钢骨混凝土节点

2024-06-09

钢骨混凝土节点（共8篇）

钢骨混凝土节点篇1

摘要：结合工程实例,介绍了劲性钢骨混凝土梁柱节点的施工原理,从前期策划、二维数据参数核定、钢骨柱安装等方面,阐述了劲性钢骨混凝土梁柱节点的操作要点,解决了梁柱节点处型钢与钢筋之间的排布连接问题。

关键词：钢骨柱,梁柱节点,混凝土,箍筋

1 工程概况

近10年来,随着我国经济的发展和科学技术的不断进步,劲性钢骨混凝土结构在很多高层建筑中得到广泛应用。这种结构体系同时具有钢结构和混凝土结构的双重优点,能够很好的满足抗震和承载能力的需要。

我单位在太原市公安局业务技术用房工程中应用到了这种劲性钢骨混凝土结构体系,其中钢骨柱、梁均采用了焊接H型钢。这种结构形式很好的满足了抗震和承载能力的需要。但同时,面对此结构体系的施工,增加了一定困难,尤其是该工程中梁柱节点多,梁结构上下排主筋多为2排,多者在梁根部达到4排,型钢截面尺寸大,型钢梁、柱与周围主筋、箍筋的重叠交叉布置层数多,钢筋分布非常密集,这就造成梁柱节点域的穿筋、连接、绑扎等方面施工难以控制。施工时,如何真正有效地解决劲性混凝土梁柱节点处型钢、钢筋之间的排布连接问题是我们研究的课题。

2 施工原理

根据楼层将钢骨柱按照每两层或三层划分施工段,将钢骨柱拼接位置定位超出楼板顶1.3 m。再根据设计图纸,利用CAD,Xsteel建模软件,对钢骨混凝土结构梁柱节点进行二次深化设计,将节点交叉处梁多排钢筋穿插排布精准定位,并确定梁主筋施工时穿插的先后顺序,以便保证位置准确和节点连接质量。在确定钢筋节点排布后,根据需要采用不同的连接构造形式:在型钢腹板上钻孔穿钢筋、通过加劲板焊接钢筋连接、翼缘板上焊接直螺纹套筒机械连接等方式。这一切需要在深化设计中进行,最后出具施工图指导施工(见图1)。

3 关键工序及操作要点

3.1 施工顺序

前期策划→二维数据参数核定→二次深化设计→钢骨柱、梁制作→钢骨柱、钢骨梁安装→柱主筋、箍筋穿插、连接→柱模板、梁(板)底模施工→梁主筋、箍筋的穿插、连接→梁侧模→绑扎板钢筋→混凝土浇筑。

3.2 操作要点

1)前期策划。施工段的划分:熟悉图纸,综合考虑加工制作、运输分段和现场吊装能力的要求,根据层高将钢骨柱分段,其高度一般为楼层的1层~2层为宜,即考虑塔吊或吊车的起吊能力,底部柱比上部柱重等因素,底部可按一层加工一节、上部可按两层加工一节,以减少现场焊接节点。钢骨柱连接位置确定:将钢骨柱拼接位置定为超出楼板顶1.3 m,利于焊工操作。

型钢与钢筋的连接方法确定:

a.钢筋主筋与型钢腹板相交时,型钢腹板开孔,使钢筋通长穿过;边柱时,在型钢柱梁筋高度位置加焊水平连接板,钢筋与加劲板焊接连接。

b.钢筋主筋与型钢翼缘板相交时,型钢翼缘板在梁筋相应位置一端焊接直螺纹套筒,与钢筋采用机械连接法连接,另一端加设加劲板与钢筋焊接连接。

c.柱箍筋内套与型钢腹板相交时,将箍筋内套全部变为拉钩,拉钩穿过腹板。

2)二维数据参数核定。根据结构施工图和钢结构设计图纸,对节点域处梁柱连接节点内相关二维数据参数进行核对,其中包含型钢的布置,标高及长度,以及与其相配合的混凝土柱、梁的截面尺寸、标高位置、型钢中栓钉的间距及钢筋排布情况。

3)二次深化设计。待各项技术参数核定后,利用CAD制图软件将所有穿筋孔、滚轧直螺纹焊接、翼缘上连接用加劲板的位置在每层构件梁柱节点详图上分别标注清楚。

再运用“Xsteel钢结构详图设计软件”,建立三维模型,模型中包括钢骨柱、钢骨梁的截面尺寸、材料规格、穿筋眼距、尺寸间距、节点类型、材质等在内的所有信息,各个零部件运用不同的颜色表示出来,通过360°连续旋转功能观看,能够反映梁柱节点中钢结构及钢筋的交叉关系,同时直观的显示确定钢筋与型钢穿插排布位置点。

当相对位置关系有冲突重合的现象时,及时更正节点详图。待核对无误后,Auto CAD绘制出每个钢骨节点处的详图,在对钢构件穿筋孔、滚轧直螺纹套筒焊接、加劲板设置等技术参数审核无误后,出具加工及安装时使用的深化设计图。

4)钢骨柱、钢骨梁制作。钢骨柱、梁的制作按设计要求,在符合相应资质和技术能力要求的厂家完成。制作时按设计要求,腹板穿孔、翼缘板连接用加劲板、直螺纹套筒的焊接等均在工厂内完成。

钢骨腹板穿孔在加工车间直接进行,钢筋穿过钢柱腹板,梁腹板开孔后,截面受到一定程度的削弱,首先要保证腹板截面面积的削弱不会影响构件正常使用,根据04SG523型钢混凝土组合构造图集要求,腹板开孔面积损失率不得大于25%;当型钢腹板截面损失率大于25%时,应对腹板补强,施工时应严格控制开孔位置尺寸,确保施工准确性。

在钢骨柱上开钢筋孔,开孔孔径大小考虑热轧带肋钢筋肋高影响,开孔直径比框架梁钢筋直径大6 mm,保证框架梁主筋通过。开孔时,竖向间距与设计间距相同。

翼缘板焊接套筒的直径及螺纹丝扣应与钢筋尺寸配套。采购时选择可焊性较强的且与焊接钢材匹配的、底端带坡口的套筒。在经过试焊确定各项焊接技术参数后,方可开展工厂批量化焊接。套筒部位施焊时,应分层进行,保证焊缝质量。

在钢构件制作完成后,按照设计和规范的要求对钢骨柱、梁的焊缝进行无损检测,对套筒焊接部位也要进行检测,待检查合格后进行运输安装。

5)钢骨柱、钢骨梁安装。钢骨柱吊装前,对标高、轴线进行复测。吊装时利用钢柱定位连接板的螺栓孔,采用专用吊具,吊具用螺栓与钢柱连接板连接。

钢骨柱吊装采用2根等长1寸粗钢丝绳,采用两个8 t卡环,具体吊点及吊具设置如图2所示。

6)柱主筋、箍筋穿插、连接见图3。

型钢柱安装完毕后,按照先主筋后箍筋的顺序进行。

柱主筋连接时,直径大于16 mm的钢筋连接可采用直螺纹和电渣压力焊的连接方式,需要在方案中确定并执行。

柱箍筋安装时,在按照常规方法固定好外箍筋后,当柱主筋较密时,将采用拉钩形式直接穿过箍筋眼与外箍筋连接,拉筋需弯折135°,且平直段不小于10d。当柱主筋间距能够满足焊接操作时,将柱箍筋做成两个U形,穿过梁钢骨上预留孔进行焊接连接,搭接位置距箍筋转角处150 mm,焊接长度单面焊10d。通常采取主筋避让钢梁的做法;节点处箍筋的连接方式同柱箍筋安装。

