钢管混凝土柱在冶金行业单层厂房中的应用.pdf

总 第 2 1 7期 2 0 1 4年 第 1 期 河 北冶全 HE BE l M E TAL L UR GY To t a l NO 2l 7 2 01 4。 Numb e r 1 钢管混凝土柱在 冶金行 业单层厂房 中的应 用 郝 树 文 (邯郸钢铁集 团设计 院有限公司 ， 河北 邯郸 0 5 6 0 1 5) 摘要 ： 钢管混凝土柱是钢管内填以普通混凝土组成 的新 型材 料 ， 具有 承载 力高 、 塑性和 韧性好 、 成本低 、 外形美观、 施工方便等优点。通过工程实例， 对比计算了在设计条件相同的冶金行业单层厂房设计中， 分别采用钢管砼柱与 H型格构柱时前者的优势 。对从事钢结 构设计者 在制定方 案 、 施 工图设计 时具有 指导意义 。 关键词 ： 钢管砼柱 ； H型格 构柱 ； 冶金行业单层厂房 ； 应用 中图分类号 ： T U 3 7 5 3 文献标 识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 6 5 0 0 8 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 6 8 0 3 APP LI CAT1 0N OF S TEEL P I P E CONCRETE COLUM N I N S I NGLE STOREY W 0RKS HOP OF M ETALLURGI CAL 帅US TRY Ha o S h uwe n ( H a n d a n I r o n a n d S t e e l D e s i g n I n s t i t u t e C o ， L t d ， H a n d a n ，H e b e i ， 0 5 6 0 1 5 ) Abs t r a c t ：The s t e e l pi p e c on c r e t e c o l u mn i s on e k i n d o f n e w ma t e r i a l ，c ompo s e d by s t e e l p i p e s fil l e d wi t h c o nc r e t e I t h a s a d v a nt a g e s：hi g h b e a ting c a p a c i t y，go o d p l a s t i c i t y a n d t o ug h ne s s，l o w c os t ，b e a u t i f ul s h a p e a n d c o n v e n i e n t c o n s t r u c t i o n B a s e d o n p r o j e c t e x a mp l e s a n d c a l c u l a t i o n ，i t d e mo n s t r a t e s t h e s u p e r i o r i t y o f s t e e l p i p e c on c r e t e c o l umn c omp a r e d wi t h H s h a pe d l a t t i c e d c o l umn i n d es i gn o f s i ng l e s t o r e y wo r ks h op o f me t a l l u r gi c a l i n du s t r y un de r s a me d e s i g n c on di t i o ns Th a t h a s a g ui d i n g s i g n i f i c a n c e f o r d es i gn s t a f f of s t e e l s t r u c t u r e i n ma k i n g p l a n a n d d e s i g ni n g c o ns t r u c t i on dr a wi n g Ke y W o r d s：s t e e l pi p e c on c r e t e c o l u mn；H s h a p e d l a t t i ce d c o l u mn；s i ng l e s t o r e y wo r ks h op i n me t a l l u r gi c a l i n du s t r y； a p p l i c a t i o n 0 引言 钢管混凝土柱是钢管内填以普通混凝土组成 的 新型材料 ， 混凝土与钢管共同作用 。