钢与混凝土组合梁在国咨集团综合办公大楼中的应用.pdf

1 6 d o i ： 1 0 3 9 6 9 4 is s n 1 6 7 1 9 1 0 7 2 0 1 2 1 1 0 1 6 重庆建筑 Ch o n g q i n g Ar c h i t e c tu r e 钢与混凝土组合梁在国咨集团综合办公大楼中的应用 Ap p l i c a t i o n o f S t e e l - c o n c r e Co mp o s i t e Be a m i n t h e Co mp r e h e n s i v e Om c e Bu i l d i n g o f Ch o n g q i n g I n mr n a fi o n a l I n v e s t me n t a n d C o n s u l t a t i o n Ce n t e r 吴 泽 周 杨 ( 机 械工业 第三设计研究院 ， 重庆 4 0 0 0 3 9 1 摘要 ： 通过重庆 国际投资咨询集 团综合办公 大楼 工程 中钢一混凝 土组合 梁的设计 实例，介绍组合 梁的主要受力特点和关键设计思路 工程 实践 表 明， 钢一混凝 土组合 梁f l 于大跨度楼盖 中具有 良好 的综合 效益。此外 ， 闭口式压型钢板具有优越 的结构 断面性 质和良好 的耐火性能 值 得 推 广运 用 关键词 ： 钢一混凝 土组合 梁； 闭口式压型钢板： 大跨度 结构： 中图分类号 ： T U5 0 2 文献标识码 ： A文章编码 ： 1 6 7 1 9 1 0 7 ( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 1 6 0 3 Ab s t r a c t ：Ba s e d o n t h e a p p l i c a t i o n o f s t e e l c o nc r e t e c o mp o s i t e b e a m i n the c o mp r e h e n s i v e o f fi c e b u i l d i n g o f Cho n g q i n g I n t e rna t i o n a l I n v e s t me n t a n d Co n s u l t a t i o n Ce n t e r ， the ma i n s t r e s s c h a r a c t e ris t i c s a n d k e y d e s i g n i d e a o f t h i s c o mp o s i t e b e a m are i n t r o d u c e d Th e c a s e s h o ws t h a t g o o d o ve r a l l b e n e f it s C an b e g a i n e d wi th t h e a p p l i c ati o n o f s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e b e am in l arg e s p an s u pe r s t r uc t u r e an d i t s h o ul d b e p o p ul a riz e d s i n c e c l o s e d s e c t i o n s t e e l de c k h a s e x c e l l e n t s t r u c tu r a l s e c t i o n p r o p e r t i e s an d fir e r e s i s t an c e p e r f o r man c e Ke y wor ds ： s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e b e am ； c l o s e d s e c t i o n s t e e l d e c k ； l a r g e s p an s t r u c t u r e 钢一 混凝 土组 合梁充分利 用钢结构和混 凝土两种材料 的 受力特性 ， 上部采用压型钢板与钢筋混凝土的组合楼盖 ， 下部 采用钢梁。由于其承载力高、 刚度大、 延性好 ， 是一种在大跨度 结构中极具优势的楼 ( 屋 ) 盖梁体系。 