屋的易损部位及其连接的构造调查。屋顶女儿墙高度为500 mm,未采取有效锚固措施且砂浆强度低于M0.4,不满足鉴定要求。
6)砖柱与砖墙体的材料强度。经检测,砖强度等级为MU7.5,满足鉴定标准的最低要求;砂浆强度等级M0.5,满足鉴定标准的最低要求。
2.3 承载力验算
该建筑物两侧外纵墙高度为4.8 m,小于6.6 m,纵墙厚度为370 mm,大于240 mm,且开洞面积不超过50%,结构单元两端均有山墙,根据《建筑抗震设计规范》[5]第9.3.4条的规定,可不进行纵向截面抗震验算。该建筑物的横向抗震可按照平面排架进行计算并记及空间工作。
采用ANSYS有限元计算软件对该榀排架进行计算。由于现有计算软件的限制,计算时需要进行一些假定和简化。假定:木构件表面没有裂缝,木柱柱脚有效锚固,连接节点完好,砌体无裂缝。简化:砖垛基础部位设为刚接,木柱柱脚及顶部、墙垛顶部设为铰接,屋架腹杆两端设为铰接。计算简图如图8所示。
计算参数设置:7度(0.1g)抗震设防,屋顶恒荷载取3.5 k N/m2,活载取0.50 k N/m2,基本雪压取0.35 k N/m2,基本风压取0.40 k N/m2,砖强度等级MU7.5,砂浆强度等级M0.5,木柱的强度等级取TC11,屋架强度等级取TB11。砌体的抗压强度设计值及弹性模量如下[6,7]:
墙垛验算:考虑风荷载控制的组合(不考虑地震荷载):墙垛底部弯矩迎风面M=23.204 k N·m,轴向压力N=97.811 k N,y1=0.305 m,e=M/N=0.237 m>0.6·y1=0.183 m,不满足规范[4]第5.1.5条的规定。
考虑地震组合时,墙垛底部弯矩设计值M=15.523 k N·m,轴向压力N=97.810 k N,y1=0.305 m,e=M/N=0.158 m<0.9·y1=0.274 m,满足规范[5]第9.3.8的规定。
其他构件的承载力计算不再详述。
2.4 结论及建议
针对该建筑物存在构造缺陷、结构损伤、承载力不足等现状,该建筑物应依据相关规范采取补强或更换等处理措施。
3 结语
老旧砖木混合承重结构是一种的特殊结构,本文结合相关规范通过工程实例,明确了上部承重结构安全性鉴定的内容,并详述了该种结构抗震措施的主要调查项目及墙垛承载力的计算方法,为相关工程的鉴定提供了参考。
参考文献
[1]GB 50292—1999,民用建筑可靠性鉴定标准[S].
[2]GB 50023—2009,建筑抗震鉴定标准[S].
[3]GB 50005—2003,木结构设计规范[S].
[4]GB 50003—2011,砌体结构设计规范[S].
[5]GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].
[6]施楚贤.砌体结构理论与设计[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2003:78-80.
混合体结构 篇11
【关键词】综合体建筑；设计难点；解决方案
Simple Talking about Difficulty and Solution of Architectural Structural Design of Complex Building
Xiao Xin
（Chengdu benchmark in the architectural design LimitedChengduSichuan610031）
【Abstract】Modern city， the habit of fast-paced people need a convenient， fast， economic， multi-functional integrated in an integrated space， enjoy high efficiency of life and work， so complex building came into being. Because of its large body mass， complex and rich facade modeling， living in the city of superior location， often become the citys landmark. Multi-function set， doomed complex building design is difficult， the author through years of comprehensive architectural design experience， its structural design difficulties and solutions one by one for peer reference， reference.
