鋼骨混凝土轉換梁柱節(jié)點的優(yōu)化設計分析

1、第3期2∞6年3月廣東土木與建筑GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGNo3MAR2∞6鋼骨混凝土轉換梁柱節(jié)點的優(yōu)化設計分析陳楊澤吳波(華南理工大學土木工程系廣州510640)摘要：結合某實際工程，通過有限元分析，比較了3種類型梁柱節(jié)點對改善鋼骨混凝土轉換柱大偏心受力性能的作用并提出一種優(yōu)化方案，供同類設計參考。關鍵詞：鋼骨混凝土：轉換梁柱節(jié)點；大偏心受壓；有限元分析鋼骨混凝土轉換梁以跨度大，承載力高

2、等特點在高層結構中被廣泛應用，但是由于其結構上的特殊性轉換梁的梁柱節(jié)點存在著與一般梁柱節(jié)點不同的受力特性[”，鋼骨混凝土轉換柱通常不向上伸至主體，相對其軸壓承載能力來說，其軸力較小，而由于在節(jié)點處有較大的彎矩作用，使柱截面出現(xiàn)較大的拉應力，同時局部壓應力也相應增大，因此轉換柱一般為大偏心壓彎構件，在設計中有效減少轉換柱大偏心的程度就顯得非常重要。1工程概況中國聯(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m2。根據(jù)建筑平面布置及立面造型的需要，結合建筑使用功能要求，在裙樓屋面即第10層設置結構轉換層。轉換梁及其相連的轉換柱采用鋼骨混凝土結構(如圖1)，其中一條鋼骨混凝土轉換梁跨度為1lm，截面為1700x1400，轉換柱截面為14O012o0采用C35混圖1鋼骨混凝土轉換梁示意圖凝土，鋼骨為Q345鋼板拼制的工字型鋼。(a)方案①柱為了改善轉換柱大偏心的受力狀況，結合建筑平面布置，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一段L=25m鋼骨，將梁跨度延伸50％，以增加節(jié)點處延伸梁的剛度，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加設鋼骨形成鋼骨混凝土梁，延伸梁和鋼骨截面。如圖2所示。2桿系分析對上述3種方案采用PKPM系列的SAE軟件在結構整體計算分析的基礎上進行桿系層面上的初步分析，得出各方案轉換柱的柱頂軸力和彎矩設計值

5、，見表1。由此可見，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轉換柱柱頂截面內力方案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由此可見在轉換梁處延伸一跨梁對改善轉換柱偏心受力狀態(tài)有較好的效果。當在延伸梁段置入鋼骨增加其剛度后。轉換柱中鋼骨和鋼筋的拉應力均有15％左右的減幅。效果較為明顯。值得注意的是，相比方案③的梁全長置入鋼骨，方案②僅在節(jié)點局部置入一定長度鋼骨。但其改善效果與方案③基本相同，節(jié)點區(qū)的應力應變分布基本相同，從綜合效果來看，方案②明顯更優(yōu)，因此建議設計中置入的鋼骨長度為延伸梁跨度的1／2—1

7、／3。4結束語本文探討如何通過改造鋼骨混凝土轉換梁的梁柱節(jié)點來改善鋼骨混凝土轉換柱的大偏心受力狀態(tài)，結合建筑平面布置和工程經驗，給出了3種節(jié)點優(yōu)化方案。并在對方案進行桿系分析的基礎上，采用ANSYS程序對這3種方案的梁柱節(jié)點進行了有限元分析。通過計算分析得到了這三種方案梁柱節(jié)點的應力和應變分布情況。并對各方案的結果進行了對比。最后可以得出如下結論：41混凝土轉換柱一般為大偏心壓彎構件，分析結果表明。在轉換梁邊延伸一段梁并在靠近節(jié)點區(qū)域設

8、置鋼骨。節(jié)點區(qū)混凝土拉應力范圍減小約?！?，鋼骨的拉應力和鋼筋的拉應力水平下降約15％，有效地改善柱大偏心的受力狀況。42建議延伸梁內置鋼骨的長度為延伸梁跨度的專～專。以取得較好的綜合效果。參考文獻[1]周起敬，姜維山，潘泰華鋼與混凝土組合結構設計施工手冊[M]北京：中國建筑工業(yè)出版社，l99l[2]王彥宏，薛建陽，趙鴻鐵，楊勇用ANSYS程序進行型鋼混凝土偏壓柱的有限元分析『J]哈爾濱工業(yè)大學學報，2003[3]過鎮(zhèn)海鋼筋混凝土原理[M

9、]北京：清華大學出版社，1999[4]劉濤，楊鳳鵬精通ANSYS[M]北京：清華大學出版社，2002(上接第21頁)(3)各種觀測記錄表要求分別整理成冊以便于查閱。55基坑監(jiān)測注意事項(1)基坑西半部深45m。距游泳池僅85m，因此在施工過程中應密切監(jiān)測西面1—1、2—2剖面邊坡的變形情況，除此之外還與建設單位協(xié)商把游泳池的水排掉3／4，以減小西面支護結構的負荷；東南面高層住宅樓由于相距僅約15m。而基坑深度相對較大，故應嚴格按設計要求

10、做好基坑邊坡的變形監(jiān)測；(2)在施工過程中應注意保護好坑頂?shù)奈灰?、沉降觀測點。尤其是觀測基準點，避免因人為破壞而造成測量誤差：(3)基坑支護結構水平位移警戒值為累計15mm。側壁土體垂直位移警戒值為累計20mm：(4)觀測過程中發(fā)現(xiàn)異常情況時，應及時向設計等方等有關單位反映，共同分析研究并采取快速有效的處理措施，真正做到動態(tài)設計與信息化施工。326結束語經過2個多月的施工，本工程在業(yè)主、設計、監(jiān)理及監(jiān)測等單位的緊密配合下，基坑支護施工順