型钢混凝土在大跨度结构中应用论文

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型钢混凝土梁在大跨度楼盖设计中的应用

型钢混凝土梁在大跨度楼盖设计中的应用

型钢混凝土梁在大跨度楼盖设计中的应用型钢混凝土梁在大跨度楼盖设计中的应用摘要:介绍了某建筑中大跨度梁的结构设计。

采用三种不同的结构方案进行比较,最终确定采用型钢混凝土梁方案。

采用Ansys程序对其进行了有限元分析,结果表明,现行结构方案满足设计目标要求。

关键词:型钢混凝土;结构方案;非线性静力分析1.前言随着社会经济的发展,人们对建筑结构和功能的要求越来越高,各种类型建筑迅速发展,需要多种结构类型及形式来满足建筑高度、功能、节约材料及降低造价等方面的要求。

近年来,型钢混凝土结构得到了广泛的应用。

型钢混凝土,是由混凝土内配置型钢和钢筋的一种结构形式。

它既有钢筋混凝土造价低、刚度大,防火性能好,施工方便的优点,又有钢结构抗震性能好,承载能力大的优点。

型钢混凝土构件的内部型钢与外包混凝土形成整体、共同受力,其受力性能优于两种结构的简单叠加。

本文简要阐述了型钢混凝土结构的特点及应用。

并结合工程实例,重点分析了型钢混凝土梁在大跨度楼盖设计上的适用性,介绍了设计计算方法。

2.工程概况某工程位于江苏省南京市。

地上九层,地下二层,主要柱网为9.0mx9.0m。

建筑高度:47.450m。

结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构,基础形式为桩筏基础。

本工程安全等级为二级,设计使用年限为50年,结构的抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度(0.1g),设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅲ类,特征周期为0.45s。

本工程所在地区地区基本风压(50年重现期):0.40kN/m2,地面粗糙度为B类。

本工程设计采用的计算软件为SATWE(2010)程序进行结构整体分析。

结构在各项指标上均符合规范要求。

3.27m跨度梁方案选择根据建筑的方案,本工程地上二层顶板在入口处的局部突出屋盖,需要设置一根27米跨度的框架梁,局部结构平面布置图见图1。

图1 地上二层顶板局部结构布置图该框架梁的特点是跨度较大,为27m,并且为单跨、边跨;外装修采用石材;屋盖上要放置大型风机,荷载很大;并且建筑空间也有限制。

基于型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析

基于型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析

基于型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析摘要:型钢混凝土组合结构结合了钢结构与钢筋混凝土结构)的优点,具有构件截面小、良好的抗震性能、耐久性及耐火性好等优点,越来越多地应用在大跨度及高层建筑中;但在具体施工中在存在许多难点,通过优化设计方案,采用适宜的施工方法,解决了型钢与钢筋相交的施工难题。

关键词:组合结构;型钢混凝土结构;钢结构;受力特点型钢混凝土的组合机构是一种结构行驶,将型钢埋入到钢筋混凝土中,形成了构建的三位一体的工作态势,包括型钢的延性,钢筋的耗能能力和混凝土的结构。

这种新型结构比传统的钢筋混凝土的结构,在承载力上较高,在刚都上较大,在构建的截面面积上减小,工程构造的功能得到很好的改善,钢结构的抗震性能得到了加强。

因此整体的稳定性较好,刚才的结构能够不断在侧移中得到减小,施工过程中的施工何在被减轻,因此不需要大量的模板材料,工期能够得到缩短,经济效益被大大提高。

1、型钢混凝土结构的种类和特点1.1型钢混凝土结构的种类通常情况下,型钢混凝土结构按配钢形式的不同可分为实腹式和空腹式(如图1所示)。

实腹式型钢混凝土组合结构中的型钢主要是工字钢、槽钢、H型钢或者由型钢和钢板焊接而成。

空腹式型钢混凝土组合结构中的型钢则主要是由角钢或槽钢构成的空间桁架式骨架。

实腹式型钢混凝土结构构件的强度、刚度和延性较高,应用广泛,一般用于大中型建筑和高层建筑。

1.2型钢混凝土结构的特点1)充分利用材料的受力性能,承载力高;2)稳定性好、延性及抗震性能良好;3)施工方便,安全度高,施工周期短;4)经济效益好;5)良好的可塑性及韧性,有利于采用高强混凝土技术。

