混凝土柱上輕鋼屋蓋單層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

杜秀麗

蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司 甘肅蘭州 730030

混凝土柱上輕鋼屋蓋單層房屋結(jié)構(gòu)相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)單層房屋而言，在防火、抗腐蝕性能方面占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)，近幾年來(lái)在建筑行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用趨勢(shì)。然而針對(duì)這一方面仍然沒(méi)有相關(guān)施工和設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，下文會(huì)對(duì)此進(jìn)一步研究分析，探索更加有助于房屋設(shè)計(jì)的方法。

1 常見(jiàn)的形式

混凝土柱輕鋼房屋常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有混凝土柱和剛斜梁的混合式剛架、混凝土柱的兩鉸直線拱共同組合成混合排架。混合門(mén)式剛架邊柱頂和剛斜梁連接，如圖1；混合排架混凝土柱頂與兩鉸直線拱腳鉸接，如圖2，主要分為帶拱、不帶拱拉桿形式。混合式剛架、混合排架只要分為單跨結(jié)構(gòu)、雙跨結(jié)構(gòu)或多跨結(jié)構(gòu)。

圖1 混合門(mén)式剛架

圖2 混合排架式

2 設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題分析

2.1 分析運(yùn)用混合排架、混合鋼架時(shí)支撐布置

為了確保房屋建筑豎向結(jié)構(gòu)的整體剛度，豎向可以選擇混凝土架，但是在設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)需要重視結(jié)構(gòu)之間的伸縮縫距離應(yīng)當(dāng)小于55米，然而對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)的屋蓋伸縮縫距離可以達(dá)到220米，由此可知這二者之間是相互矛盾。對(duì)于建筑物豎向長(zhǎng)度高于55米的房屋來(lái)講，在解決這種矛盾時(shí)可有兩種方案選擇，第一，建設(shè)雙柱，在設(shè)計(jì)雙柱兩側(cè)時(shí)，需要建設(shè)屋蓋橫向水平支撐構(gòu)件，這種做法本身是輕鋼屋蓋伸縮縫距離應(yīng)當(dāng)選取與混凝土一樣的結(jié)構(gòu)；第二，是在豎向柱子之間運(yùn)用型鋼作為支撐，利用支撐桿件與桿件連接的螺栓孔來(lái)消化豎向溫度變形，此伸縮縫距離可以相同于輕鋼屋蓋，同時(shí)也是國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)規(guī)定中的推薦的做法[1]。

2.2 混合排架柱頂節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析

混凝土柱式和混合排架上鋼拱腳的連接節(jié)點(diǎn)需要運(yùn)用鉸接節(jié)點(diǎn)，必然需要確保節(jié)點(diǎn)處的剪力、壓力、拉力，在工程施工中第二次灌漿效果往往不理想，甚至抗剪力槽之中經(jīng)常存有雜物和泥巴，甚至錨栓預(yù)埋位置存在的偏差巨大，為此建議使用過(guò)渡板的方法，先用塞焊將過(guò)渡板和過(guò)渡板下的予焊錨栓進(jìn)行焊接，采用這樣的方式能夠促使錨栓定位更加正確。定位安裝以后，將過(guò)渡板和柱子頂端預(yù)埋鋼板焊牢，這期間拱腳地板中的錨栓孔的直徑只需要比過(guò)渡板錨栓桿大1毫米-1.5毫米，墊板的厚度與柱腳底板相同即可，并且將其與拱腳底板焊牢，采用雙螺帽將其擰緊在墊板上。軸向壓力可以利用過(guò)渡板、拱腳底板、預(yù)埋鋼板進(jìn)行承壓傳遞，軸向拉力、水平拉力可以通過(guò)柱頂與過(guò)渡板預(yù)埋鋼板和與過(guò)渡板焊接的錨栓之間的焊接承受。不僅避免了二次灌漿問(wèn)題和抗剪鍵設(shè)置問(wèn)題，同時(shí)施工比較方便且質(zhì)量可靠，是一種值得采用的構(gòu)造方式[2]。

2.3 混合剛架柱頂節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析

混合剛架中柱頂與斜梁端部之間的連接應(yīng)當(dāng)運(yùn)用剛接節(jié)點(diǎn)，并且需要確保節(jié)點(diǎn)處軸力、剪力、彎矩，同時(shí)需要保證受荷背景下梁柱交角不變，如圖3。

