钢骨混凝土转换梁柱节点的优化设计分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.comNo．3第3期广东土木与建筑2∞6年3月GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGMAR2∞6钢骨混凝土转换梁柱节点的优化设计分析陈杨泽吴波(华南理工大学土木工程系广州510640)摘要：结合某实际工程，通过有限元分析，比较了3种类型梁柱节点对改善钢骨混凝土转换柱大偏心受力性能的作用．并提出一种优化方案，供同类设计参考。关键词：钢骨混凝土：转换梁柱节点；大偏心受压；有限元分析钢骨混凝土转换梁以跨度大，承载力高等特点为了改善转换柱大偏心的受力状况，结合建筑在高层结构中被广泛应用，但是由于其结构上的特平面布置，本文提出

2、了3种方案(如图2)：①在钢骨殊性．转换梁的梁柱节点存在着与一般梁柱节点不混凝土转换梁边延伸一跨-5m、截面14o0×8o0的同的受力特性[”，钢骨混凝土转换柱通常不向上伸普通混凝土梁；②在普通混凝土梁中加设一段L=2．5m至主体，相对其轴压承载能力来说，其轴力较小，而钢骨，将梁跨度延伸50％，以增加节点处延伸梁的刚由于在节点处有较大的弯矩作用，使柱截面出现较度，梁截面为1400×800，钢骨为Q345工字型钢，截大的拉应力，同时局部压应力也相应增大，因此转换面为8OOx5OO；③在普通混凝土梁中全长加设钢骨形柱一般为大偏心压弯构件，在设计中有效减少转换成钢骨混凝土梁，延伸梁和钢骨截面。如图2

3、所示。柱大偏心的程度就显得非常重要。2杆系分析1工程概况对上述3种方案采用PKPM系列的SAE软中国联通广东分公司广州综合通讯枢纽楼，位件．在结构整体计算分析的基础上进行杆系层面上于广州市黄埔大道西，地上25层，地下2层，总建筑的初步分析，得出各方案转换柱的柱顶轴力和弯矩面积约6．5万m2。根据建筑平面布置及立面造型的设计值，见表1。由此可见，与方案①相比，方案②、需要，结合建筑使用功能要求，在裙楼屋面即第10③的柱顶轴力有所增大，柱顶弯矩有所减小，对改善层设置结构转换层。转换梁及其相连的转换柱采用柱的大偏心受力状况均有作用；虽方案③的受力改钢骨混凝土结构善效果优于方案②，但后者的梁用钢量最小

4、且不需(如图1)，其中一条将框架柱改为钢骨柱，因此具有较好的综合效果。钢骨混凝土转换梁表1转换柱柱顶截面内力跨度为1lm，截面方案①②③为1700x1400，转换柱顶轴力(kN)568560356139柱截面为14O0×增幅(％)一一6、28．012o0．采用C35混图1钢骨混凝土转换梁示意图柱顶弯矩692062786029降幅(％)⋯9、3—12．9凝土，钢骨为Q345钢板拼制的工字型钢。柱柱(a)方案①(b)方案②(c)方案③图2钢骨混凝土转换梁、柱立面布置方案维普资讯http://www.cqvip.com20o6年3月第3期陈杨泽等：钢骨混凝土转换梁柱节点的优化设_分堑MAR20o6№

5、．3距离的梁截面上，t_-R3有限元分析募分别距离柱的左、罢右＼fI1)本文以杆系分析结果为基础，进一步深人进行三维实体的ANSYS有限元分析，以更准确地考虑各方案的受力状态。点处截面总剪力和图4加载方案及约束条件3．1几何模型总弯矩分别与表2加载截面内力采用ANSYS程序对节点建立有限元计算模型，实际情况相符，其模型全图和截面网格划分如图3所示，本模型划即使在加载截分网格单元后。共形成3849个单元和3168个节点，面上具体的荷包括钢骨单元(solid45)、混凝土单元(solid65)、钢筋载分布与实际单元(1ink8)分别为497，1800，1552个。情况有所偏差，根据圣维南原理。该偏

6、差仅对截面尺寸范围内应力状态产生影响，而对截面尺寸范围以外的应力状态只产生微小的影响。该模型的约束条件为转换柱柱底为固支端(如图4)，各方案的左右截面加载剪力和弯矩见表2。3．4分析结果(a)梁柱节点(b)梁柱节点钢骨(1)混凝土应力状态图3计算模型根据上述3种方案节点混凝土沿柱轴线方向的3．2材料本构关系和混凝土破坏准则正应力分布图(略)，柱截面靠转换梁一边出现压应钢骨和钢筋均采用理想弹塑性本构模型；混凝力。最不利位置出现在柱子边线与转换梁下边线的土轴向受压的应力一应变关系采用有限元分析中广交汇处．而柱截面的另一边则出现拉应力。且拉应力泛采用的Hongnestad模型[3]。美国学者Hong

7、nestad区约占柱截面的1／2，转换柱为大偏心受压柱。符合建议，混凝土轴向受压的应力～应变曲线，由上升段其受力性能。同时从图中可以看出方案②、③的拉应和下降段组成。其表达式分别为式(1)～(2)，为：力区比方案①范围更小，减幅约1／3～1／4。(2)钢骨和钢筋的应力状态17"=17"0[2(—兰一)一(—兰一)](≤0)(1)0oe0钢骨混凝土转换柱作为大偏心受压构件。其承17"=17"0[1-