可用于轴压 和偏压构件， 钢结构单层厂房 ， 尤其荷载大的冶金行 业重型单层厂房。结构 的选型是否合理 ， 将直接影 响整个厂房的钢材用量 ， 从而影响工程造价。单层 厂房柱 ， 无论其结构作用还是经济效益 ， 均是举足轻 重的。柱子 的耗 钢 指标 约 占整 个 厂 房 的 3 0 一 4 0 。本文通过工程实例 ， 在相同条件下 ， 采用钢管 砼柱和 H型格构柱 ， 对二者进行 了比较。 收稿 日期 ： 2 0 1 31 1 0 3 作者简介 ： 郝树文( 1 9 7 2一) ， 女 ， 高级工 程师 ， 1 9 9 3年毕业 于河北 建 筑工程学院工业与民用建筑专业 ， 现在邯郸钢 铁集团设 计院有 限公 司工作 ， Em a i l ： h a o s h u w e n m a i l h g j t c n 68 1 设 计简 介 某钢铁集团炼钢单层厂房 ， 二跨 ( 冶炼跨 、 连铸 跨 ) ， 等高 ， 2 4 i n 2， 柱距 1 8 0 m， 天车 2台， 起重量 分别为 Q=1 0 0 t 和 Q：8 0 t ， 轨面标高 1 2 0 m； 上 柱 、 屋面梁均为 H型钢 ， 下 柱分别采用二管钢管砼 柱和 H型格构柱 2种方案。 2 单层 厂房 下柱计 算 2 1 计算条件 、 参数 ( 图 1 ) ( 1 ) 钢 管砼 柱 上柱 ：I l = 8 6 9 7 1 c m ， Hl =6 9 0 c m 下柱 ： I ， = 5 4 6 0 0 0 0 c m ， H =9 8 0 c m ， C 4 0混 凝 土 f ：1 9 1 N mm K =鲁 n 2 = 6 905 4 6 0 0 0 0 - o K u u 2 3 河北冶金 2 0 1 4年 第 1期 = H1 N N I H 2 = 需 5 而 查 钢 结构 设计 规范 ( GB 5 0 0 1 72 0 0 3 ) 表 D一 3 ： z = 5 3 4 ， 阶形柱计算长度折减系数取 0 7 ， 故 x 2=5 3 40 7=3 7 4 ( 2 ) H型格构柱 上柱 ： I 】 = 8 6 9 7 I c m ， H1 = 6 9 0 c m 下柱 ： I ， = 2 5 2 7 1 5 6 c m ， H， = 9 8 0 c m 上柱断 面 K =鲁 鲁 = - o K 丽 0 0 4 9 = n1 鲁 = 99 8 叫G0 罢1 4 2 0 x 2 5 2 7 1 5 6 = 7 6 可 9 8 0 7 0 4 0 8 6 9 7 l _ l 查 钢结 构 设计 规 范( G B 5 0 0 1 72 0 0 3) 表 D一3 ： z = 3 6 7 ， 阶形柱计算长度折减系数取 0 7 ， 故 2：3 6 70 7 =2 5 7 9 030 0 1 2x23 钢管混凝土柱腹杆 1 2 1 5 ( Q 2 3 5 B H格构柱腹 杆 ( 斜杆 ) L1 0 0 1 0 ( 水平杆 )L 1 0 0 6 ( Q3 4 5 B 钢 管混凝土下 柱断面 y H5 0 035 0l 23 5 0 一 一r王 l 8 0 0 l 8 0 0 l H型格构柱下柱 断面 图 1 单层厂房 下柱计算条件、 参数 y F i g1 Ca l c u l a t i o n c o n d i t i o ns a n d p a r a me t e r s f o r l o we r c o l u mn o f s i n g l e s t o r e y wo r k s h o p ( 3 ) 设计 内力 设计值 Mx=2 3 1 0 0 k N m， N=7 0 4 0 0 k N， V =2 0 0 0 k N 单支轴心力 ： N = = 2可3 1 0= 9 6 4 k 2 2 设计依据 钢结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 72 0 0 3 ) 、 钢管 混凝土结构设计与施工规程 ( C E C S 2 8 ： 9 0 ) 2 3 钢管混凝土下柱计算 ( 1 ) 截 面特 性 单个钢管混凝土换算截面特性 A =1 2 3 7c m ，I =3 7 4 2 5 c m ， A。= 1 8 3 9 8 c m ，I 。