对于梁柱节点处,柱主筋与型钢梁相遇时,通常采取主筋避让钢梁的做法;节点处箍筋的连接方式同柱箍筋安装。

7)梁主筋、箍筋的穿插、连接。柱模板、梁(板)底模的施工按照常规方法支设后,进行梁筋的施工。梁钢筋排布按照先主梁后次梁的顺序进行布置,避免钢筋工程施工时的交叉影响。施工顺序:梁主筋连接→绑扎箍筋→安装绑扎梁腰筋→拉钩连接。

梁主筋施工:当与柱腹板相接时:梁主筋从孔内一一穿过型钢柱腹板。施工到边柱时,梁主筋与柱腹板上的加劲板焊接连接,焊接长度满足单面焊10d。与钢柱翼缘板相交时:梁主筋的连接由两人操作完成,将连接钢筋拧入直螺纹套筒一端,待固定好后将钢筋的另一端与对面钢骨柱加劲板焊接,焊接要求同上述要求,从而保证梁主筋的贯通。

箍筋施工:在梁主筋上按照设计间距划位置点。箍筋的弯钩放置在梁面,相邻弯钩错开放置。将箍筋套在梁主筋上,同时将箍筋上部与主筋绑扎牢固。箍筋绑扎要将箍筋与主筋的交点全部绑扎牢固。

拉钩连接:拉钩直接穿过箍筋眼与外箍筋连接,拉筋弯钩需弯折135°,且平直段不小于10d。

待梁侧模和板模板施工完毕后,进行混凝土的浇筑。

8)混凝土的浇筑。由于梁柱节点钢筋较为密集,商品混凝土要保证具有较好的流动性和良好的可泵性、保塑性,不产生离析泌水;同时通过试配降低水化热,提高后期强度和耐久性,改善混凝土施工性能。浇筑时,应严格控制浇筑高度,每次不得超过500 mm,如柱与梁的混凝土强度等级不同时,应用钢丝网片与四周梁板隔开,当梁、板混凝土浇筑到该位置时,用与柱同标号的混凝土浇筑梁、柱接头处,振捣密实后,再浇筑、振捣与梁、柱接头处接触的梁、板混凝土。钢骨梁混凝土浇筑采用立式浇筑法,即混凝土从钢骨单侧上口灌入,下料高度高于下翼缘高度,用插入式振捣器进行内部振捣,待混凝土从钢梁下翼缘另一侧溢出后方可从梁两侧同时下料浇筑。

4 结语

通过运用“CAD制图软件和Xsteel钢结构详图设计软件”,将节点交叉处梁多排钢筋穿插排布精准定位,通过在型钢腹板上钻孔穿钢筋、加劲板焊接钢筋连接、翼缘板上焊接直螺纹套筒机械连接等连接方式,成功解决了梁柱节点域钢筋排布密集,型钢钢骨梁、柱与主筋、箍筋穿插复杂的问题,对同类型的梁柱节点施工具有一定的借鉴作用。

钢骨混凝土节点篇2

摘要：高层建筑越来越多，带转换层的建筑也比较普遍。转换层的存在使竖向刚度发生突变导致力的传递发生改变，在转换层处受力变得复杂，在考虑地震情况下，更是复杂。所以对转换层的研究是非常必要的。

关键词：钢骨；梁；计算原理

1、钢骨混凝土梁的性能

钢骨混凝土（SRC）构件和普通钢筋混凝土（RC）构件相比，其受力性能的差别主要表现如下：1、SRC构件的含钢量比RC构件的含钢量大得多，所以SRC构件比RC构件的刚度明显提高。这为在风荷载和地震作用下控制结构的水平位移提供了有利的条件。2、SRC构件的强度、刚度和延性较好，采用SRC结构不仅具有足够的抗震能力，而且可以使得梁、柱等构件截面大大减小，因此能减少构件的面积，降低建筑物高度，在改善房间功能、降低造价和能耗及结构抗震方面都极为有利，可获得较好的综合效益。3、SRC构件的混凝土有利于提高型钢的整体稳定性，防止发生局部屈曲、弯曲失稳及梁发生侧向失稳的不利现象。4、SRC构件的耗能性能好。从试验中得到SRC柱滞回曲线饱满，所围的面积较大，这说明其耗能性能好。

2、钢骨混凝土梁计算的基本假定

我国冶金部颁布的《钢骨混凝土结构设计规程》Isl（YBgo82一97）中规定：型钢混凝土框架梁的正截面受弯承载力应按下列基本假定进行计算；

（1）截面应变分布符合平截面假定；

（2）不考虑混凝土的抗拉强度；

（3）受压边缘混凝土极限压应变气取0.003，相应韵最大压应力取混凝土轴心抗压强度设计值关，受压区应力图形简化为等效的矩形应力图，其高度取按平截面假定所确定的中和轴高度乘以系数0.8，矩形应力图的应力取为混凝土轴心抗压强度设计值；

（4）型钢腹板的应力图形为拉、压梯形应力图形。设计计算时，简化为等效矩形应力图形；

（5）钢筋应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值。受拉钢筋和型钢受拉翼缘的极限拉应变气取0.01。

（6）在计算钢骨混凝土构件的刚度时，可以认为钢骨混凝土构件的刚度是型钢刚度与混凝土部分刚度的叠加。即：

（4—1）

（4—2）

式中：E、I、A——等效截面的材料弹性模量、惯性矩、截面积；、、 ——钢骨的材料弹性模量、惯性矩、截面积；、、 ——混凝土的材料弹性模量、惯性矩、截面积。

严格的讲（4一1）、（4一2）、（4一3）式应同时满足，但各软件的条件不同，要求输入的参数不同，有时很难同时满足。采用哪个公式得到的结果和实际较符合，还没有发现相关的研究。本文针对通用软件ANSYS要求输入的参数，对钢骨混凝土构件的弹性模量进行研究。

3、钢骨混凝土梁承载力的计算

3.1正截面抗弯承载力

充满型钢骨混凝土框架梁是以“适筋梁”破坏作为其抗弯承载力的极限状态，充满型实腹式钢骨混凝土框架矩形截面梁达到抗弯承载力极限状态时，钢骨混凝土梁中型钢上、下翼缘达到屈服强度设计值、。计算时把上、下翼缘分别作为纵向受力钢筋考虑，型钢腹板并没有完全屈服。此时，腹板承担了弯矩、轴向力。对型钢腹的应力分布进行积分，并作一些简化就可以得到和。简化的条件是，表示型钢腹板上端处于受压区，同时，表示型钢腹板处于受拉区。

