大跨度報(bào)告廳的型鋼混凝土梁設(shè)計(jì)

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)建筑對(duì)大空間的要求越來(lái)越多，本文討論在種植屋面、結(jié)果找坡的情況下，型鋼混凝土梁與預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計(jì)比選，并提出建設(shè)性意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】大跨度;型鋼;預(yù)應(yīng)力

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.27.

1、工程概況

某工程位于湖南省，建筑占地面積8547.71m2，總建筑面積73827.96m2，本建筑主樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，裙樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。建筑地下2層，地上16層。地下一層層高6.1米，地下二層層高3.9米。地上一、二層層高均為6.0m，3層及以上樓層層高均為4.8m。建筑高度80.20m（建筑室外地面至建筑屋面結(jié)構(gòu)板頂），建筑最高點(diǎn)高度94.60m（建筑室外地面至建筑屋面構(gòu)架頂）。其中學(xué)術(shù)報(bào)告廳長(zhǎng)42.0m、寬34.8m，坡屋面最高點(diǎn)12.47m，局部層高6m，報(bào)告廳與主樓設(shè)縫脫開(kāi)。 見(jiàn)圖1

工程設(shè)計(jì)使用年限50年，株洲地區(qū)抗震設(shè)防烈度小于6度，根據(jù)株洲市地震局文件[株抗震（2013）80號(hào)]，本工程設(shè)防分類(lèi)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)，按6度抗震設(shè)防，設(shè)計(jì)地震分組第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)為1.0，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)。株洲地區(qū)基本風(fēng)壓0.35kN/m2（50年重現(xiàn)期），地面粗糙度為B類(lèi)，基本雪壓 0.5 kN/m2 （100年重現(xiàn)期）。

2、結(jié)構(gòu)方案

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是指在鋼筋混凝土中放置型鋼的一種結(jié)構(gòu)形式，放置型鋼會(huì)增加混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及延展性，特別對(duì)于大跨度的梁，它比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有更好的承載能力、更優(yōu)的剛度及抗震性能，對(duì)于梁截面、撓度減小有顯著效果。

該報(bào)告廳沿長(zhǎng)方向跨度為26.4m，并且做種植屋面，即使采用結(jié)構(gòu)找坡，屋面的荷載也較大。結(jié)構(gòu)方案首先考慮的是采用鋼筋混凝土井字梁結(jié)構(gòu)，但考慮到主報(bào)告廳結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方形，井字梁條件不成熟，故否認(rèn)了。接下來(lái)就考慮兩種方案，第一考慮為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，第二種考慮為型鋼混泥土梁，下面分別闡述折兩種結(jié)構(gòu)方案：

2.1預(yù)應(yīng)力混凝土梁

本工程預(yù)應(yīng)力框架梁均采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，梁集中采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，錨具采用圓錨。 預(yù)應(yīng)力筋采用15.2mm，根據(jù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為1860MPa的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其性能應(yīng)滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-1995）的規(guī)定，預(yù)應(yīng)力梁及封端混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C40，預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力為1860x0.75=1395MPa，每根有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制力為195kN。

預(yù)應(yīng)力混凝土梁長(zhǎng)方向分為兩部分張拉，其中最大截面800mmx2000mm（7-7 Φ15.2）和600mmx1400mm（3-7 Φ15.2），抗震等級(jí)為三級(jí)。見(jiàn)圖2、圖3

2.2型鋼混凝土梁

本工程型鋼混凝土梁在鋼構(gòu)件加工制作前，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)變形（豎向構(gòu)件的軸向變形差等）、焊接變形等可能產(chǎn)生的安裝偏差并預(yù)先采取相應(yīng)的調(diào)整措施。在確保滿足施工安裝和設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行構(gòu)件加工、制作和安裝。由于跨度較大，故梁得拆分三段在現(xiàn)場(chǎng)焊接，所有鋼構(gòu)件均應(yīng)在工廠加工制作，現(xiàn)場(chǎng)拼接和安裝。梁的拼接焊縫應(yīng)采用全熔透焊縫，施焊工藝及板材上的坡口尺寸應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB50661-2011）的有關(guān)規(guī)定。焊接工字形（或H型鋼）截面翼緣板與腹板應(yīng)等強(qiáng)連接，拼接縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，并避免與加勁板重合，腹板拼接縫與加勁板間距不宜小于200mm，腹板拼接縫與上下翼緣拼接縫間距不宜小于200mm。見(jiàn)圖4

