型钢混凝土结构设计要点研究
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型钢混凝土组合结构设计要点型钢混凝土组合结构是指将型钢和混凝土结合起来形成一种新型的结构体系。
它集型钢的抗弯刚度和混凝土的抗压性能于一身,具有较高的承载能力和良好的耐久性。
在型钢混凝土组合结构的设计过程中,有一些关键要点需要注意。
1.结构布局:在设计过程中,应合理确定型钢和混凝土的布置,确保其协同工作。
一般情况下,型钢多用于抗弯构件,而混凝土则用于承压构件。
要根据实际情况选择适当的型钢和混凝土的布置方式,以充分发挥它们各自的优势。
2.强度设计:型钢混凝土组合结构的设计应满足一定的强度要求。
在设计中,需要根据结构的受力特点和荷载情况,采用合适的强度理论进行计算。
常用的强度理论包括弯曲破坏理论、屈服线理论和极限状态设计理论等。
根据不同的设计要求,选择合适的理论进行计算,确保结构的安全可靠。
3.抗震设计:抗震性能是型钢混凝土组合结构的重要设计指标之一、为了提高结构的抗震能力,应采取适当的抗震设计措施。
常见的抗震设计方法包括增加结构的刚度和强度、采用隔震和减震措施等。
在抗震设计中,应考虑到型钢和混凝土的相互作用,确保结构的整体抗震性能。
4.连接设计:型钢混凝土组合结构的连接设计是关键的一环。
连接部位牵涉到型钢和混凝土的协同工作,直接影响结构的整体性能。
在连接设计中,应选择适当的连接方式和连接件,使之能够满足结构的强度要求和刚度要求。
常用的连接方式包括焊接、螺栓连接和钢筋混凝土粘结等。
5.耐久性设计:型钢混凝土组合结构的耐久性设计非常重要。
由于型钢和混凝土具有不同的材料性质,容易发生腐蚀和锈蚀等问题。
因此,在设计过程中需要充分考虑结构的耐久性要求。
一般采用防腐措施和防护措施,延长结构的使用寿命。
6.施工技术要求:在型钢混凝土组合结构的设计中,施工技术要求非常关键。
要根据各个构件的特点和施工工艺的要求,制定详细的施工技术方案,并且监督施工过程中的质量控制,确保结构能够按照设计要求进行施工。
总之,型钢混凝土组合结构设计是一个复杂而繁琐的工作,需要综合考虑结构的力学性能、抗震性能、耐久性能和施工技术要求等方面。
型钢混凝土组合结构施工技术难点分析研究摘要:型钢混凝土组合结构已经得到广泛应用,本文主要介绍了它的特点及优缺点,并结合工程实例,对型钢混凝土结构从技术难点、质量控制进行了分析,并提出优化及解决措施。
关键词:型钢混凝土组合结构;技术难点;质量控制;图纸优化一、型钢混凝土组合结构技术特点(一)型钢混凝土组合结构的优点:型钢混凝土与钢结构相比,有以下优点:(1)外包混凝土可以对型钢形成有效约束,可以有效防止钢构件的局部和整体失稳,从而使钢材的强度得到充分发挥,与钢结构相比,可以有效节约钢材,节省钢材可达50%或者更多;(2)外包混凝土可以帮助型钢防锈、防火、防腐、耐久性提高,从而大大减少钢结构的维护费用;(3)型钢混凝土构件的刚度是混凝土和型钢两部分的叠加,与钢结构相比结构的刚度和阻尼均有明显提高,有利于控制结构变形。
型钢混凝土与普通混凝土相比,有以下优点:(1)型钢混凝土结构中的型钢不受含钢率的限制,使得型钢混凝土构件的承载力较相同面积的钢筋混凝土构件承载力可以提高一倍以上;在相同承载力的情况下,型钢混凝土结构可以减小构件尺寸,增加使用面积、净高,取得更好的建筑效果;(2)型钢混凝土结构中由于型钢的存在使得结构的抗剪能力和延性得到很大提高,所以其特别适宜用于地震地区、尤其是高烈度地区;(3)型钢骨架在浇注混凝土之前已形成钢架,整体稳定性和局部稳定性好,同时可以承受施工荷载,提高周转料具周转速度,从而加快施工进度,降低施工成本。