其正截面受弯承载力按下列公式计算：抗震设计时

（4—4）

（4—5）

——型钢混凝土梁正截面承载力抗震调整系数， =0.75

、 ——混凝土等效矩形应力的图形系数，仅与混凝土应力应变曲线有关。当混凝土等级部超过C50时取1.0，取0.8。

——型钢受拉翼缘和纵向受拉钢筋合力点至混凝土受压外边缘的距离，；

——为型钢混凝土梁截面高度，为型钢受拉翼缘与纵向受拉钢筋合力点至混凝土受拉边缘的距离；

——充满型实腹式型钢混凝土梁矩形截面的宽度；

——混凝土受压区高度；

、 ——分别为型钢受拉、受压翼缘截面行心至混凝土截面边的距离；

、 ——分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至混凝土截面边的距离；

、 —分别为梁中型钢受拉、受压翼缘的截面面积；

、 ——分别为梁中钢筋受拉、受压钢筋的截面面积；

、 ——分别为纵向受拉、受压钢筋的强度设计值；

、 ——分别为型钢抗拉、抗压强度设计值；

——混凝土的轴心抗压强度设计值；

——型钢腹板承担的轴向合力；

——型钢腹板承担的轴向合力对型钢受拉翼缘和纵向受拉钢筋合力点的力矩；

当满足，条件时，型钢混凝土梁内型钢腹板的抗弯承载力，、轴向承载力，分别按以下公式计算：

（4—6）

（4—7）

——混凝土相对受压区高度，；

——型钢腹板厚度；

——型钢翼缘厚度；

——型钢翼缘高度；

——型钢腹板上端至梁截面上边缘距离与的比值；

——型钢腹板下端至梁截面上边缘距离与的比值。

3.2钢骨混凝土梁的抗剪承载力计算

目前，钢骨混凝土构件受剪承载力的计算主要有三种方法：前苏联将型钢腹板看作连续分布的箍筋，采用钢筋混凝土梁的计算方法；日本采用剪力分配计算方法，认为剪力由型钢部分和钢筋混凝土部分一起承担，而型钢部分和钢筋混凝土部分的受剪承载力分别不低于各自承担的剪力；我国两个规则在梁的抗剪承载力计算时采用同样的计算原理；采用叠加计算方法，认为型钢部分与钢筋混凝土部分受剪承载力之和作为钢骨混凝土构件的受剪承载力。当型钢含量较少时采用钢筋混凝土梁的计算方法得到的结果比较符合实际，剪力分配计算方法理论上较为合理，但计算复杂，剪力的分配也不易准确。

截面受剪承载力试验表明，当超过一定值后，剪压破坏时型钢不会达到屈服，箍筋也有可能不屈服，因此，钢骨混凝土梁的受剪截面应符合下列条件：

（4—8）

——梁斜截面受剪的承载力抗震调整系数， =0.85；

——混凝土强度影响系数，当混凝土强度不超过C50时，取1.0；当混凝土强度为C80时，取0.8，其间按线性内插法确定。

《型钢混凝土组合结构技术规程》中，在均布荷载作用下，实腹式型钢混凝土框架梁的斜截面受剪承载力按下列公式计算

（4—9）

式中： ——计算截面剪跨比，可取元，为计算截面至支座截面或节点边缘的距离。计算截面取集中荷载作用点处的截面。当 <1.4时取 =1.4；当 >3时取 =3。

——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积； ——沿构件长度方向箍筋的间距

4、结束语

钢骨混凝土节点篇3

1 工程概况

某工程总建筑面积36 193 m2,地下3层(局部夹层)、地上8层。地下部分梁板结构标高有-13.550、-12.550、-8.600、-7.550、-5.600、-3.950、-3.600、-0.100 mm。其平面中心部分自-8.600～11.450 m为1 300多人的半地下式剧场,剧场上空转换桁架承托3～8层结构,该建筑可谓“空中楼阁”。主体结构采用四角钢筋混凝土筒体(平面尺寸7 100 mm×9 400 mm)+劲性钢骨结构柱(H型钢十字钢骨)+现浇钢筋混凝土梁,结构抗震等级为特一级。劲性钢骨结构柱[3]如图1所示。

2 典型节点形式

本工程钢结构构件截面种类及连接节点类型多,节点构造复杂。组合节点[4,5,6]类型主要有:埋入式型钢混凝土柱柱墩柱脚节点、十字劲性柱与钢筋混凝土梁连接节点、十字劲性柱与转换桁架箱梁连接节点、一层看台十字劲性柱及钢筋混凝土柱与双向斜箱梁连接节点、钢箱梁、H型钢梁与钢筋混凝土墙、悬挑梁连接节点、十字劲性柱、箱形柱与H型钢梁连接节点、十字劲性柱钢骨变截面节点及与箱形柱连接节点、屈曲支撑与框架梁柱连接节点等。本工程十字钢骨断面分为A、B、C、D四种类型,如图2所示。

2.1 柱墩节点

设计文件要求十字钢骨生根于基础底板上,采用型钢混凝土柱埋入式柱脚。钢骨植入底板的深度不一,钢骨柱柱坑几何尺寸多种,为保证埋入式柱脚空间定位准确,在考虑型钢混凝土柱纵筋、基础底板3～4层配筋网片与柱墩和柱脚相交的基础上,合理确定第一节柱柱脚高度,从而确定下部柱墩构造做法,满足承载要求,以A型钢骨为例,柱墩做法如图3所

第一步将柱墩放在柱坑防水保护层上,用全站仪准确控制其平面定位及标高,并在柱墩四周采用固定措施,防止浇筑混凝土时柱墩位移,以致造成地脚螺栓空间定位不准确,安装允许偏差±2 mm。柱墩安装完成后,进行第一次混凝土浇筑。浇筑完成情况如图4所示。

2.2 十字劲性柱柱脚节点

柱脚截面形式为十字形,1 000 mm×1 000 mm钢骨和40 mm(厚)×600 mm(宽)柱翼缘板自下而上按照竖向@200布置栓钉3列,通过柱底板与柱墩上预埋地脚螺栓相连,见图5所示。用全站仪、经纬仪、钢尺等测量仪器将柱身校正后,将钢垫板与柱底板焊牢,完成地脚螺栓拧紧,用C40高强灌浆料灌注密实。

原设计钢骨四周密布HRB400级Φ32钢筋,并将钢筋底部做成300长90°弯钩,锚入第一次浇筑混凝土的柱墩四周,因柱底板平面尺寸为1 300 mm×1 300 mm,而柱断面为1 400 mm×1 400 mm,考虑劲性钢骨柱钢筋保护层、箍筋、纵筋尺寸,柱纵筋与柱底板平面定位相冲突,又因基础底板1 500 mm厚大于钢筋在基础底板的锚固长度,故将柱纵筋改为不穿柱底板,只穿柱脚上用于与基础底板上、下层铁相连的连接板,而直接做成直条下插至柱底板上,如图6所示。

2.3 十字劲性柱与钢筋混凝土梁连接节点

根据结构设计施工图、参照钢结构设计规范[3]、高层民用建筑钢结构技术规程[2]、型钢混凝土组合结构构造[5]、钢结构焊接规范[7]、型钢混凝土钢筋排布及构造详图[8]等相关技术资料,提出了柱钢骨与钢筋混凝土梁钢筋连接节点做法有:部分梁钢筋穿钢骨腹板、梁钢筋同穿翼缘板与腹板、钢筋在翼缘板外侧绕过、在钢骨翼缘板上焊接钢筋连接器或钢筋连接板、梁钢筋直接锚入钢骨柱等,通过建设单位、总包单位与原设计单位、钢结构分包单位等相关单位协商,确定十字劲性柱与钢筋混凝土梁连接节点钢结构深化设计的原则如下:

1)如图7所示,当钢筋混凝土梁宽度大于劲性柱钢骨宽度时,以钢筋直接从柱钢骨两侧通过为主,其次选择梁钢筋与钢筋连接板焊接,再次,布置梁钢筋穿十字柱腹板。

2)当钢筋混凝土梁宽度不大于劲性柱钢骨宽度时,梁钢筋通过柱钢骨困难,采取下列做法:

