組合構(gòu)件在某高層建筑轉(zhuǎn)換層中的應(yīng)用[權(quán)威資料]

組合構(gòu)件在某高層建筑轉(zhuǎn)換層中的應(yīng)用 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要 :以局部采用組合構(gòu)件的高位轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)為研究對象，進行了組合構(gòu)件的截面快速估算，轉(zhuǎn)換部位的分析研究，并對組合構(gòu)件的技術(shù)性、經(jīng)濟性進行分析，使建筑物滿足結(jié)構(gòu)經(jīng)濟、安全及抗震的性能目標(biāo)。 關(guān)鍵詞 : 高位轉(zhuǎn)換 組合構(gòu)件 鋼管混凝土 Abstract:In order to local combined component of high conversion layer structure as the research object, the component section estimation, conversion of site analysis, and component technology, economic analysis, so that the building to meet the economic, security and structure seismic performance objectives. Key words: high conversion, composite structure, concrete filled steel tube TU37A 組合構(gòu)件因承載力高，延性好，經(jīng)常在復(fù)雜鋼筋混凝土高層建筑中采用，大量震害結(jié)果顯示，由于構(gòu)件內(nèi)置型鋼的作用，組合構(gòu)件的延性遠(yuǎn)高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 1995 年日本阪神地震，與鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)的破壞率高、破壞程度嚴(yán)重形成對照的是：采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑破壞輕微 6 。 1 工程概況及組合構(gòu)件的布置 該工程位 于廣東省廣州市，高 147m, 屬于超 B 級高度的高層建筑。上部結(jié)構(gòu)為住宅區(qū) , 剪力墻結(jié)構(gòu) ；下部為商業(yè)區(qū) ,框架 剪力墻結(jié)構(gòu)，在 5 層采用梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。首層層高6.0m，二層四層層高 5.0m，五層層高 6.0m，五層以上層高3.0m。轉(zhuǎn)換層以下混凝土強度等級為 C60。 該結(jié)構(gòu)屬于豎向結(jié)構(gòu)不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，減少剛度的突變，使結(jié)構(gòu)位移能夠趨于平緩，增加結(jié)構(gòu)的延性。故轉(zhuǎn)換梁采用鋼骨混凝土梁是采用組合構(gòu)件：鋼骨混凝土柱及鋼管混凝土柱。在該工程中用到的組合構(gòu)件有鋼骨混凝土梁、鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土柱。 剪力反應(yīng)較大的轉(zhuǎn)換梁采用設(shè)置抗剪型鋼的鋼骨梁，有效提高了梁的抗剪承載力，又可通過縮小梁截面達到減少梁自重、降低梁剛度的目的（從而減少了地震作用下轉(zhuǎn)換梁吸收的剪力），減輕了轉(zhuǎn)換梁和框支柱的負(fù)擔(dān) ,圖 1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中組合構(gòu)件的布置中編號為 KZL1 KZL12；與型鋼混凝土梁相連的墻、柱均設(shè)型鋼或為鋼管混凝土柱，保證與轉(zhuǎn)換梁相連的豎向構(gòu)件有足夠的剛度和承載力儲備，提供可靠的連接，從而增加了結(jié)構(gòu)的延性。圖 1 中框支柱采用鋼管混凝土柱 KZZ1 和鋼骨混凝土柱KZZ2。 2 梁柱截面的快速估算 規(guī)范推薦的算 法，由內(nèi)力確定構(gòu)件尺寸。事實上，在實際設(shè)計操作中，通常是先輸入構(gòu)件尺寸和荷載，再由程序計算出結(jié)果，對未滿足的構(gòu)件調(diào)整截面，再進行計算。如此反復(fù)，直至調(diào)整到合理的結(jié)果為止。對于缺乏這方面工程經(jīng)驗的設(shè)計人員而言，要得到一個滿意的截面需要進行多次的優(yōu)化。在工程的設(shè)計過程中有一些快速算法，整理如下： 2.1 鋼骨混凝土主梁 鋼骨混凝土主梁高度可取約為跨度的 1/181/20，寬度350400mm，總含鋼率約 7%，其中型鋼占 5%，鋼筋占 2%。型鋼采用對稱截面，以便計算其幾何屬性。 梁的 受彎承載力由鋼骨和外包鋼筋混凝土兩部分疊加而成。