(二)型钢混凝土组合结构的缺点:(1)与钢筋混凝土结构相比,用钢量较大;(2)节点构造比较复杂、柱箍筋配置密集,混凝土浇筑困难,施工工艺复杂,施工质量不易控制,对施工要求高;(3)工程造价相对较高。
二.型钢混凝土结构在实际施工中的技术难点分析(一)梁柱节点处钢筋难点技术质量控制目前实腹式型钢混凝土组合结构在实际应中范围较广,因此其框架梁柱节点处钢筋质量控制、柱箍筋质量控制、混凝土浇筑质量控制等方面往往是施工单位面临的最大技术难点。
型钢梁、混凝土框架柱结构设计要点汇总1、参考规范《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138-2001)《钢骨混凝土结构技术规程》(YB 9082-2006)2、型钢混凝土组合结构的相关构造规定1)抗震等级确定:型钢混凝土组合结构分为全部结构构件采用型钢混凝土的结构和部分结构构件采用型钢混凝土的结构。
注意:整体框架结构仅少量几根转换梁使用型钢梁,其他均为普通混凝土构件,整体框架结构可按普通框架结构按《抗规》确定抗震等级,再在此基础上将转换梁及转换柱抗震等级提高一级即可;2)位移比、挠度及裂缝限值要求:在PKPM中,应在梁施工图模块中查看梁挠度(为弹塑性挠度),不应在SATWE中查看弹性挠度(该数值永远不会变红),若弹塑性挠度飘红,可考虑受压楼板翼缘作用,该选项有利于减少计算挠度值;3)钢筋直径及混凝土保护层厚度要求:4)型钢宽厚比要求:5)栓钉直径要求:在需要设置栓钉的部位,可按弹性方法计算型钢翼缘外表面处的剪应力,相应于该剪应力的剪力由栓钉承担;栓钉承载力应按国家标准《钢结构设计规范》GBJ 17-88的规定计算。
型钢上设置的抗剪栓钉的直径规格宜选用19mm和22mm,其长度不宜小于4倍栓钉直径,栓钉间距不宜小于6倍栓钉直径。
6)型钢含量控制也可参考:《钢骨混凝土结构技术规程》(YB 9082-2006)P1067)含型钢梁的框架结构中其他普通构件的配筋率要求普通混凝土转换柱配筋率尽量不超过4%,普通混凝土梁纵筋配筋率不应超过2%。
;当柱配筋率飘红时,可提高混凝土强度等级、增大截面宽度等措施;3、PKPM分析要点1)在PMCAD中确定型钢钢材型号《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138-2001)规定:型钢混凝土组合结构的混凝土强度等级不宜小于C30;2)在特殊构件中需定义转换梁和转换柱以上就是型钢梁、混凝土框架柱结构设计要点汇总相关介绍,想了解更多的相关信息,欢迎关注本店铺进行查询。
型钢混凝土组合结构设计摘要:组合结构的使用已经广泛,其中钢与混凝土的组合结构是最为常见的结构形式,而且相当成熟,已经自成独立的结构体系。
在我国,组合结构仍属新的结构形式,随着大量建筑物的兴建,组合结构作为新兴结构得到越来越广泛的采用,应用前景越来越好。
所以,对钢与混凝土组合结构的结构形式及性能特点有一定的了解是很有必要的。
关键词:型钢混凝土;组合结构;计算;要求引言近年来,随着我国建筑业的快速发展,型钢混凝土组合结构在各种工程结构中得到了更为广泛的应用。
