以電影院工程為例談加層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與安裝

摘 要：本文介紹了某大型影院采用鋼框架加層設(shè)計的有關(guān)結(jié)構(gòu)選型、體系布置及植筋做法等問題。結(jié)合實際工作中的體會，提出一些看法供參考。

關(guān)鍵詞：植筋；鋼框架；焊接；設(shè)計

一 引言

近年來，輕鋼結(jié)構(gòu)憑借其自身具有的輕便快捷、抗震抗風(fēng)、耐久性強等特點被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑。隨著鋼產(chǎn)量的不斷提高，經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對綠色環(huán)保型建筑的不斷要求，鋼材應(yīng)用于現(xiàn)代建筑主體結(jié)構(gòu)是歷史所趨。我國也正在加速發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化進程，發(fā)展以標(biāo)準化、系列化、通用化，以專業(yè)化、社會化生產(chǎn)和商品化供應(yīng)為基本方向。

二 工程概況

該影院位于唐山市某區(qū)，原有建筑為混凝土框架，地下1層，地上4層，地下室做停車用，地上1~3層做商場用，第4層做電影演播廳。原設(shè)計考慮電影演播廳上局部加層，做一個放影廳和一個電影大廳。當(dāng)時因經(jīng)濟原因沒有建設(shè)，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生意的興隆，原有面積已遠遠不夠使用，決定再加建兩層。原設(shè)計套用的舊規(guī)范，不能滿足新規(guī)范的要求，而且甲方要求不影響正常營業(yè)且施工周期短的情況下考慮設(shè)計。因此選用了質(zhì)量輕、施工速度快的鋼結(jié)構(gòu)。

本加建工程為框架支撐結(jié)構(gòu)體系。加層平面圖如圖一、圖二和圖三所示，鋼柱采用H300X300X10X15；臥梁采用H900X300X10X12主梁采用H700x300x10x12和H400X300X10X12，次梁H294X200X8X10；樓板采用YX60-200-600x1.2壓型鋼板和強度等級為C30混凝土組合樓板。柱與柱連接為焊接，柱與梁，梁與梁連接為栓焊混合連接，加層高度為6.78m，風(fēng)壓為0.50KN/m2，設(shè)防烈度為7度，抗震等級為3級，墻體材料與原建筑一致為輕質(zhì)空心隔板，現(xiàn)已投入使用。

三 工程的設(shè)計思路

1. 本工程在混凝土框架結(jié)構(gòu)加建鋼框架，兩種結(jié)構(gòu)體系不同，阻尼比不同，剛度不同。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》又無依據(jù)可尋，為了避免剛度突變，同時因為柱頂部鋼筋特別密集，在此情況下柱頂預(yù)埋件或植筋很難施工，決定采用等剛度轉(zhuǎn)換方法，用剛度與原混凝土梁相等的鋼梁代替，沿加層柱軸線加鋼臥梁，避開原結(jié)構(gòu)柱柱頭鋼筋密集區(qū)植筋，通過與混凝土鋼梁來轉(zhuǎn)換和分散柱內(nèi)力，使剛度不至于發(fā)生大的突變。

2. 鋼柱柱底與原混凝土連接方式采用鉸接，通過降低柱底彎矩達到原有結(jié)構(gòu)正常承載力，經(jīng)pkpm計算，內(nèi)力圖如圖四。框架柱按兩個主軸方向分別進行強度和穩(wěn)定性計算。在風(fēng)荷載作用下頂點的橫向水平位移不宜大于H/500（H為框架柱總高），層間相對位移不宜大于h/400（h為層高），多遇地震進行抗震設(shè)計，層間側(cè)移不應(yīng)大于層高的1/250。

