型鋼混凝土梁在大跨度樓蓋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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1、型鋼混凝土梁在大跨度樓蓋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要:介紹了某建筑中大跨度梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用三種不同的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比較,最終確定采用型鋼混凝土梁方案。采用Ansys程序?qū)ζ溥M(jìn)行了有限元分析,結(jié)果表明,現(xiàn)行結(jié)構(gòu)方案滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。關(guān)鍵詞:型鋼混凝土;結(jié)構(gòu)方案;非線(xiàn)性靜力分析中圖分類(lèi)號(hào):TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1.前言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和功能的要求越來(lái)越高,各種類(lèi)型建筑迅速發(fā)展,需要多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型及形式來(lái)滿(mǎn)足建筑高度、功能、節(jié)約材料及降低造價(jià)等方面的要求。近年來(lái),型鋼混凝土結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。型鋼混凝土,是由混凝土內(nèi)配置型鋼和鋼筋的一種結(jié)構(gòu)形式。它既有鋼筋混凝土造價(jià)低

2、、剛度大,防火性能好,施工方便的優(yōu)點(diǎn),又有鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好,承載能力大的優(yōu)點(diǎn)。型鋼混凝土構(gòu)件的內(nèi)部型鋼與外包混凝土形成整體、共同受力,其受力性能優(yōu)于兩種結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單疊加。本文簡(jiǎn)要闡述了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用。并結(jié)合工程實(shí)例,重點(diǎn)分析了型鋼混凝土梁在大跨度樓蓋設(shè)計(jì)上的適用性,介紹了設(shè)計(jì)計(jì)算方法。2.工程概況5某工程位于江蘇省南京市。地上九層,地下二層,主要柱網(wǎng)為9.0mx9.0m。建筑高度:47.450m。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)。本工程安全等級(jí)為二級(jí),設(shè)計(jì)使用年限為50年,結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi),抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g),設(shè)計(jì)地震

3、分組為第一組,場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi),特征周期為0.45s。本工程所在地區(qū)地區(qū)基本風(fēng)壓(50年重現(xiàn)期):0.40kN/m2,地面粗糙度為B類(lèi)。本工程設(shè)計(jì)采用的計(jì)算軟件為SATWE(2010)程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析。結(jié)構(gòu)在各項(xiàng)指標(biāo)上均符合規(guī)范要求。3.27m跨度梁方案選擇根據(jù)建筑的方案,本工程地上二層頂板在入口處的局部突出屋蓋,需要設(shè)置一根27米跨度的框架梁,局部結(jié)構(gòu)平面布置圖見(jiàn)圖1。圖1地上二層頂板局部結(jié)構(gòu)布置圖該框架梁的特點(diǎn)是跨度較大,為27m,并且為單跨、邊跨;外裝修采用石材;屋蓋上要放置大型風(fēng)機(jī),荷載很大;并且建筑空間也有限制。在方案設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)框架梁選擇了三種方案進(jìn)行比較:方

4、案一為型鋼混凝土梁方案,方案二為預(yù)應(yīng)力混凝土梁方案,方案三為鋼結(jié)構(gòu)梁方案。5采用SATWE軟件對(duì)三種方案進(jìn)行比較:為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程,只比較三種方案在靜力作用下的受力情況。其中,除自重外,梁上荷載為:恒載:46kN/m;活載:18kN/m。為方便比較,柱統(tǒng)一取為800x1000,混凝土梁的高度統(tǒng)一按跨度的1/15,取為1800。鋼結(jié)構(gòu)梁為H1600x500x28x35,型鋼混凝土梁與預(yù)應(yīng)力混凝土梁的截面均取為450x1800,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35。型鋼混凝土梁中的型鋼鋼材以及鋼結(jié)構(gòu)梁的鋼材牌號(hào)均為Q345B。三個(gè)方案的用鋼量比較如表1。表1三個(gè)方案的用鋼量比較鋼材(T)普通

5、鋼筋(T)預(yù)應(yīng)力筋(T)總量(T)方案一8.12.5-10.5方案二-5.74.310.0方案三19.1--19.1根據(jù)表1,可以看出,對(duì)于荷載較重的大跨度梁,方案三――鋼梁的方案是不適宜的。其用鋼量大,并且周邊樓蓋方案均需調(diào)整??梢圆捎玫姆桨笧榉桨敢换蚍桨付捎诜桨付?duì)施工的要求更高,鋼筋的配置量太大,可能會(huì)影響構(gòu)件的最終質(zhì)量。最終的方案定為方案一,即型鋼混凝土梁方案。型鋼混凝土梁截面尺寸較小、剛度大、延性好、抗震性能好、耐久性好、并且造價(jià)低、施工方便。4.有限元分析采用Ansys有限元分析軟件對(duì)該型鋼混凝土梁進(jìn)行構(gòu)件分析,觀(guān)察靜力作用下混凝土和型鋼的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)

6、。模型采用Solid65Concrete5實(shí)體單元模擬型鋼混凝土梁中的混凝土部分,鋼筋采用含鋼率的方式進(jìn)行近似模擬。采用Shell63殼單元模擬型鋼混凝土梁中的型鋼,型鋼與混凝土之間的粘結(jié)采用共節(jié)點(diǎn)的方式。為簡(jiǎn)化計(jì)算,梁兩端的框架柱用Beam188梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。Ansys計(jì)算的彈性撓度為58.4mm,與SATWE計(jì)算的35.76mm的彈性撓度近似。由于A(yíng)nsys在計(jì)算撓度時(shí)考慮了支座處的變形,因此彈性撓度更大,而SATWE在計(jì)算時(shí)未考慮梁支座處的變形。從型鋼的應(yīng)力分布圖中可見(jiàn),型鋼處于彈性受力狀態(tài),跨中最大的Mises等效應(yīng)力為230Mpa左右,出現(xiàn)在下翼緣的下表面,

7、與型鋼混凝土的計(jì)算理論一致。型鋼的應(yīng)變除由于有限元分析產(chǎn)生的應(yīng)力集中外,型鋼應(yīng)變除于彈性應(yīng)變范圍。有限元分析與《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)的抗彎正截面計(jì)算理論吻合。6.結(jié)論型鋼混凝土梁的適用跨度為12米~36米,特別是對(duì)于15米~30米這一跨度范圍內(nèi)的荷載較重的樓蓋,型鋼混凝土梁截面尺寸較小、剛度大、延性好、抗震性能好、耐久性好、并且造價(jià)低、施工方便的特點(diǎn)能夠充分發(fā)揮。《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)中對(duì)型鋼混凝土梁的正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力的計(jì)算較為準(zhǔn)確,對(duì)裂縫和撓度的計(jì)算相

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