鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁柱節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

1、第3期2∞6年3月廣東土木與建筑GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGNo3MAR2∞6鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁柱節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析陳楊澤吳波(華南理工大學(xué)土木工程系廣州510640)摘要：結(jié)合某實(shí)際工程，通過(guò)有限元分析，比較了3種類(lèi)型梁柱節(jié)點(diǎn)對(duì)改善鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換柱大偏心受力性能的作用并提出一種優(yōu)化方案，供同類(lèi)設(shè)計(jì)參考。關(guān)鍵詞：鋼骨混凝土：轉(zhuǎn)換梁柱節(jié)點(diǎn)；大偏心受壓；有限元分析鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁以跨度大，承載力高

2、等特點(diǎn)在高層結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用，但是由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性轉(zhuǎn)換梁的梁柱節(jié)點(diǎn)存在著與一般梁柱節(jié)點(diǎn)不同的受力特性[”，鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換柱通常不向上伸至主體，相對(duì)其軸壓承載能力來(lái)說(shuō)，其軸力較小，而由于在節(jié)點(diǎn)處有較大的彎矩作用，使柱截面出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，同時(shí)局部壓應(yīng)力也相應(yīng)增大，因此轉(zhuǎn)換柱一般為大偏心壓彎構(gòu)件，在設(shè)計(jì)中有效減少轉(zhuǎn)換柱大偏心的程度就顯得非常重要。1工程概況中國(guó)聯(lián)通廣東分公司廣州綜合通訊樞紐樓，位于廣州市黃埔大道西，地上25層，地下2層，

3、總建筑面積約65萬(wàn)m2。根據(jù)建筑平面布置及立面造型的需要，結(jié)合建筑使用功能要求，在裙樓屋面即第10層設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換梁及其相連的轉(zhuǎn)換柱采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)(如圖1)，其中一條鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁跨度為1lm，截面為1700x1400，轉(zhuǎn)換柱截面為14O012o0采用C35混圖1鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁示意圖凝土，鋼骨為Q345鋼板拼制的工字型鋼。(a)方案①柱為了改善轉(zhuǎn)換柱大偏心的受力狀況，結(jié)合建筑平面布置，本文提出了3種方案(如圖2)：①在鋼骨

4、混凝土轉(zhuǎn)換梁邊延伸一跨5m、截面14o08o0的普通混凝土梁；②在普通混凝土梁中加設(shè)一段L=25m鋼骨，將梁跨度延伸50％，以增加節(jié)點(diǎn)處延伸梁的剛度，梁截面為1400800，鋼骨為Q345工字型鋼，截面為8OOx5OO；③在普通混凝土梁中全長(zhǎng)加設(shè)鋼骨形成鋼骨混凝土梁，延伸梁和鋼骨截面。如圖2所示。2桿系分析對(duì)上述3種方案采用PKPM系列的SAE軟件在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行桿系層面上的初步分析，得出各方案轉(zhuǎn)換柱的柱頂軸力和彎矩設(shè)計(jì)值

5、，見(jiàn)表1。由此可見(jiàn)，與方案①相比，方案②、③的柱頂軸力有所增大，柱頂彎矩有所減小，對(duì)改善柱的大偏心受力狀況均有作用；雖方案③的受力改善效果優(yōu)于方案②，但后者的梁用鋼量最小且不需將框架柱改為鋼骨柱，因此具有較好的綜合效果。表1轉(zhuǎn)換柱柱頂截面內(nèi)力方案①②③柱頂軸力(kN)568560356139增幅(％)一一6、280柱頂彎矩692062786029降幅(％)9、3—129柱(b)方案②(c)方案③圖2鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁、柱立面布置方案維普資

6、訊20o6年3月第3期廣東土木與建筑MAR20o6No3由此可見(jiàn)在轉(zhuǎn)換梁處延伸一跨梁對(duì)改善轉(zhuǎn)換柱偏心受力狀態(tài)有較好的效果。當(dāng)在延伸梁段置入鋼骨增加其剛度后。轉(zhuǎn)換柱中鋼骨和鋼筋的拉應(yīng)力均有15％左右的減幅。效果較為明顯。值得注意的是，相比方案③的梁全長(zhǎng)置入鋼骨，方案②僅在節(jié)點(diǎn)局部置入一定長(zhǎng)度鋼骨。但其改善效果與方案③基本相同，節(jié)點(diǎn)區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變分布基本相同，從綜合效果來(lái)看，方案②明顯更優(yōu)，因此建議設(shè)計(jì)中置入的鋼骨長(zhǎng)度為延伸梁跨度的1／2—1

7、／3。4結(jié)束語(yǔ)本文探討如何通過(guò)改造鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁的梁柱節(jié)點(diǎn)來(lái)改善鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換柱的大偏心受力狀態(tài)，結(jié)合建筑平面布置和工程經(jīng)驗(yàn)，給出了3種節(jié)點(diǎn)優(yōu)化方案。并在對(duì)方案進(jìn)行桿系分析的基礎(chǔ)上，采用ANSYS程序?qū)@3種方案的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元分析。通過(guò)計(jì)算分析得到了這三種方案梁柱節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變分布情況。并對(duì)各方案的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。最后可以得出如下結(jié)論：41混凝土轉(zhuǎn)換柱一般為大偏心壓彎構(gòu)件，分析結(jié)果表明。在轉(zhuǎn)換梁邊延伸一段梁并在靠近節(jié)點(diǎn)區(qū)域設(shè)

8、置鋼骨。節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土拉應(yīng)力范圍減小約專(zhuān)～，鋼骨的拉應(yīng)力和鋼筋的拉應(yīng)力水平下降約15％，有效地改善柱大偏心的受力狀況。42建議延伸梁內(nèi)置鋼骨的長(zhǎng)度為延伸梁跨度的專(zhuān)～專(zhuān)。以取得較好的綜合效果。參考文獻(xiàn)[1]周起敬，姜維山，潘泰華鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M]北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，l99l[2]王彥宏，薛建陽(yáng)，趙鴻鐵，楊勇用ANSYS程序進(jìn)行型鋼混凝土偏壓柱的有限元分析『J]哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003[3]過(guò)鎮(zhèn)海鋼筋混凝土原理[M

9、]北京：清華大學(xué)出版社，1999[4]劉濤，楊鳳鵬精通ANSYS[M]北京：清華大學(xué)出版社，2002(上接第21頁(yè))(3)各種觀測(cè)記錄表要求分別整理成冊(cè)以便于查閱。55基坑監(jiān)測(cè)注意事項(xiàng)(1)基坑西半部深45m。距游泳池僅85m，因此在施工過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)測(cè)西面1—1、2—2剖面邊坡的變形情況，除此之外還與建設(shè)單位協(xié)商把游泳池的水排掉3／4，以減小西面支護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷；東南面高層住宅樓由于相距僅約15m。而基坑深度相對(duì)較大，故應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求

10、做好基坑邊坡的變形監(jiān)測(cè)；(2)在施工過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù)好坑頂?shù)奈灰?、沉降觀測(cè)點(diǎn)。尤其是觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，避免因人為破壞而造成測(cè)量誤差：(3)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移警戒值為累計(jì)15mm。側(cè)壁土體垂直位移警戒值為累計(jì)20mm：(4)觀測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)向設(shè)計(jì)等方等有關(guān)單位反映，共同分析研究并采取快速有效的處理措施，真正做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工。326結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)2個(gè)多月的施工，本工程在業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及監(jiān)測(cè)等單位的緊密配合下，基坑支護(hù)施工順