3. 支撐和樓板計算，在框架柱間設(shè)豎向柱間支撐，抵抗水平側(cè)向力，提高整個結(jié)構(gòu)平面外的穩(wěn)定性。本工程柱間支撐截面為H300X300X10X15。同時在平面內(nèi)局部穩(wěn)定性不夠的梁上加設(shè)加筋肋板，臥梁采用在工字梁腹板兩側(cè)對稱加肋板，同時在工字梁兩側(cè)封板，形成一個類似箱型梁結(jié)構(gòu)體系，提高局部穩(wěn)定性和抗剪扭性。壓型鋼板的凸肋頂面至鋼筋混凝土板頂面的距離為80mm，壓型鋼板僅起模板作用，但應(yīng)進行壓型鋼板強度及變形驗算，此時壓型鋼板的允許撓度取L/200（L為板的跨度）并不大于20mm。鋼槽中的焊釘直徑為19mm，焊釘長度為100mm，釘頭直徑為28mm。

4. 化學(xué)螺栓的設(shè)計

化學(xué)螺栓在混凝土中的埋深與混凝土的標(biāo)號及所選用的螺栓標(biāo)號有關(guān)，結(jié)合本工程螺栓主要考慮受剪，應(yīng)該考慮兩種情況：

4.1 桿件受剪

此時只需要驗算螺桿的抗剪，這時膠體是抗壓的，一般抗壓力為100kPa以上。

4.2 膠體受剪

此時桿件是受拉，需要通過現(xiàn)場的拔拉實驗確定，如發(fā)現(xiàn)鋼筋超過屈曲或拉斷，加大截面從新實驗，直到可找到屈服點沒發(fā)生破壞的作為設(shè)計參考值。

在實際應(yīng)用中本工程采用以桿件受剪為主，膠體受剪為輔的復(fù)合情況，眾所周知，在復(fù)合應(yīng)力作用下的材料是有所提高的。

5 鋼筋錨固設(shè)計

5.1 設(shè)計原則：

在鋼筋混凝土和素混凝土中的植筋會產(chǎn)生不同的力的傳遞。

5.1.1 素混凝土：

對于素混凝土，拉力N是通過連接鋼筋傳遞給混凝土，可傳遞的力的大小取決于可能隨鋼筋拉出的混凝土的大小，還受錨固長度、邊距和間距的影響。

5.1.2 鋼筋混凝土：

對于鋼筋混凝土而言，邊距和間距并不是很重要，因為拉力是由連接鋼筋通過鋼筋之間的混凝土傳遞給預(yù)埋鋼筋的?？偟脑瓌t：用植筋粘結(jié)灰漿進行的鋼筋錨固，其工作特性與預(yù)埋件相同。

