型鋼混凝土柱在高架庫結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

鄺鐘月

(中國輕工業(yè)成都設(shè)計工程有限公司，四川成都610015)

1 工程概況

甘肅煙草工業(yè)公司新建高架庫位于蘭州市七里河區(qū)馬灘，南濱河中路。地上1層，局部2層，建筑長90.5 m，寬31.7 m(柱距24.9 m，屋面懸挑6.8 m)，高度23.350 m。主體結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面采用輕型鋼屋面?；A(chǔ)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，樁基采用1 100 mm，1 300 mm，1 500 mm等直徑的人工挖孔樁，柱長7 m，以中密卵石層(中密-密實，未穿透，參考變形模量Eo=45.0 MPa)為樁尖持力層，樁端土的極限端阻力為3 800 kPa?；A(chǔ)沉降計算值為0。上部結(jié)構(gòu)，柱800 mm×1 100 mm,C40混凝土。柱中型鋼Q345B：H800×500×14×24。本工程設(shè)計使用年限50 a，結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設(shè)計烈度8度(0.2g)，第三組。場地類別Ⅱ類，特征周期0.45 s，抗震設(shè)防類別丙類，結(jié)構(gòu)抗震等級為：二級?；撅L壓值W0=0.30 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

2 整體結(jié)構(gòu)體系形成和具體措施

2.1 整體結(jié)構(gòu)體系

本工程為高架庫建筑，為滿足工藝的要求，此類建筑形式呈現(xiàn)出空曠、屋面跨度大、單層高度較高的特點，通常采用排架結(jié)構(gòu)形式來計算。本工程高架庫高度(23.35 m)，跨度較大(24.9 m)，若采用門鋼形式，鋼柱平面內(nèi)長細比較大，穩(wěn)定性差。為了滿足此要求，鋼柱截面較大(大約1 200 mm)，建設(shè)方也不同意采用鋼結(jié)構(gòu)，因為與原有建筑外立面不好統(tǒng)一處理，整體看起來不協(xié)調(diào)。而且采用鋼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部裝修亦困難。從抗震受力角度考慮，該工程位于地震高烈度、高風荷載地區(qū)，若仍采用排架結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量和剛度均不規(guī)則，空間整體性能差，從而導致其抗震性能較差。

上述從結(jié)構(gòu)整體的抗震性能角度分析。下面從單個構(gòu)件的計算來分析：若僅采用鋼筋混凝土柱，則柱頂與鋼梁的連接通常只能做成鉸接，削弱了屋面系統(tǒng)與主體混凝土結(jié)構(gòu)的連接，也減弱了結(jié)構(gòu)的整體性，進而影響整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。又由于柱子底端固接頂端鉸接，其計算長度系數(shù)增大，截面也會隨之變大。有鑒于此，考慮高架庫主體結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)，由型鋼混凝土柱和周圍幾層鋼筋混凝土聯(lián)系梁構(gòu)成主體，屋面采用輕鋼屋蓋系統(tǒng)。如此處理，型鋼混凝土柱在屋面處便可與鋼梁作成剛接，即與屋蓋系統(tǒng)剛接，從而可形成一個整體的單層純框架結(jié)構(gòu)體系。

2.2 具體計算處理措施

采用PKPM來計算整體結(jié)構(gòu)，按框架結(jié)構(gòu)指標來控制。為了加強結(jié)構(gòu)的整體性和空間剛度，采取下列措施。

2.2.1 控制結(jié)構(gòu)空間的整體剛度

沿著整個結(jié)構(gòu)外圍沿高度每隔4 m左右設(shè)置一圈鋼筋混凝土聯(lián)系梁，連接鋼骨混凝土柱，以增強主體結(jié)構(gòu)的整體剛度。同時用聯(lián)系梁承受外墻磚和屋面女兒墻的荷載；鋼結(jié)構(gòu)屋面滿布剛性支撐，以增強屋面的剛性和整體性。

