型钢混凝土桁架转换层的静力性能分析.doc

1、1型钢混凝土桁架转换层的静力性能分析摘要：本文利用 sap2000 有限元软件，对不同类型的型钢混凝土桁架转换层在静力状态下进行分析，分析不同转换桁架的受力特点，说明型钢混凝土具有较好的承载能力，为今后的结构设计提供意见和建议。 关键词：桁架转换层；型钢；轴力 Abstract: With the progress of the development of our countrys economy and science and technology, industrial construction in China has been greatly developed, has compl

2、eted numerous factories. This paper first describes the foundation and pile foundation construction definition; secondly analyzes the stabilization and treatment technology of industrial powerhouse foundation; at the same time, also common in industrial plant two kinds of pile foundation constructio

3、n technology is studied, which has a certain reference value. Key words: industrial workshop; foundation; pile foundation; construction 中图分类号：TU392.1 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 2随着社会经济的发展，人们对高层建筑的需求变的多元化，高层建筑结构的形式在不 断发展。多功能的高层建筑往往底部需要大开间用于商业，而上部小开间用于办公等，这样高层建筑就形成了反常规设计，所以要在结构发生变化的楼层设置转换层。 转换层主要有梁式、桁架式（空腹式、斜

4、腹式、混合式） 、箱形、厚板，在这几种转换层形式中梁式转换层的应用最为广泛，大约占所以转换层的 68%左右，国内外研究的较多，理论相对比较完善， ；但是当上部承托层数较多并且跨度较大时，转换梁的截面尺寸将会非常大，实际施工非常困难，转换层造价较高，这样就可以采用桁架转换层1 。桁架式转换层是现今除了梁式转换层外应用最多的转换形式，它传力途径清楚，位置和大小布置都很灵活；桁架式转换层不仅有利于通风和采光以及大型管道的布置并且转换桁架的侧力刚度比转换梁小，有利于结构的抗震。随着社会的发展，桁架转换层具有良好的发展空间。对于型钢混凝土桁架式转换层，由于在混凝土中配置了型钢，它的延性和耗能性能大大提高

5、，所以特别适用于地震区的高层建筑。本文在已有理论的基础上，对不同形式的型钢混凝土桁架转换层进行静力性能分析，为结构设计提供有用的建议。 1 不同桁架形式的静力性能分析 转换桁架主要分为空腹式、交叉斜杆式和斜腹式这三种形式2 ，下面建立三个不同的模型（本文为结构计算的准确性，桁架上取两层结3构） 3 ，桁架选用型钢混凝土桁架转换层，框架梁及桁架上下弦杆受20KN/m 均布荷载。 1.1 模型 1：空腹桁架 上层梁采用 700400 上下弦杆采用 8008004050040040，框支柱采用 12001200， ，边柱采用10001000，中柱采用 8008003050040030,竖腹杆采用90

6、09004050040040，混凝土选用 C40，型钢选用 Q345; 1.2 模型 2：斜腹式 空腹桁架斜杆尺寸为 8008003050040030，其余尺寸同模型 1； 1.3 模型 3：交叉斜杆 交叉斜杆尺寸选用 8008003050040030，其余尺寸同模型1； 以上三个模型图见图 1： （a）空腹式 （b）斜腹式 （c）交叉斜杆 图 1：桁架转换层的形式 根据上面的三个模型的数据，利用 SAP2000 进行建模并且进行分析，由于桁架转换层杆件除了承受较大的轴力外，还承受较大的弯矩和剪力，所以本篇论文主要桁架转换层及其上结构进行轴力、剪力、弯矩进行分析，得到结果如下： 表 1：模型

7、1-3 的部分内力计算结果 4分别代表上弦杆、下弦杆、端竖杆、框支柱、斜腹杆、; 的单位分别为 通过对以上桁架的静力性能进行分析得到的结构，可以得出如下结论:通过计算可以得出模型 2 和模型 3 的斜腹杆和空腹桁架的竖腹杆均能满足轴压比和剪压比的要求。三个模型有很多共同点，但也存在着一定的差别。 （1）三个模型中桁架转换层都承受了较大的轴力、剪力和弯矩，并且均以承受轴力为主，其中框支柱的受力最为相似；三个模型上弦杆跨中、端竖杆和框支柱的轴力都很大，模型 3 中框支柱轴力最大，所以在设计过程中应注意框支柱和下弦杆的轴压比是否满足要求，在设计时可采用型钢混凝土和预应力钢筋混凝土来满足承载能力和结构

