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1、混凝土柱和轻钢屋盖的混合结构设计计算 摘要:轻型房屋钢结构是目前国内外应用和发展速度最快的新型结构型式,广泛用于各类工业和民用建筑中,具有施工速度快、建筑造形美、用钢量少、造价低等优点,但是由于一些工程的特殊性和一些资源的要求,有些工程必须采用混凝土柱和砌体维护。本文针对这类工程的分析、设计和应用中存在的主要问题提出了建议,可供同行参考。关键词:混凝土柱和轻钢屋盖的混合结构设计计算应用研究 1.概述 在我国,传统意义上的轻钢结构主要是指由圆钢、小角钢组成的小型或小跨度屋架、刚架结构,多用于小型厂房、仓储或临时性建筑。随着以变截面门式刚架和彩
2、色压型钢板为标志的新型钢结构体系的出现和应用,轻钢结构的概念发生了根本性变化。而其中混凝土柱轻钢屋盖也是其中的一种特殊的结构体系。一般这种情况中的轻钢屋盖常用与小于20米的跨度,不宜超过30米,当小于20米时受力和用钢量是比较舒服的,当超过20米时结构构件无论从大小还是变形上都有较大的变化。 在设计时,经常会出现的构件的计算简图与现场施工时的不一置,轻钢屋盖的设计与下部的混凝土柱没有整体考虑,从而出现下部混凝土柱实际受力情况与计算不符合,配筋率减小。 2.设计计算中的不同模型 轻钢屋盖与下部混凝土柱的连接可以分三种: ⑴剪力不释放(两端均
3、为固定铰支座) ⑵剪力部分释放(一均为滑动铰支座一端为固定铰支座) ⑶剪力完全释放(两端均为滑动铰支座) 这三种的不同的连接方式相对于设计中的计算模型也完全不同,从而使轻钢屋盖的截面大小和下部混凝土柱的配筋有着很大的变化。下面就同一个工程实例以不同的计算模型计算出的结果相对比较,来说明一下在不同的计算模型中混凝土柱、轻钢屋盖所承受的弯矩、剪力和轴力的相应变化,基础大小的比较。 工程概述 某公司车间,轴线总长72米,6米柱距,跨度20米,檐高7米,排水坡度10%。拟采用500X300的混凝土柱墙体为200厚的混凝土砌块,上部为轻钢屋盖,屋面为
4、C型钢檩条,上下为单层彩色压型钢板中间加75mm厚的玻璃丝棉(容重大于16Kg/M3)保温层。为了节省材料和费用,同时20米跨度在合理范围内,轻钢屋盖采用焊接变截面H型钢。 三种不同的计算模型的计算结构和对比 ⑴剪力不释放:两端均为固定铰支座,剪力完全不释放,混凝土柱承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的全部推力和轴力,不承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的弯矩。计算简图(图1) ⑵剪力部分释放:一均为滑动铰支座一端为固定铰支座,使剪力部分释放,混凝土柱承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的部分推力和全部轴力,不承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的弯矩。计算简图(图1)
5、 ⑶剪力完全释放:两端均为滑动铰支座,使剪力完全释放,混凝土柱不承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的推力和弯矩,只承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的轴力。计算简图(图1)。 a、轻钢屋盖与混凝土柱的配筋对比表(表1) 比较结果: 以剪力不释放为基准,部分剪力释放的计算结果梁应力增大%,混凝土柱配筋降低%。 以剪力不释放为基准,剪力完全释放的计算结果梁应力增大%,混凝土柱配筋按构造配筋。 b、轻钢屋盖与混凝土柱的弯矩(最大绝对值)对比表(表2) 比较结果: 以剪力不释放为基准,部分剪力释放的计算结果梁弯矩增大%,混凝土柱弯矩降低%。 以剪力不
6、释放为基准,剪力完全释放的计算结果梁应力增大%,混凝土柱弯矩降低%。 c、轻钢屋盖与混凝土柱的轴力对比表(表3) 比较结果: 传到混凝土柱和基础顶的轴力基本没有什么变化。 d、轻钢屋盖与混凝土柱的剪力对比表(表4) 比较结果:以剪力不释放为基准,部分剪力释放的计算结果柱底剪力减小%。以剪力不释放为基准,剪力完全释放的计算结果柱底剪力减小%。 结论 通过对统一工程的不同计算模型的计算结果的比较,可以得出:通过改变轻钢屋盖与下部混凝土柱的连接方式,对于轻钢屋盖本身的承载能力变化不是很大,但是对下部混凝土柱的弯矩、配筋等的影响变化很大。
7、 3.实际应用时常出现的问题 没有考虑整体计算 在设计计算时上部轻钢屋盖与下部混凝土柱分开计算,甚至为两个设计单位计算,没有整体考虑整个工程,下部混凝土柱没有考虑轻钢屋盖(斜梁)产生的水平推力,导致混凝土柱、混凝土柱下基础设计偏小。 支座处按固定铰支座计算(剪力不完全释放)时,钢梁的计算轴力偏大,导致挠度偏小。 体计算时,混凝土柱顶的支座设置不合理:设计按固定铰支座计算,支座按滑动铰支座设置;多的时候是设计按滑动铰支座,支座按固定铰支座设置。 参考文献: [1]《建筑结构荷载规范》(GB50009-XX), [2]《钢结构设计规范
8、》GB50017-XX [3]《门式刚架轻型房屋钢结构建筑规程》CECS102:XX:中国工程建设标准化协