【Key words】Complex building；Design difficulty
1. 前言
（1）城市综合体是将城市中的商业、办公、居住、旅店、展览、餐饮、会议、文娱和交通等城市生活空间的三项以上进行组合，并在各部分间建立一种相互依存、相互助益的能动关系，从而形成一个多功能、高效率的综合体。一般酒店或写字楼与购物中心的组合是最基本的组合，我们称之为商业综合体（图1）。
（2）综合体建筑不仅要满足使用功能的要求，还需要满足更高品质的要求，结构设计难度相应的不断增加。综合体建筑中结构设计难度主要体现在：超长超大体量、大跨度大悬挑、大跨度大悬挑的扭转倾覆问题、楼板连接薄弱问题、楼板舒适度问题、竖向构件转换问题以及造型复杂的大跨度采光顶和立面幕墙。
（3）如图1所示，建筑中庭要求大跨空间，跨度一般在20米以上，30米也算正常，屋顶采光顶也是大跨的；二层以上内部步行街设置连通各层的扶梯，悬挑跨度一般在6米以上，10米也有。
（4）内部步行街中间开洞，以大跨度连桥连通（图3），并可能是弯曲的连桥，使用过程中易出现较大的振动响应。
（5）初步的建筑方案还可能出现连桥的宽度极其狭窄，如果又是弯曲的连桥，极有可能只允许一根梁拉通，此时就会出现倾覆的问题，此问题一定要在方案阶段与建筑充分配合，争取两根梁拉通，并采用抗扭性能强的梁构件形式，解决好大跨度梁的抗倾覆问题。如图4中，主梁采用了矩形钢梁，柱为钢管混凝土柱。
（6）内部步行街区域往往也是设备管线最集中的区域，为了保证净高，梁高控制的要求也极其严格。
（7）屋顶往往还有绿植而覆土，荷载较大，进一步加剧了大跨和大悬挑部位的设计难度（图5）。
（8）由于各层商业布局不一致，往往导致柱无法伸直屋顶，带来框架柱转换问题。因为商业综合体建筑常用柱网一般为9X9、9X11米等，还可能出现18米以上的大跨度转换。
（9）最后，商业综合体的外围造型往往是非常复杂的（图6），幕墙与主体结构的连接以及主体结构设计时考虑幕墙支座荷载也要求非常严格。
2. 现就商业综合建筑中最关键的技术难点分别讨论解决方案。
2.1超长超大体量
（1）商业综合建筑常由大面积的商业裙房和办公、酒店等塔楼组成，一般只在商业裙房和塔楼的相连部分设置沉降或抗震缝将二者分开，商业裙房则由于功能要求和立面处理等原因，被限制设置构造缝，这便要求结构设计时采取可靠措施处理混凝土收缩和温度变化带来的应力问题。
（2）处理方式无外乎“抗”、“放”、“防”三种：
抗：进行温度应力分析，增加楼板配筋，特别是通长钢筋，必要时还可设置楼板预应力筋。
温度荷载的确定[1]：
结构温度荷载主要由季节温差荷载以及收缩当量温差两部分组成。
2.1.1季节温差：楼屋盖中面在施工和使用中所经受的温差为各地区计算季节平均温度T中与结构混凝土终凝温度T凝的差值。按下式计算：
ΔTt=T中-T凝
以成都某工程为例（表1）：
2.1.2收缩当量温差：由于有竖向构件的约束，混凝土收缩会在水平构件中产生拉应变，可以把混凝土的收缩值换算成等价的温度差值作用，方便与结构温差作用进行综合计算。
ΔT= -εy（t）/α
式中α=1x10-5/℃为混凝土线膨胀系数，通常情况下混凝土极限收缩应变约为2～4x10-4，取90d后浇带封闭时混凝土收缩量占极限收缩量的60%[1]，则混凝土的收缩当量为：
ΔT=-2x10-4x40%/α=-8℃
2.1.3微裂缝折减系数：混凝土构件的刚度折减源自于其在凝结或受力过程中产生的微裂缝，一般工程此系数取为k=0.8 。
综合上述三点，此工程最终的温度差值为：