①如图8所示,因钢骨A、B、C、D均为十字形,正腹板位置可以布柱纵筋,但不能布梁纵筋,所以,钢骨柱腹板两侧布筋对称,不能出现奇数。当梁钢筋上铁根数≤4时,中间两根采取在钢骨上加焊钢筋连接板,采用钢筋与连接板双面焊≥5d(d为被焊接梁纵筋直径),另外两根采取穿过腹板或腹板与翼缘板同穿,梁下铁钢筋全部焊接在钢筋连接板上;梁两侧抗扭钢筋和d≥14 mm的构造钢筋与焊接在柱钢骨上的连接板单面焊10d,d<14 mm的构造钢筋直锚入柱。

②当梁钢筋上铁根数>4,且上铁布置为一排时。中间两根钢筋焊接在连接板上,外侧两根穿过钢骨翼缘板,根据钢筋抗震锚固长度计算结果决定是否穿腹板,依次向外的钢筋采取与连接板焊接、做90°弯钩或在翼缘板两侧直锚入柱等。

③当梁钢筋上铁根数>4,且上铁布置为二排时,第一排铁2根穿过翼缘板、腹板,其余与连接板焊接或从翼缘板两侧过,直锚入柱;第二排铁两侧钢筋外皮尺寸+70 mm≤翼缘板宽度时,在翼缘板上开两侧钢筋穿筋孔,其余二排铁需与连接板下皮仰焊;第二排铁两侧钢筋外皮尺寸+70 mm>翼缘板宽度时,在翼缘板两侧钢筋绕过,其余二排铁需与连接板下皮焊接。

2.4 十字劲性柱与转换桁架箱梁连接节点

为实现跨度39.6 m、高20 m的大空间,设计采用了劲性钢骨柱(十字钢骨外包钢筋混凝土)支撑5m高连续梁式转换桁架结构,每榀桁架设有两个主支座,在每个主支座外侧均设有副支座,如图9和图10所示。

相邻主支座两两一组,每组主支座间用600 mm厚设有3层钢筋网片的剪力墙连接,以确保结构安全。为此,十字劲性柱与转换桁架结点处,既要考虑钢骨柱纵向钢筋、柱箍筋布置、剪力墙水平筋入柱锚固长度,又要考虑主桁架箱梁与钢骨柱可靠连接,还要考虑混凝土浇筑密实问题。在钢构件设计方面,我们根据原设计节点要求、构件加工工艺及现场500 t·m塔吊工作性能,使用Tekla软件将节点建模深化,为实现1 000mm×1 000 mm(A型)钢骨柱与主桁架下弦800 mm×800 mm×36 mm及斜支撑杆的可靠连接,准确确定十字劲性柱钢骨翼缘板与桁架下弦、斜支撑杆件相交线,在十字柱内对正水平相交线的位置增设36 mm厚加强肋板,十字柱外侧增加水平、竖向连接板,在水平及竖向连接板上焊接40 mm厚钢板,形成十字柱外钢板抱箍,在抱箍上焊接桁架下弦及斜撑杆的牛腿。其次,在钢筋深化设计方面,根据钢构件深化思路,充分考虑钢筋加工、安装空间及先后顺序,我们准确绘制竖向钢筋平面定位图、水平钢筋竖向定位图,根据空间关系,在钢钢构件上开相应位置、孔径的穿筋孔,在钢板抱箍高度范围内,取消柱箍筋,十字柱腹板上不设八边箍筋穿筋孔,抱箍内断面与劲性钢骨柱断面同。在混凝土浇筑方面,除采用自密实混凝土外,在十字柱内肋板上分4个区分别开1个Φ150 mm通气兼浇筑孔,见图11所示。抱箍靠剪力墙一侧采取开矩形方孔为主,以方便混凝土浇筑,确保墙柱混凝土形成整体。

2.5 一层看台十字劲性柱及钢筋混凝土柱与双向斜箱梁连接节点

一层钢筋混凝土看台板由斜向及水平钢箱梁承托。斜向钢箱梁生根于十字劲性柱、钢筋混凝土柱和剪力墙上。为减小柱的偏心受力,设计采用柱墙两侧设双向斜箱梁做法,如图12所示。斜箱梁与十字劲性柱节点采用柱钢骨翼缘板上直接做钢牛腿,并在十字柱钢骨内补强,在影响柱纵筋及箍筋位置预留穿筋孔。斜箱梁与钢筋混凝土柱连接节点则通过在钢筋混凝土柱上预留异型埋件实现。

2.6 钢箱梁、H型钢梁与钢筋混凝土墙、悬挑梁连接节点

主要是通过在钢筋混凝土构件上设置预埋件实现,如图13所示。

2.7 十字劲性柱、箱形柱与H型钢梁连接节点

对十字劲性柱主要是通过在柱内与H型钢梁上下翼缘板对正位置设加劲肋板,柱外侧焊接牛腿,并在柱牛腿上预留柱穿筋孔实现。对箱形柱与H型钢梁节点主要采用柱内设加劲肋,外侧设钢牛腿,当柱两侧H型钢梁高度不一致时,在柱外侧靠近翼缘板部位设置斜向牛腿翼缘板。如图14所示为箱形柱与H型钢梁连接节点图。

2.8 十字劲性钢骨变截面节点及与箱形柱连接节点

本工程在3层顶部位竖向钢骨发生变化,由A型钢骨变为C形钢骨,劲性柱断面由1 400 mm×1 400 mm变为1 000 mm×1 000 mm,相应柱纵筋位置发生变化,须将4层柱钢筋下插至设计要求深度,在柱牛腿上下翼缘板上需重新预留穿筋孔,并进行焊接钢板补强;柱牛腿腹板上箍筋穿筋孔须相应变为2列,以满足两种断面类型需要,如图15所示。

本工程在3、5层顶部位竖向构件发生变化,由钢骨混凝土柱变为箱形钢柱,在变截面处采用楼层标高以下将十字柱翼缘板厚度不变,宽度加大至箱形柱宽,箱形柱内对正梁翼缘板位置设加劲肋做法,如图16所示。

3 结语

由于组合结构涉及钢结构、钢筋混凝土结构、水电分包等多单位施工,为突破钢骨穿筋问题,在钢结构深化设计阶段,土建专业须对钢结构深化设计时进行钢筋加工、安装工序详细交底,以便深化设计时预留穿筋孔、钢筋连接板,并充分考虑混凝土浇筑,提前在钢结构构件上预留混凝土浇筑孔,避免漏孔和错孔现象发生。本工程在深化设计阶段,通过对设计施工图认真分析,并结合标准学习,建设单位组织原设计单位、施工单位、钢构分包单位设计师深入现场,集体办公,有效地保证了深化设计图纸准确、高效,使施工按照约定的顺序得以进行,满足现场需要,减少施工难度,提高作业效率,增长自身知识,丰富施工管理经验。

参考文献

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[2]中国建筑技术研究院.JGJ99-98高层民用建筑钢结构技术规程[S].北京:北京出版社,1998

[3]北京钢铁设计研究总院.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版礼,2003

[4]中国建筑标准设计研究院.01SG519多、高层民用建筑钢结构节点构造详图[S].北京:中国计划出版社,2009

[5]中国电子工程设计院.04SG523型钢混凝土组合结构构造[S].北京:中国建筑工业出版社,2012

[6]中国建筑科学研究院.JGJ138-2001型钢混凝土组合结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

[7]中冶建筑研究总院有限公司.CB 50661-2011钢结构焊接规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012

