多层钢砼混合结构计算问题的几点探讨.doc

多层钢砼混合结构计算问题的几点探讨 艾 磊 姜程巍该论文由推荐 由发表摘要:本文中的多层钢砼混合结构特指多层钢筋混凝土框架-钢屋盖结构，屋面梁为梁顶有坡度的变截面实腹钢梁，混凝土柱与钢梁连接方式为铰接，因为钢梁对柱顶有一定的水平推力，所以不能把它简单地地归类为框排架结构。本文针对利用程序对该混合结构进行计算时如何选取规范参数及需要做哪些补充计算的问题做一些探讨，希望对实际的工程设计有参考意义。关键词: 位移, 风荷载体型系数, 风振系数, 计算长度系数, 水平推力Abstract: this paper multilayer steel concrete mixing structure of reinforced concrete frame-especially multi-layer structure steel roof, roof beam in slope roof beam of variable cross section steel firm abdomen, concrete column and steel beam connection mode as hinges, because of the tops of the steel is of certain level thrust, so cant simply to classified as a box structure bent. This article in view of the use of the hybrid structure program to calculating how to select the standard parameter and the need to do what the problem of calculation of supplement is discussed, and I hope to actual engineering design has reference significance.Keywords: displacement, the wind load shape coefficient, the wind of the vibration coefficient, calculate length coefficient, horizontal thrust中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号： 多层工业厂房设计时，为了满足经济性及施工周期的要求，楼面荷载较大的工艺平台经常设计为混凝土框架，平台以上的部分则采用混凝土柱-钢梁结构，屋面采用轻钢屋面。这样在一个建筑单体中就存在了两种以上的结构形式，而一般的计算程序只允许对一个结构单体设定一种结构形式，那么就需要对结构及构件进行定性的分析、选择合理的计算参数，对其设计限值进行分类控制，以做到对结构经济性与安全性的统一。例如在下图所示厂房中，楼板采用混凝土结构，屋面为钢结构。一、结构位移的控制钢筋混凝土平台部分为框架结构，平台以上部分从结构形式上接近于排架结构，一般工业厂房为不上人屋面，因此可以按排架结构对其位移进行控制。建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）第5.5.1条对各类结构多遇地震下的最大弹性层间位移做了如下规定： 表1 弹性层间位移角限值结构类型e钢筋混凝土框架1/550钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒1/800钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/1000钢筋混凝土框支层1/1000多高层钢结构1/300 根据此条，平台部分层间位移角应该控制到1/550以下；顶层按排架结构控制，柱顶位移规范中无明确规定，在满足承载力要求的前提下可适当放宽，使结构设计趋于经济。实际工程设计时参考上表中“多高层钢结构层间位移角限值为1/300”及钢结构设计规范（GB50017-2003）第A.2.1.1 规定：“风荷载标准值作用下无桥式吊车的单层框架的柱顶位移限值为1/150”，将顶层柱层间位移角控制在1/300左右应该是安全的。二、结构风荷载的输入 1，厂房钢筋混凝土平台为框架结构，根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）第9.1.1条规定，现浇混凝土框架结构长度55m设伸缩缝，结构较长时一般会被分为若干温度区段，利用程序进行辅助计算计算时一般对每一温度区段进行单独建模，如果不做特殊处理，程序就会对它按照一般的建筑单体施加风荷载，而对于这样的单体，只可能在远离伸缩缝的一侧受风，即背风面无风压作用。