ΔT=k*（季节温差+收缩当量）=-18.4℃ （屋盖）
-12.8℃ （楼盖）
最后作为工况输入程序进行楼板应力分析，可得到楼板的主拉应力值，配置相应的楼板钢筋抵抗此拉应力即可。
（1）放：在施工中采取措施，使应力得到有效释放，混凝土收缩得到补偿，比如跳仓法施工；合理设置后浇带、膨胀带等。后浇带设置应方便施工，不宜穿越大跨度梁（≥12m）、型钢梁、转换梁等，大悬挑的相邻内跨也不宜有后浇带穿越，间距宜控制在合理范围。
（2）防：建筑采取保温的构造措施，减少结构温差；考虑屋面设音叉柱的方案；混凝土低温入模、低温养护；减小水灰比、改善水泥和砂石骨料质量；加强后期检测等。
2.2大跨度、大悬挑的设计。
商业综合建筑中庭是结构设计的焦点，大跨大悬挑都通常在此出现，且设备管线多，对梁截面高度有较高要求。处理方式通常有预应力混凝土梁、型钢混凝土梁及钢-混凝土组合梁等结构构件形式。
2.2.1预应力混凝土梁[2]：主要采用后张有粘结预应力梁。在普通混凝土梁内施加预应力并不直接增加受压区混凝土的高度，因此预应力梁并不会增加梁的承载力，这样也就限制了预应力梁的适用范围，对于多数以承载力控制的转换梁或者受力较大的梁，预应力的结构形式并不适用，而以挠度裂缝控制的大跨大悬挑梁就非常适合采用预应力梁的形式。
（1）基于以上结论，在是否能够采用预应力梁的判断上，首先判断该梁按普通混凝土梁计算是否满足承载力要求，且对框架梁来讲，配筋率宜在1.8%以内，悬挑梁配筋率宜在1.5%以内，否则引入预应力筋后配筋率过大。
（2）在常规的商业楼面荷载下，悬挑梁的跨高比宜控制在1/7左右，大跨度连廊的跨高比宜控制在1/15～1/22左右。当构件的跨高比小于1/22时，建议适当放大梁底筋配筋率到3%～4%，增加构件安全性，减小构件长期挠度，但要注意跨中混凝土上皮受压区高度不能超过限值要求，避免形成超筋梁。
（3）结构布置时，预应力梁宜简单规则传力明确，以常见单向梁布置为佳，避免与其他预应力梁或型钢混凝土梁柱相交。在单向布置的楼盖中，尽量将次梁设置为预应力梁，既有利于控制变形，也利于抗震的要求。
（4）预应力梁的张拉端通常设置在挑梁端头和后浇带位置，这样可减少设置张拉后浇块。
（5）预应力索控制点标高要适当留有余地，过于精细的设计可能由于施工中的各种困难而无法实现，导致实际有效高度低于设计要求的有效高度，产生安全隐患。一般波纹管中心点最高点至梁上皮最小宜取150mm，当支撑梁的面筋达到3排时实际施工很难达到150mm的要求，此时宜取200mm。最低点距梁下皮不宜小于150mm，不应小于120mm。
2.2.2型钢混凝土梁[3]：由于在普通混凝土梁内置了型钢，相同截面的梁抗弯、抗剪承载力都得到了极大的提升，与预应力梁形成了良好的互补，适用于大跨度转换梁，跨高比宜控制在1/20以内。其缺点也非常明显，那就是造假高昂、施工复杂，当可以采用预应力结构或钢结构代替时，建议尽量不采用型钢混凝土结构。
（1）型钢混凝土梁宜单向布置，避免与其他梁平面外相交，不开避免时应注意型钢截面宜小于相交的钢筋混凝土梁截面高度，使相交梁的上下纵筋能绕过型钢；型钢混凝土梁宜与框架柱正交，不宜斜交；同时应避免与预应力钢绞线平面外相交。
（2）规范给出的型钢保护层厚度主要从粘结强度、型钢局部稳定性和耐火、耐久性上考虑，整体偏小，便于施工的保护层厚度宜为：梁不小于150mm，柱不小于250mm（根据钢筋直径、排数和根数、当施工困难时可再增加，如：300mm）
