钢结构柱脚的抗震设计要点分析建筑工程论文

从设计角度分析钢结构住宅体系的特点，介绍异型钢柱住宅项目的设计思路。针对框架结构采用不同阻尼比、基础方案等问题进行数据对比分析；总结设计中常见问题注意事项；对设计标准提出不同意见。

一、钢结构住宅体系选择

从已建成的钢结构住宅来看，主要有：

1）薄壁型钢组合墙板形式；

2）纯框架形式；

3）框架支撑形式；

4）型钢混凝土组合形式；

5）钢框架－混凝土抗震墙形式等等。

这些结构形式各有特点，其中薄壁型钢组合墙板形式特别适宜定型产品，其体系是从墙板结构演变而来，即将薄壁型钢柱构件按大约600mm 的间距布置形成竖向承重结构、型钢间设支撑系统以抵抗水平力，楼板根据竖向型钢的位置布置成密肋支撑结构，因上部结构为类墙板结构，其基础根据受力情况设成条形基础，对地基要求不高。

薄壁型钢组合墙板住宅受密布结构的影响，对开间、门窗洞口、挑出构件尺寸均有一定限制。

后面几种形式可以满足多高层住宅设计要求，但从使用的角度都存在一个共同问题，即梁柱突出对住宅内部观感的影响。

住宅相对于其它建筑有其特殊性，办公、厂房可以采用较为固定柱网，层高也较高，其梁柱所占空间给人的感观是适宜的，柱网规则有利于梁的布置。

相反住宅是一个变化多端的产品，根据建筑的要求，很少布置出规则的柱网，房内开间相对较小、变化较多，不利于钢框架布置。

由于钢材的特点，它在住宅中只能形成框架体系或桁架体系，可以说框架体系如果适用于普通住宅，钢框架必然有其大显身手的地方，普通框架结构不能解决住宅应用问题的话，常规钢框架体系在普通住宅中应用也有相似的弱点。

受短肢剪力墙结构的启发，笔者在钢结构住宅设计中将钢柱设计成异型柱形式，以配合建筑变化的要求，图1 是两种异型钢柱截面，根据建筑墙体厚度减去面层厚度来设定翼缘宽度，框架梁与异型钢柱各个方向的翼缘刚接，图2 为相应的节点连接详图。

异型钢柱示意图

<input placeholder="图片描述(最多50字)" value="" ></tt-image>

异型钢柱梁柱节点详图

某住宅项目三层样板间设计成异型钢柱纯框架结构，建筑采用砌块隔墙，建成后外部及室内观感均令人满意，与该住宅成品（混凝土剪力墙结构）实际效果一致，下图是样板间实景。

在工业厂房设计中经常采用异型钢柱，采用排架受力体系时，异型钢柱经常设计成双轴对称或主受力方向单轴对称，厂房纵向采用支撑系统抵抗纵向水平力，系杆、支撑构件多连接于异型柱弱轴形心轴上，这样在结构概念设计及采用杆系软件计算容易处理。

住宅中应用异型钢柱与厂房设计还是有很大区别的，下图是厂房梁柱连接方式与住宅梁柱连接方式的简单比较

可以看出在住宅中，梁柱的截面形心轴不在同一位置上，不符合常规设计理念，在采用杆系软件计算时无法解决偏轴问题。

尽管如此，与短肢剪力墙结构相比，笔者认为异型柱是在原来较大的矩形框架柱截面或整片混凝土墙修改为的截面面积较小的异型截面，相应地也减少了截面特性，而异型钢柱是在一个工字钢截面上增加一个T型截面，相应地是增加了弱轴方向的截面特性，特别是将钢梁与钢柱弱轴的刚性连接节点转化为与柱翼缘连接，优于常见设计中工字钢柱在弱轴方向设外伸连接板的刚性连接，加强了工字钢柱弱轴稳定，对结构安全是很有利的。

一般认为工字钢柱弱轴刚性连接不可靠，所以在很多构造手册上建议在弱轴采用铰接框架加支撑体系或者采用钢管柱设计方案，抗震规范“柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截面。当仅在一个方向刚接时，宜采用工字形截面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。”

规范中虽然没有明确说不可采用工字钢柱弱轴与钢梁刚接，但根据抗震规范节点抗震承载力验算要求，弱轴连接一般是无法满足相关条款要求的。

异型工字钢柱相比箱形柱的节点加工容易、施工方便节约钢材，相比框架支撑体系减少了支撑部分的设置，从应用角度可灵活用于住宅墙体中，满足建筑师对住宅内无外露结构构件的要求。

