型鋼混凝土在大跨度懸梁結構中的應用

王紅

摘 ?要：本文對型鋼混凝土結構的承載力、抗震性、防火性能在大跨度懸梁結構中的應用做了詳細闡述，并且結合實際工程進行分析和研究，對型鋼混凝土結構設計的關鍵要素進行提煉，為以后的工程提供高一定的參考。

關鍵詞：型鋼混凝土;大跨度懸臂梁;結構設計

型鋼混凝土結構（SRC）的好壞影響著結構的安全、功能、成本。型鋼混凝土結構（SRC）和普通鋼筋混凝土（RC）結構相比有整體性能強、延性好、剛度大、耐火性好、耐久性好的優勢。并且在配筋率比RC結構要大，對于需要同樣承載能力的結構來說，SRC可以減小一定的構件截面積，從而比RC至少節省1/3的鋼材，這種截面更小、自重更輕、布置更靈活的優點讓SRC在大跨度懸梁結構中得到廣泛的應用。

一、工程概況

本工程是商業中心辦公樓，建筑面積3960m2，主要分為地下地上兩部分，地下1層，地上2層。地下層高為3.6m，首層層高4.0m，二層層高3.8m。

根據建筑要求，辦公樓是丙類建筑，使用年限是50年，抗震設防為8度，根據受力情況和施工難度綜合考慮形成結構形式是普通鋼筋混凝土框架-剪力墻結構+局部型鋼混凝土。

因為本工程空間結構多變，造型要求復雜，梁高限為0.8～1.0m，要設置大懸梁結構，所以對結構工程要求較高。

二、低高大跨度懸臂梁的設計

1.低高大跨度懸臂梁的選型及截面布置

建筑整體結構比較復雜，特別是大跨度懸臂梁結構要承擔較大剪力。為了提高懸臂梁整體的抗剪承載力工程采用了型鋼腹板提升構件強度和延性。

因為結構跨度大，受力復雜且重要性高，最終經過設計師討論和對比，型鋼混凝土結構形式成為最合適的結構方案。工程中采用截面尺寸為600mm×800mm的KHL206混凝土懸梁臂。內部結構形成工字型鋼梁，大大提高了抗震性能和承載能力。《鋼骨混凝土結構設計規程》中含鋼率范圍是2%—15%，美國鋼結構學會認為SRC構件含鋼率要≥4.0，此次經濟含鋼率為4.5%，符合規定。所以型鋼面積為21600mm2，實配型鋼面積采用20600mm2。梁在活載和橫載的作用下，各種截面會產生彎矩，荷載作用下懸梁臂彎矩配筋要長度根據設計手冊資料，畫出彎矩包絡圖來確定，最終取值是梁軸線長度的70%。梁體內的混凝土強度也要考慮到承載力，選用強度等級為C30的Q235B。

懸臂梁非普通鋼筋的強度要求會很高，所以懸梁配筋計算結果要增加10%。截面受拉側鋼筋為12 32，受壓側鋼筋為8 32，采用HRB400II鋼筋，配筋率不超過2%。箍筋安裝也是懸臂梁施工難點，在本工程中要考慮梁上、梁下鋼筋的擺放位置和中型鋼翼緣、柱主筋和箍筋之間的關系。梁的箍筋及腰筋均要符合按《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）的要求。

2.低高大跨度懸臂梁的抗剪連接

型鋼位于梁上部。型鋼表面積和截面面積較小，而且表面平整，粘結強度較小。特別是當截面應拉力較大時，型鋼上翼緣和混凝土之間的界面就會產生較大的應剪力讓界面發生粘結破壞，出現縱向裂縫，甚至產生位移。所以為了防止型鋼和混凝土接觸滑移，在型鋼下翼緣處間隔150mm設置兩排直徑19mm、長80mm的剪力釘。還配置了充滿型實腹型鋼，配置必要的縱筋和箍筋。

3.低高大跨度懸臂梁的承載力計算

在確定挑梁尺寸后，通過所列的可能出現的不利情況進行分析，找出最不利的一組內力值進行截面驗算。同時發現對民用建筑結構中的長懸臂構件而言，豎向地震作用不是結構的最終控制內力。

在計算的過程中，考慮不同荷載組合并且對最不利的荷載組合工況，并且按規范驗證穩定性。之后采用有限元分析軟件ABAQUS進行分析。在型鋼混凝土，型鋼和混凝土用Link8單元進行三維實體建模，采用8節點三維固體結構單元SOLID65來模擬混凝土，在單元每一個節點上有3個自由度。鋼筋采用線性三維桁架單元模擬。嵌入式模型不能模擬鋼筋滑移對結構響應，尤其是裂縫形態的影響。工程為了使型鋼和混凝土之間不產生滑移，采用了嵌入式模擬鋼筋，主要是在懸臂梁上均勻分布荷載，梁端施加集中荷載方式模擬出最不利工況下構件的荷載條件，從而顯示出懸臂梁約束末端混凝土應力是最大值7.64MPa。

4.低高大跨度懸臂梁的裂縫和撓度驗算

懸梁臂的質量通常由裂縫和撓度控制，KHL106梁最大裂縫寬度Wmax為0.29mm。《型鋼混凝土組合結構技術規程》（JGJ 138—2001）第5.2.2條規定允許值[W]為0.3mm，剛好滿足規范要求。KHL106梁的縱向收拉鋼筋的配筋率p=1.5%時，在充分考慮荷載短期效應和長期效應組合作用下的最大撓度為49.496mm，而規范規定的允許撓度[f]為Zd250=64 mm，滿足規范要求。

三、其他

（1）型鋼混凝土強度不低于C30，確立型鋼混凝土組合結構的抗震等級，當該結構全部采用型鋼混凝土組合結構時，和部分采用型鋼混凝土組合結構時。應有所區別。

（2）含鋼率是混凝土內的型鋼截面面積和梁全截面面積的比值，梁中型鋼含鋼率要大于4%，較為合理的是5%—8%。

（3）為了保證結構穩定，鋼材厚度方向斷面收縮率要符合國家《厚度方向性能鋼板》的規定。型鋼厚度不宜小于6mm，混凝土梁截面寬度不應小于300mm。

四、結語

為了保證建筑建構的穩定性和安全性，在施工過程中要針對大跨度懸臂梁結構的型鋼混凝土技術進行研究和分析，確保鋼框架結構施工質量，保證工程高效完成。

參考文獻：

[1] 北京市建筑設計標準化辦公室.北京市建筑設計技術細則（結構專業）[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[2] JGJ3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3] YB9082—1997，鋼骨混凝土結構設計規程.北京：冶金工業出版社，1997.

[4] JGJ138—2001，型鋼混凝土組合結構技術規程.