（3）梁纵筋与连接板或加劲板采用焊接连接时，梁纵筋净距取≥60～70mm，梁纵筋至连接板或加劲板的边距≥20～30mm。柱纵筋直径d>25mm时，宜采用机械连接接头。箍筋肢距不宜大于300，柱箍筋采用三级钢，体积配箍率至少可按《型钢混凝土组合结构技术规程》表6.2.2折减0.85。
（4）为便于梁中型钢在柱子锚固，应在柱中设置与梁型钢翼缘等宽的构造型钢段，这就造成了梁上下纵筋与柱内型钢的关系问题，部分纵筋弯折后可绕过型钢，而部分纵筋不可避免的需要与柱内型钢连接，可通过连接板焊接、套筒连接等方式连接（当然也可在柱型钢翼缘上开孔让少量钢筋穿越，但开孔削弱型钢，应控制数量）。若有多排钢筋，第二、三排建议控制纵筋数量使之能全部绕过柱内型钢（图7，与图7对应的不同截面型钢梁纵筋配筋见表2）。
（5）根据上述钢筋排布，我们可以反算出各种截面的型钢梁在不同的配筋、不同型钢截面下所能承受的弯矩，前期初选型钢梁截面时我们就能根据初算的弯矩选定合适的梁截面。
（6）如假定混凝土强度等级C30，钢材材质为Q345B，钢筋为直径32mm的四级钢（强度435MPa），A=150mm（图7），型钢翼缘保护层取150mm，对不同截面分别反算纵筋配筋为构造配筋，一排钢筋，三排钢筋，极限弯矩（理论值）时的抗弯承载力结果如下（表3中弯矩M单位为102KN*m）。
（7）若计算得到梁的弯矩为100X102 KN*m，根据表3，我们可以初步确定所需型钢梁截面为800X1200，梁内型钢尺寸为H500X900X30Xhw（hw为腹板厚度，满足构造要求即可），由此还可以相应确定型钢梁两端柱截面边长取到900mm以上比较合适。
2.2.3钢-混凝土组合梁[4]：
（1）具有自重轻、适用跨度大的特点，能充分发挥钢、混凝土各自的优点。对商业建筑中的大跨度连廊、天桥及楼屋盖均适用。钢-混凝土组合梁随着跨度不断增加，其控制因素分别为强度（稳定）、挠度、舒适度（频率和峰值加速度）；在常规的商业楼面荷载作用下，钢-混凝土组合梁的跨高比宜控制在1/25左右。
（2）钢-混凝土组合梁宜单向布置，与周边构件的连接通常采用铰接，周边构件可为型钢混凝土梁、或埋有构造型钢段的普通混凝土梁。其截面形式可采用H型和箱型。钢-混凝土组合梁也常用于连接不同塔楼之间的天桥，其支座形式常采用滑动支座或橡胶支座，在支座节点设计时需要根据地震作用预留足够的缝宽。
2.3框架柱的转换问题。
（1）上面型钢梁已经提供了一个解决方向，我们还可以采用调整结构布置，让多根梁共同承担转换柱荷载（图8）；空腹桁架转换（图9）；上柱与下柱错开不多时还可以采用斜柱或搭接柱（图10）等方式处理。
（2）空腹桁架转换往往是利用整个建筑层高来作为空腹桁架的高度，利用两层甚至三层梁来实现转换，设计时应注意将这几层梁定义为同一施工次序，施工时应等到这几层框架梁混凝土均达到强度后再一次性拆模，从而实现几层梁共同受力。
（3）斜柱和搭接柱设计时应重点关注水平分力的传递，相关梁板加大截面及配筋，并采用通长配筋的方式，建筑允许时还可设置斜撑。设计时通过楼板的应力分析及节点有限元分析，保证楼板和节点传力的可靠性。
2.4大跨度、大悬挑的舒适度问题。
商业综合建筑中通常包括大跨、轻质和低阻尼结构，如大跨度连桥、中庭位置的大跨度狭窄楼板；如果设计不当，其梁板结构会在人的行走、运动和使用过程中出现较大的振动响应，特别是当楼面自振频率接近人的步行频率时，易产生楼面共振，从而引发人体的不适反应[5]。
2.4.1计算模型的选取。
分析人行走引起的楼板振动舒适度时，可以简化采用单层计算模型，对不同的楼层分别进行计算；当位于五层以上且柱变形较大时，需要考虑柱变形的影响，应采用整体结构计算模型。当结构平面布置较复杂时，计算模型需要进行适当简化。