=2 6 9 3 71 c m A ：1 2 3 7 1 8 3 9 8：4 1 3 9( c m ) I ：3 7 4 2 5+ ： 兰 2 6 9 3 7 1：7 9 9 2 3 2 061 0 ( c m ) 整体换算截面特性 A0 = 2 A = 2 4 1 3 9 6： 8 2 7 9 2( c m ) I =1 5 9 8 4 6( c m ) I = 5 4 6 0 0 0 0 (c m ) ( 2 ) 下柱单支承载力验算 套箍 指标 ： 0= 0 7 4 承载 力设计 值 ： N 0 = 1 9 1 l 8 3 9 8 1 0 ( 1 + + 0 7 4 ) = 9 3 2 9 k N 长细 比影响的折减系数 ： p = 0 5 5 偏心率影响折减系数 ( 构件按轴心受压) ： p =1 0 按轴压柱长细 比影响的承载力折减系数 ： 6 9 总第2 1 7期 i = _l 4 ( c m 9 8 0= 7 o 查 钢结构设计规范 表 C一2得 ： p 。 =0 7 5 1 ， P l X( P =0 5 5 X 1 04 9 6 4 ( 0 9 7 5 1 0 满 足要 求 ) ( 3 ) 下柱整体支承载力验算 平面 内换 算长 细 比 5 1 界限偏心率 ： ： 0 5： 二 ： 0 9 1十, o 7 4 长细 比影响 的折减 系数 ： p =0 6 6偏心率影 响折减系数( 构件按轴心受压 ) ： ( P = 0 7 1 按轴压柱长细比影响的承载力折减系数 ： P =0 7 5 p p =0 6 6 X0 71=0 47 7 0 4 0 ( 0 8 0 51 0满足要求) ( 4 ) 腹杆计算( 略) 2 4 H格构柱下柱验算 ( 1 ) 截 面特 性 单肢截面特性 Al ：2 0 8 7 2 c m。 I l =1 5 7 2 7 4 c m I l =97 51 0 c m i =8 68 c m ，i =21 6 c m ，W 1 =8 98 7 c m ， W l ：3 9 0 0 c m 整体截面特性 A：4 1 7 4 C lT I I =2 7 0 3 0 7 c m I = 1 95 0 21 0 c m i =8 0 4 c m ，i =21 6 c m ，W 1 =2 7 7 2 4 c m ， W 1 =7 8 01 c m ( 2 )柱构件平面内稳定验算 平面内计算长度( i n ) ： 2 5 1 8 6 平 面 内长细 比 A ： 3 1 2 9 9 平 面 内换算 长细 比 A 。 ： 3 5 6 6 8 轴心受压稳定系数 ( P ： 0 8 8 6 等效弯矩系数 卢 ： 1 0 0 0 计算参数 N ： 6 0 6 4 6 9 k N 7 0 稳定计算截面模量 W， ： 3 3 7 8 8 m N P y p M 7 0 3 01 0 += w - x 卜 P x 2 31 0 1 0 3 3 7 8 8 0 8 8 6 0 8 8 6 X 41 74 0 = 2 6 6 6( N ram ) + 柱 构 件 平 面 内 稳 定 计 算 最 大 应 力 ： 2 6 6 6 N mm f = 2 9 5 N mm ( 0 9 0 21 0满足要 求 ) ( 3 ) 分肢稳定验算 左肢( 平面外) 验算 左肢平面外长细比 A ： 4 5 3 4 0 轴心受压稳定系数 0 8 3 3 ： ! 鱼 x ： ：1 1 9 4 2 9 5 I Al 0 8 3 3 X 2 0 8 7 X 1 0 ( 0 4 0 51 0满 足要 求 ) 右肢( 平面外) 验算 右肢 平 面外 长 细 比 A 4 5 3 4 0 轴心受压稳定系数 0 8 3 3 4 9 6 3 751 0 2 Al 一 0 8 3 32 08 71 0 ( 0 9 6 8 1 0满足要求) ( 4 ) 腹杆计算( 略) ： 28 54 8 2 9 5 计算结果表明： 在设计条件相 同， 应力 比相 当， 钢管砼下柱耗钢量 ( 下柱) 2 1 3 t ， H型格 构( 下柱 ) 为 3 8 2 t ， 前 者钢 材仅 为后 者 的 5 6 。 3 结语 钢管砼在冶金行业重型单层厂房结构中主要用 于柱构件 ， 柱作为最主要承重构件 ， 同时也是影响建 设成本 的主要构件 ， 因此 ， 该构件选用是否合理 ， 显 得尤为重要。在重型钢结构厂房设计 中， 由于下柱 荷载较大， 尤其轴力对构件强度计 算所 占比重较大 时 ， 钢管砼柱优势尤为明显。 钢管砼具有以下特点 ： 承载力高 ， 轴心受压时一 般是混凝土和钢管各 自的 1 5倍左 右； 经济效果显 著 ， 与钢 柱 相 比 可节 约 钢 材 4 0 6 0 ； 有 良好 的 塑性和韧性 ， 在试验中， 即使构件产生较大的塑性变 形 ， 仍具一定承载力 ； 同时 ， 施工制作周期短 ， 施工方 便 ， 外形轻盈 、 美观。