钢骨混凝土悬挑梁设计研究篇4

型钢混凝土 (SRC) 结构是把型钢 (S) 置入钢筋混凝土 (RC) 中, 使型钢、钢筋 (纵筋和箍筋) 、混凝土二种材料元件协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种结构。它是钢-混凝土组合结构的一种形式, 其截面组成特征是型钢混凝土的钢材全部被包在混凝土的内部, 型钢和钢筋骨架的外面有一层混凝土外壳。型钢混凝土结构具有承载力高、变形能力强、延性性能优越、简化现场施工、适合我国国情和综合经济效益好等优点。与钢结构相比, 型钢混凝土结构节约钢材达50%以上, 降低了造价。

1 项目概况

某6层框架结构建筑, 顶上三层为商用写字间, 开间为4.25米, 进深为6.2米, 底下三层为商场, 由于商场门厅设计需要, 抽梁断柱, 形成一根悬挑12米的大梁, 承受上部三层的荷载。框架立面结构形式如图1所示。根据《建筑结构荷载规范》, 取楼面活荷载为2.0 k N/m2, 楼面恒荷载5.7 k N/m 2, 抗震设防烈度为7度近震, 抗震设防类别为丙类, 场地类别为II类, 50年基本风压为0.4kN/m。采用全现浇钢筋混凝土结构, 见图1。

2 设计方案

在结构设计过程中选用何种方法直接影响后期施工难度, 也要考虑造价等因素, 对于该工程普通钢筋混凝土现浇楼盖来说, 有两种方法可以实现大悬挑的要求, 两种方法在该工程中可以得到有机的结合及使用。

方法一:采用普通钢筋混凝土悬挑梁, 截面高度直接按强度和刚度需要计算所得。但此方法常受到建筑立面制约, 悬挑梁高度有一定限制, 对于悬挑跨度和荷载均不太大时可以采纳, 其优点是设计简单, 施工也方便。

方法二:采用型钢混凝土梁 (也称钢骨混凝土梁) , 即在普通钢筋混凝土梁截面内加入型钢, 其抗弯承载力比相同截面钢筋混凝土构件要高出1倍以上, 而且依靠所配置钢骨的腹板承受剪力, 其抗剪承载力也大幅提高, 因此可有效减小构件的截面尺寸。对于较大悬挑距离的悬挑梁可采用此法, 此法优点是梁承载力高、刚度大、变形小。

对此结构进行初步设计, 混凝土C40, 钢骨选用Q345B级钢材, SRC梁截面的确定基于跨度确定, 悬挑梁截面为1500×700mm2, 钢骨的截面采用H型钢, 用钢量暂取8%, SRC柱截面的确定基于框架柱的轴压比的要求, 截面为900×700mm2, 钢骨的截面形式采用H型钢, 配钢量取为4.5%, 连梁截面尺寸600×800mm2, 钢骨的截面采用H型钢, 用钢量取为4.8%。采用PKPM软件对此框架进行初步设计, 作出弯距、剪力和轴力包络图、节点位移图等, 取出悬挑梁极其支撑部分, 进行优化设计, 计算流程如图2所示。

悬臂梁的截面形式、配筋率对悬臂端弯矩的影响很大, 截面大, 悬臂梁自重就大, 相应的弯矩就大;配筋率大, 悬臂梁的刚度大, 分配到的相应弯矩就大;截面小, 自重小, 但变形就可能过大。

对悬臂梁进行优化设计, 定义悬臂梁的高度、宽度、配钢率为优化变量, 高度变化范围为1.2m～1.5m, 宽度变化范围为0.5m～0.7m, 根据SRC结构最大最小配钢率, 配钢率的变化范围为5%～15%, 根据悬臂结构的位移限制确定最大位移值为0.0624m, 定义悬臂梁支撑处的弯矩为目标函数, 采用零阶方法进行优化计算。通过多次试算, 悬臂梁最佳梁高、梁宽、配钢率分别为1.2m, 0.5m, 7%, 见图2。

3 结语

钢骨混凝土结构是近年来在大跨结构中经常采用的结构形式, 本工程中采用钢骨混凝土悬臂梁结构, 有效的降低了梁高增大了梁的悬挑距离, 取得很好的效果。

参考文献

[1]李骁春.钢骨混凝土悬臂梁优化设计[R].广州:第五届全国现代结构工程学术研讨会, 1995.

钢骨混凝土结构及其抗震性能研究篇5

一、钢骨混凝土构件形式与设计理论

钢骨混凝土构件根据钢骨的形式可分为实腹式和空腹式两大类。实腹式钢骨主要有工字钢、槽钢及H型钢等。空腹式钢骨是由角钢构成的空间桁架式的骨架。

实腹式钢骨混凝土构件具有较好的抗震性能, 而空腹式构件的抗震性能与普通钢筋混凝土构件基本相同。在日本阪神地震中, 空腹式钢骨混凝土结构破坏的事例很多。因此, 目前在抗震结构中多采用实腹式钢骨混凝土构件, 而对钢骨混凝土框架梁中的型钢, 宜采用充满型实腹型钢。充满型实腹钢骨的一侧翼缘宜位于受压区, 另一侧翼缘位于受拉区。

从20世纪50年代起, 国外对SRC构件性能、计算模型、计算和分析方法及简化计算等方面做了大量工作, 提出了许多风格各异的理论和方法。以苏联为代表的极限强度理论认为, 在SRC构件变形较大时, 应力应变关系已进入弹塑性状态, 已不能保证型钢与混凝土共同工作, 进一步有日本和英美为代表的允许应力强度理论, 即日本的叠加强度理论和英美的弹性设计方法。

在我国, 冶金工业部1998年颁布了行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》。建设部于2001年颁布了行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》。以上两个行业标准均是依据国家标准《建筑结构荷载规范》 (GBJ9-87) 、《建筑抗震设计规范》 (GBJ11-89) 、《混凝土结构设计规范》 (GBJ10-89) 而制定。

二、钢骨混凝土构件计算理论

钢骨混凝土结构构件的计算可以分为以下3种。

1. 按平截面假定, 采用极限强度设计方法, 按钢筋混凝土结构理论进行计算。

即认为型钢与钢筋混凝土能够成为一个整体且变形一致, 共同承受外部作用, 将型钢离散化为钢筋, 并用钢筋混凝土的公式进行计算其强度。按该法计算时, 少数构件偏于不安全, 同时由于没有考虑钢骨和混凝土之间的黏结特性, 刚度不随荷载大小而变化, 这是不符合实际的。此方法的主要代表国家为前苏联。

2. 参数折算的钢结构计算方法。

按钢结构理论进行计算, 即将钢骨混凝土柱用具有修正的屈服强度、弹性模量和回转半径的钢构件代替, 然后按钢构件计算公式进行弯矩和轴力下的承载力计算。对于构件的抗剪承载力不进行专门计算, 而是通过对箍筋的构造规定加以满足。此方法的主要代表国家为美国以及欧洲。

3. 叠加计算方法。

在日本规范中, 对于空腹式钢骨混凝土构件按钢筋混凝土方法进行计算。对于实腹式钢骨混凝土构件的计算, 不考虑钢骨和混凝土之间的共同作用, 并假定钢骨不发生局部屈曲, 分别计算钢骨部分和钢筋混凝土部分的承载力和刚度, 然后叠加, 其计算结果偏于保守。

三、钢骨混凝土结构抗震性能的影响因素

尽管各国的钢骨混凝土构件的计算理论有很大不同, 但在对钢骨混凝土结构的抗震性能研究中则都参考了钢筋混凝土结构理论。自从20世纪50年代以来, 很多国家进行了大量的钢骨混凝土结构抗震性能的试验研究。研究表明, 影响钢骨混凝土抗震性能的主要因素为剪跨比、轴压比、配箍率、含钢率以及钢骨的截面形式等。

