型鋼混凝土在大跨度懸梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

王紅

摘 ?要：本文對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、抗震性、防火性能在大跨度懸梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用做了詳細闡述，并且結(jié)合實際工程進行分析和研究，對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵要素進行提煉，為以后的工程提供高一定的參考。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土;大跨度懸臂梁;結(jié)構(gòu)設(shè)計

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（SRC）的好壞影響著結(jié)構(gòu)的安全、功能、成本。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（SRC）和普通鋼筋混凝土（RC）結(jié)構(gòu)相比有整體性能強、延性好、剛度大、耐火性好、耐久性好的優(yōu)勢。并且在配筋率比RC結(jié)構(gòu)要大，對于需要同樣承載能力的結(jié)構(gòu)來說，SRC可以減小一定的構(gòu)件截面積，從而比RC至少節(jié)省1/3的鋼材，這種截面更小、自重更輕、布置更靈活的優(yōu)點讓SRC在大跨度懸梁結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。

一、工程概況

本工程是商業(yè)中心辦公樓，建筑面積3960m2，主要分為地下地上兩部分，地下1層，地上2層。地下層高為3.6m，首層層高4.0m，二層層高3.8m。

根據(jù)建筑要求，辦公樓是丙類建筑，使用年限是50年，抗震設(shè)防為8度，根據(jù)受力情況和施工難度綜合考慮形成結(jié)構(gòu)形式是普通鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)+局部型鋼混凝土。

因為本工程空間結(jié)構(gòu)多變，造型要求復(fù)雜，梁高限為0.8～1.0m，要設(shè)置大懸梁結(jié)構(gòu)，所以對結(jié)構(gòu)工程要求較高。

二、低高大跨度懸臂梁的設(shè)計

1.低高大跨度懸臂梁的選型及截面布置

建筑整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是大跨度懸臂梁結(jié)構(gòu)要承擔較大剪力。為了提高懸臂梁整體的抗剪承載力工程采用了型鋼腹板提升構(gòu)件強度和延性。

因為結(jié)構(gòu)跨度大，受力復(fù)雜且重要性高，最終經(jīng)過設(shè)計師討論和對比，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)形式成為最合適的結(jié)構(gòu)方案。工程中采用截面尺寸為600mm×800mm的KHL206混凝土懸梁臂。內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成工字型鋼梁，大大提高了抗震性能和承載能力?！朵摴腔炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》中含鋼率范圍是2%—15%，美國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會認為SRC構(gòu)件含鋼率要≥4.0，此次經(jīng)濟含鋼率為4.5%，符合規(guī)定。所以型鋼面積為21600mm2，實配型鋼面積采用20600mm2。梁在活載和橫載的作用下，各種截面會產(chǎn)生彎矩，荷載作用下懸梁臂彎矩配筋要長度根據(jù)設(shè)計手冊資料，畫出彎矩包絡(luò)圖來確定，最終取值是梁軸線長度的70%。梁體內(nèi)的混凝土強度也要考慮到承載力，選用強度等級為C30的Q235B。

懸臂梁非普通鋼筋的強度要求會很高，所以懸梁配筋計算結(jié)果要增加10%。截面受拉側(cè)鋼筋為12 32，受壓側(cè)鋼筋為8 32，采用HRB400II鋼筋，配筋率不超過2%。箍筋安裝也是懸臂梁施工難點，在本工程中要考慮梁上、梁下鋼筋的擺放位置和中型鋼翼緣、柱主筋和箍筋之間的關(guān)系。梁的箍筋及腰筋均要符合按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）的要求。

2.低高大跨度懸臂梁的抗剪連接

型鋼位于梁上部。型鋼表面積和截面面積較小，而且表面平整，粘結(jié)強度較小。特別是當截面應(yīng)拉力較大時，型鋼上翼緣和混凝土之間的界面就會產(chǎn)生較大的應(yīng)剪力讓界面發(fā)生粘結(jié)破壞，出現(xiàn)縱向裂縫，甚至產(chǎn)生位移。所以為了防止型鋼和混凝土接觸滑移，在型鋼下翼緣處間隔150mm設(shè)置兩排直徑19mm、長80mm的剪力釘。還配置了充滿型實腹型鋼，配置必要的縱筋和箍筋。

3.低高大跨度懸臂梁的承載力計算

在確定挑梁尺寸后，通過所列的可能出現(xiàn)的不利情況進行分析，找出最不利的一組內(nèi)力值進行截面驗算。同時發(fā)現(xiàn)對民用建筑結(jié)構(gòu)中的長懸臂構(gòu)件而言，豎向地震作用不是結(jié)構(gòu)的最終控制內(nèi)力。

在計算的過程中，考慮不同荷載組合并且對最不利的荷載組合工況，并且按規(guī)范驗證穩(wěn)定性。之后采用有限元分析軟件ABAQUS進行分析。在型鋼混凝土，型鋼和混凝土用Link8單元進行三維實體建模，采用8節(jié)點三維固體結(jié)構(gòu)單元SOLID65來模擬混凝土，在單元每一個節(jié)點上有3個自由度。鋼筋采用線性三維桁架單元模擬。嵌入式模型不能模擬鋼筋滑移對結(jié)構(gòu)響應(yīng)，尤其是裂縫形態(tài)的影響。工程為了使型鋼和混凝土之間不產(chǎn)生滑移，采用了嵌入式模擬鋼筋，主要是在懸臂梁上均勻分布荷載，梁端施加集中荷載方式模擬出最不利工況下構(gòu)件的荷載條件，從而顯示出懸臂梁約束末端混凝土應(yīng)力是最大值7.64MPa。

4.低高大跨度懸臂梁的裂縫和撓度驗算

懸梁臂的質(zhì)量通常由裂縫和撓度控制，KHL106梁最大裂縫寬度Wmax為0.29mm?！缎弯摶炷两M合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 138—2001）第5.2.2條規(guī)定允許值[W]為0.3mm，剛好滿足規(guī)范要求。KHL106梁的縱向收拉鋼筋的配筋率p=1.5%時，在充分考慮荷載短期效應(yīng)和長期效應(yīng)組合作用下的最大撓度為49.496mm，而規(guī)范規(guī)定的允許撓度[f]為Zd250=64 mm，滿足規(guī)范要求。

三、其他

（1）型鋼混凝土強度不低于C30，確立型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的抗震等級，當該結(jié)構(gòu)全部采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)時，和部分采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)時。應(yīng)有所區(qū)別。

（2）含鋼率是混凝土內(nèi)的型鋼截面面積和梁全截面面積的比值，梁中型鋼含鋼率要大于4%，較為合理的是5%—8%。

（3）為了保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，鋼材厚度方向斷面收縮率要符合國家《厚度方向性能鋼板》的規(guī)定。型鋼厚度不宜小于6mm，混凝土梁截面寬度不應(yīng)小于300mm。

四、結(jié)語

為了保證建筑建構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，在施工過程中要針對大跨度懸臂梁結(jié)構(gòu)的型鋼混凝土技術(shù)進行研究和分析，確保鋼框架結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，保證工程高效完成。

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