2、SRC结构梁柱节点常用施工方法及优缺点2.1穿孔法采用型钢穿孔方式,梁纵向钢筋可直接贯通SRC柱,施工简单方便,但钢骨柱翼缘不宜穿孔且型钢腹板穿孔截面损失率不宜大于腹板面积的25%,当穿孔造成型钢截面损失不能满足承载力要求时,应采取补强措施;型钢穿孔必须在加工厂钻孔预留,穿孔直径比钢筋直径大5 ~ 8mm,穿孔精度要求高、节点钢筋密集且穿孔位置不易确定,常因孔位不准确而无法穿筋。

谈型钢混凝土在大跨度建筑中的应用

谈型钢混凝土在大跨度建筑中的应用
. 凝 土( 局部型钢混凝土 ) 框排架 结构 , 楼板 采用 普通梁 板结 构 , 游 火性能和耐久性 能方 面的缺 陷。b 由于外包裹 混凝 土对 型 钢 的 约束 , 克服 了一 般钢 结构 容易受压失稳 的弱 点。c 比钢结构 可节 . 泳馆 顶及贵宾 网球 中心顶大跨度楼面 采用型钢混凝 土组合 框架 。
谈 型 钢 混 凝 土 在 大 跨 度 建 筑 中 的 应 用
耿 光 华
( 苏州市规划设计研究院有限责任公司 , 江苏 苏州 25 0 10 6)

要 : 过在苏州市体 育中心健 身馆工程结构设计 中采 用了型钢混 凝土组合结构处理大跨度结构 , 通 提供 了对该 类结构 的计 算思
路, 并采取 了相应的构造措施 , 取得 了较好效果 , 有助 于促 进型 钢混凝土在大跨度建筑 中的推广应用。 关键 词 : 型钢混凝土结构 , 大跨结构 , 组合结构 , 节点构造
使 一 羽毛球馆 屋顶 跨度 为 5 . 3 4 m轻钢 屋顶 , 采用 倒三 角 钢管 桁架 。 省大量钢材 , 钢材 的性能得 以充 分发挥 , 般可 比纯 钢结 构节 约钢材 3 % 以上 。 0 广场部分地下室顶 板采 用宽扁 梁 以降低结 构层 高。为满 足建 筑 依据 以上特点 , 本工 程游 泳馆顶 3层 1 8m+3 . 5 4m跨 度楼 要求 , 主楼 和大地下室 之间不 设缝 , 采用 预应 力管桩 基础 减小 绝
钢 骨 混 凝 土梁 ,34m 钢 结 构 桁 架 及 与 这 些 梁 相 连 的柱 安 全 等 级 5 .
根据上 述选 型要 求 , 贵 宾 网球 中心楼 面梁 , 度 2 + 对 跨 0m 提高一级 , 即为一级 , 要性系 数 =1 1 重 . 。拟建 场地 土类 型评为 3 . 采用型钢混凝土形式 。如 图 1所示 , 3 6m, 对小跨 , 柱截面 8 0× 0 中软场地 土 , 建筑场地类别划为 Ⅲ类 。 80 布置 50× 0 0, 0 22 0混凝 土梁 , 内设型钢 H 0 20 0×40× 0×6 。 0 3 0 于防锈及清洁维护。工程已建成使用 5年 , 目前使用情况 良好 。 [ ] G 0 0 -0 1 建筑结构荷载规 范[ ] 2 B50 92 0 , S.

型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析

型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析

型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析摘要:本文对型钢混凝土的研究发展和结构中的组和应用展开论述,对工程中关于型钢混凝土与大跨度钢结构进行组合的体系以及节点的构造加以分析和计算,对形成的多种结构行驶的受力、节点的构造特点等等加以分析,例如探求型钢混凝土结构和大跨度钢结构中关于多层结构设计的优点,使得新型的结构能够拥有更多的优势,为工程施工提供侧移效果好,抗震性能优越,施工构造简单、便捷的技术服务,同时能够满足大空间和额大跨度施工要求,成为新时代下工程建设中结构选型和设计优化的典范。

关键词:型钢混凝土结构;钢结构;受力构造型钢混凝土的组合机构是一种结构行驶,将型钢埋入到钢筋混凝土中,形成了构建的三位一体的工作态势,包括型钢的延性,钢筋的耗能能力和混凝土的结构。

