型钢混凝土在底部大空间结构中的应用.doc

1、型钢混凝土在底部大空间结构中的应用摘要：钢筋混凝土框支剪力墙结构作为底部大空间建筑中使用最广泛的结构形式，梁柱截面尺寸较大，造成很多使用和施工中的问题。本文通过分析钢筋混凝土框支框架的受力情况，得出混凝土自身材料性能较差是造成梁柱截面过大的主要因素。 关键字：型钢混凝土 转换层 框支 施工 中图分类号：TU37 文献标识码： A 1.前言 随着经济快速发展，城市建设步伐不断加快，土地供应也越发紧张，建筑物不断向高层、多功能发展。客观上要求建筑物下部楼层能提供较大空间用于停车、商业，上部楼层为满足办公或居住要求，需要在有限的规划高度内尽可能增加楼层数，这就要求结构设计用大跨度结构满足下部楼层空间

2、要求，用小跨度结构满足上部功能要求。 2.工程概述 某工程，地上 21 层，转换层位于第 2 层，上部 19 层为剪力墙结构，抗震设防烈度 6 度，场地类别 II 类，底部框支框架的抗震等级为二级，底部加强部位剪力墙抗震等级为三级，其中框支梁 KZL1 和框支柱 KZZ1情况见下表： 构件名称 跨度 截面尺寸 标号 Mmax（支座） Mmax（跨中） Nmax Vmax 剪压比 支座配筋 跨中配筋 KZL1 6.1m 800x1500 C45 3113 2109 409 3664 0.149 6800 4800 构件名称 层高 截面尺寸 标号 Mmax Nu Vmax 轴压比 全截面配筋率 K

3、ZZ1 4.8m 900x900 C45 227 10651 64 0.62 0.95% 注：数据取自框支层。 3.问题及成因分析 首先，框支梁柱截面尺寸均很大，较大的柱截面观感很差，占用了不少楼层面积；框支梁占用楼层高度较多，造成为满足建筑使用高度要求，楼层高度很大，为使楼层等效剪切刚度比满足高层建筑混凝土结构技术规程 （以下简称高规 ）相关规定，落地剪力墙厚度需要增大更多，进一步占用了楼层面积。而且卫生间、厨房等房间下方如果存在框支梁，则梁较大的宽度也对竖向管线布置造成很大的困难。框支梁自重达到 3.0t/m，施工时的模板支撑难度较高，从其他工程的实际情况来看，脚手架立杆和横杆的间距较密，

4、人员器材穿越困难，而且下部楼层顶面无法承担巨大的施工荷载，必须从基础筏板顶部开始层层支撑，造成施工进度和成本增加。 其次，分析截面控制条件，根据高规对于抗震条件下转换梁截面组合的剪力设计值控制公式 REV0.15CfCbh0（即剪压比要求不大于 0.15） ，KZL1 的截面尺寸刚刚满足剪压比要求。 高规规定对于二级框支柱，轴压比 不大于 0.7。对于 KZZ1，由于其剪跨比大于 2，根据规范公式 =N/（A*fc） ，其截面尺寸刚刚满足要求。 由于梁柱截面尺寸是分别由剪压比和轴压比控制，截面主筋大多只是按最小配筋率要求控制，造成一定得浪费。 综上所述，钢筋混凝土框支梁柱目前面临的最大的问题就

5、是截面尺寸过大。原因是在巨大的荷载下，钢筋混凝土本身的材料强度过低成为截面设计的控制因素。要想改善肥梁胖柱造成的不利影响，应采用性能更好的材料。 4.型钢混凝土结构的特点及优势 型钢混凝土很好的解决了上述混凝土转换构件的缺点，与钢筋混凝土构件相比，由于配置了型钢，大大提高了构件的承载力，改善了受剪破坏时的脆性性质；受压区存在的型钢，不但提高了抗压承载力还使构件的延性有一定的提高，提高了结构的抗震性能。 型钢混凝土组合结构技术规程 （JGJ138-2001） （以下简称型规）规定：抗震设计时的型钢混凝土框架梁受剪截面应满足公式:REV0.36fCbh0 和 fatwhw0.1fcbh0；型钢混凝

6、土框架柱轴压比计算公式为：N/(fcAC+faAa)。 按上述公式，梁剪压比限制为 0.36，比钢筋混凝土构件的 0.15 提高近 1.5 倍，这是因为型钢构件的受压、受剪承载力远大于混凝土，承受了相当一部分压力和剪力。 5.计算结果对比 5.1 结构构件计算结果对比 按型规相关构造要求，型钢采用强度和经济性均较好的 Q345 钢制作。以满足梁剪压比和柱轴压比为优先设计条件，初步设计型钢混凝土框支梁柱尺寸见下表,其中框支梁型钢截面为工字截面500x220x12x20；框支柱型钢构件截面十字截面 400x220x16x20。进行结构整体计算后，构件主要计算结果见下表： 构件名称 跨度 截面尺寸