5.2 錨固設(shè)計：

錨固設(shè)計的工作原理，是基于“植筋可能出現(xiàn)的破壞模式并制定相應(yīng)的使用極限”。

A、錨固的設(shè)計負荷：F=min{F1、F2、F3}

其中F1為鋼筋的使用極限

其中F2為粘結(jié)灰漿的使用極限

其中F3為混凝土的使用極限

5.2.1 鋼筋的使用極限F1（KN）：

鋼筋被充分利用時的設(shè)計拉力F1（KN），等于鋼筋的橫截面積乘以鋼的特征強度σ（N/mm2）。

即：F1=πr2σ×10-3其中r為鋼筋半徑（mm）

當(dāng)錨固安裝深度＞標(biāo)準錨固深度時，該數(shù)值尤其重要。

5.2.2 粘結(jié)灰漿的使用極限F2（KN）：

粘結(jié)破壞可能發(fā)生在鋼筋與粘結(jié)灰漿之間也可能發(fā)生在混凝土與粘結(jié)灰漿之間。綜合分析所得：

F2=πDh0τ×10-3/rb其中D為鉆孔直徑（mm）h0為鉆孔深度（mm）

τ為粘結(jié)膠粘結(jié)強度單位N/mm2

建議安全系數(shù)rb為1.5～2.5

當(dāng)錨固安裝深度＜標(biāo)準錨固深度時，該數(shù)值尤其重要。

5.2.3 混凝土的使用極限F3（KN）：

由混凝土破壞分析得：

F3=Ch02×10-3/rc√fck，其中C為系數(shù)0.85 h0為鉆孔深度（mm）

fck為混凝土的抗壓強度

建議安全系數(shù)rc為1.5～2.5

當(dāng)混凝土的等級小于C30時，該數(shù)值尤其重要。

B、標(biāo)準錨固深度h0（mm）

當(dāng)植筋深度超過h0，則鋼材充分利用，標(biāo)準錨固深度h0由以下公式所得：

式1：F1≤F2（鋼筋強度≤粘結(jié)強度）

式2：F1≤F2（鋼筋強度≤混凝土使用強度）

即：{πr2σ×10-3≤πDh0τ×10-3/rb

{πr2σ×10-3≤Ch02×10-3/rc√fake，

由此得：h0=max{r2σrb/（Dτ）；r√πσrc/（C√fake）

由分析得：對于C30及以下等級的混凝土，混凝土的等級起主要作用。

對于C30及以上等級的混凝土，粘結(jié)劑起主要作用。

四 工程安裝過程

1. 植筋及梁柱安裝

1.1 植筋用的植筋粘結(jié)灰漿是一種利用粘著和鎖健原理產(chǎn)生固持力的固定劑，適用于混凝土、多孔性磚塊或較低級石材上的固定，其特點是施工周期短，沒有膨脹性，不會破壞基材，且有補強作用，抗高溫、耐酸堿性、其主要成份為二氧化硅，適用于≥C15的混凝土。植筋時首先剔開保護層，露出原結(jié)構(gòu)鋼筋位置，避開主筋進行放線植筋，植筋位置可在預(yù)埋板允許的條件下在鋼柱的底板部分鉆孔，鉆完孔后清理干凈孔洞，灌注粘結(jié)灰漿，緩緩旋入穿過鋼板的螺桿，植入原混凝土梁或柱中，鋼柱再與鋼板焊接。

1.2 等膠體固化，強度達到設(shè)計要求后吊裝柱子，鋼柱在初擰前用水平尺粗略控制垂直度，待形成框架后用精緯儀精確校正，焊接后進行復(fù)測，使每層相對誤差小于2mm，與終擰測量結(jié)果作比較，作為施工依據(jù)。

1.3 首先用安裝螺栓固定好梁和柱，然后調(diào)整到設(shè)計所要求的位置，最后進行圍焊，焊接質(zhì)量嚴格按現(xiàn)場焊接工藝指導(dǎo)書，柱與柱、梁與柱、梁與梁焊縫的一次超聲波探傷合格率達到B1級質(zhì)量的焊縫均為95%以上。

2. 樓板的安裝

2.1 組合樓蓋的抗剪連接栓釘?shù)暮附硬捎么┩负?，鋪設(shè)鍍鋅壓型鋼板作永久模板，因考慮到含鋅量少的鋼板年代久遠后板材易失去鍍鋅膜生銹，含鋅量多的鋼板，在焊接過程中易發(fā)生氧化，生成氧化鋅熔融再金屬中，形成多孔金屬，影響焊接質(zhì)量，故鍍鋅壓型鋼板選用熱鍍鋅冷軋卷板。

2.2 鋼梁上翼緣表面在制作中不應(yīng)涂刷防銹漆，因油漆會使焊縫金屬中產(chǎn)生氣孔，影響焊接質(zhì)量。

2.3 鋪設(shè)壓型板時梁表面的間隙不能太大，太大會造成金屬融化量不足，影響焊縫成型。

2.4 除去栓釘焊接面上水、銹、油垢等有害物質(zhì)，確保焊接質(zhì)量。

2.5 施焊電流為1600A，施焊時間為1.1S，栓釘植筋為φ20，壓型鋼板厚度為0.8mm。

2.6 樓板混凝土采用泡沫混凝土，自重為4~6KN/m3，標(biāo)號為C25，100mm厚，澆筑時用震動棒震搗密實。

五 結(jié)語

本工程采用全鋼結(jié)構(gòu)，是在混凝土框架上加建梁框架的全新嘗試，通過對該工程的設(shè)計和實踐，為以后類似建筑積累了寶貴的經(jīng)驗，為需要加建的工程提供了借鑒。

參考文獻：

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