型钢与混凝土组合梁柱结构的应用与深化设计技术研究

发布时间:2014-09-11 08:33:17
  摘要:型钢混凝土结构具有抗震性能好、刚度大,可明显减小柱截面尺寸,房屋的自重减轻的特点,作为一种重要的结构型式,常被用于高层建筑和一些大跨度结构中。尤其节点是框架类结构的关键部位和薄弱环节,是重点研究的对象。然而型钢混凝土结构由于其构件形式特点,其节点连接成为型钢结构的难点,尤其是在配有钢筋情况下,其连接的型式更为复杂,文章着重从型钢混凝土梁柱节点连接型式与构造要求进行深入的探析。
  
  关键词:型钢混凝土;型钢组合;梁柱节点;深化设计
  
  型钢混凝土组合结构由于其使用功能好、施工快捷、造价低、性能好等优点,在实际工程中得到了广泛的应用。因型钢混凝土组合结构具有良好的性能,近年来对于该工艺的研究逐渐多了起来,技术也逐渐成熟。但节点部分的研究较少。结构梁和立柱的受力都是经过节点来进行传递,在整个结构体系当中节点部位是连接梁和柱的关键。节点工作的安全性是否可靠是保证结构受力正常的前条件。同时节点部位受力情况复杂,长时间处于受到压弯剪等复合应力状态,研究清楚节点部位的受力性能、破坏机理,使节点设计得传力明确,计算可靠,构造合理显得非常重要。此外还应保证组合结构的梁柱节点区浇筑的混凝土紧密,做到连接构造简单。
  
  1混凝土型钢结构的特点
  
  1.1能够产生较大的经济效益
  
  型钢混凝土中型钢不受含钢率的限制,型钢混凝土构件承载能力与同样外形的钢筋混凝土构件相比其承载力比后者要高一倍以上,从而可以使得构件截面减小间接增大结构的空间利用率。由于构件截面尺寸减小,对于高层建筑来说又能增加使用高度和面积,便于建筑工程灵活布置,从而带来比较大的经济效益。
  
  1.2具备较大的承载能力
  
  在混凝土浇筑之前,型钢骨架已经形成钢结构体系,已经具有承载能力,本身能够承受构件自重和荷载。这时可以将混凝土模板固定在型钢骨架上,不再另行设置需模板支撑结构,简化了施工步骤和节省了材料。在混凝土施工过程中,型钢混凝土浇筑与传统混凝土结构施工不同,不必达到一定强度时才能继续施工下一层结构。因此使得施工工期得到一大程度上缩减,施工速度快速而高效。
  
  1.3拥有较强的延性,抗震抵压
  
  型钢混凝土组合结构的延性和抗震性能比传统的钢筋混凝土结构有了很大的提高,尤其是实腹式型钢结构具有很好的抗震性能。
  
  1.4减少资源浪费,提高资源利用率
  
  型钢混凝土组合结构在耐久性、耐火性方面有显着的提高。最初把钢结构用混凝土包围起来,目的是为了防火和防辐射,后来经过研究确认混凝土外壳本身具有受力性能,而钢结构也同样本身有受力体系。因为型钢骨架占用一部分混凝土结构空间,所以相比之下可节省钢材一半甚至更多。
  
  1.5短暂的施工周期,快捷便利
  
  在建筑施工时,型钢骨架既可以作为支架用于承担上面若干层的施工构架,又可以作为下层建筑混凝土的操作平台代替脚手架工程。混凝土型钢组合结构的建筑模式,相对传统建筑施工模式其施工周期短、施工便捷。
  
  2型钢混凝土梁、柱构件的组合构造型式
  
  型钢是在型钢混凝土构件中的主要配置形式。配置形式主要分为两大类:空腹式和实腹式。空腹式配钢是由角钢构成的空间桁架式的骨架,梁与柱的翼缘用焊接形式或螺栓形式来进行连接。当焊接时,应注意保证焊接质量牢固可靠且符合钢结构规范的规定。螺栓连接时,要综合考虑螺栓孔对型钢受力产生削弱的影响。实腹式型钢主要有工字钢、槽钢及H型钢等。
  
  2.1三种梁节点组合形式在型钢混凝土结构中的应用
  
  型钢混凝土梁组合与型钢混凝土柱组合的节点连接;钢梁与型钢混凝土柱组合的节点连接;钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的节点连接。
  
  2.2节点型钢部分的连接
  
  形式采用柱翼缘联通的形式时,梁翼缘位置应增加筋肋的设置。其连接形式分为以下几种:①采用水平加筋肋的形式。结构应力传递合理且受力均匀,这是型钢连接节点中最常用连接形式,缺点是由于有了水平加筋肋这种样式的的存在,使得在浇筑混凝土时会产生一定程度上的困难;②采用水平三角加筋肋形式。它改变了形式一中浇筑混凝土时有困难的问题,结果就是应力的传递过程效果不如比形式一均匀平顺。三角加筋肋的方式使得柱子产生得应力过于集中,应对其进行充分的论证和计算保证其符合设计指标;③采用垂直加筋肋的方式。混凝土易于浇筑,但翼缘的应力,要通过柱翼缘和垂直加劲肋传递,应力传递不直接,性能不如前两种形式。
  
