鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

戴厚軍 梁群

安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230000

引言

隨著我國(guó)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展，鋼箱-混凝土組合梁成為建筑領(lǐng)域中的常見(jiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容。一方面，鋼箱-混凝土組合梁設(shè)計(jì)，能夠滿足多種建筑的實(shí)際需求，同時(shí)還能夠?qū)ㄖ植繀^(qū)域的承載情況進(jìn)行強(qiáng)化，另一方面，鋼箱-混凝土組合梁的應(yīng)用，能夠減少建筑結(jié)構(gòu)的施工難度和施工成本，從而實(shí)現(xiàn)建筑建造成本的有效控制。

1 鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)研究

鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)，是近年來(lái)提出的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)理論，能夠?qū)撓淞旱奶攸c(diǎn)進(jìn)行有效融合，并且還能夠降低局部失穩(wěn)問(wèn)題帶來(lái)的影響，因此，越來(lái)越多的鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)逐步應(yīng)用到建筑工程中，發(fā)揮出重要的結(jié)構(gòu)承載作用。與傳統(tǒng)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相對(duì)比，鋼箱－混凝土組合梁結(jié)構(gòu)，具有自重較輕、承載力強(qiáng)、建筑高度小等一系列優(yōu)勢(shì)，能夠規(guī)避鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的不足和缺陷，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)良好的黏合效果，降低建筑結(jié)構(gòu)開(kāi)裂問(wèn)題等。因此，基于鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，展現(xiàn)出多個(gè)方面的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)價(jià)值，成為現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)中的重要研究?jī)?nèi)容。

2 鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)和應(yīng)用

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸的科學(xué)擬定

基于BIM技術(shù)的應(yīng)用理念，結(jié)合廣聯(lián)達(dá)、AutoCAD等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，能夠鋼箱－混凝土組合梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的擬定和分析。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)截面形式的測(cè)算和研究，能夠快速得出對(duì)應(yīng)的尺寸截面。當(dāng)承壓區(qū)處于極限荷載時(shí)，混凝土的大部分強(qiáng)度要滿足相應(yīng)的承載要求，并且鋼箱的高度要設(shè)定為梁高的0.4倍范圍內(nèi)。另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)該考慮正彎矩區(qū)截面形式，并且要根據(jù)對(duì)應(yīng)的承壓情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，必要時(shí)可以提高對(duì)應(yīng)的混凝土澆筑高度，從而增加對(duì)應(yīng)的承壓能力。通常，在進(jìn)行梁的高度設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合跨中截面抗彎強(qiáng)度以及支座截面抗剪強(qiáng)度的基本要求，以簡(jiǎn)支梁為例，要符合梁跨度的1/15到1/25，連續(xù)梁的設(shè)定為跨度的1/20到1/30。一方面，截面寬度不足，必然會(huì)引發(fā)抗壓混凝土截面不足等實(shí)際問(wèn)題，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中保障對(duì)應(yīng)的強(qiáng)化指標(biāo)；另一方面，截面寬度過(guò)大，極有可能造成局部穩(wěn)定性不足，結(jié)合剪應(yīng)力帶來(lái)的影響和干擾，會(huì)導(dǎo)致鋼材強(qiáng)度利用程度不足。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，截面寬度可以選取對(duì)應(yīng)高度的1/3到1/2。需要注意的是，當(dāng)截面寬度過(guò)大時(shí)，可以利用稍釘進(jìn)行加固，從而提升鋼箱局部的穩(wěn)定性，助力鋼筋混凝土與鋼箱的整體設(shè)計(jì)效果。

板件尺寸擬定，要根據(jù)鋼箱板件的高厚比進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)還要考慮鋼箱受壓頂板厚度，確保鋼箱不會(huì)出現(xiàn)彈性局部屈服等問(wèn)題。當(dāng)前板件尺寸設(shè)計(jì)，可以借助多種應(yīng)用軟件進(jìn)行計(jì)算和分析，能夠降低人工計(jì)算過(guò)程中不足和缺陷。另外，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將多個(gè)影響因素進(jìn)行考慮，從而確保板件尺寸計(jì)算的精準(zhǔn)性和有效性。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，主要考慮荷載內(nèi)力效應(yīng)計(jì)算、結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算，當(dāng)前相關(guān)結(jié)構(gòu)的計(jì)算過(guò)程，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全部智能化的計(jì)算模式，借助BIM技術(shù)的應(yīng)用理念以及鋼箱－混凝土組合梁的設(shè)計(jì)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)高效化的設(shè)計(jì)成效和設(shè)計(jì)價(jià)值，不僅如此，以廣聯(lián)達(dá)為例，還能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三維立體承載模式進(jìn)行網(wǎng)格化管理，能夠提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用價(jià)值和設(shè)計(jì)成效。例如，鋼箱－混凝土組合梁，需要滿足穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度以及承載力等一系列的設(shè)計(jì)要求，在混凝土澆筑完畢后，還要確保對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)荷載、結(jié)構(gòu)恒載等一系列內(nèi)容，要充分考慮多種組合結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響性和多樣性。

以結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形驗(yàn)算為例，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合鋼箱－混凝土組合梁的受力情況，結(jié)合彈性疊加理論計(jì)算進(jìn)行分析和探索，并對(duì)混凝土硬化前以及硬化后的作用情況進(jìn)行梳理，結(jié)合鋼箱－混凝土組合梁在澆筑完畢后產(chǎn)生的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用，還需需要考慮可能存在的結(jié)構(gòu)變形以及構(gòu)件頂面彎曲正應(yīng)力帶來(lái)的影響。在計(jì)算過(guò)程中，需要對(duì)各個(gè)參數(shù)的取值進(jìn)行對(duì)比研究，尤其是與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和指標(biāo)滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)要求[1]。

2.3 鋼箱-混凝土組合梁的應(yīng)用

鋼箱－混凝土組合梁，能夠充分利用混凝土的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化構(gòu)件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和局部性能，能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)相關(guān)建筑的建設(shè)以及部分工程的改造作業(yè)，都顯現(xiàn)出極為顯著成效，為相關(guān)施工企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和施工價(jià)值。例如，鋼管－混凝土組合梁，與鋼箱-混凝土組合梁相對(duì)比，具有極為顯著的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，上海長(zhǎng)江隧橋主橋，采用的正是鋼箱－混凝土組合梁施工技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)梁體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和提升，同時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)功能以及設(shè)計(jì)理念，都上升到新的高度。其中，梁體長(zhǎng)105m、寬17m，梁體重量超過(guò)2300t，成為我國(guó)鋼箱－混凝土組合梁的標(biāo)桿和代表，也是世界鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)體系的第一梁體，受到世界建筑領(lǐng)域的關(guān)注和重視。不僅如此，鄭州市博物館新館的建設(shè)，也同樣應(yīng)用了鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)技術(shù)，引發(fā)行業(yè)的關(guān)注和重視。由此可見(jiàn)，越來(lái)越多的大型建筑，開(kāi)始應(yīng)用鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)技術(shù)，不斷成為行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，成為推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新發(fā)展的重要標(biāo)志[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)的研究和探索，結(jié)合現(xiàn)代建筑的應(yīng)用案例進(jìn)行分析和闡述，進(jìn)一步說(shuō)明鋼箱－混凝土組合梁設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，結(jié)合現(xiàn)代化建筑的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)，必將成為提升建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的重要內(nèi)容。