某厂房钢管混凝土柱设计浅析.pdf

第3 2 卷2 0 1 4 年第3 期( 总第 1 7 1 期) 问题研究 某厂房钢管混凝土柱设计浅析 张金岭李双河刘银萍 ( 鞍钢集团工程技术有限公司 鞍山 1 1 4 0 2 1 ) 【 摘要】 依据厂房所处场地及柱子布置情况， 通过合理设计计算， 达到既满足结构安全要求， 又节省钢 材 的 目的。 【 关键词】 钢管混凝土柱 单肢承载力计算 整体承载力计算 刚度 柱顶位移 De s i g n An a l y s i s o f S t e e l P i p e Co n c r e t e Co l u mn i n W o r k s h o p Z HANG J i n - l i n g ， L I S h u a n g - h e ， L I U Yi n - p i n g ( A n s t e e l G r o u p E n g i n e e r i n ga n d T e c h n o l o g y C o ， L t d ， A n s h a n 1 1 4 0 2 1 ) 【 A b s t r a c t 】A c c o r d i n g t o t h e w o r k s h o p p o s i t i o n a n d c o l u m n a r r a n g e m e n t ， m a k e a r e a s o n a b l e d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n T h e p u r p o s e o f s a v i n g s t e e l p r o d u c t s a n d me e t i n g s a f e t y s t r u c t u r e r e q u i r e me n t s a r e a c h i e v e d 【 Ke y w o r d s S t e e l p i p e c o n c r e t e c o l u m n ， s i n g l e l im b b e a ti n g c a p a c it y c a l c u l a t i o n ， o v e r a ll l o a d i n g c a l c u l a t i o n ， rig i d ， t o p c o l u mn d i s p l a c e me n t l 概 述 该工程位于福建沿海地区 ， 风荷载大 ， 冬季主 导风向东北， 平均风速2 6 m s ， 夏季主导风向东南， 平 均风速 2 6 m s ， 最大风速 2 3 7 m s 。常年地下水 位低于一 0 3 m， 水质对混凝土没有侵蚀作用。厂房 高大， 最高处达4 7 m。柱距均为1 5 m 。 柱子的主要设计参数 为基本 风压 ： 0 8 k N m ； 抗 震设 防列 度 ： 7 ( 0 1 g ) ； 吊车荷载 ： 桥式 吊车 1 6 t ( 额定起重量) 2 4 4 m( 跨度 ) ， A 5 ( 工作级别) 2 柱子设计原理 钢管混凝土格构柱计算包括承载力计算及变 形计算两项内容。其中承载力计算又包括单肢承 载力计算和整体承载力计算两种情况。格构柱的 单肢承载力计算 ， 首先应按桁架确定其单肢的轴 向力， 然后按压肢和拉肢分别进行承载力计算。 拉肢 的承载力按 钢结构拉杆计算 ， 不考虑混 凝土的抗拉强度。 ( 1 ) 压肢应按下列公式计算 ： Nu ( 1 ) Nu = ， N。 ( 2 ) ， 0 = LA ( 1 + 0 + ) ( 3 ) 0 A 。 ( 4 ) 式中： 轴心受压承载力设计值； 一 5 6一 钢管混凝土单肢柱的承载力设计值； 0 钢 管混凝土 轴心受压 短柱 的承 载力 设计值； 0 钢管混凝土的套筒指标 ； 混凝土的抗压强度设计值； A 钢管内混凝土的横截面面积； 钢管的抗拉 、 抗压强度设计值 ； A 钢管的横截面面积 ； 考虑长细比影响的承载力折减系数 ； 考虑偏心率影响的承载力折减系数。 ( 2 ) 格构柱的整体承载力应按下列公式计算： ( 5 ) = ： ( 6 ) ? v o = ( 7 ) 式中： 格构柱的整体承载力设计值； 格构柱 单肢柱 的轴心 受压短 柱承 载力设计值 ； 考虑 长细 比影 响 的整体 承载 力折 减系数； ： 考虑偏心率影响的整体承载力折 减系数。 ( 3 ) 钢管混凝土柱子的变形， 可按一般结构力 学的方法进行计算。钢管混凝土柱子在正常使用 第3 2 卷2 0 1 4 年第3 期( 总第 1 7 1 期) 问题研究 图3 厂房排架计算简图 填 充 混 凝 土 ， 通 过 P K P M试 算 ， 其 截 面 用 4 一 4 5 7 1 0 即可， 因为这时c 柱实际上是单纯的钢结 构格构柱， 其计算方法与钢管混凝土格构柱不同， 只需验算强度 、 平面内稳定 、 平面外稳定三项内 容， 而不需要验算整体承载力。但是这样存在两 个问题 ： 一是 B柱及 A柱需要很大的钢管截面和填 充混凝土强度等级 ， 这是因为c 柱( 4 4, 4 5 7 1 0 ) 因为没有填充混凝土， 它的抗弯刚度 非常小， 在风荷载作用下承担 的整个排架弯矩的 比例非常 丝 ； 毪 i ! Q J !Q Q Q l A柱 小 ， 相应地 B柱及 A柱需要承担很大的弯矩 ， 此两 柱的偏心率影响的整体承载力折减系数 ： 数值很 小 ， 导致其特定柱截面的整体承载力设计值很低 ； 二是在这种情况下 ， 排架的柱顶位移很大 ， 达到 H 2 0 0 ， 远远大于 钢结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ) 附录A 2 1 条关于有桥式 吊车的单层框架 的柱顶位 移限值H I 4 0 0 的要求， 刚度方面不容易满足规范要 求。鉴于这两个方面， 总结出以下结论 ： 排架 中各 柱各 自必须有 足够的刚度 ， 才能合理有效 承担全 i ! Q l Q j B 柱 图4 最终各格构柱断面 部 弯矩 和控 制 柱顶 位移 。按 照这个 思 路 ， 经过 P K P M反复试算， 最终确定各格构柱断面( 见图4 ) ， 其中各钢管中均填充 C 4 0 混凝土。 一 58一 C 柱 4 结束 通过 比较图 2 及 图4 ， 柱子钢材用量大约减少 了3 3 7 ， 这样就取得了良好的经济效果 。 ( 2 0 1 2 1 1 3 0 收稿)