2.2.2 控制結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度(滿足位置限制要求)

采用SPSS 18.0軟件對研究數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。計量資料以± s表示，率的比較用χ2檢驗。對高代謝病灶的SUVmax值與病理及隨訪確診結(jié)果進行秩和檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。根據(jù)表1診斷結(jié)果計算18F-FDG PET/CT的診斷效能（a、b、c和d分別代表其標注的患者數(shù)），敏感度（%）＝a/（a＋c）×100%，特異度（%）＝d/（b＋d）×100%，準確率（%）＝（a＋d）/（a＋b＋c＋d）×100%，假陽性率（%）＝b/（b＋d）×100%，假陰性率（%）＝ c/（a＋c）×100%，陽性預測值（%）＝a/（a＋b）×100%，陰性預測值（%）＝d/（c＋d）×100%。

在柱頂處鋼骨混凝土柱與屋面鋼梁進行剛性連接，尤其是懸挑處的鋼梁與鋼骨柱的剛性連接更需加強；整個屋面布置剛性屋面支撐，尤其是懸挑部分的屋面也設(shè)置屋面剛性支撐。

2.2.3 控制扭轉(zhuǎn)不規(guī)則

由于整個廠房Y方向較長，在地震作用或風荷載作用下容易在長方向產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)位移，尤其長方向的中部，其扭轉(zhuǎn)位移較大，比較難調(diào)整，因此為滿足整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移限制要求，適當調(diào)整建筑物周圍一圈中間各層鋼筋混凝土聯(lián)系梁的截面大小，尤其是增大截面寬度來使扭轉(zhuǎn)位移滿足規(guī)范限制要求。

3 設(shè)計規(guī)范、規(guī)程

本設(shè)計按現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定外，并遵守有關(guān)鋼混組合結(jié)構(gòu)的規(guī)范規(guī)程：

(1)YB9082-2006 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程；

(2)04G523型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造；

(3)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造與計算手冊。

4 結(jié)構(gòu)計算分析

針對本工程結(jié)構(gòu)特點，采用兩個計算模型：

(1)在整體計算時，按照框架計算，右側(cè)部分鋼梁作為懸挑考慮，外端柱不參與工作。由于懸挑較大(6.8 m)，所以除計算水平地震力外，也進行豎向地震力計算。阻尼比0.04。

(2)設(shè)計屋面鋼梁時，形成PK文件計算，加入右端柱參與工作，一并計算。

4.1 整體計算

如圖1，結(jié)構(gòu)彈性整體抗震分析，采用SATWE程序計算結(jié)構(gòu)的地震力、結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角、扭轉(zhuǎn)位移角、構(gòu)件的內(nèi)力變形等。結(jié)構(gòu)跨度24.9 m，8度區(qū)，按抗震規(guī)范，大跨度結(jié)構(gòu)，同時計算豎向地震力。

圖1 整體計算模型

整體計算時，將屋面右側(cè)鋼梁作為懸挑考慮，不計入右側(cè)鋼柱的作用。整體結(jié)構(gòu)在STS鋼框架下建模，輸入鋼骨混凝土柱，鋼筋混凝土聯(lián)系梁及屋面鋼梁和剛性支撐，以及屋面右側(cè)懸挑的鋼梁屋面剛性支撐。然后進入SATWE程序進行整體結(jié)構(gòu)的分析。

通過上述計算，本工程的所有計算參數(shù)指標均滿足相應(yīng)規(guī)范要求。例如：X方向的偶然偏心地震作用下的樓層最大位移為1/550，對應(yīng)的扭轉(zhuǎn)位移為1.34，均滿足規(guī)范要求的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的位移限制要求。X方向的有效質(zhì)量系數(shù)：98.46%，樓層最小剪重比：8.56%；Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)：98.75%，樓層最小剪重比：11.53%。

