型鋼混凝土梁在大跨度樓蓋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用_0

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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；非線性靜力分析中圖分類號(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(jià)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

2、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、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)的簡單疊加。本文簡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)

3、。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)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，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(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)平面布置圖見圖1。圖1地上二層頂板局部結(jié)構(gòu)布置圖該

4、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：為簡化計(jì)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H1600x50

5、0x28x35，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。可以采用的方案為方案一或方案二，由于方案二對(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

6、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，觀察靜力作用下混凝土和型鋼的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)。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。為簡化計(jì)算，梁兩端的框架柱用Beam188梁單元進(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Ansys在計(jì)

7、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，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，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

8、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?！缎弯摶炷两M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)算相對(duì)保守。在抗彎驗(yàn)算時(shí)，宜對(duì)計(jì)算公式中的fc乘以0.9的折減系數(shù)。參考文獻(xiàn)5[1]JGJ138?2001型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[