圖3 混合剛架柱頂連接節(jié)點(diǎn)圖示

通常情況下如圖3(a)所示能夠有效的符合節(jié)點(diǎn)剛性要求，然而這種情況下應(yīng)當(dāng)擴(kuò)寬柱頂?shù)慕孛娣e，確保節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的錨栓能夠承受較大的節(jié)點(diǎn)彎矩，同時(shí)還需要對(duì)頂柱進(jìn)行二次灌注。如圖3（b）所示，節(jié)點(diǎn)內(nèi)力通過(guò)柱頂預(yù)埋鋼板與頂梁端部底板之間的連接焊縫承受，針對(duì)一些重要工程或者是鋼架橫跨程度比較大時(shí)，采用在柱子頂端周?chē)鲈O(shè)預(yù)埋側(cè)板的方式形成鋼管混凝土，以此作為過(guò)渡，這種方式還有利于加強(qiáng)柱子頂端節(jié)點(diǎn)的延展性，其具有更好的承受力、抗震性，這是一種較為合理的做法，但是其存在的不足之處是需要在高空進(jìn)行焊接施工。圖3(c)所示，節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力主要是由傳力板與剛斜梁端部的底板焊接處來(lái)承受，而此處需要焊牢柱子兩側(cè)預(yù)埋鋼板和傳力板，預(yù)埋錨栓的作用只是用來(lái)定位的，同時(shí)也能夠承受軸拉力，對(duì)于拉錨筋起到的作用主要是用來(lái)定位預(yù)埋側(cè)板，柱頂部位除了需要二次灌漿同時(shí)還需要進(jìn)行高空焊接工作。圖3(d)所示，與剛架平面垂直的柱兩側(cè)加設(shè)了兩塊箍板，并且是上下放置，有助于強(qiáng)化柱頂端節(jié)點(diǎn)的連接剛度，不僅可以取消二次灌漿的工作，還可以移至箍板到上部頂端，與處于鋼斜梁端部的底板進(jìn)行焊接，有這樣有助于強(qiáng)化柱子頂端節(jié)點(diǎn)的延展性，這樣也有利于柱子頂端水平力以及彎矩的傳遞[3]。

2.4 鋼構(gòu)件選型

在混合排架中，拱肋內(nèi)應(yīng)力的抽力和彎矩產(chǎn)生應(yīng)力相似，與此同時(shí)柱頂部和拱腳處連接并不是鉸接，這種連接并不是理想方式，這種連接存在嵌固彎矩，充分考慮其與拱腳鑲嵌固定的程度帶來(lái)的影響，然而實(shí)際上處于最大軸力的拱腳位置具有一定的彎矩，為此需要運(yùn)用相等截面積的拱肋構(gòu)件。

3 加強(qiáng)鋼筋混凝土柱頂?shù)拇胧?/h2>

鋼筋混凝土柱頂節(jié)點(diǎn)部位是承受力不加復(fù)雜的一個(gè)位置，可以采用以下措施進(jìn)行加固，①柱子混凝土強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是應(yīng)該高于C25；②柱子縱向鋼筋柱頂彎折，并且彎折鋼筋相互焊接，焊接處的搭縫長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)進(jìn)行雙面焊接，且應(yīng)當(dāng)大于5倍柱縱筋直徑值、單面焊接處應(yīng)當(dāng)高于10倍柱縱筋直徑，③柱頂端應(yīng)當(dāng)建設(shè)箍筋加密區(qū)，并且密度應(yīng)當(dāng)高于2倍柱截面高度，應(yīng)當(dāng)采用直徑小于8毫米的箍筋，且間距應(yīng)當(dāng)小于100毫米，箍筋肢之間的距離需要大于200毫米。對(duì)于豎向鋼筋應(yīng)當(dāng)做到每隔一根就應(yīng)當(dāng)束有箍筋，可以運(yùn)用長(zhǎng)方形和多邊形以及拉筋組成的復(fù)合箍筋。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，設(shè)計(jì)混凝土柱上輕鋼屋蓋單層房屋結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵之處是鋼筋混凝土柱頂與鋼斜梁之間連接節(jié)點(diǎn)，本文通過(guò)介紹這種建筑的兩種形式，分析混合鋼架和混合排架這兩種形式的受力性能，根據(jù)柱頂節(jié)點(diǎn)構(gòu)造特點(diǎn)、傳遞受力方式進(jìn)一步研討，希望能夠工程設(shè)計(jì)提供推動(dòng)作用。