摘要:輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)是目前國內(nèi)外應(yīng)用和發(fā)展速度最快的新型結(jié)構(gòu)型式,廣泛用于各類工業(yè)和民用 建筑中,具有施工速度快、建筑造形美、用鋼量少、造價低等優(yōu)點,但是由于一些工程的特殊性和一些資源的要求,有些工程必須采用混凝土柱和砌體維護。本文針對這類工程的分析、設(shè)計和應(yīng)用中存在的主要問題提出了建議,可供同行參考。
關(guān)鍵詞:混凝土柱和輕鋼屋蓋的混合結(jié)構(gòu) 設(shè)計計算 應(yīng)用研究
1.概述
在我國,傳統(tǒng)意義上的輕鋼結(jié)構(gòu)主要是指由圓鋼、小角鋼組成的小型或小跨度屋架、剛架結(jié)構(gòu),多用于小型廠房、倉儲或臨時性建筑。隨著以變截面門式剛架和彩色壓型鋼板為標志的新型鋼結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)和應(yīng)用,輕鋼結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本性變化。而其中混凝土柱輕鋼屋蓋也是其中的一種特殊的結(jié)構(gòu)體系。一般這種情況中的輕鋼屋蓋常用與小于20米的跨度,不宜超過30米, 當小于20米時受力和用鋼量是比較舒服的,當超過20米時結(jié)構(gòu)構(gòu)件無論從大小還是變形上都有較大的變化。
在設(shè)計時,經(jīng)常會出現(xiàn)的構(gòu)件的計算簡圖與現(xiàn)場施工時的不一置,輕鋼屋蓋的設(shè)計與下部的混凝土柱沒有整體考慮,從而出現(xiàn)下部混凝土柱實際受力情況與計算不符合,配筋率減小。
2.設(shè)計計算中的不同模型
2.1輕鋼屋蓋與下部混凝土柱的連接可以分三種:
�、偶袅Σ会尫�(兩端均為固定鉸支座)
�、萍袅Σ糠轴尫� (一均為滑動鉸支座一端為固定鉸支座)
⑶剪力完全釋放 (兩端均為滑動鉸支座)
這三種的不同的連接方式相對于設(shè)計中的計算模型也完全不同,從而使輕鋼屋蓋的截面大小和下部混凝土柱的配筋有著很大的變化。下面就同一個工程實例以不同的計算模型計算出的結(jié)果相對比較,來說明一下在不同的計算模型中混凝土柱、輕鋼屋蓋所承受的彎矩、剪力和軸力的相應(yīng)變化,基礎(chǔ)大小的比較。
2.2工程概述
某公司車間,軸線總長72米,6米柱距,跨度20米,檐高7米,排水坡度10%。擬采用500X300的混凝土柱墻體為200厚的混凝土砌塊,上部為輕鋼屋蓋,屋面為C型鋼檁條,上下為單層彩色壓型鋼板中間加75mm厚的玻璃絲棉(容重大于16Kg/M3)保溫層 。為了節(jié)省材料和費用,同時20米跨度在合理范圍內(nèi),輕鋼屋蓋采用焊接變截面H型鋼。
2.3三種不同的計算模型的計算結(jié)構(gòu)和對比
�、偶袅Σ会尫�:兩端均為固定鉸支座,剪力完全不釋放,混凝土柱承受上部輕鋼屋蓋傳給混凝土柱的全部推力和軸力,不承受上部輕鋼屋蓋傳給混凝土柱的彎矩。計算簡圖(圖1)
�、萍袅Σ糠轴尫�:一均為滑動鉸支座一端為固定鉸支座,使剪力部分釋放,混凝土柱承受上部輕鋼屋蓋傳給混凝土柱的部分推力和全部軸力,不承受上部輕鋼屋蓋傳給混凝土柱的彎矩。計算簡圖(圖1)
⑶剪力完全釋放 :兩端均為滑動鉸支座,使剪力完全釋放,混凝土柱不承受上部輕鋼屋蓋傳給混凝土柱的推力和彎矩,只承受上部輕鋼屋蓋傳給混凝土柱的軸力。計算簡圖(圖1)。
a、輕鋼屋蓋與混凝土柱的配筋對比表(表1)
比較結(jié)果:
以剪力不釋放為基準,部分剪力釋放的計算結(jié)果梁應(yīng)力增大2.1%,混凝土柱配筋降低27.1%。
以剪力不釋放為基準,剪力完全釋放的計算結(jié)果梁應(yīng)力增大3.2%,混凝土柱配筋按構(gòu)造配筋。
b、輕鋼屋蓋與混凝土柱的彎矩(最大絕對值)對比表 (表2)
比較結(jié)果:
以剪力不釋放為基準,部分剪力釋放的計算結(jié)果梁彎矩增大2.6%,混凝土柱彎矩降低42.4%。
以剪力不釋放為基準,剪力完全釋放的計算結(jié)果梁應(yīng)力增大4.2%,混凝土柱彎矩降低66.98%。
c、輕鋼屋蓋與混凝土柱的軸力對比表 (表3)
比較結(jié)果:
傳到混凝土柱和基礎(chǔ)頂?shù)妮S力基本沒有什么變化。
d、輕鋼屋蓋與混凝土柱的剪力對比表(表4)
比較結(jié)果:以剪力不釋放為基準,部分剪力釋放的計算結(jié)果柱底剪力減小26.97% 。以剪力不釋放為基準,剪力完全釋放的計算結(jié)果柱底剪力減小36.3% 。
2.4結(jié)論
通過對統(tǒng)一工程的不同計算模型的計算結(jié)果的比較,可以得出:通過改變輕鋼屋蓋與下部混凝土柱的連接方式,對于輕鋼屋蓋本身的承載能力變化不是很大,但是對下部混凝土柱的彎矩、配筋等的影響變化很大。
3.實際應(yīng)用時常出現(xiàn)的問題
3.1沒有考慮整體計算
在設(shè)計計算時上部輕鋼屋蓋與下部混凝土柱分開計算,甚至為兩個設(shè)計單位計算,沒有整體考慮整個工程,下部混凝土柱沒有考慮輕鋼屋蓋(斜梁)產(chǎn)生的水平推力,導(dǎo)致混凝土柱、混凝土柱下基礎(chǔ)設(shè)計偏小。
3.2支座處按固定鉸支座計算(剪力不完全釋放)時,鋼梁的計算軸力偏大,導(dǎo)致?lián)隙绕 ?nbsp;
3.3體計算時,混凝土柱頂?shù)闹ёO(shè)置不合理:設(shè)計按固定鉸支座計算,支座按滑動鉸支座設(shè)置;多的時候是設(shè)計按滑動鉸支座,支座按固定鉸支座設(shè)置。
參考文獻:
[1] 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001),
[2] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GB50017-2003
[3] 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)建筑規(guī)程》 CECS 102:2002: 中國工程建設(shè)標準化協(xié)會, 2002