在大跨度建筑、高层以及超高层建筑工程中,型钢混凝土组合结构体现出了比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越的特性。
一、型钢混凝土结构的概述由混凝上包裹型钢做成的结构被称为型钢混凝土结构。
它的特征是在型钢结构的外面有一层混凝土的外壳。
型钢混凝土中的型钢除采用轧制型钢外,还广泛使用焊接型钢。
此外还配合使用钢筋和钢箍。
我国过去也采用劲性钢筋混凝土这个名称。
型钢混凝土梁和柱是最基本的构件。
型钢可以分为实腹式和空腹式两大类。
实腹式型钢可由型钢或钢板焊成,常用的截面型式有I、H、工、T、槽形等和矩形及圆形钢管。
空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢而组成。
型钢混凝土框架是由型钢混凝土柱以及梁构成的,框架的组合形式多样,有钢筋混凝土梁、组合梁以及钢梁。
通常钢筋混凝土剪力墙在高层建筑型钢混凝土框架设置比较常见,此外型钢支撑或者型钢桁架也比较多见,由此型钢混凝土剪力墙的组合形式就比价多样,其抗剪性能也比一般的钢筋混凝土要好很多,其使用作用在建筑工程结构中会更好地发挥。
二、型钢混凝土结构的优点分析1、型钢混凝土的型钢可不受含钢率的限制,其承载能力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力一倍以上;可以减小构件的截面,对于高层建筑,可以增加使用面积和楼层净高。
2、型钢混凝土结构的施工工期比钢筋混凝土结构的工期大为缩短。
型钢混凝土中的型钢在混凝土浇灌前已形成钢结构,具有相当大的承载能力,能够承受构件自重和施工时的活荷载,并可将模板悬挂在型钢上,而不必为模板设置支柱,因而减少了支模板的劳动力和材料。
某高层型钢混凝土结构设计分析【摘要】型钢混凝土组合结构,由于其承载能力高、刚度大及抗震性能好等优点,已越来越多地应用于大跨结构和地震区的高层建筑以及超高层建筑。
本文以某工程为例,阐述了型钢混凝土结构设计要点和优化关键技术。
【关键词】型钢混凝土;节点构造;设计优化由于建筑造型的多样化程度日显、建筑内部使用功能的要求越来越高,对建筑结构设计提出来更新、更高的要求。
型钢混凝土框架+剪力墙结构由于其承载能力高、刚度大、增加结构空间净空高度及抗震性能好等优点,已越来越多地被应用于大跨结构、高层建筑以及超高层建筑。
型钢混凝土组合结构能充分发挥钢和混凝土结构的各自优势,是一种经济、有效的结构体系具有广阔的应用前景。
本文以某工程结构设计为例,阐述了型钢混凝土结构设计要点及设计优化关键,与同行交流。
一、工程概况某工程扩大初步设计。
该项目含两幢高度147米的写字楼和两幢135高度米的公寓楼,以及占地面积105m×177m的地下车库及下沉式地下广场,总建筑面积约10万m2。
其中,办公楼:地下3层,地上25层,建筑总高度147m,采用筒中筒结构体系,地下及地上3层外框筒柱采用钢骨混凝土。
公寓:地下3层,地上27层,建筑总高度135m,采用剪力墙结构体系。
二、结构选型及计算分析1.结构选型。
由于建筑物地上三部分刚度差异较大,难以作为整体结构设计,因此把地上作为4栋不同的建筑物分别设计。
大底盘地下室按多塔结构计算,以考虑上部建筑物对其影响。
写字楼系乙类建筑,设计耐久年限100年,故抗震措施按9度设防,设计地震作用放大系数取1.2。
层高3.8m,标准层层高3.2m。
该楼使用荷载较大,使用荷载若采用普通钢筋混凝土结构将导致非常大的梁柱断面,严重影响建筑使用空间,以致不能满足后期使用要求。
