論述型鋼混凝土在實際工程中的應用

趙澤寧

(海南元正建筑設計咨詢有限責任公司，海南海口 570208)

1 概述

型鋼混凝土組合結構又稱鋼骨混凝土結構，是把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種獨立的結構形式。由于在鋼筋混凝土中增加了型鋼，型鋼以其固有的強度和延性，使型鋼、鋼筋、混凝土三位一體地工作，使型鋼混凝土結構具備了比傳統的鋼筋混凝土結構承載力大、剛度大、抗震性能好的優點。本文結合在某高烈度地區工業主廠房使用型鋼混凝土組合結構的實際案例，通過結構分析計算，較為深入地探討了采用型鋼混凝土的原因，以及型鋼混凝土結構的力學特點及優勢，并針對在具體施工過程中遇到的問題和解決經驗進行了詳細的闡述。

2 工程情況簡述

1)海南某開發區工業廠房，工廠規劃建設容量為超高壓、燃煤、空冷、單抽凝汽式機組，預留擴建余地。

3)場地類別為Ⅲ類，場地土特征周期Tg=0.45。

4)建筑本工程主廠房結構形式:橫向為汽機房與除氧間框架、煤倉間框架組成鋼筋混凝土框—排架結構體系，縱向汽機房A列采用的鋼筋混凝土框架—鋼支撐結構，除氧煤倉間采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結構體系。從外部條件來看，地震動參數相對較高，尤其是水平地震影響系數最大值為0.21。盡管機組容量不大，但是從反應譜曲線來看(見圖1)，框架結構的自振周期范圍內(0.9 s～1.3 s)，水平地震影響系數比標準 8 度(0.20g)相應大30%。

圖1 本工程反應譜曲線

3 普通混凝土柱方案的計算結果

計算分析軟件采用PKPM系列軟件(2012版)，計算模型如圖2所示。底層混凝土等級為C50，鋼筋為HRB400鋼筋。

1)根據計算結果，第一自振周期為1.24 s(橫向)。第二自振周期為1.15 s(縱向)，扭轉振型為第五振型，結構特征比較合理。

2)縱向基底地震剪力為22 700 kN，對應的剪質比達到7.13%;橫向基底地震剪力為23 500 kN，對應的剪質比達到7.38%;剪質比平均值與反應譜曲線查到的水平地震影響系數大致吻合，計算結果可信。

3)由于地震作用比較大，通過調整縱向抗震墻的厚度和框架梁柱的截面尺寸，使得結構位移基本上能滿足規范的要求。

4)從此計算結果來看，盡管結構的高度和荷載都不大，但由于水平地震作用較大，增設抗震墻是保證層間位移角滿足規范的必要手段。從計算結果來看，最大位移角均發生在第4層即煤斗支撐層(見表1)。

圖2 結構模型

表1 層間彈性位移角

5)構件配筋結果:當采用普通混凝土柱方案時，底層柱(不含抗震墻端柱)平均配筋率在1.5%～1.8%左右，但是抗震墻兩側的邊框柱普遍出現配筋超大的現象，邊框柱縱配筋率普遍在4.0%以上，個別柱超筋。顯然，若按4%的縱筋配筋率進行配筋，柱單邊配筋面積達到17 000 mm2，需配置三排直徑32的鋼筋。如此之密的鋼筋顯然造成施工的困難。為解決上述問題，后來又試著采取調整抗震墻厚度，調整混凝土強度等級等措施，上述情況均未解決，配筋率仍舊很大，個別柱仍舊超筋。

護理風險評估干預目的主要在于確保患者得到高質量護理服務，不斷優化護理細節，降低護理風險，通過給予患者優質、高效及全面的護理服務來提高患者的滿意度[5]。本文作者對50例已接受優質護理服務的老干部病房患者實施護理風險評估干預，發現對患者進行護理風險評估干預后，護理操作水平顯著上升，并且明顯提高了患者的滿意度。本研究結果中，護理風險評估干預組總滿意率96%顯著大于優質護理組的72%，差異有統計學意義（P＜0.05）；該結果充分說明了護理風險評估干預可改善老干部病房的護理質量及患者滿意度，值得臨床應用。

4 采用型鋼混凝土方案的原因

查詢SATWE的內力計算文件，得出邊框柱的內力組合(見表2)，可以看出，造成配筋面積過大的原因在于組合后的軸力值均為拉力(PKPM規定正值為拉力，負值為壓力)，使得邊框柱的受力情況變成拉彎構件。在這種內力組合下，混凝土本身不分擔應力，軸拉力全部由鋼筋承擔，造成邊框柱配筋超大。