2.4.2不利振动点的选取。
楼板的面积较大，在均布动荷载作用下，各点的振动响应不同，通常可依据结构平面布置的情况，选取楼板结构刚度较小的部位（挠度较大处）作为不利振动点，通过对不利振动点的振动响应判断楼板舒适度是否满足要求。根据建筑结构的使用功能，楼板舒适度的评价标准可采用自振频率和加速度限值的双控指标。
2.4.3楼板结构自振频率计算。
对于楼板振动舒适度来说，楼板结构自身的动力特性非常重要，而自振频率集中反映了楼板质量和刚度的关系。自振频率与挠度的平方根成反比，挠度和变形计算采用荷载标准值，故计算楼板结构自振频率时采用的荷载均为标准值。另外，在人行激励的动力荷载作用下，混凝土的弹性模量要大于静荷载作用时，因此在计算楼板惯性矩时，对钢-混凝土组合楼板和混凝土楼板，混凝土弹性模量可分别放大1.35倍和1.2倍。
2.4.4荷载模型的选取。
将人的活动分为两类，行走和有节奏运动。人行走涉及的建筑类别包括医院、居民楼、办公楼、教堂、商场、餐厅及人行天桥；有节奏运动涉及的建筑包括健身房、体育馆、舞厅和俱乐部。对于人行走，需要考虑恒载荷有效均布活荷载；对于有节奏运动，还需要计及参与活动的人的等效均布荷载。舒适度分析中荷载取值比结构设计的荷载取值小很多。
2.4.4.1人行走荷载模型。
研究表明简谐波随着频率的增加振幅逐渐减小，前三、四个简谐波构成了动力荷载的绝大部分，且可以忽略静荷载的影响，采用简化计算得到行走激励下的动力响应，人行荷载可只考虑前三阶荷载频率。且由于人行走的随机性，人群引起的动力荷载很少产生舒适度问题，因此可仅考虑单人行走引起的楼板振动问题。
F（t）=P0∑αicos（2πfit+φi）考虑前三阶荷载
P0——人的重量，一般取0.7KN；
αi——第i阶荷载频率动力因子；
fi——第i阶荷载频率；
φi——第i阶荷载频率的相位角；
t——时间；
表7人行走简谐波的模型参数
荷载频率阶数 i人行走fi /Hzαiφi
11.6～2.20.50
23.2～4.40.2π/2
34.8～6.60.1π/2
46.4～8.80.05π/2
2.4.4.2有节奏运动荷载模型
有节奏运动的人一般较多，不能用单个集中荷载来模拟，一般用等效均布栋荷载来反映其对楼板体系振动的影响。荷载函数用一系列简谐波来表示，可
自振频率及时程分析计算中均布荷载标准值包括恒载、有效均布活载荷和人的等效均布荷载，但由于有节奏运动场地一般较空旷，有效均布活载通常不考虑（有节奏运动作用下的荷载频率和动力因子见表8）。
2.4.5舒适度阻尼比取值。
根据材料和激励不同，阻尼取值也不同（人行走作用下的楼板结构阻尼比β（%）见表9，有节奏运动下的楼板结构阻尼比β（%） 见表10）。
将荷载函数作用于最不利振动点，经时程分析得到峰值加速度，从而判断楼板舒适度是否满足要求。计算时荷载函数不宜少于5个周期，步长取1/（72 fi）。
参考文献
[1]傅学怡. 实用高层建筑结构设计（第二版）. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]张瀑，鲁兆红，淡洁. 预应力混凝土框架结构实用设计方法. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[3]刘维亚等. 型钢混凝土组合结构构造与计算手册. 北京：中国建筑工业出版社，2004.
[4]钢结构设计规范：GB 50017-2003[S]. 北京：中国计划出版社，2003.