8、的稳定性。而转换层以上部分的梁柱承受的轴力、剪力、弯矩相对都很小较，一般都可满足承载力的要求。 （2）其中模型 1 空腹桁架转换层与模型 2、3 的差别最大，主要是因为模型 1 不存在可承受轴力和剪力的斜腹杆；对于弯矩和剪力，上下弦杆相差不大，模型 1 中桁架转换层中各杆件均大于模型 2 和 3，大约是另外两个模型的 200%甚至更大，而下部框支柱相差不大；对于轴力，模型 1 的上下弦杆均承受压力，并且上弦杆的轴力将近是上弦杆的轴力 2倍，相对与模型 2、3 弦杆轴力小很多。 5(3)模型 2、3 的桁架布置比较相似，所以轴力、剪力、弯矩都相对比较接近，两个模型以轴力为主，各个杆件剪力和弯矩均

9、较小；上弦杆以承受压力为主，下弦杆以承受拉力为主，并且上弦杆中间跨受轴力较大，而模型 2 下弦杆轴力相同，模型 3 跨中轴力最大，并且和边跨相差较大，而模型 2 下弦轴力相差不大，模型 2 的斜腹杆最大轴力比模型 3大将近 1 倍，因为模型 3 存在交叉斜杆，另外一斜杆也承受了很大的轴力。 （4）通过对上面三个模型受力的比较，应优先选用模型 3，因为模型 2 中同时设置了斜杆和竖杆，其中斜杆轴力很大，但是竖腹杆的轴力很小，使得结构的受力不是很合理；但是模型 3 下弦杆的轴力很大，模型 3 下弦杆的轴压比，也在设计中可采用型钢混凝土或者预应力混凝土构件提高下弦杆的承载能力；但是当结构立面要求不能

10、出现斜杆时，模型 1 是很好的选择形式。 2.工程实例 北京大兴文图馆是一个集图书、阅览、会议、影剧演出、办公室等多功能的公共建筑,该结构为地上一层带桁架转换层的框架剪力墙结构4 。地下一层作为影剧院、多功能活动大厅、舞蹈排练厅、大型会议室等，多功能厅因使用功能的要求仅能在大厅两边设边柱，中间不能设柱并且每层楼板都有开洞使得纵向框架梁无法全部拉通，所以设计在地上一层设置斜杆式型钢混凝土桁架转换层，以承托一层以上框架柱，这样既解决了抽柱受力问题，又解决了建筑功能的使用要求。型钢混凝土杆件既可以减小构件截面尺寸，又能提高结构的延性和抗震性能，对通6风、采光和管道的布设提供了条件。该建筑现已投入使用

11、，在斜腹杆中间设为通道，桁架两侧为阅览室，桁架的形式很有其特色，是型钢混凝土桁架转换层在设计工程应用的一个很好的实例。 3.结论 （1）三个模型作为结构的转换层，均 具有较大的承载能力，在均布荷载作用下具有良好的受力性能。三种模型均具有它自身的优缺点，优先选用模型 3 式，但对于模型 3，由于存在交叉斜杆，节点施工比较复杂，同时应注意下弦杆的轴压比。 （2）桁架转换层的设计中可以避免采 用梁式转换层时， “强梁弱柱”的现象；转换桁架应按“强斜腹杆、强节点”的原则，上部框架柱要注意“强边柱弱中柱”的原则进行设计。（3）在带桁架转换层结构中，加入型 钢可提高结构的延性，与普通钢筋混凝土转换层相比，

12、提高了整个的结构的抗震性能；与钢桁架转换层相比，耐久、耐火、防火性能均得到大大提高；但对于型钢混凝土转换层，节点施工比较复杂，还需在设计与实践当中总结经验。 参考文献： 1沈朝勇 高层建筑转换层结构的研究现状及发展方向 四川建筑科学研究 2010 年 2张守筠 大跨度钢骨混凝土桁架转换层结构设计方案的选型重庆工商大学学报 2010 年 73贺明卫 高层建筑中打快递单钢桁架转换层的实验研究 浙江大学博士学位论文 2004 年 4工业建筑 孔雅莎 北京大兴文图书馆型钢混凝土桁架作为结构转换构件的设计 2005 年 35 卷 147-150 作者简介：张新新 1984 年生，女，籍贯：吉林长春人，硕士研究生，主要研究方向结构使用环境模拟及对策。