这种新型结构比传统的钢筋混凝土的结构,在承载力上较高,在刚都上较大,在构建的截面面积上减小,工程构造的功能得到很好的改善,钢结构的抗震性能得到了加强。

因此整体的稳定性较好,刚才的结构能够不断在侧移中得到减小,施工过程中的施工何在被减轻,因此不需要大量的模板材料,工期能够得到缩短,经济效益被大大提高。

1、工程概况随着我国的工程建设的实力不断增长,结构形式中的钢结构和混凝土的结构已经无法满足日益发展的实际工程的需要,往往在工程中会出现多种结构形式的组合,但是这种组合不是简单的组合,是要在对受力特点和构造性能上进行认真的分析和总结后,达到工程中关于安全环保、适用经济的目标[1]。

某工程的机构层为2层,结构的高度达到了15米。

结构形式采用了型钢的混凝土的组合构架结构。

基础形式为桩基础,地震防抗的程度为7度,地震的加速度值为0.1g 。

从建筑项目的层高和用途入手进行了结构设计方案的选型和设计,将型钢混凝土的承受力和何在的构件进行了充分的利用。

在建筑机构的2层部分采用型钢混凝土的钢结构作为整体的连接部件,适用钢梁中的螺栓进行了焊机和稳定[2]。

对型钢混凝土的柱以及钢梁进行了布置和连接,采用钢筋混凝土的大量进行了横向的跨度的设置,充分考虑了工程设计的经济和合理性。

型钢混凝土结构的研究与应用3篇

型钢混凝土结构的研究与应用3篇

型钢混凝土结构的研究与应用3篇型钢混凝土结构的研究与应用1型钢混凝土结构的研究与应用随着经济的发展以及科技的进步,建筑结构的需求逐渐增加,而型钢混凝土结构的应用在近年来也越来越广泛。

现在,许多新型的建筑物,如高层住宅、商业建筑和天桥等,都使用了型钢混凝土结构。

因此,下面将探讨型钢混凝土结构的研究和应用。

第一部分:型钢混凝土结构的研究型钢混凝土结构是一种组合使用钢材和混凝土的结构形式。

它将钢材的强度和韧性与混凝土的耐久性和抗震性相结合。

由于其优良的性能,型钢混凝土结构近年来受到了广泛的研究。

1.1 型钢混凝土结构的性能型钢混凝土结构的优良性能主要体现在以下几个方面:(1)大跨度的应用——型钢混凝土结构可以满足大跨度结构的需求,使建筑结构更加灵活多变。

(2)快速施工——型钢混凝土结构可以预制或预制混凝土构件,使其具有快速、高效的施工特点。

(3)抗震性能强——由于构件受力均匀,型钢混凝土结构比传统钢结构更具有抗震性。

(4)经济——与传统钢结构相比,型钢混凝土结构更节约材料,更节约成本。

1.2 型钢混凝土结构的研究进展型钢混凝土结构的研究中,逐渐出现了一些新的结构形式和解决方案。

(1)型钢混凝土框架结构——采用型钢与混凝土相结合的方式,增强结构的整体抗震性能。

(2)型钢混凝土筏板式结构——这种结构形式可用于较大的屋盖结构,使结构更加刚性和坚固。

(3)型钢混凝土柱——通过使用混凝土多孔型钢来改善大变形性,提高柱的承载能力。

第二部分:型钢混凝土结构的应用型钢混凝土结构的应用主要在以下几个方面:2.1 高层建筑在高层建筑的设计中,型钢混凝土结构由于其独特的性能,可以有效减轻自重,满足承载能力要求,同时也可以提高抗震性能。

例如,深圳平安金融中心和东京晴空塔都是采用的型钢混凝土结构。

2.2 商业建筑在商业建筑中,型钢混凝土结构的优点是可以将大跨度和灵活性与施工现场吻合。

例如,广州机场是一座面积很大的商业建筑,其屋顶结构使用了型钢混凝土框架结构,具有稳定、经济、美观等特点。

高层大跨度建筑中型钢混凝土结构应用

高层大跨度建筑中型钢混凝土结构应用

88∣ 建设科技建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY2021年2月合刊总第424期交流探讨随着我国城镇化的发展,高层、大跨度、转换层等复杂建筑结构更加常见。