型钢混凝土混合结构监理要点 篇12
预控在型钢混凝土混合结构的施工中显得非常重要, 监理工程师必须在熟悉施工图纸, 掌握设计意图的基础上, 做好预控工作。
首先是对钢结构承包单位的选择。需要考察承包单位企业资质, 是否有类似工程的施工经验, 尤其是负责本工程设计和施工的人员是否有类似工程的经验;是否有满足加工高端设备 (如三维数控机床, 大型钢板焊接机械等) , 是否能使用现代的计算机软件系统。
钢结构承包单位进场后, 监理应在设计交底的基础上, 组织一次针对型钢混凝土混合结构的图纸会审, 承包单位需要针对施工难点 (如钢筋排列、梁柱节点设计、钢筋穿钢构件等) , 以及一些矛盾的地方, 向设计人员提出, 由承包单位、监理单位和设计人员共同协商确定解决方法。之后, 承包单位应对施工节点进行深化设计, 深化设计后的施工图纸必须经过设计人员确认后方可作为施工依据。
做好施工方案审查和人员资质审查工作。监理在审查施工方案中, 重点应审查钢结构制作工艺、安装工艺 (吊装方案、型钢结构和混凝土结构的施工配合等) 、钢混凝土混合结构的施工顺序。焊接人员必须持证上岗, 并在证件许可的范围内进行焊接作业工作, 要求施工单位及时完成焊接工艺评定工作。
2 施工中重点与难点的控制
型钢混凝土结构施工中, 各个环节都非常重要, 从现场控制上看, 难点和重点主要在以下几个方面:
2.1 地脚螺栓预埋和钢柱脚灌浆
非埋入式柱脚的地脚螺栓预埋必须固定牢固, 位置准确。为了确保地脚螺栓牢牢固定在基础底板的钢筋骨架中, 可以将地脚螺栓固定在一个型钢骨架中, 然后将型钢骨架与钢筋骨架进行焊接固定, 在焊接之前, 必须要准确定位螺栓的轴线和标高。对于非埋入式柱脚, 基础顶面与柱脚底板之间必须二次浇灌, 二次浇灌的材料可采用C40无收缩细石混凝土或者铁屑砂浆。柱脚底板与下部混凝土之间的摩擦力用以抵抗柱脚底部水平剪力, 所以, 二次浇灌的混凝土必须充分灌实到基础顶面与柱脚之间的间隙中。为了达到这样的要求, 首先在柱脚底板上设置透气孔, 在灌浆的时候, 应从一个方向灌入, 不可从多个方向灌入, 让灌浆料自由流淌充实整个柱脚, 期间可以用柔性大的材料 (如竹片) 引导灌浆料流动, 灌浆料灌至高出柱脚钢板低1~2mm为宜。灌浆结束后, 需要蓄水养护, 养护时间参照所使用的材料说明书, 养护初期, 周围不得有强烈震动。对于整个灌浆过程, 监理人员应进行旁站, 以确认灌浆料是从一个方向自由流淌充满基础顶面与柱脚之间的间隙中的。
2.2 钢结构工程
型钢混凝土混合结构中的钢结构安装与纯钢结构安装没有什么明显的区别, 只是需要注意与混凝土施工的协调作业, 钢结构施工宜先于混凝土结构施工一定的层数, 以便于组织流水施工。钢筋混凝土的梁柱钢筋需要穿过钢梁或者钢柱, 在进行钢结构深化设计的时候, 就要根据需要设置好孔洞。设置孔洞时, 必须控制孔洞的标高, 尤其是有双排钢筋通过钢柱时, 必须考虑上层钢筋与混凝土板面及下层钢筋之间的距离。孔洞面积超过25%的钢板面积时, 必须进行加固。为了顺利施工, 对于每一个梁柱节点处都应进行深化设计, 并形成详图。严格控制钢结构的焊接弯曲变形。钢柱的焊接收缩变形会影响到钢梁安装高度和钢筋绑扎, 因此必须予以控制。控制焊接弯曲变形可以采取两个焊工对称焊接、使用焊接热输入较小的二氧化碳气体保护焊、在构件放样是留出焊接收缩余量等。这里强调一点, 钢梁在钢混凝土组合梁内的相对位置, 对钢混凝土组合梁的整体受力性能有一定的影响, 这一点在《型钢混凝土组合结构技术规程》 (JGJ138—2001) 中有相关说明。