經(jīng)過(guò)計(jì)算，型鋼混凝土梁最大截面為800mmx1700mm（內(nèi)置型鋼尺寸為H1300x450x16x22）和800mmx1200mm（內(nèi)置型鋼尺寸為H800x400x14x20），抗震等級(jí)為三級(jí)。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題

3.1荷載取值

根據(jù)建設(shè)方要求，報(bào)告廳屋面采用種植屋面，經(jīng)查《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ155-2013），荷載規(guī)范規(guī)定屋面采用種植土，荷載取值為恒載取6.0kN/m2 屋面活載取3.0kN/m2。

3.2支座節(jié)點(diǎn)計(jì)算

型鋼混凝土梁的支座節(jié)點(diǎn)主要有以下幾種連接：型鋼混凝土梁與混凝土柱、型鋼混凝土梁與混凝土梁的節(jié)點(diǎn)大樣。混凝土次梁與型鋼主梁的連接經(jīng)查圖集得到下種連接方式：見(jiàn)圖5

型鋼混泥土柱內(nèi)的鋼筋較多，考慮施工問(wèn)題，采用直徑為28mm的鋼筋并筋排列，在型鋼梁上設(shè)置抗剪栓釘以保證與混凝土的連接可靠。

由結(jié)構(gòu)軟件查得梁端的剪力V：-1350.000（kN），螺栓采用10.9s，公稱直徑為22mm，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)》 第11.4.2條：

各螺栓所受剪力（kN）：

單個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值抗剪Nvb=85.500（kN），計(jì)算滿足要求。

3.3不同結(jié)構(gòu)形式計(jì)算分析比較

預(yù)應(yīng)力混凝土梁優(yōu)點(diǎn)在于剛度大、抗裂性好，可以推遲裂縫的開(kāi)展，且能在一定程度上減小自重，節(jié)省材料。但預(yù)應(yīng)力混凝土梁的工藝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)質(zhì)量要求高，需要配備一支技術(shù)較為熟練的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍且要有專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，預(yù)應(yīng)力混凝土梁在費(fèi)用上開(kāi)工費(fèi)也較高，對(duì)于構(gòu)件較少的工程成本較高。

型鋼混凝土梁的優(yōu)點(diǎn)在于型鋼混凝土構(gòu)件承載能力強(qiáng)，比預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)更加能減小構(gòu)件截面，其中預(yù)應(yīng)力混凝土梁最大截面800mmx2000mm（7-7 Φ15.2）和600mmx1400mm（3-7 Φ15.2）。型鋼混凝土梁最大截面為800mmx1700mm（內(nèi)置型鋼尺寸為H1300x450x16x22）和800mmx1200mm（內(nèi)置型鋼尺寸為H800x400x14x20）。從施工上型鋼混凝土梁可以簡(jiǎn)化支模，加快施工速度，且耐火、耐久、抗震性能都略勝一籌。

4、結(jié)論及建議

（1）在計(jì)算種植屋面，特別是大跨度情況下的種植屋面首先考慮結(jié)構(gòu)找坡，其次種植屋面的重量應(yīng)考慮種植土而非填土，以減輕所取荷載。

（2）型鋼混凝土梁的節(jié)點(diǎn)大樣在圖集中未涉及到型鋼混凝土梁與混凝土柱的連接方式，只能參照型鋼混凝梁與混凝土墻的連接方式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

（3）型鋼混凝土梁在施工時(shí)難點(diǎn)在于梁得拆分三段，所有鋼構(gòu)件均應(yīng)在工廠加工制作，現(xiàn)場(chǎng)拼接和安裝，切不可直接在現(xiàn)場(chǎng)焊接。

（4）考慮到施工工期、費(fèi)用、難度，對(duì)于單體中只有少部分大跨度梁的情況下選擇型鋼混凝土梁優(yōu)于預(yù)應(yīng)力混凝土梁。

作者簡(jiǎn)介：

賀益田，1989年出生，女，籍貫湖南長(zhǎng)沙，碩士研究生，工程師，土木工程建筑結(jié)構(gòu)方向。