4.2 PK文件

用于計算屋面鋼梁、鋼柱。前面所述均是整體結(jié)構(gòu)的計算。但本工程中最右端鋼梁下還增設(shè)了墻架鋼柱直至地面(圖2)，并沿廠房高度每隔4 m左右設(shè)置一道鋼拉梁，與混凝土拉梁的標高一致。此部分沒有參與整體結(jié)構(gòu)的計算，該墻架柱只對上部鋼梁起豎向支撐的作用，與屋面鋼梁為鉸接連接。

圖2 框架立面圖(KLM.T)

為了設(shè)計屋面鋼梁、鋼柱，我們就從整體結(jié)構(gòu)中取出一榀框架形成PK文件，再在PK里面輸入墻架鋼柱，柱頂和底均為鉸接，對該榀框架進行PK平面計算，可得屋面鋼梁、鋼柱的驗算結(jié)果。

5 其他構(gòu)造措施

5.1 樁位布置

基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，樁承臺之間設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。而在跨度方向，由于跨距較大(跨距24.9 m)，難以直接設(shè)置鋼筋混凝土拉梁，因此沿Y方向在柱間增設(shè)一根樁和承臺，與上下兩根樁成三角形布置，在三樁承臺之間用拉梁相連，進而增加了樁基承臺的穩(wěn)定性，滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.1.11.5條的要求。

5.2 墻架鋼柱(最右端)

在屋面鋼梁最右端處增設(shè)了落地的墻架鋼柱作支撐。由于該鋼柱位置離原有建筑物很近，已無法做單獨的樁基礎(chǔ)，因此只能采用梁抬柱，即在基礎(chǔ)拉梁上做鋼筋混凝土短柱(600 mm×500 mm)，然后再預埋鋼柱螺栓。為了增強短柱的穩(wěn)定性，在短柱三個方向各增設(shè)了一小段鋼筋混凝土翼緣墻。

鋼柱上部每隔一定高度在Y方向設(shè)置鋼拉梁以保證鋼柱的穩(wěn)定性。鋼拉梁標高與主體部分鋼筋混凝土拉梁的標高一致，鋼拉梁兩端均采用鉸接。在山墻墻面上，鋼拉梁一端與鋼骨柱鉸接，另一端與墻架鋼柱鉸接，可形成鋼骨架便于金屬復合板的搭設(shè)。

5.3 地梁的處理

主要是與原建筑物地梁的連接。。我們查看了原有建筑物的圖紙，基礎(chǔ)也是人工挖孔樁，承臺之間有拉梁，300 mm×900 mm，核對其拉梁配筋大小及標高位置后，可以讓新做的拉梁一端搭在原有建筑物拉梁上，視為鉸接連接。有些地方緊挨著原有建筑物的樁基承臺，采取植筋的方式連接?；A(chǔ)拉梁另一端與原地梁連接處也采取了一些構(gòu)造和穩(wěn)定措施。經(jīng)核算，原地梁結(jié)構(gòu)安全。

6 結(jié)束語

綜上所述，本工程為滿足高烈度地區(qū)抗震性能較好及使用和外觀的要求，采用了型鋼混凝土柱加鋼屋蓋系統(tǒng)的框架 混合結(jié)構(gòu)形式。對高烈度地區(qū)的高架庫建筑來說，是可以選擇的一種結(jié)構(gòu)形式，突破了傳統(tǒng)高架庫(高度高、跨度大)結(jié)構(gòu)一般采用的全鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)形式的各種缺點。通過本工程的實踐證明，將型鋼混凝土柱和鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)有效的結(jié)合起來，既能滿足建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震安全又能滿足工藝功能要求及建筑物美觀的要求。本文僅對該結(jié)構(gòu)體系進行初略的工程計算分析，對于該結(jié)構(gòu)體系更為詳細的震害破壞分析，建議采用整體結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的彈塑性動力分析，或基于性能的抗震設(shè)計分析。

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