最早曾提出过采用纯钢筋混凝土结构,采用宽扁梁来解决外柱至核心筒的距离较大的问题,梁高控制在800,经过stawe计算,梁宽需要800以上,梁配筋:支座不小于14ф25,跨中要大于或等于10ф25。
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。
带转换层型钢混凝土框架-核心筒结构设计要点摘要: 带转换层型钢混凝土框架-核心筒结构是我国高层建筑中常用的混合结构体系。
本文在6个三维有限元模型基础上,对影响带转换层型钢混凝土框架-核心筒结构的几个因素进行了分析,并探讨了设计要点。
关键字: 转换层、型钢混凝土框架、核心筒、有限元模型随着我国社会经济的快速发展,高层建筑不断拔地而起。
目前常用型钢混凝土框架-核心筒结构在遭遇地震时,不能合理地分担地震力,从而缺乏协调的抗震性能,致使高层建筑在强地震中会处于缺乏二道防护的功能。
为更好保证常用型钢混凝土框架-核心筒结构能够在强地震区得到更广泛的认可与应用,针对常用型钢混凝土框架-核心筒结构的特点,通过加强型钢混凝土柱外框架的抗弯、抗拉、抗剪性能对型钢混凝土框架-核心筒结构进行设计,从而增强该结构的二道防护功能。
1. 型钢混凝土框架-核心筒结构的特点型钢混凝土框架-核心筒结构是符合我国目前国情的,是目前我国高层建筑中应用广泛的混合结构体系之一。
该混合结构体系具有以下优点:(1)该结构自重轻、造价低廉,且具有良好的耐火性和耐久性;(2)该结构具有的抗侧移刚度和结构的延性。
在水平荷载作用下,结构的侧向变形可以得到较好地控制,尤其是在风载作用下的水平位移较小,使得人们居住的舒适度大大提高,且有利于抗震的需求。
但是在混合结构中,型钢混凝土框架-核心筒结构承担了水平地震作用和风荷载作用下大部分楼层的剪力,框架除承担建筑物的竖向荷载外,承担部分水平荷载作用下产生的倾覆力矩;在强烈地震作用下,核心筒剪力墙刚度出现退化,框架不能合理地分担地震力,从而缺乏协调的抗震性能,致使高层建筑框架在强地震中会处于缺乏二道防护的功能。
通常在高层建筑的上部楼层与下部楼层轴线错位处或者竖向结构形式差异明显处会设置转换层,因此,对带转换层型钢混凝土框架-核心筒混合结构进行设计及优化是非常重要的。
2. 带转换层型钢混凝土框架-核心筒混合结构设计2.1 工程概况某项高层建筑工程实际结构为35层型钢混凝土框架-核心筒混合结构,结构总高109.5米,第三层为转换层,1、2层层高均为4.5米、3~35层为3米,内部混凝土核心筒至上而下贯通整个结构,外围型钢混凝土框架由底部稀柱通过SRC大梁转换为上部密柱。
型钢混凝土设计要点型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,简称SRC)结构是以型钢为骨架并在型钢周围配置钢筋和浇筑混凝土的埋入式组合结构体系。
由于型钢混凝土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,因此型钢混凝土结构在我国已得到日益广泛的应用。
01SRC组合结构的结构类型早年美国及日本为了解决钢结构建筑的耐火、耐久性及增加钢结构房屋的抗水平力作用的刚度和避免受压屈曲, 简单地在钢结构外部包围以砖石砌体, 在静载作用时取得一定的效果, 日本关东大地震, 建筑物震害严重, 但是, 钢结构外包钢筋混凝土的建筑(日本兴业银行大楼) 却没有震害, 这才开始确认了SRC 结构的抗震性, 以后再经过多次大地震害调查, 又进一步证实实腹式型钢的结构(SRC结构) 的抗震性能是优越的。