表2 典型邊框柱內力組合

進一步分析，引入抗震墻后，由于抗震墻和邊框柱構成的巨型構件承擔了相當比例的地震剪力和傾覆彎矩，使得作為工字形截面翼緣的邊框柱在地震作用下產生相當大的拉力標準值。當作用在邊框柱上的豎向荷載較小時，就會使組合后的軸力呈現拉力(見圖3)。

圖3 工字形墻截面示意圖

因此，由于框架—抗震墻結構自身的特點，水平地震效應使得邊框柱軸力產生集中現象，受壓側壓力偏大，受拉側有可能變為偏拉構件，使得縱向配筋率偏大，所以考慮將邊框柱改為型鋼混凝土組合構件，由混凝土中的型鋼分擔較大的軸向力，減少柱的縱向鋼筋。

5 型鋼混凝土方案的設計

根據JGJ 138-2001型鋼混凝土組合結構設計規程和JGJ 3-2010高層建筑混凝土技術規程的規定，考慮以下幾個方面進行型鋼混凝土的選型:

1)規范中規定型鋼混凝土柱的型鋼含鋼率不宜小于4%，且不宜大于15%，比較經濟的含鋼率為4%～8%。經過幾次試算，擬定采用HN700×300×13×24(柱截面為700×1 400)，型鋼含鋼率為4.1%。

2)混凝土強度等級不宜低于C30，型鋼宜采用Q235級及Q345級鋼材，本工程采用C50混凝土和Q345型鋼。

3)規范中規定作為抗震墻的邊框柱，要求型鋼的強軸與抗震墻平行布置，因此本工程型鋼布置方向垂直于抗震墻設置。

4)根據計算結果，邊框柱在煤斗支撐層以下軸力偏大，煤斗支撐層以上的軸力相對較小，采用普通鋼筋混凝土構件可以滿足要求。因此考慮到經濟性，只在煤斗支撐層以下設置型鋼混凝土構件。2008版以后的PKPM增加了型鋼混凝土構件的計算功能，可以直接輸入型鋼混凝土構件進行計算。本工程計算后的結果如表3所示，從表中可以看出，采用型鋼混凝土后，由于型鋼分擔了相當的軸力值，使得混凝土的配筋率大幅度下降(見表3)，解決了超筋的技術問題，也為施工綁扎鋼筋提供了可行性。

表3 前后計算配筋結果對比 %

6 型鋼混凝土的節點設計與施工

型鋼混凝土柱設計和施工難點，最關鍵的就是如何處理好梁柱連接的節點，只有很好的節點設計方可以保證現場施工的順利進行。一般在節點處兩個方向都有梁，當采用HN700×300×13×24型鋼時短向可以通過梁柱偏心實現縱筋順利避開H型鋼，但是長向H型鋼高700很難實現梁縱筋繞開H型鋼，通常設計節點有直接在H型鋼上開孔穿鋼筋框架梁縱筋的很多，在H型鋼腹板上開穿鋼筋的孔將使H型鋼截面削弱很大，不能滿足《型鋼混凝土組合結構技術規程》中最小含鋼量的規定。因此采用焊接法:梁縱筋直接焊接或錨固，或者在節點部位增設型鋼牛腿，在型鋼牛腿上下翼緣上焊接梁縱向受力鋼筋。本工程采用了梁縱筋直接焊接或錨固。

從施工反饋來看，沒有施工困難問題，僅僅是剪力墻水平受力鋼筋較多導致現場焊接工作量較大，并要分批焊接避免焊縫的殘余應力的不利影響。

7 結語

根據本工程在型鋼混凝土組合結構的實際應用經驗，可以得出以下結論:

1)當地震動參數較高、地震作用較大導致混凝土柱構件產生較大的軸力，為避免柱構件超筋或改善配筋率過大的問題時，可考慮針對個別柱構件(比如抗震墻端部柱)或者全部柱構件采用型鋼混凝土組合結構。

2)型鋼規格的配置視組合內力的具體情況而定。若只需考慮分擔軸力，則型鋼大小按照構造的低限配置;若要考慮同時分擔彎矩和軸力，則需按高值進行配置。

3)型鋼混凝土承載力驗算方法比較成熟，目前PKPM系列就可直接進行計算，只是型鋼側面的栓釘需進行人工復核。

4)型鋼混凝土設計必須注意節點處的連接做法，規劃框架梁鋼筋位置與型鋼的規避及連接關系，必要時與施工單位進行現場溝通，以保證節點施工的可靠性。

［1］JGJ 138-2001，型鋼混凝土組合結構設計規程［S］.

［2］04SG523，型鋼混凝土組合結構構造［S］.