7、标号 Mmax（支座） Mmax（跨中） Nmax Vmax 剪压比 支座配筋 跨中配筋 XKZL1 6.1m 500x800 C45 1944 971 438 2736 0.34 3900 1200 构件名称 层高 截面尺寸 标号 Mmax Nu Vmax 轴压比 全截面配筋率 XKZZ1 4.8m 700x700 C45 277 10524 81 0.67 0.95% 注：数据取自框支层。 比较钢筋混凝土梁柱数据，型钢混凝土梁柱的截面面积分别减少 60%和 40%。梁高的减少使楼层净高增加 0.7 米,由原来的 3.3 米增加至 4.0米，意味着在原有基本使用空间的基础上可以增加中央空调通

8、风管道或者扩大营业面积所需的喷淋系统，梁宽的减少也减少了竖向管线布置的压力；柱截面的减少首先改善了观感，其次增加了使用总使用面积 15 平米左右，地下车库的车道和车位宽度稍有增加，改善了使用条件。梁柱截面的减少也减少了受力和构造配筋量，对比钢筋混凝土框支梁柱，XKZL1 的支座和跨中钢筋量分别减少 42%和 75%，XKZZ1 的全截面主筋用量减少 43%。混凝土用量的减少使转换层楼层重量每平米减少 300kg，减轻了模板支撑的技术难度和造价。 5.2 结构整体计算结果对比 结构整体技术指标方面（见下表） ，由于梁柱截面的减小，转换层楼层刚度稍有减少,结构整体周期、位移、地震力小幅变化，这是因

9、为结构整体抗侧刚度主要由落地剪力墙提供，就本工程而言，框支框架的刚度只占结构总刚度的 2%左右，影响很小。 模型 周期（s） 最大层间位移角 转换层地震力 KN 剪切刚度 X 剪切刚度 Y 转换层剪切刚度比 RC 1.9046 1/3303 751 0.5002E+08 0.7523E+08 X0.6814Y0.7252 SRC 1.9382 1/3272 652 0.4866E+08 0.7404E+08 X0.6629Y 0.7125 SRC（减层高） 1.9304 1/3280 615 0.5561E+08 0.8461E+08 X 0.7576 Y 0.8143 为了对比，将型钢计算模

10、型中转换层层高降低,使其楼层净高同原模型相同，数据见上表。 6.施工方案及验算 在施工方面，型钢混凝土中的型钢在混凝土尚未浇筑前就已先形成的钢结构骨架，具有很大的承载力，足以承受构件自重和施工荷载，施工时可以将模板固定在型钢上，省去了为支撑模板而架设的脚手架，减少了人工和器材租赁费用，而且型钢混凝土不必等待混凝土达到一定强度就可以继续施工上层，其施工周期也比混凝土结构要短。 就本工程而言， XKZL1 重量已减少至 1.1t/m，常规支模已能满足要求，但为了说明型钢混凝土在施工支模方面的优越性，本文仍进行了施工阶段的型钢构件受力分析和模板支撑方案设计。 施工阶段承载力设计可以设计为：楼板重量通

11、过自身模板和脚手架传递至下层楼板，框支梁模板不设脚手架支撑，全部自身混凝土和模板重量通过吊杆系统传递至型钢骨架顶部。 通过建模分析，XKZL1 的型钢钢骨在承受自身材料重量和自身顶部面积内的施工荷载（5KN/m2）时，允许应力比只有 0.09，弹性挠度只有0.5mm，相当于跨度的 1/12000，强度完全能满足施工需求，并且产生的挠度也不会对成型后的构件受力造成影响。 7.结论 通过上述分析可以得出如下结论： （1）型钢混凝土框支梁的抗剪性能较钢筋混凝土框支梁有明显的改善，性能提高一倍以上。 （2）型钢混凝土框支柱由于其中型钢构件的存在，提高了抗压承载力，在相同轴力的作用下，轴压比计算值比相同截面的钢筋混凝土柱要小，所以可以减少柱截面尺寸，增加建筑使用面积。 （3）在施工方面，型钢混凝土中的型钢在混凝土尚未浇筑前就能先形成具有很大的承载力的钢结构骨架，足以承受构件自重和施工荷载。很好的解决了施工支模的问题，节省了时间和施工成本。