即： 圖 1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中組合構(gòu)件的布置 梁外包鋼筋混凝土部分的受彎承載力。 由于采用對稱截面 , 可以簡便算出，進而可以迅速求出截面的受彎承載力。 而梁的受剪承載力也是由鋼骨和外包鋼筋混凝土兩部分疊加而成，即： 外包鋼筋混凝土部分則按普通鋼筋混凝土計算既可，進而可以迅速求出截面的受剪承載力。 2. 鋼骨混凝土柱 鋼骨混凝土柱盡量設(shè)為方形或矩形，柱內(nèi)鋼骨和鋼筋按雙向?qū)ΨQ配置。鋼骨含鋼率約為 6%8%，中柱設(shè)置成十字形，邊柱為 T 形，角柱為 L 形。鋼筋含鋼率約為 1.2%1.5%。把鋼骨和外包鋼筋混凝土兩部分疊加便可得到鋼骨混凝土柱的承載力。結(jié)合 “ 面積法 ” 估算該柱承受的豎向力。 超高層建筑通常樓層數(shù)量多，構(gòu)件與節(jié)點數(shù)量也多，計算機每運行一次耗費時間也較長，如果盲目的反復(fù)運算，將耗費大量的時間。以上估算方法公式簡單，用 EXCEL 軟件制成表格，每次調(diào)整都可迅速得出承載力。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系布置得當(dāng)時，一般調(diào)整 2、 3 次便可得出合理的方案。 3. 轉(zhuǎn)換層的分析和比較 結(jié)構(gòu)的整體計算選用中 國建筑科學(xué)研究院編制的 SATWE軟件（簡化墻元模型）。結(jié)構(gòu)計算考慮偶然偏心地震作用、扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)及施工模擬。 表 1 為轉(zhuǎn)換層上下層層間位移角。地震作用下，某一層的層間位移角大于相鄰上一層的 1.3 倍，或大于其上相鄰三個樓層層間位移角平均值的 1.2 倍，則該層的側(cè)向剛度不規(guī)則。表中第 (3）項數(shù)值均小于 1.3，第 (5）項數(shù)值均小于1.2，由此判斷結(jié)構(gòu)規(guī)則。 表 1 轉(zhuǎn)換層上下層層間位移角 表 2 為墻、柱軸壓比，表中顯示：剪力墻最大軸壓比均小于 0.5，框支柱最大軸壓比均小于 0.6，滿足高層規(guī)程軸 壓比限值要求。所有支承轉(zhuǎn)換梁的落地剪力墻邊緣構(gòu)件及重要部位的剪力墻邊緣構(gòu)件內(nèi)加設(shè)型鋼，框支柱采用鋼管混凝土柱，以增加結(jié)構(gòu)延性。 表 2 墻、柱軸壓比 轉(zhuǎn)換層上下側(cè)向剛度比： 各棟轉(zhuǎn)換層設(shè)置在五層，其上、下層等效側(cè)向剛度比 均小于 1.3，滿足高層規(guī)程要求。 4組合構(gòu)件技術(shù)性、經(jīng)濟性比較 與普通鋼筋混凝土構(gòu)件成熟的施工技術(shù)相比，組合構(gòu)件依然有不少問題亟待解決。具體表現(xiàn)在： 構(gòu)件制作。組合構(gòu)件需要制作大量的工字鋼、十字型鋼、牛腿等成型構(gòu)件，要在鋼構(gòu)件上鉆孔，按 設(shè)計圖設(shè)置栓釘，且有大量的焊接工作和螺栓連接工作。除了部分型鋼可在工廠加工外，大部分工作還是在現(xiàn)場完成；型鋼的拼接。包括柱與柱的連接、柱與梁的連接、梁與梁的連接。連接時須先將型鋼定位，水平校準(zhǔn)后再施焊，其難度遠(yuǎn)大于鋼筋的；連接垂直度控制。由于柱型鋼與下層柱連接時稍有不慎便容易造成傾斜。例如：在連接處由于焊接質(zhì)量造成一微小的傾角，那么在型鋼的上端便可能形成幾十毫米的偏差。梁箍筋的定位。通常鋼筋混凝土梁是在樓面把箍筋和縱筋綁扎形成固定骨架后再沉到模板槽里。但是鋼骨混凝土梁是先固定型鋼，再把兩個 U 形筋焊接形成箍筋 ，最后把縱筋穿進去定位，施工難度無疑增大很多。節(jié)點施工。在梁柱節(jié)點處，除了梁柱型鋼外，還有柱的加密箍筋需要穿過主梁型鋼腹板，另外部分主梁的縱筋也需要穿過柱型鋼的腹板。通常先在腹板上鉆出預(yù)留孔，再把鋼筋穿過。但是實際施工中由于安裝誤差和鋼筋過密等原因，往往發(fā)生鋼筋與預(yù)留孔錯位的情況。 該工程用到的節(jié)點有梁柱節(jié)點、梁與剪力墻節(jié)點、梁與鋼管混凝土柱節(jié)點等。 與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，組合構(gòu)件在經(jīng)濟效益方面有許多優(yōu)勢： 結(jié)構(gòu)面積小。由于組合構(gòu)件強度高，柱截面比鋼筋混凝土柱大幅下降。就該工程而言，采 用鋼管混凝土柱可增加有效使用面積 100 平方米，以該位置商業(yè)區(qū)每平方米 2萬元計，即可增加 200 萬元的效益。 工期短。組合構(gòu)件可一次安裝 2-3 層樓的鋼骨架，在混凝土尚未澆灌前，可用作其上層樓板平行施工的模板支架和操作平臺，先行施工部分鋼筋工程，在一定程度上縮短工期。 降低層高。組合構(gòu)件可以增加截面剛度，有效降低層高。在該工程中，轉(zhuǎn)換層主梁跨度多為 8-12 米，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主梁最小梁高2500，而采用鋼骨混凝土梁最小梁高 1800，即可減少700mm，其經(jīng)濟性明顯。 