笔者认为异型钢柱在结构分析中存在以下问题：

1)异型钢柱全截面受力情况分析，这里主要指在弱轴上增加 T 型构件，是否就相应的增加了这部分的截面特性，包括 T 型构件偏轴远近的影响，笔者认为钢柱类型不同，截面特性增加比例也会不同；

2)异型钢柱局部稳定性计算，这点可以参考规范中柱板件宽厚比进行控制；

3)梁柱节点与钢柱形心轴偏离时整体受力分析，采用普通杆系计算软件是不能解决这个问题的。理想的计算模型应该采用有限元整体建模方式进行内力分析， 可以解决上述问题，但建模工作量太大了。

笔者在设计中根据以下几个原则来确定柱截面：

1）按方钢管柱方案进行结构分析，根据计算应力比结果接近 0.9 的情况，选定框架梁截面尺寸，根据方钢管截面特性初选 X,Y 方向上工字钢截面,计算时不考虑腹板作用，初步确定异型柱截面；

2）按工字钢柱方案进行结构分析，异型柱 T 型构件布置方向，设柔性支撑代替异型柱中 T 型构件在工字钢弱轴上的刚度影响，按有侧移钢框架计算，调整异型钢柱中工字钢截面尺寸；完成后调整工字钢及柔性支撑布置方向，验算 T 型构件与工字钢腹板组成的工字钢截面尺寸；

3）根据上一步建立的模型，选取工字钢强轴所在的单榀框架进行抗震验算，只参考工字柱强轴应力计算结果，检验异型柱单向受力是否满足；

4）根据上述计算结果，手工核算梁柱节点处抗震承载能力，基础设计时考虑偏轴引起的附加弯矩；

5）以普通工字钢柱和方钢管柱按无支撑框架体系分别进行正常设计，其中钢梁按设计所选截面计算，根据合适的计算结果，统计钢柱用钢量以控制异型柱用钢量的上下限。

上述方法没有可依据的计算公式及条文，对偏轴引起的附加弯矩对整体的影响没有更多处理，这也是笔者只在二三层住宅设计中应用，没在更高的工程里使用异型钢柱的原因。笔者提出异型钢框架方案，希望得到大家的批评指正。

二、设计细节的问题

1、 整体计算时选取合适的结构阻尼比根据抗震规范要求，除专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，当阻尼比不等于0.05时，地震影响系数曲线应进行修正，钢结构相关阻尼比选取值见表 1。

表 1 不同结构阻尼比应用值

从表 1 中数据可以看出，不同的钢结构体系有不同的地震影响系数，如果在结构分析时错误选择阻尼比对设计结果会产生较大影响,其中钢管混凝土和钢-砼混合结构由于是两种材料共同作用，在选取阻尼比时，应根据两种材料应用比例综合考虑阻尼比，结构整体刚度越柔，阻尼比选值越低。

2、刚接柱脚设计

常见柱脚分埋入式、外包式、外露式。在住宅设计中多采用外露式，相比其它两种方式，其现场安装、定位方便。

在设计时应注意，柱脚的刚度是靠底板的弹性变形或塑性变形来实现的，这就意味着整个结构变形包括钢结构本身变形及底板受拉变形后引起的整体变形，如在分析内力时视外露式为刚性柱脚，设计中要考虑层间位移角限值要有一定的富裕，同时应考虑底层钢柱弯矩反弯点下移引起的柱顶弯矩增大。

根据节点设计要求，为保证罕遇地震时不发生柱脚节点先于钢柱破坏，柱脚节点连接处的极限抗弯承载能力应大于 1.2 倍钢柱的全塑性受弯承载力（Wpnx·f）才可以，常见设计方法是根据柱脚反力来确定柱脚螺栓直径、连接焊缝,这样只能保证柱脚节点在多遇地震作用下具有一定强度而不破坏，而柱脚弯矩设计值所需截面抵抗模量一般小于钢柱本身截面抵抗模量（Wx），以H628X260x10X14 工字钢为例，1.2·Wpnx/Wx=1.36 倍，外露式很难保证这项设计要求。