1. 剪跨比的影响。

剪跨比对抗震性能的影响主要有两方面:一是剪跨比对钢骨混凝土柱破坏形态的影响。二是剪跨比对钢骨混凝土柱抗剪承载力的影响。

2. 轴压比的影响。

大量试验结果表明, 轴压比对钢骨混凝土柱的破坏形态、承载力和滞回特性均有明显影响。随着轴压比的增大, 延性系数、极限位移转角、耗能能力3项指标均减小, 在高轴压比情况下, 柱的刚度退化明显。因此, 轴压比是影响钢骨混凝土柱抗震性能最重要的因素之一。

3. 用钢量的影响。

钢骨含钢率是指截面中钢骨面积与构件有效截面面积 (钢骨部分的面积与钢筋混凝土部分的面积之和) 之比。钢骨含钢率取值的范围, 各国规范并不一样。日本的规范最大含钢率定为13.3%, 美国规范取20%。在我国《型钢混凝土组合结构技术规程》规定框架柱受力型钢的含钢率不宜小于4%, 且不宜大于10%。《钢骨混凝土结构设计规程》规定钢骨混凝土构件的含钢率不小于2%, 也不宜大于15%。试验表明, 在一定范围内, 用钢量越大的钢骨混凝土柱, 抗震性能越好。

4. 配箍率的影响。

大量试验研究表明, 在其他因素相同的条件下, 钢骨混凝土柱的位移延性系数随配箍率的提高而增加。箍筋的主要作用是可以保证钢骨、钢筋、混凝土三位一体工作, 防止钢骨保护层混凝土纵向劈裂剥落, 直接参与钢骨混凝土柱的抗剪力荷载, 提高其抗剪承载力。

5. 钢骨形式的影响。

浅谈钢骨混凝土梁施工技术篇6

某度假酒店共六层, 首层为购物城, 二层半圆部分作咖啡厅, 另一部分及三层以上作住房, 整个建筑呈弧形。其中二层圆弧梁跨度最大达47m, 设计为钢骨混凝土梁, 梁高1.2m, 梁宽0.5m。钢骨混凝土梁呈圆弧形且跨度非常大, 钢骨部分须由几段Ⅰ型钢焊接而成。由于Ⅰ型钢重且多、底面配筋多且密, 给施工带来不少困难, 对钢骨混凝土梁的模板安装, 钢筋绑扎、Ⅰ型钢安装、混凝土浇筑等施工工序都有特别的要求。具体施工方法如下:

1 钢骨混凝土梁施工流程

2 梁支模及搭设操作平台

⑴顶架的安装:按门式架@610四体排列法排列, 并在钢骨的拼缝位置加设1ф48钢管顶架。

⑵支梁底模:按钢骨混凝土梁的直段形式安装梁底板, 底板用18mm厚夹板。

⑶绑扎钢筋及焊接Ⅰ型钢都需要操作平台, 所以要搭设操作平台, 操作平台同梁底相平, 用门式架及ф48钢管连杆搭设, 面铺18mm厚夹板。

⑷梁侧板支模:钢筋钢骨安装好后才能支梁侧模板, 实际情况只能在Ⅰ型钢底面各放一道ф14@500对拉螺栓。

3 钢筋制作与绑扎

⑴钢筋制作

(1) 纵筋制作:除腰筋外底面均为ф25钢筋, 特别底部24ф25, 分四排排列, 每排间距30mm, 所以不能冷驳, 只能用闪光对焊接长, 底纵筋在柱内焊接, 面纵筋在梁跨1/3处并错开焊接。

(2) 箍筋制作:由于钢骨Ⅰ型钢安装原因, 把梁箍制成开口箍后再焊接, 焊口应错开, 焊缝长 (单面焊) 10d。

⑵由于钢筋接长后达48m多, 塔吊无法水平及垂直运输, 只能用人工多人合力扛抬到梁位地面后, 12人用麻绳分12个点同时拉到楼面梁位绑扎。由于钢筋过长, 在运输过程必须注意钢筋变形弯曲等问题, 并要有专人指挥协调。

⑶钢筋绑扎:

根据钢筋排列的排距进行绑扎, 每排用ф25钢筋作支承, 把底纵筋绑扎好后, 安装Ⅰ型钢再绑扎面筋。

钢筋制作及绑扎除此方法外, 均按有关规范施工。

4 钢骨Ⅰ型钢的制安及吊装

Ⅰ型钢的制安要有资质的单位有焊工上岗证的工人施工。焊缝及焊条必须符合规范要求。

Ⅰ型钢用10T汽车吊装及塔吊吊装。Ⅰ型钢分段吊装时, 钢丝绳绑扎处必须垫上木枋, 并有专人指挥。Ⅰ型钢吊装放在梁面时, 底部用马凳筋垫起。马凳筋底部模板应加设一排ф48@900钢管支顶, 减轻Ⅰ型钢对梁模的压力。

Ⅰ型钢拼缝必须按设计要求及施工规范进行焊接, 焊接时应双面同时施焊, 以避免Ⅰ型钢变形。

Ⅰ型钢拼缝完成后, 必须按设计要求及施工规范要求进行检验。

5 混凝土浇筑

本钢骨混凝土梁的混凝土浇筑难度非常大, 底部钢筋太多加上Ⅰ型钢的钢板阻碍了混凝土的流动会造成混凝土浇筑的质量问题, 针对钢骨混凝土梁的实际情况, 特采取以下几种措施来保证混凝土浇筑质量:

⑴混凝土的坍落度控制在16～20cm, 并在混凝土加入缓疑剂, 碎石用5～15碎石。

⑵用“赶浆法”从梁的一端开始逐渐将浆赶到另一端, 梁混凝土口处必须保持混凝土浆有流动性, 如有暂停也不能超过60分钟。

⑶在用“赶浆法”的同时梁底用小锤轻打梁底板, 以便使混凝土更密实贯满梁底。

⑷使用ф25插入式振动棒, 混凝土在梁底200mm高, 必须用振动棒振动, 严禁一次就把梁灌满混凝土。必须分层浇筑, 由于ф25振动棒振动力较小所以底层必须是200mm一层, 以后每300mm一层。

⑸钢骨混凝土梁混凝土浇筑不能有施工缝, 为防止停水停电必须在浇混凝土前调试好发电机备用。水池也应蓄满水。

⑹在班前必须同工人作技术交底工作。

⑺浇混凝土前必须检查支架、模板是否牢固, 并必须有铁工、木工工人跟班。

⑻其余按有关规范规定施工。

6 混凝土养护

⑴混凝土浇筑12小时内淋水养护, 并在混凝土面上覆盖麻袋, 保持麻袋湿润。

⑵养护14天。

钢骨混凝土节点篇7

关键词：复杂高层结构,钢骨混凝土结构,转换层

本工程位于江苏省张家港市城西新区南部中心区域,工程性质为综合性政府办公楼,地上21层,地下1层。

1结构整体分析

1.1 结构选型

主体采用现浇钢筋混凝土结构,总建筑高度为97.00 m,塔楼高宽比3.8,长宽比1.9。下部3层裙房平面为矩形,长81.6 m,宽32.3 m,层高为5.2 m。南侧入口处为大空间门厅,柱距14.7 m,2层和3层楼面板缺失,3层屋面为转换结构。塔楼核心筒落地,框架部分落地,部分坐落在钢骨混凝土转换梁上。