SRC结构兼有钢结构和钢筋混凝土结构的各自优点, 而又克服了他们在单独使用时的一些缺点。
目前SRC结构构件在各种结构体系中的应用一般有以下方式:(1) SRC纯框架或支撑框架结构;(2) SRC框架(框筒) ———SRC剪力墙(核心筒)或钢筋混凝土剪力墙(核心筒) 结构;(3)地下室或底部若干层采用SRC, 上部采用钢结构;(4)地下室或底部若干层采用SRC, 上部采用钢筋混凝土结构;(5)框架柱采用SRC, 梁采用钢或钢筋混凝土;(6)在一般剪力墙和筒体———剪力墙中采用SRC剪力墙。
02SRC梁正截面承载力计算方法型钢混凝土结构可根据内部配钢形式的不同分为实腹式和空腹式两大类。
实腹式型钢通常采用由钢板焊接拼制成或直接轧制而成的工字型、H 型、口字型、十字型截面等;空腹式型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢构成空间桁架式骨架。
目前对于实腹式型钢混凝土梁抗弯承载力的计算方法,国内外主要采用以下3 种计算方法,即:(1)折算刚度法:考虑外包混凝土的折算刚度,按钢结构设计方法计算。
型钢混凝土组合结构施工要点分析摘要:近年来,我国城市人口爆炸式增长,城市居民对居住环境的要求也越来越高,所以为了满足越来越密集的城市人口的这种需求,各种高层建筑拔地而起。
由于高层建筑结构比较复杂,为了进一步完善高层建筑的使用效果,型钢混凝土组合结构应运而生。
这种组合结构不光在我国得到广泛应用,在世界各国都成为建筑的主要结构。
由此可见,深入研究这一组合结构的施工技术,对我国乃至世界的建筑行业发展,都有一定的积极意义。
关键词:型钢混凝土;组合结构;施工要点1型钢混凝土组合结构概述所谓的型钢混凝土结构,具体指的就是配置型与少量受力钢筋、构造钢筋混凝土结构。
结构主要包括空腹式型钢混凝土与实腹式型钢混凝土两种类别。
因此,结构机制具有较高的强度与刚性,且延性良好,防火耐腐蚀性和抗震性突出,因而在不同类型的高层建筑结构中得到了广泛应用。
较之于钢结构,型钢混凝土结构能够节省超过一半的钢材,工程项目造价也明显减少。
另外,型钢混凝土结构是被混凝土包裹,所以结构本身的耐火性与耐久性均明显提高,也规避了钢构件防腐蚀、防锈及防火性薄弱问题带来的负面影响。
与钢筋混凝土结构相比,型钢混凝土结构使得构件截面尺寸与自重明显减少,使其使用空间与使用面积不断增大,为强化空间与平面布局的灵活性奠定了坚实基础。
2型钢混凝土组合结构施工要点2.1做好梁柱节点二次深化设计梁柱节点的构造是最具有难度的,同时也是最重要的。
这个部分的施工会直接影响到整个梁柱结构的稳定性,所以大多数情况下都是被当成关键环节来设计并进行。
在设计时通常需要对这个部分做二次深化设计,做好框架接口与型钢柱之间衔接的施工。
在这个设计中还要进行分层与分柱,这种方式可以显著减少出现错误的情况。
划分的合理性决定了最终质量,所以要参照相关标准来完成。
2.2吊装方案的设计吊装工作会受到很多因素的影响,所以必须要提前进行设计,还需要仔细考察周边情况。
设计时,通常需要考虑几个主要的问题。
新疆乌市南湖小区商住楼型钢混凝土结构设计要点研究作者:林秤群来源:《城市建设理论研究》2013年第20期摘要:文章简要介绍了型钢混凝土构件的特性和性能,从而结合新疆乌市南湖小区商住楼型钢混凝土结构实例,针对高层建筑型钢混凝土组合结构的设计要点进行了研究,主要从结构构造要求、结构柱设计、节点构件设计等几个方面进行了论述,旨在有效保证建筑结构设计质量及节约建筑成本。