而采用其它两种柱脚方式在转递钢柱内力时很容易满足前项要求，设计中传力明确、计算容易、构造简单、节省钢材。插入式柱脚构造相比埋入式更简单，大部分书籍认为可靠性不如埋入式，建议用于单层钢结构厂房，不适合高层建筑钢结构。

笔者认为在多层建筑钢结构可以采用，因为在许多工业项目中，单层厂房层高多在 10～30m，厂房内设多台吊车及大量检修平台，单柱荷载及地震作用往往大于普通住宅的情况，多层住宅柱脚在概念设计和计算设计都满足规范要求的情况下，采用插入式是没有问题的。新钢结构规范也增加了插入式柱脚的设计和构造规定。

3、楼板设计

楼板有预制楼板、现浇楼板、组合楼板等。采用预制楼板时应考虑预制板由于温度变化、荷载分布等原因，造成楼板接缝处开裂形成的单侧翼缘附加弯矩影响，即钢梁平面内整体抗弯应力与翼缘平面外抗弯应力双向组合后要满足折算应力限值，有些项目将楼板搁置在下翼缘上尤其要注意这个问题。

压型钢板组合楼盖在钢结构住宅中应用很多，整体分析时要考虑组合板的各向异性对框架梁的影响，包括根据楼板设置情况确定连续板或简支板、传力路径是单向还是双向、组合钢梁是按强边还是弱边组合造成的刚度差异；楼板设计时要避免集中单向布置楼板，使结构体系形成横向或纵向承重，做到合理布置组合楼板，尽量形成双向承重结构。

4、梁柱刚性连接设计

梁柱间刚性连接计算可按常用设计法或全截面受弯设计法进行，当钢梁翼缘的抗弯承载力大于整个截面承载力的 70％时，可采用常用设计法进行设计，小于 70％时，应采用全截面抗弯设计法，在住宅设计中，钢梁多属于前者，常用设计法计算原则为翼缘和腹板分别承担弯矩和剪力，普遍认为计算容易，结果偏于安全。

事实上根据多高层房屋钢结构梁柱刚性连接节点的抗震设计和多高层房屋钢结构梁柱刚性节点的设计，不做任何处理的将钢梁与钢柱进行栓焊等强连接是很难达到强节点弱杆件的设计要求，对加强式节点设计有设计及构造详细说明。

具体做法主要有三种方式：梁端翼缘加焊楔形盖板、梁端底部加腋、犬骨式连接。通过笔者在实际应用后认为，三者都存在增加施工难度的问题。第四种方式：梁端翼缘加宽方式，但在标准图集中不作为主推形式介绍，当建筑对梁宽没有要求的情况下，这种连接方式最为实用、便捷。

三、设计标准的问题

1．“轻型”钢结构概念问题

近年来因“轻型门式刚架房屋”的出现，在许多设计人包括结构设计人员的头脑中形成一种轻（质量）钢材概念，一遇到附属建筑设施或看似不重要的结构时就提出用“轻钢”来解决，却不注重该部分对主体结构的效应分析，事实上结构概念设计时应清楚，“轻型”实际上是指结构承受相对较轻的荷载，住宅设计中不会因为采用钢结构而减少荷载使用标准，结构体系无论采用钢还是混凝土，构件效应分析是没有原则上区别的。

2．多高层钢结构设计区别

根据规范有关条文，包括钢结构抗震调整系数，框架柱长细比，框架构件宽厚比等控制条款，均以 12 层作为区分点，因此可以理解为高层钢结构是指 12 层以上的建筑物。高规中高层是指 10 层及 10 层以上或房屋高度超过 28m 的建筑，这其中包括混合结构，再参考国外部分国家高层起始高度多设在 25～30 米或 8 至 11 层。

由此看来我国的多层钢结构适用范围要高于普通结构，也高于国外标准。多高层钢结构不仅构造不同，相关抗震调系数也不同，限值差别太大，在前面表 1 已说明，笔者认为此区分过于宽泛，举例说明一下：层高平均 4m，12 层建筑物高度 48米，是高规中 28 米限值的 1.7 倍，这就产生下面的问题，在混合结构中，混凝土结构应按高规构造设计，钢结构可以按多层构造设计，执行了两种标准。

3、《钢结构设计规范》

对住宅结构设计指导作用不大新版规范延续了工业建筑钢结构设计指导思想，例如在变形允许值按厂房构件进行分类，对民用建筑构件不做细分；温度区段设置要求以排架结构方式进行划分而不考虑纵横向承重体系、钢混组合结构的特点来区分，特别是强制性条文第 8.1.4 条“结构应根据其形式、组成和荷载的不同情况，设置可靠的支撑系统。