办公主楼属于规范规定的超限高层结构。

为了保证结构的承载力和地震作用下的延性,采用钢骨混凝土梁式转换,周边相连的框支柱也采用钢骨混凝土。

1.2 计算模型

在SATWE模型中,钢骨混凝土柱和梁采用程序自带的组合截面,裙房大开洞周围楼板加厚,采用弹性楼板来反映楼板平面内和平面外的刚度。在有限元结构分析程序SAP2000模型中,地下室外墙、核心筒及连梁(截面高度大于500)采用Shell单元模拟,计算模型考虑了楼面板弹性,也采用Shell单元模拟。框架梁柱及连梁(截面高度不大于500)采用Frame单元模拟。结构的型钢柱采用Frame单元,为得到比较精确的结构,其Frame截面利用SAP2000自带的SD截面设计器,按实际截面输入。

结构的转换梁采用型刚混凝土梁,接近1层楼高。对三根型钢混凝土梁的加劲型钢翼缘采用线单元模拟,混凝土部分采用了壳单元模拟,二者在实际位置耦合(即假设型钢和混凝土在受力过程中无相对滑移)。并对壳单元沿层高和跨度方向,均进行了较为细致的分网,以期合理的得到该类构件的刚度。

1.3 计算结果

1.3.1 整体信息

结构的质量中心位于点(40.02,15.94)与结构的刚度中心(41.05,15.87)基本重合。在水平荷载作用下,结构稳定性满足要求,且不用考虑重力二阶效应的不利影响(见表1,表2)。

1.3.2 自振特性

由结构自振周期计算结果得出,第一阶振型为Y向平动,第二阶振型为X向平动,第三阶为整体扭转,且T1/T3=0.84<0.9,满足规范要求;此外,SATWE与SAP2000的计算结果基本接近,在低阶振型中后者分析得到的结构刚度大,高阶振型则相反,前8个振型的偏差均小于5%,另一方面,由于单元性质与计算假定等的差异,导致高阶振型两种软件的计算结果出现较大差异。总体而言两者的计算结果差异能满足工程精度要求。

1.4 水平荷载作用反应

结构在水平地震或风力的作用下,X向的变形曲线比较光滑,有明显的反弯点,符合框架—核心筒的变形特点;Y向的变形曲线在转换层出现突变,表明此处抗侧刚度较小,是结构的薄弱部位。结构的主要变形结果见表3。

2工程设计

本工程属于复杂高层结构,为了保证结构在水平荷载作用下的性能,并根据其自身特点和建筑要求,采取如下措施:

1)针对2层和3层楼板开大洞。计算不考虑刚性楼板假定,洞口周围一跨按弹性楼板考虑其平面内和平面外的刚度,同时洞口周围楼板采取加强措施,板厚150,双层双向配筋。2层和3层区域楼板布置双向井格梁,从而保证楼板的整体刚度和水平荷载的有效传递。

2)针对4层刚性和质心偏差大。主要由于上部荷载集中作用在转换梁上,为了保证转换梁,框支柱和周边结构在地震作用下的变形性能,框支柱和转换梁按特一级框架设计,其余裙房框架按一级框架设计;框支柱,转换梁和作用其上的框架柱采用钢骨混凝土组合截面,控制裙房范围内的普通框架柱和框支柱的轴压比保证其在地震作用下的延性;采用通用有限元软件ANSYS补充分析转换梁和框支柱在荷载作用下的承载力和变形性能;采用合理的连接方式和构造措施(见图1)。满足“强节点弱构件”的抗震设计概念。

3)针对转换层竖向构件不连续。

a.根据《高层混凝土结构技术规程》附录E的要求:转换层上下楼层抗侧刚度比应大于0.6:

X向: $\frac{4.309 7 \times 10^{7}}{4.937 5 \times 10^{7}} = 0.872 > 0.6$ ,满足要求。

Y向: $\frac{3.826 5 \times 10^{7}}{5.528 5 \times 10^{7}} = 0.692 > 0.6$ ,满足要求。

b.转换上部及下部结构的等效抗侧刚度γe,宜接近1,不应大于1.3(见表4)。

$γ_{e} = \frac{Δ_{1} Η_{2}}{Δ_{2} Η_{1}}$ 。

4)针对结构扭转不规则。结构平面布置尽可能的对称分布,根据规范考虑双向地震作用,加强周边框架柱和框架梁的配筋,核心筒设置约束边缘构件,洞口边设梁保证荷载传递。

3结语

本文通过对一栋采用钢骨混凝土梁式转换的复杂高层建筑的整体分析与设计,从中可以得到以下结论:

1)本建筑属于复杂高层结构,涉及多项超限内容。对此,本文采用合理的计算模型和假定,加强转换层和开大洞楼层楼板的整体刚度,提高构件的抗震等级,控制构件的轴压比,加强周边梁柱的配筋,以保证结构的整体性能。2)转换层上、下层间位移角突变与转换层处刚度突变位置相吻合,承载力降低,属结构的薄弱部位。经分析,结构满足转换层侧向刚度不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%且满足等效侧向刚度比,从而保证薄弱层有足够的抗侧刚度。3)转换层结构属竖向刚度不规则结构,不仅是竖向刚度易在转换层附近发生突变,还应关注的是竖向抗侧力构件不连续,使结构的传力(包括竖向及水平力)途径在转换层及其附近发生突变,在强震作用下,易产生薄弱部位。在抗震设计中,加强了转换层及附近层结构构件包括框支柱、落地墙、转换构件、转换层上下各两层楼板、转换层上下各两层的结构,以保证水平剪力的有效传递和结构底层在强震下有足够的延性。4)采用钢骨混凝土柱作为结构转换层的框支柱,具有强度高及延性大等优异的抗震性能,并具有较好的抗剪能力,这样能使转换层层高大为减小,建筑布置更加灵活,充分发挥建筑的使用功能。此外,采用钢骨混凝土节点连接方便,施工荷载可由钢骨承担,施工经济效益和环境效益均较为显著。

参考文献

[1]陈富生.高层建筑钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[2]徐培福,傅学怡,王翠坤,等.复杂高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

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[5]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[6]中华人民共和国行业标准,钢骨混凝土结构设计规程(2006版)[S].

[7]中华人民共和国行业标准,型钢混凝土组合结构技术规程[S].

[8]童根树.钢结构设计方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

钢骨混凝土在地震区的应用概述篇8

关键词：钢骨混凝土,抗震性能,延性,地震区

0 引言

近年来,我国的土木工程结构朝着大跨、重载、高耸和承受恶劣条件的方向发展,这无疑推动了一批新型结构的出现。在这些新型结构中,一种与传统的普通混凝土不同的钢骨混凝土广泛使用,因此对钢骨混凝土的研究也必将受到越来越多的重视。

1 钢骨混凝土的定义[1]

钢骨混凝土结构(Steel Reinforced Concrete)是指在钢筋混凝土内部配置钢骨的组合结构,简称SRC结构。埋置的钢骨可分为实腹式和空腹式,实腹式可由型钢或钢板焊成,空腹式则由缀板、缀条连接角钢、槽钢组成。空腹式在日本和前苏联都曾大量使用,但制作费用高。实腹式制作简便、承载力大,近年日本和西方国家普遍使用。

2 钢骨混凝土的特点及应用[2]