关键词:型钢混凝土;结构构件;型钢制作;节点构造中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:引言:近年来,随着建筑数量不断增多,建筑造型日益趋向多样化,人们对建筑结构设计的要求越来越高。
型钢混凝土组合结构,它具有钢结构和混凝土结构的承载能力高、刚度大、耐火性、耐久性及抗震性能好等双重优点,所以广泛应用于大跨结构、高层建筑以及超高层建筑。
型钢混凝土组合结构能充分发挥钢和混凝土结构的各自优势,是一种经济、有效的结构体系,值得大家去推广与应用。
本文以新疆乌市南湖小区商住楼型钢混凝土结构设计为例,论述了型钢混凝土结构设计要点及构造要求,以供大家参考。
一、型钢混凝土结构构件特点与性能1.1 型钢混凝土构件(1)型钢混凝土梁,常见的截面形式如图1。
其中型钢骨架一般采用实腹轧制工字钢或由钢板拼焊成工字形截面。
设置型钢的混凝土梁,其承载力高于普通混凝土梁。
图1 型钢混凝土梁(2) 型钢混凝土柱。
目前工程中常用的型钢混凝土柱,钢筋混凝土柱中增设了型钢,常见的截面形式如图2。
图2 型钢混凝土柱(3) 型钢混凝土剪力墙和筒体。
型钢混凝土剪力墙通常是在墙的两端、纵横墙交接处、洞口两侧以及沿实体墙长度方向每隔不大于6m处设置型钢暗柱或在端柱内设置型钢芯柱。
(1)与钢筋混凝土构件相比较,具有以下特点:型钢骨架与外包钢筋混凝土形成整体,共同受力,提高结构的承载力;在承载力相同情况下,有效地减小构件的截面尺寸,增加实际使用面积;由于材料强度的提高和结构截面尺寸的减小,结构的自重有所减小,相对钢筋混凝土结构,混合结构的基础造价降低;抗震性能、构件延性好。
型钢混凝土科研课题
1. 型钢混凝土科研课题
(一)研究背景
型钢混凝土结构一直是建筑工程的常用材料,它的直接使用可以显著提高建筑物的耐久性、稳定性和建造成本。
随着建设工作越来越复杂,型钢混凝土结构的理解和研究变得越来越重要。
(二)研究性质
本课题将重点研究型钢混凝土结构的力学特性,特别是其耐久性、稳定性及其它力学性能,以进一步深入理解和研究型钢混凝土结构。
(三)研究内容
1. 对型钢混凝土结构的基本力学特性(包括外力承载能力、强
度及其它力学特性)进行详细分析和研究,明确其耐久性和稳定性;
2. 对型钢混凝土结构的施工技术、质量控制及现场管理等进行
分析,以确保施工质量;
3. 建立型钢混凝土结构的数值模型,用以分析其各种特性和性能;
4. 进行有针对性的深入研究,如型钢混凝土结构的耐久性、热
膨胀和抗震等。
(四)研究成果
本课题的完成,将有助于提高型钢混凝土结构的工程实用性,增强针对建筑物结构的设计和分析能力,为建筑结构的改建和改建提供良好的参考研究。
型钢混凝土结构设计要点研究
介绍型钢混凝土结构应用领域和主要特点,分析了型钢混凝土结构计算理论和设计方法,并阐述了型钢混凝土结构设计过程中需要重点注意的相关构造要求。
标签:型钢混凝土结构特点设计方法构造要求施工措施
随着我国经济快速发展,各个大城市兴建了大量的高层建筑和大跨度公共建筑,这些建筑物多数采用钢筋混凝土结构,随着建筑高度和跨度的增加,构件截面的尺寸显得过大,占据了较多的使用面积,对建筑使用功能和外观效果产生了较大影响,钢与混凝土组合结构可以较好得解决这个问题,因此逐渐得到了广泛应用。