相关研究结果表明,型钢混凝土结构所适用高层建筑最大高度较高,且当全部构件均采用型钢混凝土结构时,建筑最大适用高度会相应提升40%左右。

此外,钢筋混凝土结构抗震性能和承载能力更强,在框架柱、剪力墙、楼盖、错层等部位均广泛应用。

这也为型钢混凝土结构在高层大跨度建筑中的推广高层大跨度建筑中型钢混凝土结构应用黄建新(江苏省如东县建筑工程安全监督站,江苏 如东 226400)[摘要]本文以某高层建筑为例,在概述其高层大跨度特征及设计难点的基础上,对其型钢混凝土结构构件受力情况进行分析,并对包括框架梁设计、框架柱设计、梁柱节点设计等在内的结构设计问题进行了深入探讨。

结果表明,型钢混凝土结构刚度和稳定性较优,结构承载力大、抗震性能好,并能使构件截面积减小,建筑物内部空间增大,模板和支撑结构有效节省,对于高层大跨度建筑结构较为适用。

[关键词]高层;大跨度建筑;型钢混凝土;设计;应用Application of Steel Reinforced Concrete Structure in High-rise andLong-span BuildingsHuang Jianxin(Construction Engineering Safety Supervision Station of Rudong County of Jiangsu Province, Rudong, 226400, Jiangsu)Abstract : Taking the high-rise building as an example, this paper analyzes the stress state of steel reinforced concrete structur-al members, then discusses the structural design problems including the design of frame beam, the design of frame column and the design of beam-column joints in depth on the basis of summarizing the characteristics of high-rise and long-span buildings and the design difficulties. It turns out that the steel reinforced concrete structure has excellent stiffness and stability, large bearing capacity and good seismic performance, and can reduce the section area of the members, increase the internal space of the building, save the formwork and the supporting structure effectively. The steel reinforced concrete structure is more suit-able for high-rise and long-span building structure.Keywords : high-rise, long-span buildings, steel reinforced concrete, design,applications应用创造了良好的前提。

型钢混凝土技术在大跨度复杂结构中的应用

型钢混凝土技术在大跨度复杂结构中的应用
承 载 力 和 正 常使 用 状 态 。
关键 词 : 型钢混凝土 结构 , 三角桁架 , 穹幕影 院
中 图 分 类 号 :U 7 . T 353 文献标识码 : A
1 工程概 况
图书馆 , 南临山西省博 物馆 , 临滨 河西路 。山西 省地 质博 物馆 东
分组为第一组 , 抗震设 防类别 为丙类 , 建筑场地类别 Ⅲ类。根据 建
载能力 , 采用 了型钢混 凝土 梁 , 应在混凝 土筒 体 内型 钢混凝 土 相
梁 的支座部位设 置了型钢混凝 土暗柱 ( 图 3 。 见 )
2 商 业综 合体 的结构 整体 设计
由于商业综合体各 部分建 筑功 能、 数及 结构形 式 的不 同, 层 需要设 置结构缝 , 划分 不 同的结构单 元 。综合考 虑结 构抗 震 、 超 长及开洞等因素后 , 共设 置抗 震缝兼 伸缩缝 将其 分为 I, Ⅲ, Ⅱ, Ⅳ区 四个结构单元 : I区地下 2层 , 地上 6 , 层 结构总高度 3 . 65 m, 0
第3 8卷 第 6期 2012 年 2 月
山 西 建 筑
SHANXI ARCH I ECTURE r r
V0 _ 8 N . l3 o 6
F b 2 2 e . 01
-31 ・
文章编号 :0 9 6 2 ( 0 2 0 — 0 10 1 0 —8 5 2 1 )6 0 3 -3
5 6 1层 一 .0m; 3层为商业 店铺 , 层高 分别为 5 6 2×5 2 . 0m, .0m; 4层为真冰溜冰场 、 商铺 及美食街 , 层高 52 ; 为影 院 、 .0i 5层 n 宴会
. 墙厚 6 0m 由大跨度框 架梁 与左侧 的 I区主体 5 m, 厅 及酒 店大堂 , 层高 5 2 6层 为电玩城 、 店大会议 室及咖啡 体外径 6 7m, .0m; 酒 相连接 , 最长的框架梁跨度约 2 0m。为增 强连接 的刚度 及提 高承 厅, 层高 3 9 大会议室 层高 6 0m) .0m( . 。该 建筑功 能复 杂 , 间 空 多变 , 多处开有大洞 、 设置大悬挑走廊及大跨度 连廊 , 以及抽柱 形 成的大跨度框架 , 面设置大跨钢结构 , 屋 整体 结构非 常复杂 。