1工程概况 国际投 资咨 询集 团综合 办公楼 是 由重庆 国际投 资咨询集团有限公司新建 的集车库、超 市、办公 、 酒 店、 休 闲会所为一体 的综合性办公楼。整栋 楼分为A、 B两 座 双 子 楼 。 用 地 面 积 9 5 0 7 1 O m2 ，建 筑 面 积 7 1 1 1 2 2 1 m 。 在裙房三层、 四层处形成2 4 6 mx 2 8 1 m 大空间招标 中心 。 本 文通过对招标中心组合楼盖设计 的介绍 ，阐述组合梁 在国投办公 楼工程 中的具 体应 用 2组合梁设计 楼盖 自身跨度大 ， 承担荷载相对较小。组合梁两 端 与混凝土 边梁采用铰 接连接 组合梁按简 支梁设 计 ， 由挠度控制 ， 抗弯和抗剪能力相对富裕量较多。 组 合梁楼盖平面布置如图1 所示。 钢梁S L 一1 采用Q 3 4 5 一 择合适 的压型钢板是组合盖梁楼盖设计 中首先需要考虑 的问 题 。该 工程 中采用闭 口式Y X B 6 5 一 侣5 5 5 5 型压 型钢 板 承载 力高 ， 施工期间无需支模 ， 板肋与钢梁铺设方 向呈正交垂直关 系 。 甬j 】、 一 h r 量 0 冷 1 90 0 2 00 0 2 10 0 2 100 22 00 2 10 0 21 00 2 100 2 10 0 2 35 0 23 50 2 30 0 2 00 0 I90 【 c o 十 、 、 、 蟊 W I I 9 9 0 0 _ _ l 9 0 0 0 9 2 0 0 i 2 8 1 0 0 l l B 焊 援 工 子钢 如 2 不 组 合 梁 翼 板 为 压 型 钢 板 一混 ： 2 n 凝土 组 合 楼 板 如 图 3 所 示。 组 合 梁 采 用的 压 型 钢 板 对 量 楼盖自身的承载力和施工方式都有不同程度的影响，所以选 l l qI 。 I l 作者简介 ： 吴泽 ( 1 9 7 5 -) ， 男 ， 重庆人 ， 大学本科 ， 高级 工程师 ， 国家 一 级 注 册 结 构 工 程 师 ， 英 国 皇 家 特 许 建 造 师 ， 机 械 工 业 第 三 设 计 研 ：型 究院建筑六所所长 。 周杨 ( 1 9 8 3 一) ， 男 ， 重庆人 ， 硕士 ， 工程师 ， 主要从事钢 筋混凝 土 结构性能研究。 图2钢 梁 SL 一1 图1组合梁平面楼盖布景 图3压 型 钢 板 组 合 楼 盖 2 0 1 2 N O 1 1第1 1 卷总第 1 0 g 期 钢 与混凝 土组合梁在 国咨集 团综合办公大楼 中的应用 建筑结构 1 7 2 1闭 口式压型钢板 压型钢板组合楼盖 施工速度快 节 省建 筑高度 ， 特别是 与 组合梁一起共 同使 用 ， 经济 效益明显 ， 在 当前的工程中应用 不 少。特别是最近几年 ， 闭 口式压型钢板 的出现 ， 使得 组合楼盖 的应用越来越广泛 压型钢板常见形式 有三 种 ： 开 口式 、 缩 口式和 闭口式。闭 口式压型钢板与前两者相 比 ， 其 截面形心距 离板 底小 ， 有效截 面 高度 大 ， 按截面 塑性 理论分析 组合楼板承载 力时 混凝土压 力合 力作用点与钢板拉 力合力点具有 更大的内 力臂 ，二者 的 材料强 度都 能得到充分发挥 ，具有更大 的抗弯承载 力。根据 钢 与混凝土 组合楼( 屋) 盖 结构构 造) 0 5 S G 5 2 2 n 厂 家提 供的 技术参数 ，该工程采用Y X B 6 5 1 8 5 5 5 5 ， Q3 4 5 ，钢 板厚 度t ： 1 O mm， 组合楼板 厚度h = 1 2 0 mm， C 3 0 ， 正向抗 弯承载力 值可 达3 4 k N m， 约 是相 同厚度 ， 按构造 配筋 率0 2 0 配 置的普通 钢筋 混凝土楼 盖抗弯承 载力 的4 倍 ，足 见其 良好 的抗 弯承 载 力 。 闭 口板型板底平 整 ，装修之 后能更大限度 地满足建 筑装 饰需求。耐 火试 验表明 ， 这种钢承板能够替代楼板中正弯矩受 拉钢 筋而 且不 用喷 刷防火 涂料 就能 达到 1 5 h耐火 时限 的要 求 ， 具有 良好 的耐火性能。 闭 口式压型钢板 与混凝土之 间具 有更 良好 的协 调变形能 力。 闭 口板 型正是基于 上述多项优点 ，使 得它在压 型钢 板市 场 中占据着 主导地位 。 2 2组合钢梁抗剪连接键设计 抗 剪键 的设 计对整 个钢一 混凝 土组合 梁能否充 分发挥 作 用 ， 有着至关重要 的作 用 ， 应 引起 足够 的重视 。