组合结构形式主要包括钢管混凝土柱、钢板混凝土剪力墙、钢与混凝土组合梁和组合楼板等,其中型钢混凝土结构体系可以有效减小梁柱构件尺寸,尤其适用于高层建筑和大跨度公共建筑领域。
1、型钢混凝土结构的特点
型钢混凝土结构是由内部型钢骨架和外包钢筋混凝土所形成的组合结构,即核心部分为轧制或焊接型钢型为主的钢结构构件,型钢外部配置适当纵向受力主筋和箍筋的混凝土结构,这些钢筋主要是为了约束混凝土,同时构件计算中亦考虑其受力。
型钢混凝土结构由钢结构和混凝土结构组合的目的是希望得到单一结构不具有的结构性能或发挥多种结构合理、有序的组合之后结构体系的综合性能,其主要特点为:
1.1型钢混凝土结构相比普通钢筋混凝土结构,构件的承载力有显著提高,从而可以有效减少构件的截面面积,为实现建筑功能创造较好的条件,同时可以降低建筑的造价,产生较好的经济效益。
型钢混凝土结构施工时可以利用型钢骨作为模板支撑构件,承担施工阶段荷载,减少脚手架布置,降低工程费用提高施工进度。
1.2型钢混凝土结构相比钢结构,外包混凝土可以防止内部型钢的局部屈曲,并能显著改善钢构件抵抗平面外扭转屈曲性能,使钢骨的钢材强度得以充分发挥。
钢筋混凝土可以增加结构的刚度和阻尼比,有利于控制风或地震作用下高楼结构的变形和风震加速度。
外包钢筋混凝土作为钢材的保护层,大大提高了结构的耐久性和防火性能。
1.3型钢混凝土内部型钢提高了构件的含钢量,可以有效提高结构整体的延性,从而改善强混凝土本身延性差的缺点,增强了结构及构件的抗震性能。
2、型钢混凝土结构设计方法
型钢混凝土结构的特殊性及其应用目的侧重点不同,各国有关型钢混凝土结构的设计理论主要有4种设计方法:叠加法、钢筋混凝土法、半经验半理论法、钢结构理论法。
、
我国《组合结构设计规范》(JGJ138-2016)主要采用半经验半理论法进行设计计算,此方法是将钢骨混凝土看作一个整体,假定在外荷载作用下截面的混凝土、钢筋和型钢的应变保持平面,破坏形态以型钢受压翼缘以上混凝土突然压碎、型钢翼缘达到屈服为标志,基本性能与钢筋混凝土压弯构件相似。
通过试验和理论模型分析影响其承载力的因素,然后以试验数据为基础进行回归分析,得出承载力的计算公式。
这种方法从实际出发同时又结合了理论分析,能较好地反映构件本身的受力性能。
型钢混凝土构件的裂缝计算,基于把型钢翼缘作为纵向受力钢筋,且考虑部分型钢腹板的影响,按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010有关裂缝宽度计算公式的形式,建立了型钢混凝土梁在短期效应组合作用下并考虑长期效应组合影响的最大裂缝宽度计算公式。
型钢混凝土梁在正常使用极限状态下的挠度,可根据构件的刚度采用结构力学的计算方法计算。
试验表明,型钢混凝土梁在加载过程中截面平均应变符合平截面假定,且型钢与混凝土截面变形的平均曲率相同,因此截面抗弯刚度可采用钢筋混凝土截面抗弯刚度和型钢截面抗弯刚度叠加的原则处理。
3、型钢混凝土结构主要构造要求
为了充分发挥型钢混凝土中钢材的作用和保证构件在地震作用下有必要的承载力和延性,混凝土的强度不宜低于C30。
基于目高强混凝土的脆性和研究不充分,高烈度地区建议控制混凝土标号不超过C60。
为了保证框架梁对框架节点的约束作用,以及便于型鋼混凝土梁的混凝土浇筑,框架梁的截面宽度不宜小于300mm。