型钢混凝土在大跨度结构中的应用

型钢混凝土在大跨度结构中的应用

型钢混凝土在大跨度结构中的应用摘要:本文主要探讨了型钢混凝土在大跨度结构中的应用,对型钢混凝土构件与普通混凝土结构在承载能力极限状态与正常使用极限状态下的性能进行比较,并对梁柱节点构造进行了探讨。

关键词:型钢混凝土极限承载力挠度节点构造型钢混凝土(SRC)结构简介1.1型钢混凝土结构的特点(1)SRC结构承载能力高、刚度大。

SRC构件的内部型钢与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。

且克服钢结构耐火性、耐久性差及易屈曲失稳等缺点,使型钢性能得以充分发挥,并能充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉压性能。

(2)SRC结构抗震性能好。

外包混凝土对型钢形成较强的约束作用,可防止型钢的局部屈曲,提高型钢骨架的整体刚度和抗扭能力。

由于配置了型钢,大大提高了构件的承载力,尤其是采用实腹型钢的SRC构件,其抗剪承载力有很大提高,并大大改善了受剪破坏时的脆性性质,使之具有比钢筋混凝土结构构件更好的延性和耗能性能,体现出优良的抗震性能。

(3)SRC结构综合经济效益好。

由于SRC结构能充分利用混凝土抗压性能好的优点,与钢结构相比可节省约1/3的钢材,同时没有钢结构防锈、防腐蚀、防火性能差,需要经常维护的缺点。

与钢筋混凝土结构相比,相同的承载能力情况下,截面更小,自重更轻,布置更灵活。

1.2现阶段存在的问题(1)施工难度较大。

SRC结构为型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝土的结构,需要在有限的构件截面内按照图纸的要求准确放置型钢、纵筋、箍筋,尤其是梁柱节点部位,梁主筋需要解决与柱内型钢相交的问题,而柱主筋也需要解决与梁内型钢相交的问题,此外还有柱箍筋的套箍问题,箍筋在节点区内与型钢的相交问题。

各种钢筋交叉、穿孔,对精度要求很高,对设计、施工人员的素质要求也很高。

(2)施工组织要求高。

SRC构件多见于结构的重要部位,如转换结构或大跨结构、超高结构,本身施工难度就已较大,而SRC构件又要求以先型钢安装-后绑扎钢筋-再浇捣的顺序的施工,工序多,专业多,要求高。

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型钢混凝土在大跨度结构中的应用摘要:本文主要探讨了型钢混凝土在大跨度结构中的应用,对型钢混凝土构件与普通混凝土结构在承载能力极限状态与正常使
用极限状态下的性能进行比较,并对梁柱节点构造进行了探讨。

关键词:型钢混凝土极限承载力挠度节点构造
型钢混凝土(src)结构简介
1.1型钢混凝土结构的特点
(1)src结构承载能力高、刚度大。

src构件的内部型钢与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。

且克服钢结构耐火性、耐久性差及易屈曲失稳等缺点,使型钢性能得以充分发挥,并能充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉压性能。

(2)src结构抗震性能好。

外包混凝土对型钢形成较强的约束作用,可防止型钢的局部屈曲,提高型钢骨架的整体刚度和抗扭能力。

由于配置了型钢,大大提高了构件的承载力,尤其是采用实腹型钢的src构件,其抗剪承载力有很大提高,并大大改善了受剪破坏时的脆性性质,使之具有比钢筋混凝土结构构件更好的延性和耗能性能,体现出优良的抗震性能。