在建筑物的每一个温度区段或分区建设的区端中，应分别设置独立的空间稳定的支撑系统。”从文字上理解，钢结构不应该采用无支撑的纯框架结构，这显然与实际应用不符，设置支撑与否应以结构设计需要来确定，根据条文说明也可以知道这是一个原则规定，但作为强制性条文，必须严格执行值得商榷，民用建筑在使用要求上不同于工业建筑，包括一些结构体系也存在差异，应区别对待。

相比其他规范不断完善抗震部分内容，新版只在总则中提到应符合相关抗震规范的规定，似乎抗震设计在钢结构中并不重要，实际上在北岭和阪神地震后，国外开始纷纷重视钢结构抗震设计的研究，国内也有很多文章介绍，应该有很多成果可以总结成文的。我国抗震规范规定应根据抗震设防烈度采取不同的抗震措施，而钢结构抗震要求却没有任何区别也是不妥的。

四、设计钢结构住宅应尊重住宅使用的根本要求

钢结构住宅是今后发展的一个重要方向，但钢结构仅仅是建筑中承重体系、服务部分，它不是建筑使用中的主要成分，钢结构住宅设计首先要遵循住宅建筑设计的一般原则，然后才是发挥钢结构的优势，单纯突出钢结构而不考虑生活的舒适性、不能满足人文要求的钢结构住宅项目是没有市场的。

对于钢结构住宅不能因为要推广钢材在建筑中的应用而简单、强行在住宅结构中使用，这样作对推广钢结构住宅没有实际意义。相对而言公建、体育场馆、工业厂房等是钢结构在建筑中最能发挥其特长的领域，近年来，我们已经深刻感觉到这种应用变化。

钢骨混凝土结构的概况及优缺点

由混凝上包裹型钢做成的结构被称为型钢混凝土结构。它的特征是在型钢结构的外面有一层混凝土的外壳。型钢混凝土中的型钢除采用轧制型钢外，还广泛使用焊接型钢。此外还配合使用钢筋和钢箍。我国过去也采用劲性钢筋混凝土这个名称。

型钢混凝土梁和柱是最基本的构件。型钢可以分为实腹式和空腹式两大类。实腹式型钢可由型钢或钢板焊成，常用的截面型式有I、H、工、T、槽形等和矩形及圆形钢管。空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢而组成。由型钢混凝土柱和梁可以组成型钢混凝土框架。框架梁可以采用钢梁、组合梁或钢筋混凝土梁。在高层建筑中，型钢混凝土框架中可以设置钢筋混凝土剪力墙，在剪力墙中也可以设置型钢支撑或者型钢桁架，或在剪力墙中设置薄钢板，这样就组成了各种型式的型钢混凝土剪力墙。型钢混凝土剪力墙的抗剪能力和延性比钢筋混凝土剪力墙好，可以在超高层建筑中发挥作用。

型钢混凝土与钢筋混凝土框架相比较具有一系列的优点：

1．型钢混凝土的型钢可不受含钢率的限制，其承载能力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力一倍以上；可以减小构件的截面，对于高层建筑，可以增加使用面积和楼层静高。

2．型钢混凝土结构的施工工期比钢筋混凝土结构的工期大为缩短。型钢混凝土中的型钢在混凝土浇灌前已形成钢结构，具有相当大的承载能力，能够承受构件自重和施工时的活荷载，并可将模板悬挂在型钢上，而不必为模板设置支柱，因而减少了支模板的劳动力和材料。型钢混凝土多层和高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层。施工中不需架立临时支柱，可留出设备安装的工作面，让土建和安装设备的工序实行平行流水作业。

3．型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，尤其是实腹式的构件。因此在大地震中此种结构呈现出优良的抗震性能。日本抗震规范规定高度超过45m的建筑物不得使用钢筋混凝土结构。而型钢混凝土结构则不受此限制。