綜上所述，雖然由于含鋼量的 增加，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)在土建方面的造價高于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但從整個建筑的造價分析來看，上部結(jié)構(gòu)造價只占建筑總造價的很少部分，結(jié)構(gòu)用鋼量增加所造成的總體造價的增加并不多，相反，由于結(jié)構(gòu)尺寸減小，混凝土用量的減小，基礎(chǔ)造價的節(jié)省和使用面積的增加，建造周期的縮短，從綜合效益來講，組合結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢，同時還可以帶來結(jié)構(gòu)抗震性能的提高。因此組合結(jié)構(gòu)在復(fù)雜高層、超高層建筑中與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比有著明顯的優(yōu)勢。 5 對結(jié)構(gòu)設(shè)計的總結(jié) 經(jīng)計算，該工程結(jié)構(gòu)周期及位移等符合規(guī)范要求，剪重比適中，構(gòu)件截面 取值合理，結(jié)構(gòu)體系選擇恰當(dāng)，滿足在常遇地震下的抗震要求。結(jié)構(gòu)具有良好的耗能機制，符合“ 強柱弱梁 ” 的抗震設(shè)防原則。在中震作用下，結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件均未達到或遠(yuǎn)離完全屈服狀態(tài)，僅局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)破壞而結(jié)構(gòu)的破壞程度可以得到有效控制，可認(rèn)為達到了 “ 中震可修 ” 的抗震設(shè)計目標(biāo)。而通過在關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)設(shè)置鋼管或芯柱，提高混凝土強度等級，提高配筋率等一系列處理措施，結(jié)構(gòu)的抗震性能更可優(yōu)于規(guī)范規(guī)定的防倒塌的最低要求，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計可行。 通過該工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，得到如下的結(jié)論，希望為類似工程提供有益的參考和思路。 1組合構(gòu)件的抗震性能主要表現(xiàn)在：根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的鋼骨混凝土框筒結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)大的承載力儲備，結(jié)構(gòu)在中震作用下未屈服，破壞時的基底剪力大于彈性地震的計算基底剪力。整體結(jié)構(gòu)延性好，抗震性能較好； 結(jié)構(gòu)在中震或罕見地震作用下進入彈塑性狀態(tài)后，柱很可能受拉，墻柱中的型鋼大幅度提高了構(gòu)件的受拉承載力，比普通鋼筋混凝土更能保證結(jié)構(gòu) “ 大震不倒 ” ； 組合構(gòu)件的應(yīng)用，使框架能承擔(dān)更大的傾覆力矩和剪力。剪力墻中的型鋼起到了銷鍵作用，提高了剪力墻抗傾覆彎矩的能力。 2 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系中，局部采用組合構(gòu)件是可行的，特別是大跨度桿件設(shè)計時，可提高梁的抗彎、抗拉、抗壓剛度，減小豎向變形值，降低梁高，其效果比純鋼筋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)好。 3. 組合構(gòu)件綜合效益優(yōu)于鋼筋混凝土構(gòu)件。 參考文獻 1 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 (GB 500112001) 中國建筑工業(yè)出版社， 2001 3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 (GB 500172003) 中國計劃出版社， 2003 3 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程 4 鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 (JGJ 13820 01)中國建筑工業(yè)出版社， 2002 5 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程 (CECS 28：90)中國計劃出版社， 1992 6錢稼茹，周棟梁，方小丹鋼管混凝土柱 -RC 環(huán)梁節(jié)點及其應(yīng)用 建筑結(jié)構(gòu) 2003 7周棟梁，錢稼茹，方小丹，江毅 .環(huán)梁連接的 RC梁鋼管混凝土柱框架試驗研究土木工程學(xué)報 2004 閱讀相關(guān)文檔 :建筑工程鋼筋綁扎及其焊接技術(shù)探索 論室內(nèi)裝飾與建筑風(fēng)格的合理搭配 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