为保证梁底部混凝土浇筑密实,梁中纵向受力钢筋不宜超过二排,如超过二排,施工上应采取措施,如分层浇筑等,以保证梁底混凝土密实纵向受拉钢筋直径宜取16~25mm,净距不宜小于30mm 和1.5倍纵筋直径,从而保证混凝土与钢筋与型钢有良好的粘结力,同时,也有利于梁在正常使用极限状态下的裂缝分布均匀和减小裂缝宽度。
梁两侧沿高度每隔200mm应配置一根腰筋,其目的是增加箍筋、纵筋、腰筋所形成的整体骨架对混凝土的约束作用,同时也有助于防止由于混凝土收缩引起的收缩裂缝的出现。
型钢混凝土结构梁与梁连接、柱与梁连接等节点位置,主梁、次梁和柱钢筋密集,钢结构节点板设置复杂,应保证型钢的锚固和传递,同时需要考虑施工条件,是型钢混凝土结构设计的难点和重点。
混凝土梁内纵筋不宜穿过柱内型钢翼缘,也不得与柱内型钢直接焊接,但梁内部分纵筋无法避开柱内型钢时,可以采用纵筋与柱型钢上设置的钢牛腿可靠焊接、或者部分纵筋绕过型钢翼缘在柱内型钢腹板预留贯穿孔、纵筋和焊接在柱型钢翼缘上的连接套筒连接等方式,如采用
套筒连接,则连接套筒的钢材不应低于Q345B级的低合金高强度钢,其抗拉强度不应小于连接钢筋抗拉强度标准值的1.1倍,连接套筒与钢构件应采用等强焊接并在工厂完成,套筒净距不应小于套筒外径及30mm。
结构竖向布置中,如部分采用型钢混凝土结构,部分采用钢筋混凝土结构,由于型钢混凝土结构刚度相对较大,易造成结构的刚度和承载力的突变,为避免形成薄弱层设计中应将型钢混凝土柱中的型钢应向上延伸一层或二层作为过渡层,过渡层柱的型钢截面可适当减小,纵向钢筋和箍筋配置应按钢筋混凝土构件计算,不考虑型钢作用。
4、型钢混凝土结构施工注意事项
型钢混凝土结构施工设计到钢结构施工和钢筋混凝土施工两部分,需要协调配合方可完成,主要施工难点为:梁柱节点区,此区域型钢连接复杂同时钢筋密集,受柱内型钢翼缘无法开孔和腹板开孔率限制,造成梁钢筋无法贯穿;箍筋形式与常规做法不同,多边形的异性箍筋较多,箍筋叠加复杂且设置密集,同时箍筋植筋较大,转角弯折箍筋准确加工较为困难;钢筋设计密集造成混凝土浇筑困难。
建议采用如下施工措施加以解决:设计中考虑现场施工实际,改进钢筋与型钢的连接措施;加强深化设计图纸的准确性,型钢加工时提前预留钢筋接驳器和连接件;优化箍筋直径和规格,箍筋设置复杂区域加设构造钢筋,减少箍筋穿腹板数量;节点区域采用自密实混凝土替代普通混凝土进行浇筑,采用小振捣棒或附着式振捣器对自密实混凝土进行辅助振捣,钢筋特别密集部位应在混凝土初凝前进行二次振捣,混凝土浇筑完成后加强养护措施并延长养护时间。
5、结论
由于型钢混凝土良好的力学性能和显著的经济效益,随着国内建筑物高度和跨度的要求不断提高,必将大大促进了型钢混凝土结构的应用和研究。
但是在计算理论方面仍然存在较多不足,计算理论和实际受力状态有一定差别,因此型钢混凝土设计时需要加强构造措施,同时截面中的型钢和混凝土协同工作是保证整体受力的前提条件,施工质量是否能与设计意图统一是关键,需要充分考虑施工条件和施工的可操作性,深化并完善设计细节。
参考文献:
[1] 林晓伟. 建筑型钢混凝土结构设计探讨[J].中华民居.2011.11.
[2]平振东.型钢混凝土在国内外研究及工程应用[J].四川建筑2009.09.
[3]组合结构设计规范.JGJ138-2016. [S].中国建筑工业出版社.
[4]马涛邓海霞高妹娟.型钢混凝土结构在高层建筑中的应用[J].山西建
筑.2007.11
[5]吴碧桥唐兵.型钢混凝土结构异型箍筋施工技术[J].建筑技术.2006.11。