2.3 梁柱节点处的钢筋安装
型钢混凝土结构关键技术是如何合理解决梁柱节点区钢筋的穿筋和焊接连接问题, 以确保节点良好的受力性能与加快施工速度。要做好这一点, 必须保证钢筋的下料精度, 确定合理的施工顺序, 进行细致的施工节点设计。钢筋穿过钢结构构件情况。梁内纵向钢筋在钢柱外侧的, 则直接贯通, 如果钢柱内侧的, 则需要在钢柱腹部上预先打好洞口, 然后依序穿钢筋, 多排钢筋穿过型钢柱时, 上下层钢筋之间至少应保证有一个钢筋直径的间隙。柱内钢筋与钢梁相交的, 一种做法是在钢梁翼缘板上预先打好洞口, 或按照《型钢混凝土组合结构构造》 (04SG523) 的做法, 用一根较短的钢筋穿过梁翼缘板, 然后再将柱的竖向钢筋与之进行双面5d的搭接焊, 或柱竖向钢筋从洞内直接穿过, 然后根据洞口面积大小决定是否需要对洞口进行加固处理;另一种做法是将与梁相交的柱竖向钢筋直接截断, 然后在梁两侧各增加被截断钢筋一半数量的竖向钢筋, 后加钢筋锚入下柱内, 同时在上一层中的原设计位置插入被截断钢筋, 这种做法在施工之前, 需要与设计人员进行沟通。梁纵向钢筋与钢柱焊接连接情况。梁钢筋与柱牛腿上 (下) 翼缘板进行5d的双面焊接连接。对于梁底部有二排钢筋时, 二排钢筋无法与翼缘板进行焊接连接, 可以将钢筋与牛腿的腹板进行焊接, 焊接时尽量将钢筋位置靠近与牛腿翼缘板。或者加设钢垫板, 钢筋与钢垫板焊接连接, 钢垫板与钢牛腿焊接连接。
2.4 混凝土的浇筑
由于型钢结构间钢筋及钢骨十分密集, 里面空间很狭小, 混凝土流动性被严重限制, 所以必须严格控制混凝土的浇筑过程。首先在型钢制作时, 加劲肋中心预留r=150mm透气孔。选择合适的混凝土施工配合比, 严格控制混凝土坍落度, 确保型钢和钢筋之间的混凝土密实度。应加强钢柱两侧对称振捣, 通过振动棒在有效半径内的充分振捣, 从而使型钢空隙部分的混凝土挤密, 确保钢骨柱混凝土的浇筑质量。
3 结语
型钢混凝土混合结构以其自身的优越性, 正在被广泛应用, 其必将成为监理业务中一个常见的结构形式。所以监理人员应加强对型钢结构的学习, 掌握这种结构形式的监理要点, 在监理过程中, 应重视事前控制, 尤其是对施工承包单位的选择关要把控好, 在施工过程中, 应增加巡视次数, 严格执行梁柱节点旁站制度, 按照规范和设计图纸要求做好验收工作。
摘要：随着经济的高速发展, 作为能提高城市形象和彰显城市内涵的高层建筑也随之兴起。钢—混凝土混合结构由于在钢筋混凝土中增加了型钢, 型钢以其固有的强度和延性, 以及型钢、钢筋、混凝土三为一体地工作使型钢混凝土结构具备了比传统的钢筋混凝土结构承载力大、刚度大、抗震性能好的优点, 与钢结构相比, 具有防火性能好, 结构局部和整体稳定性好, 节省钢材的优点。因此, 型钢混凝土混合结构正适应了高层建筑发展的需要, 也对我国多、高层建筑的发展、优化和改善结构抗震性能具有极其重要的意义。本文结合某工程实例, 探讨型钢混凝土混合结构的质量控制要点。
关键词：型钢混凝土,混合结构,梁柱节点
参考文献
[1]彭燕.型钢高强混凝土柱抗震性能的非线性有限元分析[J].杨凌职业技术学院学报2014年01期.