型鋼混凝土梁在大跨度樓蓋設(shè)計中的應(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。采用三種不同的結(jié)構(gòu)方案進行比較，最終確定采用型鋼混凝土梁方案。采用Ansys程序?qū)ζ溥M行了有限元分析，結(jié)果表明，現(xiàn)行結(jié)構(gòu)方案滿足設(shè)計目標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：型鋼混凝土；結(jié)構(gòu)方案；非線性靜力分析中圖分類號：TV331文獻標(biāo)識碼：A1．前言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對建筑結(jié)構(gòu)和功能的要求越來越高，各種類型建筑迅速發(fā)展，需要多種結(jié)構(gòu)類型及形式來滿足建筑高度、功能、節(jié)約材料及降低造價等方面的要求。近年來，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低

2、、剛度大，防火性能好，施工方便的優(yōu)點，又有鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好，承載能力大的優(yōu)點。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)的簡單疊加。本文簡要闡述了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用。并結(jié)合工程實例，重點分析了型鋼混凝土梁在大跨度樓蓋設(shè)計上的適用性，介紹了設(shè)計計算方法。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)。本工程安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），設(shè)計地震

3、分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，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。本工程設(shè)計采用的計算軟件為SATWE（2010）程序進行結(jié)構(gòu)整體分析。結(jié)構(gòu)在各項指標(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，荷載很大；并且建筑空間也有限制。在方案設(shè)計時對框架梁選擇了三種方案進行比較：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軟件對三種方案進行比較：為簡化計算過程，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，混凝土強度等級C35。型鋼混凝土梁中的型鋼鋼材以及鋼結(jié)構(gòu)梁的鋼材牌號均為Q345B。三個方案的用鋼量比較如表1。表1三個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?，由于方案二對施工的要求更高，鋼筋的配置量太大，可能會影響構(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、并且造價低、施工方便。4.有限元分析采用Ansys有限元分析軟件對該型鋼混凝土梁進行構(gòu)件分析，觀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)點的方式。為簡化計算，梁兩端的框架柱用Beam188梁單元進行模擬。Ansys計算的彈性撓度為58.4mm，與SATWE計算的35.76mm的彈性撓度近似。由于Ansys在計算撓度時考慮了支座處的變形，因此彈性撓度更大，而SATWE在計算時未考慮梁支座處的變形。從型鋼的應(yīng)力分布圖中可見，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、并且造價低、施工方便的特點能夠充分發(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算較為準(zhǔn)確，對裂縫和撓度的計算相