由于混凝土中配置了钢骨,使得钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能都得以充分的发挥,所以SRC结构在具备钢与混凝土组合结构节约钢材、提高混凝土利用率、降低造价、抗震性能好、施工方便等优点的同时还具有良好的防火、耐腐蚀性能。在SRC结构中,钢骨与高强混凝土之间相互约束,使各自的强度得到了提高,增加了结构和构件的延性,从而改善由于高强混凝土本身延性差而带来的不利于抗震的脆性特性,增加了结构及构件的抗震性能。与钢筋混凝土结构相比,由于配置了钢骨,使构件的承载力大大提高,从而有效地减小了梁柱截面尺寸,尤其是抗剪承载力提高和延性加大,可显著改善抗震性能;与钢结构相比,钢骨混凝土构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,提高构件的整体刚度,显著改善钢构件平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥

基于钢骨混凝土的优点,其应用范围很广,目前主要在以下工程领域应用:桥梁工程、高层建筑、混凝土制品、水利水电工程、港口和海洋工程、隧道及地铁结构工程,以及诸如矿井、军事防护等其他工程。

3 钢骨混凝土在地震区使用时的研究

3.1 钢骨混凝土在国内外的研究[3]

日本建筑学会SRC结构分会于1958年制定了以累加强度为基本体系的SRC结构规范,1963年做了第一次修订。1975年以确保SRC构件的延性为目的对SRC规范进行了第二次修订。日本建筑学会于1987年对SRC结构规范进行了第三次修订,修订后的SRC规范由允许应力设计法和极限状态设计法两部分组成。日本建筑中短柱应用较为广泛,因而很少研究长柱。近年日本学者针对实腹式SRC构件进行了大量低周往复加载的试验研究。日本建筑学会经过四次修订,于2001年形成了新的钢骨混凝土结构设计规范。

1951年前苏联电力建设部出版了SRC结构设计规范,该规范是以空腹式钢骨的梁和柱及框架结构为主要对象的设计规范,没有设置箍筋和钢筋。1978年前苏联又出版了“劲性混凝土结构设计指南CN3-78”,这是由前苏联混凝土结构研究所编制,该规范与1951年规范有较大的不同,这次实腹式钢骨混凝土结构为主要内容,它强调必须设置纵向钢筋和箍筋,它反映前苏联在SRC结构方面的研究成果和应用实践。

20世纪50年代初,我国从苏联引进SRC结构。20世纪60年代后由于钢材紧缺而停止了SRC结构的使用。20世纪80年代后,随着我国建筑业的迅猛发展,SRC结构又一次在我国兴起。在我国,西安建筑科技大学在1985年和1986年分两批进行了32个钢骨混凝土短柱抗震性能的试验研究,1989年又进行了12根内含工字钢的钢骨混凝土柱的试验,进行了非线性全过程分析[4]。此外,其他科研单位,如中国建筑科学研究院、清华大学和东南大学等也对钢骨混凝土结构进行了开拓性的研究工作,并取得了较多的研究成果。近些年,赵世春进行了23根钢骨混凝土柱和3根混凝土柱在单调及往复循环荷载作用下的试验,结果发现,钢骨混凝土柱的破坏形式不同于混凝土柱,其具有较强的抗震能力。贾金青利用14根剪跨比为2.0的试件对钢骨高强混凝土短柱的抗震性能进行了试验研究,表明试件的延性随轴压比的增大而降低,配箍率高的试件其延性变形能力和承载能力也较大,并提出满足一定延性的钢骨高强混凝土短柱轴压力系数限值。李俊华进行了23个钢骨高强混凝土柱的低周反复加载试验,结果表明,在最大水平荷载后,不管承载力衰减的快慢,其滞回曲线都基本上收敛于工字钢纯钢柱的滞回曲线,体现了钢骨混凝土优越的抗震性能。

3.2 影响钢骨混凝土抗震性能的因素[5,6]

1)剪跨比的影响,一方面剪跨比对柱的破坏形态具有显著影响,随着剪跨比由小变大,钢骨混凝土柱会发生剪切斜压破坏、剪切粘结破坏和弯曲型破坏,破坏时,延性随着剪跨比的增大而提高。另一方面,剪跨比也影响柱的抗剪承载力,一般抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小,但是当剪跨比大于一定的值时,剪跨比对承载力的影响将不明显。

2)轴压比的影响,已有的试验结果表明,在水平荷载下,柱的变形能力随轴压比的增大而减小,在高轴压比的情况下,延性和耗能能力降低明显。因此,为保证钢骨高强混凝土柱具有较好的延性和耗能性能,需对其轴压比大小进行限制。但是究竟应该将轴压比限制在何种水平,这需要进行理论和试验研究后才能确定。

3)配箍率和箍筋形式的影响,钢筋混凝土柱在相同轴压比的情况下,位移延性系数随配箍率的提高而增大。根据已有的试验,钢骨混凝土柱的位移延性系数也随配箍率的提高而增大,因此配箍率对钢骨混凝土柱的抗震性能具有一定的影响。螺旋箍筋和复合箍筋能对核心混凝土提供更强的约束,因此采用螺旋箍筋和复合箍筋的构件的延性系数更高,抗震性能更好。

4)含钢量的影响,钢骨的含钢量是指内埋钢骨面积与构件全截面面积之比。已有的试验结果表明,用钢量越大的钢骨混凝土柱,其抗震性能越好。但是,钢骨混凝土柱的含钢量也要有一定的限制。各国对钢骨混凝土构件中的用钢量均有所规定,美国钢结构学会规定钢骨混凝土构件中的用钢量不得小于4.0%,否则按钢筋混凝土构件计算;日本规范则将8.0%作为钢骨混凝土构件中用钢量的上限。从我国的工程应用来看,用钢量的浮动范围较大,从2.5%～7.0%不等。

5)混凝土强度的影响,混凝土强度对柱的抗震性能有显著影响随着混凝土强度等级的增加其立方体抗压的峰值应变大而极限应变小,应力—应变曲线的下降段陡,脆性性质明显。因此,随着混凝土强度的提高,钢骨混凝土柱的延性越来越小,抗震性能越来越差。

3.3 钢骨混凝土抗震性能研究存在的问题

1)由于成本以及试验条件等原因,目前针对钢骨混凝土整体结构的试验研究还很少,并且针对该类构件和结构的恢复力模型也多是借鉴了钢筋混凝土结构的恢复力模型。因此有必要研究该类构件和结构的恢复力模型,尤其是双向地震作用下结构和构件的恢复力模型。

2)在结构体系方面,实际工程中往往要求部分采用钢骨混凝土构件,部分采用钢筋混凝土构件或钢构件的混合体系,这就必须了解这种混合体系的工作行为,解决好不同性质构件的连接过渡。

3)研究表明,钢骨混凝土构件在承受80%极限荷载之后,钢骨和混凝土之间将产生较大的相对滑移,变形不能协调一致,因此有必要研究该类构件在地震荷载作用下的粘结滑移问题,并建立相应的粘结—滑移分析模型。

4)在地震荷载作用下,节点的受力状态非常复杂,处于压弯剪扭复合受力状态,但目前对钢骨混凝土梁柱构件节点所进行的试验不够,应加强这一方面的研究。

5)混凝土强度对柱的抗震性能有显著影响,但是到目前为止,对钢骨高强混凝土柱的研究却并不多见,已有的成果也只是集中在混凝土强度等级为C60和C70的钢骨混凝土柱,对混凝土强度更高(如C80)的钢骨混凝土柱的研究则还很少。

4 结语

钢骨混凝土具有较好的抗震性能,但钢骨混凝土的抗震性能中的很多问题还没有研究清楚,如何在地震区合理使用钢骨混凝土是今后工程领域的一个研究方向

参考文献

[1]赵鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京:科学出版社,2004.

[2]薛建阳.钢与混凝土组合结构[M].武汉:华中科技大学出版社,2007.