木-混凝土组合梁T型截面设计方法.pdf

4 0 江苏建筑 2 0 1 2年第 5期( 总第 1 5 0 期 ) 木一 混凝土组合梁 T型截面设计方法 王斌 肖飞 ( 南京 金榜房 地产 开发 有 限公司 ， 江苏 南京 2 1 0 0 2 9 ； 江苏建研建设工程质量安全鉴定有限公司 。 江苏南京2 1 0 0 0 8 ) 摘 要1 木一 混凝土组合结构是通过剪力连接件将木梁与混凝土翼板连接成整体共同受力， 其中木粱承受拉力， 混凝土 翼板承受压力 剪力连接件传递交界 面上 的纵 向剪力 。 这样的组合方式 大大提 高了其强度和刚度 ， 增强 了其抗震性 能和防火 能力， 还可以改善木结构房屋的隔音性 能， 同时又可以节约成本 ， 提 高技术经济效益。文章的设计方法是以文献【 1 】 和 文a 2 】 基 于弹性分析的精确计算方法和近似计算方法为根据 特别是根 据欧洲规范 5给 出基于极限状态的承栽力的现代木结构与 混凝 土结构概念设计的规定和建议 f 关键 词1 木一 混凝土； 设计方法： 组合梁 中图分类 T U3 9 8 9 【 文献标识码 A 文章 1 o o 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 2 0 5 0 0 4 0 - 0 2 De s i g n M e t ho ds o f a Ti mbe r -c o nc r e t e T-c r o s s -s e c t i o n Be a m W ANG Bi n XI AO Fe i (1 N a n j i n g J i n b a n g R e a l E s t a t e D e v e l o p m e n t C o ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 2 9 C h i n a ； 2 J i a n g s u J i a n y a n C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g Q u ali t y S a f e t y A p p r a i s a l C o ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 8 C h i n a ) Ab s t r a c t ：Wo o d c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a m i s a n e w t y p e o f s t r u c u r e i n wh i c h t h e wo o d s t u c t u r e a n d c o n c r e t e s t r u t u r e a r e i n t e g r a t e d b y c o n ne c t o r s t o t a k e a dv a n t a d g e o f t e ns i o n a n d c o mpr e s s i o n r e s pe c t i v e l y Th i s n e w c o mp o s i t e s t y l e c a n a p p l y t he p o s i t i v e ma t e r i a l p r o pe r t i e s o f wo o d a nd c o n c r e t e ，wh i l e i mp r o v e t he t e c h ni c a l a n d e c o n o mi c b e n e fi t s He r e ，t h e d e s i g n p r o c e d u r e s a c c o r d i n g t o t h e t h e o r y o f e l a s t i c i t y b a s e d o n t h e e x a c t me t h o d a n d a p p r o x i ma t e me t h o d a r e g i v e n ， a n d p a rt i c u l a r l y a c c o r d i n g t o t h e r e g u l a t i o n s a n d r e c o mme n d a t i o n s o f t h e mo d e r n c o n c e p t f o r d e s i g n o f t i mb e r s t r u c t u r e s a n d c o n c r e t e s t ruc t u r e s ， g i v e n i n E u r o c o d e 5 a n d b a s e d o n t h e l i mi t s t a t e s o f b e a r i n g c a p a c i t y a n d u s a b i l i t y o f s t ruc t u r e s Ke y wo r d s ：wo o d - c o n c r e t e ； d e s i g n me t h o d s ； c o mp o s i t e b e a m 0 引 言 工 程中的木一 混凝土 组合梁通 常采用柔性 连接 件 其 在传递 纵向水平 剪力 时 自身产 生变形 引起组合梁交界 面 上出现相对滑移现象 致使组合梁截面的抗弯刚度降低 抗 弯承载力减小 传统 的换算截 面法假设混 凝土板 和木梁完 全共 同作 用 忽略交界面上滑移影响 其计算精度对于完全连接组合 梁可 以满足工程要求 但是当组合梁部分剪力连接时 ， 混凝 土板 和木梁协调工作 的能力减小 界面滑移效应增 大 截面 抗 弯承载力降低 如果采用换算截面考虑其弹性抗弯承载力 则偏于不安全。因此 木一 混凝土组合梁的 内力分析需要木 、 混凝土和剪力连接件三者之间的应力 和变形关系。 问题的复 杂在于确定这种关系时 需要 引入大量的参数 这使得计算相 当复杂 。 对 于实际的计算 ， 一定的简化是可 以实现的， 以便达 到在一定假设条件下得到一个 比较容易的解决方法 1 精确计算法 1 1 基 本 假 设 ( 1 )弯曲引起的位移很小 ， 因此小变形理论是适用 的。 ( 2 ) 单元 中剪切变形 引起 的位移忽略不计 。 ( 3 )木和混凝 土材料 为理想线 弹性体 。 ( 4 )木梁和混凝土板 之间连接可靠 木 梁和混凝土板 具有相 同的曲率 分别符合平截面假定 并不考虑两者之 间 的掀起效应 1 2 理 论 公 式 推 导 取组合梁 中微单元作为分析对象 。 如图 1 。 根据文献【， 1得 到以下挠度微分方程 ： 一 Z w -一 ( 1 ) 【 收稿 日 1 2 0 1 2 - 0 5 - 0 2 【 作者简介】 王 斌 ，( 1 9 7 4 一 ) ， 南 京 金 榜 房 地 产 开 发 有 限 公 司 ， 工 程 师 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 2年第 5期( 总第 1 5 0期 ) q ( x ) V l + 一 二i N m h f l 叫 J 曼 三 - 。 一 J i 一 附 图 1 均 布 衙 载 下组 合梁 微 单 元 其 中 ：肘 为 组 合 梁 任 意 截 面 弯 矩 ，a 2= 1 + 击 + ) E A o+ ) ，J B = 面 K r，EJ l ， I + E Ao = Ev 4 l + E E A p = E IA。 2 ， Nl 为混凝 土板 截面上 的轴力 ， E 、 Al 和 ， 1 分 别为木梁 的弹性模量 、 截 面面积和截 面惯性矩 r 为混凝 土 板形心到木梁形心 的距 离。 如果得到” W ” 的边界条件 ， 那么 可以给出以下公式 ： NI = _M+( E ， I ) o w 一 ( 2) ( 3 ) MI = - El 1 1 W” ( 4) M2 = - E 2 ， 2 ” ( 5 ) 根 据材 料力学公式可得 ： 圳= y + ( 6 ) 嘶 ( 7) 2近似计算 法 该方 法的基本 假设与上面精确计算法 的假设相 同。 木一 混凝 土组合梁 中剪力 连接件 的形式 有很 多种 例 如 ： 钉 ， 销钉 ， 螺栓 ， 钢板连续连接件等 。通过引入相对滑移 模量 考虑 了混凝土板与木梁之间 的相对滑移 。 ( 8 ) 其 中 是交界 面处水 平剪力 ， 是剪 力连接件之 间的 相对 滑移。 根据弹性弯曲理论得 ： MI = 一 E l， lI V ” M ： 一 E4 D ” v = k l z = p - l z I+ r 如果将 梁上的荷载考虑成正弦分布荷载 P ， 那么 ： ( 9 ) ( 1 0 ) ( 1 1 ) ( E J l+ E l2 ， 2 ) 埘” 一 2 l 栅 r ) r =- p ( 1 2 ) 令p in (孚 ) 根据材料力学得 ： 一 ( 1 3 ) 一 ) 式 = 手 ，a - T E I - r ， v J ， l =TEv 4 I +E 一 I 2 眠 为截面弯矩 ， ( 肼 ) 为梁 的有效 刚度 。 3结 语 木一 混凝土组合梁兼有木 结构和混凝土结构 的优点 欧美国家已在实际工程中得到大量应用 但 目前国内对这 方面的研 究处于刚起步阶段 还需要进行大量的理论分析 和试 验研究 。文章针对我 国木一 混凝 土组 合梁连接件研 究 空白的现况 ， 应充分利用 国外 已有 的设计规范和研究结果 提出了木一 混凝 土梁 T型截面 的设计方法 参 考 文 献 【 1 】G i r h a mma r ， U ( 1 9 9 3 ) Co mp o s i t e b e a m c o l u mn s w i t h i n t e rl a y e r s l i p e x a c t a n a l y s i s 】 J o u r n al o f S t r u c t u r a l E n g i - n e e fi n g ， 1 1 9 ( 4 ) ， P P 1 2 6 5 1 2 8 2 【 2 】2 G i r h a mma r ， U C o mp o s i t e b e a m c o l u mn s wi t h i n t e r l a y e r s l i p A p p r o x i ma t e a n al ysi s J 1 n t e ma t i o n a l J o u rna l o f Me c h a n i c al S c i e n c e s 2 0 0 8 ， 5 0 ( 1 2 )： 1 6 3 6 1 6 4 9 【 3 13 E N 1 9 9 5 1 1 ： 2 0 0 4 E u r o c o d e 5 ： d e s i g n o f ti mb e r s t r u c - t u r e s p a r t 1 1 ： g e n e r al r u l e s a n d r u l e s f o r b u il d i n g s【 S 1 E u r o p e a n C o mm i t t e e f o r S t a n d a r d i z a t i o n ， B r u s s e l s ， B e l g i u m， ) ( 上接第 3 6页) l仟阳 砰仟隅 l -斟,i 图9 各方向 P u s h o v e r 作用下结构位移与层问位移角分布 为平 滑 。 位移 与基 底剪力 基本 呈线性 递增 ： 曲线 在设定 位 移 范围 内未 出现下 降段 。表 明在抗倒 塌能 力上 有较 大余 地 在各 工况 下能 力谱 曲线均 能 与需 求谱 相交 得 到性能 点 大震下的最大层 间位移 角均小 于 1 1 5 5 。大震下竖 向构 件墙 、 柱进入 塑性 铰状态 的 比例很小 大量 的塑 性铰都 出 现在梁上 ， 符合结 构概念设 计的要求 7 结 语 分析结果表 明： 在多遇地震作用下本 工程 结构的周期 比、 侧 向刚度 和位移比等指标均符合现行规范的相 关要求 ； 中震作用下能满足“ 重要构 件处 于弹性 或不屈 服” 的抗震性 能 目标 ： 罕遇地震 下能满足“ 大震不倒 ” 的设防要求 。 且楼板 薄弱部位 、 竖 向构件等关键 构件按大震 作用验算其截 面仍 有一定 的富余量 可见本 工程的结构 体系在遭遇地 震作用 时能够满足“ 小震 不坏 、 中震可修 、 大震不倒” 的抗震设防 目 标 ， 同时最 大限度 满足建筑功能的要求。 参考文献 f 1 1 G B 5 0 0 1 1-2 0 1 0建筑抗 震设计规 范 S 1 北 京： 中 国建 筑 工 业 出版 社 2 0 1 0 2 】2 J G J 3 2 0 1 0高层 建筑混凝 土结构技 术规程 【 s 】 北京： 中 国建 筑工业出版社 2 0 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m