栓钉焊于钢梁 上翼缘 ， 作为直接 的抗剪件 ， 主要传递混凝 土翼板和钢梁 之间 的纵向水平力 ， 还能抵抗翼板 与混凝土之 间掀 起的作用 。栓 钉 直径d = 1 3 2 5 mm ， 长度 L = 6 5 1 0 O mm， 在加腋 梁中可能更 长 。英国规 范规 定用于建筑和桥梁 中栓 钉钢 材延伸率1 8 屈服强度 4 0 0 MP a 。这种栓钉在 与其 垂直的各方向具有相 同 的剪切刚度和强度。栓 钉直 径不宜取得过大 当直径d 1 9 mm 时 ， 会增加焊接的困难和费用。其次 ， 栓钉 的直径d 与施焊钢板 厚度t 有关。根据AC I 的相 关规 定 ， 只有d t 2 7 时 ， 栓钉 才能 发挥其静力强度。英国规范规定d t 2 0 。 在 重复荷 载作 用下 ， 这一限值更小。根据试验 ， 在脉动拉应 力作用下 ， d t 4 2 时 ， N v = 0 4 3 A Vf o E o 0 7 A , f ( 1 ) 当h d = 3 0 时 ， N c = O 3 3 A 。 、 下 - 0 7 As f ( 2 ) 当h d 在3 0 4 2 之间 ， 可用线性插值法确定。 式 中 ： h 一 栓钉全长 ； d 一 栓钉直径 ； A s 一 栓钉截 面面 积 ： f c 一 混凝土 轴心抗压强度 设计值 E c 一混凝土弹 性模 量 ： f 一 栓钉抗 拉强度设计值 该 工程抗剪连接件采用Q2 3 5 圆柱 头栓钉 直径d = 1 9 mm， 长度L = 9 O mm。由于组合梁与预 埋件 采用铰接 ， 可将 整个组合 梁划分 为两个剪跨区 ，每 个剪跨区栓钉 的数 量按规范公 式并 考虑压型钢板对栓钉承载力的折 减。通过计算 ， 该工程按计算 所需栓钉数 目为2 4 个 ， 实际配置 为6 4 个 ， 满足计算需要 。试验 研究还 表明 ， 栓钉具有 良好的剪力重分布 能力 。 剪力键可直接 均 匀地布置在剪 跨区内 。只有在 剪跨区 内有较 大集中力 的情 况下 ， 才将 连接件总数按 剪力图的面积进行 分配 ， 然后再各 自 均匀布置 2 3组合梁承载力计 算 基于材料力学 的基本假定 ，在 不考虑钢与混凝 土之间的 相对滑移 ： 不考 虑混凝土开裂 后对 承载力 的影 响 将组 合钢粱 受压混凝 土翼板 的有效宽度 b c e 换算 成与钢材 等效 的b e q 形 成单 一材质的换算截面 ，然后根据规范 提供的抗 弯承 载力公 式进行计算【| I 。抗弯强度验算 时 ， 其截面 可考虑部分 的塑性 变 形 ， 前提是梁 的受压翼缘 自由外 伸宽度与 其厚 度之 比 ( b t ) 需 满足 一定 的限值条件 。本工程 中钢梁 采用焊接组合截面 ， b ， t = 3 8 1 0 7 ， 取截面塑性发展 系数x = l 0 5 ，v =1 2 0 。如 果考 虑 混凝 土在长 期荷载下 的徐变 影响 则其换算截面 还将有所 区 别 。 组合梁剪力假定由钢梁的腹板全部承担 2 3组合梁挠度验算 组合钢梁承载 力计 算时 ， 钢与混凝土之 间连接可靠 ， 虽然 存在一定量 的微小 滑移 ，但对承载 力的影响很小 可 忽略不 计。挠度计算时 ， 当楼板平面 内产 生水平剪 力时 ， 抗剪 连接件 会产生微小变形 ( 因其 自身刚度 小 ， 属于柔性连接件 ) ， 这 种变 形必然会g 1 起交界面上 出现 滑移应变 ， 使组合截面 曲率增大 最终 导致组合梁 的挠度也会加大。挠度计 算时 ， 应该考虑其滑 移影 响。 钢结构规范 规定组合梁的刚度应采用考虑滑移效 应的折减 刚度B( 组合钢梁截面一般采用等刚度原则 ) ， 即 ： B = E Ie 口 ( 1 + J ( 3 ) 公 式 中 ： I 表示组合梁 的换算截 面惯性 矩 ； 表示 刚度折 减系数 钢与混凝土组 合钢梁挠度应按荷 载的标准组合和 准永久 组合进行计算， 并取较大值。按荷载标准组合计算挠度时， 在不考虑混凝土徐变特 性和非线性特征 的影响下 其挠度 计 算值f = 3 7 5 mm； 按荷载准永久组合计算挠度时， 考虑混凝 土非线性和徐变 的影响 ， 挠度值f = 3 8 2 mm。两种情况下计算 挠度值都小于规范限值L 4 0 0 = 6 2 mm。可见 ， 组合梁整体具 有 很大 的抗弯刚度 ， 容易满足工程需要 3大跨度结构楼 ( 屋 ) 盖梁方 案比较 针对大跨 度结构楼 ( 屋 ) 盖梁 的设 计 ， 国内外 已作了很 多