(3)src结构综合经济效益好。

由于src结构能充分利用混凝土抗压性能好的优点,与钢结构相比可节省约1/3的钢材,同时没有钢结构防锈、防腐蚀、防火性能差,需要经常维护的缺点。

与钢筋混凝土结构相比,相同的承载能力情况下,截面更小,自重更轻,
布置更灵活。

1.2现阶段存在的问题
(1)施工难度较大。

src结构为型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝土的结构,需要在有限的构件截面内按照图纸的要求准确放置型钢、纵筋、箍筋,尤其是梁柱节点部位,梁主筋需要解决与柱内型钢相交的问题,而柱主筋也需要解决与梁内型钢相交的问题,此外还有柱箍筋的套箍问题,箍筋在节点区内与型钢的相交问题。

各种钢筋交叉、穿孔,对精度要求很高,对设计、施工人员的素质要求也很高。

(2)施工组织要求高。

src构件多见于结构的重要部位,如转换结构或大跨结构、超高结构,本身施工难度就已较大,而src构件又要求以先型钢安装-后绑扎钢筋-再浇捣的顺序的施工,工序多,专业多,要求高。

对各工种协调、进场顺序,吊装设备,人员施工空间等等在时间上、空间上、人员进退场安排上都提出了很高的要求。

工程实例
概况
本工程为大型会议中心,地下两层,地上四层。

室内空间复杂,在各层布置多个大小会议室,最大跨度达到25.8m。

并且由于业主的要求,屋顶具有屋顶花园的功能。

因此某些部位的梁具有跨度大,受荷大的特点。

经过多方案的比较,决定采用在钢筋混凝土框架结构的基础上,在重要部位构件使用型钢混凝土梁柱的方案。

图一:屋顶层结构布置图
型钢混凝土构件截面设计
从图一可以看出,仅在顶层,就设置有四片大空间,梁跨度均在25~26m之间,为使结构受力明确,在此处均采取了类似的主次梁结构布置,使得各榀框架传力路径明确且具有相似的受力情况。

现取出其中某一榀框架进行分析,见图二。

图二:某榀框架详图
注:src:型钢混凝土构件 rc:钢筋混凝土构件
该榀框架在三层及屋顶层均为25.8米跨度的大梁,根据构造要求,两侧梁内宜各延伸四分之一跨的型钢,在本例中,两侧均采用全跨延伸的方式,以起到更好的平衡弯矩,减小大跨度梁的挠度的作用。

与型钢混凝土梁相连的框架柱相应设为型钢混凝土柱。

从图中可见,外侧两根柱仅起到型钢骨架的作用,因此仅伸至一层楼面为止,而中间的两根框架柱,由于所需承担的受力较大,地下一层仍需设置型钢混凝土柱,根据构造要求,并考虑施工因素,柱内型钢伸至基础面。

2.2.1 承载能力极限状态计算
本工程采用中国建筑科学研究院编制的“多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件“satwe”的内力分析结果,屋顶层25.8米跨度大梁的跨中弯矩设计值m跨中=12052kn/m2,支座弯矩设计值m支座=10386 kn/m2,剪力v=3092kn。

根据上述内力,梁截面采用550mmx2000mm,梁内型钢采用h1650x300x25x38(图二a-a剖面)。

此外根据框架受力特点,柱内型钢也采用h型钢,详图二b-b剖面。

根据《型钢混凝土组合技术规程》5.4.2条,梁受拉钢筋配筋率宜大于0.3%,取跨中下部钢筋面积为550x2200*0.003=3300时,梁正截面承载力容许值为14266.8 kn/m2>m跨中,抗弯承载能力满足要求。

=6740.5kn>v,型钢已能满足斜截面抗剪要求,梁箍筋按构造要求配置即可。

2.2.2 正常使用极限状态验算
根据规范要求,构件设计不仅需满足承载能力的要求,在正常使用极限状态下也必须同时满足要求,本例中挠度限值为1/300,且由于上部为屋顶花园,最大裂缝宽度限值也要求较高,需要达到0.2mm。

《型钢混凝土组合技术规程》5.2条规定:最大裂缝宽度应按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行计算。

《型钢混凝土组合技术规程》中最大裂缝宽度计算公式
(5.2.2-1)
以梁跨中下表面为例,如按构造配筋,根据裂缝计算公式算得最大裂缝宽度为0.425mm>0.2mm,将无法满足裂缝最大限值的要求。