4．型钢混凝土框架较钢框架在耐久性、耐火度等方面均胜一筹。

我国在50年代就从前苏联引进了劲性钢筋混凝土结构；六十年代以后，由于片面强调节约钢材，型钢混凝土结构就难于推广应用；八十年代以后，型钢混凝土又一次在我国兴起。日本为我国设计的北京国际贸中心、香格里拉饭店和京广大厦等超高层建筑的底部几层都是型钢混凝土结构。我国在八十年代中期开始兴起对型钢混凝土结构研究的热潮。在上海、重庆等城市也建成了这种类型的建筑物，但型钢混凝土结构在我国的应用还刚刚开始，其建筑面积还不到建筑总面积的千分之一。七外包钢混凝土结构的概况及优缺点外包钢混凝土结构（以下简称外包钢结构）是外部配型钢的混凝土结构。是在克服装配式钢筋混凝土结构某些缺点的基础上发展起来的，仿效钢结构的构造方式，是钢与混凝土组合结构的一种新型式。外包钢结构由外包型钢的杆件拼装而成。杆件中受力主筋由角钢代替并设置在杆件四角，角钢的外表面与混凝土表面取平，或稍突出混凝土表面0.5—1.5mm.横向箍筋与角钢焊接成骨架，为了满足箍筋的保护层厚度的要求，可将箍筋两端墩成球状再与角钢内侧焊接。

外包钢混凝土结构主要有以下几点优点：

1．构造简单：外包钢结构取消了钢筋混凝土结构中的纵向柔性钢筋以及预埋件，构造简单，有利于混凝土的捣实，也有利于采用高标号混凝土，减小杆件截面，便于构件规格化，简化设计和施工。

2．连接方便：外包钢结构的特点就在于能够利用它的可焊性，杆件的连接可采用钢板焊接的干式接头。管道等的支吊架也可以直接与外包角钢连接。和装配式钢筋混凝土结构相比，可以避免大最钢筋剖口焊和接头的二次浇灌混凝土等工作。

3．使用灵活：外包角钢和箍筋焊成骨架后，本身就有一定强度和刚度，在施工过程中可用来直接支承模板，承受一定的施工荷载。这样施工方便、速度快，又节约了材料。

4．抗剪强度提高：双面配置角钢的杆件，极限抗剪强度与钢筋混凝土结构相比提高22%左右。

5．延性提高：剪切破坏的外包钢杆件，具有很好的变形能力，剪切延性系数和条件相同的钢筋混凝上结构相比要提高一倍以上。二、钢骨混凝土结构钢骨混凝土构件可应用于多、高层建筑及一般构筑物中，目前在我国主要应用于高层建筑中。

（一）钢骨混凝土结构的特性

钢骨混凝土构件是指钢骨与外包钢筋混凝土共同承受荷载的梁、柱、墙构件。实腹式钢骨混凝土构件具有较好的抗震性能，空腹式钢骨混凝土构件的抗震性能与普通钢筋混凝土构件基本相同。

目前在抗震结构中多采用实腹式钢骨混凝土构件。实腹式钢骨通常采用由钢板焊接拼制成或直接轧制而成的工字形、口字形、十字形截面。

与钢结构相比，钢骨混凝土构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲．提高构件的整体刚度，改善钢构件出平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨混凝土结构，一般可比纯钢结构节约钢材达50%以上。外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。钢骨混凝土结构比钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结构的变形和振动。钢骨混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，由于配置了钢骨，使构件的承载力大大提高，减小梁、柱截面，尤其是抗剪承载力提高和延性加大，可显著改善抗震性能。钢骨架本身具有一定承载能力，可以利用它承受施工阶段荷载，将模板悬挂在钢骨架上，省去支模，有利于流水作业．缩短施工工期。钢骨混凝土结构的缺点是既要求钢构件制造及安装，又要求支模、绑钢筋、浇筑混凝土；施工工序增加。

在钢骨混凝土构件中，钢骨与混凝土能否共同工作是构件设计理论的基础。试验表明，当钢骨翼缘位于截面受压区．且配置一定数量钢筋和钢箍，钢骨与外包混凝土能保持较好地共同工作，截面应变分布基本上符合平戴面假定。但试验也表明，除了要设置足够箍筋，以约束混凝土，增强其粘结力外．在某些内力传递较大的部位．如柱脚、构件类型转换部位等．还要设置栓钉，防止钢骨与混凝土之间的相对滑移。

（二）钢骨混凝土结构的特性

1．结构类型和构件布置钢骨混凝土构件可适用于全部采用钢骨混凝土构件的钢骨混凝土结构。也可适用于与其他类型（钢或钢筋混凝土）抗侧力结构组成的混合结构中。而且不论什么结构体系，如框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒、框架-支撑、简中简、巨型框架等。其中的梁、柱、墙等构件均可采用钢骨混凝土构件。在多数情况下高层建筑中只在少数层或局部区域中采用钢骨混凝土构件。