  3梁柱节点深化设计
  
  3.1对钢结构深化设计节点的优化处理
  
  型钢混凝土柱与框架梁相交部位一向属于处理难点。由于该节点钢筋密集,柱纵筋、框架梁筋、柱箍筋等全部集中在该区域,如何将混凝土钢筋与型钢相连接考验着技术人员的水平。在这种情况下应根据现场实际情况,必须与设计单位、建设单位、监理单位等相关方面进行专项探讨后确定确定方案。一般采取的原则是梁、柱钢筋避让、弯锚、焊套筒、设钢筋搭筋板、钢筋连接牛腿或上述措施相结合等。
  
  3.2梁主筋搭筋板焊接锚
  
  固梁主筋上部、下部只有1排钢筋时,遇H型钢骨柱时,在钢骨柱翼缘板或腹板上设置连接板(板的宽度同翼缘板或腹板宽度,板长度为5d 50mm)。遇十字型钢骨柱时,十字柱内的传力板也需作为梁主筋连接板使用。
  
  3.3梁主筋套筒锚固
  
  梁主筋上部、下部有2排钢筋时,当2排筋避让至钢骨柱两侧,若钢筋无法避让到钢骨柱外侧时,在型钢柱柱翼缘或腹板上优先采用焊接套筒来进行锚固处理以期增加强度。
  
  3.4梁主筋焊接牛腿锚固
  
  当钢筋混凝土梁的主筋上、下部钢筋数量大于2排及以上的数量时,应在型钢柱翼缘两侧位置各布置2根钢筋,避让钢柱进行弯曲锚固处理。剩下的钢筋与型钢柱上的连接牛腿部位进行焊接或者螺栓紧固处理,以保证钢筋锚固符合相关标准。
  
  3.5柱纵筋避让钢牛腿或搭筋板
  
  因用于钢筋焊接的牛腿或搭筋板阻挡了部分主筋的位置,此时采用柱筋避让至钢牛腿或搭筋板两侧,柱筋避让区域增加构造钢筋,或者在搭筋板位置处开口,让柱筋通过。
  
  3.6柱子箍筋节点区的连接
  
  在型钢柱上钢梁连接牛腿或用于梁筋连接的牛腿阻挡了柱子箍筋的通过,采用在牛腿腹板上焊接竖向搭筋板用于箍筋的连接。
  
  4混凝土型钢组合的应用
  
  4.1柱主筋的施工
  
  柱主筋的安装流程与普通的钢筋工程基本相似,但是如果出现柱子的主筋与钢柱翼板上的打筋板和牛腿无法直接通过时,需要提前进行设计。
  
  4.2柱箍筋的施工
  
  作为混凝土型钢结构中对混凝土最起约束作用的构件,柱箍筋必须保证其完全闭合,与主筋连接牢固。柱箍筋的硬度相对比较大,可调性比较差。在钢筋加工时必须严格控制其下料长度和弯折角度,安装时必须保证柱箍筋不能像普通混凝土结构柱子一样从顶部顺序下放,在箍筋开口部位打开的前提下,切莫将箍筋开口过大,在没有连接主筋之前将箍筋从型钢柱身向下套。
  
  4.3混凝土施工
  
  混凝土型钢结构中混凝土在施工过程中要严格避免偏位、胀模及振捣密实。为了防止柱在泵管等施工下因自重较大引起偏位,要提高模板支撑体系整体的刚度。此外,为了保证混凝土密实,应将钢柱截面分割成几个区域,分别在每个区域内进行对称振捣。
  
  5结束语
  
  随着我国经济的飞速发展,高层建筑以及建筑楼层的多样化,传统的建筑模式已经不适应现有建筑工程的需求。为了有效的解决和提升城市空间,必须大力推广混凝土型钢组合的建筑模式。混凝土型钢组合结构具有高强承载力,延性大等诸多良好性能。但节点区域钢筋布置过于紧密,给钢筋混凝土的施工带来不便。通过深化设计等措施,保证了钢筋安装施工的可操作性。型钢混凝土组合结构的应用已经成为解决城市现大型建筑的有效措施。
  
  参考文献:
  
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  [3]万波。异形钢管混凝土柱-钢梁框架中柱节点受力性能试验研究[D].长江大学,2012.
  [4]阎平。高层建筑型钢混凝土组合柱的施工关键技术[J].科技情报开发与经济,2010,(11):186-188.
  [5]刘凤娥。型钢混凝土结构中节点构造探析[J].中州大学学报,2008,(1):116-118.
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