由公式可见,减少考虑型钢受拉翼缘与部分腹板及受拉钢筋的钢筋应力值可以有效减小裂缝宽度。

由于使用功能限制无法继续加大截面的情况下,增配钢筋也是一种减少钢筋应力值从而达到减小裂缝目的的途径。

根据试算,当钢筋增配至22根28时,裂缝宽度
为0.186mm<0.2mm,满足要求。

在确定上下表面配筋的情况下,根据《型钢混凝土组合技术规程》5.3条规定,由结构力学方法计算得到的最大挠度d=61.7mm,计算跨度l=25800mm。

l/d=418>300,满足挠度限制要求。

最终该梁截面及型钢仍保持最初设计,而配筋则由最初的最小配筋率控制加大至上部14根28,下部22根28。

由上述计算可见,在跨度较大、承受荷载较大的情况下,往往是正常使用极限状态对设计起了控制作用,如单纯只考虑承载能力,型钢混凝土梁的截面可以设计得更小。

梁柱节点设计
型钢混凝土框架梁柱节点应构造简单、受力明确,便于混凝土浇捣和配筋。

尽管《型钢混凝土组合结构构造图集》中已有较成熟、详细的构造做法。

但由于图集中所示节点往往钢筋数量较少,而实际情况多种多样,并不能处处如图集中所示般理想,例如本工程地下二层为防空地下室,型钢柱在地下一层与人防顶板相交,梁内钢筋众多,这种情况参照图集已经很难给出解决方案。

如何解决好钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的节点区钢筋锚固问题,也成为了本工程的一个难点。

在借鉴图集的构造做法之外,本工程节点设计时尚遵守以下几点原则:
(1)型钢采用柱贯通型,型钢梁与型钢柱的连接采用刚性连接,其中翼缘与柱上型钢翼缘采用全熔透焊缝连接,腹板采用高强螺栓连接。

(2)钢筋选筋尽量采用大直径钢筋,以减少钢筋根数。

(3)框架梁柱的纵向受力钢筋在框架节点区的锚固和搭接应满足《混凝土结构设计规范》的要求,钢筋尽量避开型钢,当无法避开时,则根据以下不同情况采取不同的构造措施:
梁主筋遇柱内型钢时(图三),当钢筋在柱型钢强轴方向,则应避免在翼缘开孔,采取加设钢牛腿的做法,且柱型钢内在牛腿翼缘标高处应设置加劲肋使水平力传递。

钢筋采用机械锚固的形式焊于牛腿翼缘之上,(上部钢筋第二排钢筋可采用仰焊锚固在翼缘的反面,而下部钢筋不宜按照上部钢筋的办法处理,因为下部第一排钢筋在下,第二排钢筋在上,如仍按上述办法则绝大多数的钢筋都将采用仰焊的形式,难以保证施工质量)。

当钢筋在柱型钢的弱轴方向,钢筋优先以机械锚固的形式焊于加劲肋上,如数量较多,也可采取腹板穿孔的方式在柱内锚固。

图三
柱主筋遇梁型钢翼缘时(图四),采用短钢筋在上下两端穿孔塞焊的方法穿过,再在钢筋两端连接上下层主筋
图四图五
柱箍筋遇梁型钢腹板时,采取在腹板上开孔穿过或焊于型钢上额外增设的小钢板处理措施,同时尚应设计好箍筋的断开位置及箍筋长度,保证箍筋可靠箍住柱内主筋。

本工程由于型钢混凝土梁均设置在三层及屋顶层,型钢混凝土柱在底层所受弯矩较小,因此在设计中采用了非埋入式柱脚(图
五),也在一定程度上减少了施工难度,避免了因型钢埋入基础而造成的与基础梁、承台的大量钢筋交叉的情况。

(4)钢筋与牛腿焊接均在工厂内加工,再在现场采用钢筋连接套筒与梁内钢筋连接,所有型钢开孔均应根据钢筋直径及实际位置放样,并应在工厂加工完成,不得在现场临时加工。

通过上述原则的制定,并与钢结构施工单位、土建施工单位密切配合,确定焊接钢筋牛腿的标高、钢柱腹板穿孔的标高,使得本工程在施工时较为顺利。

小结
本文以某大型会议中心工程为实例,探讨了型钢混凝土结构在大跨度结构中的应用。

并对型钢混凝土结构梁柱节点在钢筋较多情况下的节点构造提出了可行的解决方案。

为类似工程提供了实践经验。

注:文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。

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