所以直接采用程序的计算结果就会不经济。可以结合建筑结构荷载规范（GB 500092001）第7.3.1条对风荷载体型系数的规定，将程序的计算结果进行修正。PKPM系列软件中的SATWE给出了“水平风荷载查询及修改”选项，该选项中程序给出的计算结果为每个方向的风荷载总和，以靠厂房外侧的一个温度区段为例，假定其X方向、Y方向均邻伸缩缝，下图为程序的计算结果，则实际X方向风荷载的X轴分量为：259.304x=159.57KNY方向风荷载的X轴分量为：345.739 x=212.76KN 程序提供的风荷载查询/修改界面2，建筑结构荷载规范（GB 500092001）（以下简称荷载规范）第7.4.1条规定：“对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期T1大于O.25s的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响”。 PKPM系列软件中的SATWE 数据前处理“风荷载信息”的输入项仅要求填写基本风压及结构基本自振周期，经试算发现程序本身不会判断结构是否属于“高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期T1大于O.25s的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构”，而是直接根据T1O.25s这条将风荷载乘以风振系数。下面结合工程实例了解一下程序对总高度为20m的厂房在屋顶处的风荷载的放大情况，假定工程概况为： 厂房总高度与迎风面宽度的比值：H/B0.5；地面粗糙度度类别为B类；基本自振周期：T1=1s；基本风压：=0.4 KN/；由， 得=1.34 荷载规范表7.4.3由H/B0.5， 得=0.42 荷载规范表7.4.3-3高度20m处：=1.0 ，=1.25荷载规范表F.1.2、表7.2.1=1+=1.45 荷载规范第7.4.2条可以看出程序将屋顶处的风荷载放大了1.45倍。因此当多层工业厂房30m或高宽比1.5时，即便在程序计算出的周期信息里查得基本自振周期T1O.25s,也应该在“风荷载信息”的输入项中填写小于0.25的数据，风荷载的作用效应才会更准确。三、钢梁对混凝土柱的水平推力 由于屋面梁为梁顶有坡度的变截面实腹钢梁，不符合排架结构屋盖刚度无穷大的假定，且实际工程中柱顶铰一般不会处理成理想铰的情况(一端为滑动支座，则柱在计算平面内为悬臂柱)，梁底对混凝土柱顶必然会产生水平推力。在利用PKPM进行结构计算时，一般会在PMCAD中输入钢梁及屋面荷载，竖向荷载通过钢梁传导给柱子，这样来确定柱子的截面及配筋。屋面钢梁在STS里按排架建模计算，这样对于钢梁是安全的，但是对于柱子而言，因为平面建模输入不了屋面坡度，那么钢梁对柱子的水平推力也就没有考虑，是偏不安全的，需要手动加上。柱顶水平推力有一种简单的算法可供参考，这种算法的前提为钢梁与混凝土柱变形协调，钢梁的轴向变形等于柱顶位移（忽略屋面坡度影响）。由柱子的抗推刚度反算柱顶的水平推力，在PMCAD中按相应的荷载类型输入，参与荷载组合计算，步骤如下：1， 在STS的计算结果中查出梁的轴向力N；2， 求得钢梁的轴向变形L=；3， 求出柱的抗推刚度为：K=；4，求得柱顶的水平推力：P=KL= 其中： EC -混凝土的弹性模量； ES-钢材的弹性模量； IC -混凝土柱截面的转动惯量； A-钢梁的截面面积； N-钢梁的轴力； H-混凝土柱的长度； L-钢梁的长度假定钢梁为焊接H型钢，截面为：H300X900X8X16，长度：L=24m;柱截面为：500x500，高度为8m，混凝土强度C30;由STS计算结果查得，活载作用下梁的轴力为20KN;则柱顶水平推力为： P= 0.53KN应将该值在PMCAD中输入柱间活载项中，使计算结果更精确。 综上，多层钢砼混合结构因多种结构形式存在于同一单体，完全采用程序的计算结果是不安全也不经济的，设计人必须利用自己的结构概念进行对结构各部位的受力特点进行定性判断，对计算结果进行修正，灵活运用规范，方能将结构的优势发挥出来，做到经济性与安全性的统一。参考资料：1 混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002）2 钢结构设计规范 （GB 50017-2003）3 建筑抗震设计规范（2008年版） （GB 50011-2001）4 建筑结构荷载规范（2006年版） （GB 500092001）5 建筑结构静力计算手册（第二版） 中国建筑工业出版社6 普钢厂房结构设计 人民交通出版社 (能源与节能杂志社http:/www.nyyjn.org)6