结构可自下向上采用不同的结构材料，如混凝土→钢骨混凝土→钢，或钢骨混凝土→混凝土等。即可在不同的抗侧力单元中分别采用钢骨混凝土、钢或钢筋混凝土结构，也可在同一抗侧力结构中梁、柱（或墙）分别采用不同材料。

钢骨混凝土剪力墙可采用有边框剪力墙及无边框剪力墙两种形式。无边框钢骨混凝土剪力墙由设置于暗注中的钢骨与钢筋混凝土剪力墙组成．可用于剪力墙及核心筒结构。钢骨混凝土应用于高层建筑，抗震设防的结构应特别注意结构在平面以及沿高度的刚度均匀。

2．抗风与抗震有钢骨混凝士构件的高层建筑结构在进行抗风及抗震设计时，包括以下内容： （1）风荷载计算；（2）地震作用计算；（3）侧移控制；（4）风振控制等。

钢骨混凝土构件的断面较钢筋混凝土构件小，但组成抗侧力结构的刚变不一定小。可以认为钢骨混凝土结构的阻尼比、刚变、混凝土开裂等性能均与钢筋混凝土结构接近。

　　在混合结构中．主要抗侧力构件为钢结构的建筑，抗风及抗震验算宜按现行标准（高层民用建筑钢结构技术规程）进行。主要抗侧力构件为钢筋混凝土结构或钢骨混凝土结构的建筑，抗风及抗震验算宜按现行标准（钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程）进行计算。一般情况下，以钢骨混凝土抗侧力结构为主的结构宜按钢筋混凝土结构的侧移限制设计。

3．结构设计与计算在结构设计时，对结构内力及位移进行的分析都是在弹性范围内，可分别参照高层钢结构或钢筋混凝土结构计算的一般原理及基本假设进行计算。

在进行结构整体内力和变形分析时，钢骨混凝土构件的刚度按下列方法确定：

（1）在钢骨混凝土梁柱构件中，钢骨比钢筋含钢率大，对构件刚度的影响不能忽略，可采用叠加方法计算钢骨混凝土梁、柱构件的刚度，轴向刚度、抗弯刚度和抗剪刚度可采用钢骨部分刚度与钢筋混凝土部分的刚度之和。

（2）在剪力墙中，一般无边框剪力墙配置的钢骨相对较小，与剪力墙整个截面的面积与惯性矩相比，它占的比例较小，为简化计算可以忽略。

而有边框剪力墙中，往往边框柱内钢骨含钢率较大，它处于剪力墙两端，因此采用将钢骨折算为等效混凝土面积、按工字形面积计算其轴向及抗弯刚度。

在设计混合结构时，按照不同设防烈度对钢骨混凝土构件及钢构件进行设计，结构中的钢筋混凝土构件，可根据具体的结构体系，选择结构中的钢筋混凝土构件的抗震等级，并满足相应的抗震设计要求。承载力验算时，钢骨混凝土构件的承载力抗震调整系数rRE是参照混凝土构件系数制定的。

（三）钢骨混凝土梁柱节点构造

框架梁柱节点核心区设计时应保证传为明确，安全可靠，施工方便。节点核心区不允许有过大的局部变形。梁、柱内力通过节点传递，节点工作的安全可靠，是保证结构正常工作的前提。近年来，国内外学者对型钢混凝土节点进行了许多试验研究，提出了各种理论分析与实用计算方法。根据梁、柱型式不同，其节点大致有以下几种类型。

1．钢骨混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接

（1）配角钢桁架的梁、柱节点一般柱宽梁窄的情况，梁中型钢可在柱型钢内侧穿过。

（2）配实腹工字钢（或H型钢）的梁柱节点一般柱中型钢在节点中贯通，梁中型钢在柱型钢两侧断开，并与柱型钢翼缘用焊接或螺栓连接。在节点中柱型钢翼缘之间，分别在梁型钢上下翼缘水平处各设一道足够刚强的柱加劲肋，以保证梁翼缘的拉力可靠地传递到节点，并防止柱型钢翼缘板发生局部弯曲。

2．钢骨混凝土梁—钢筋混凝土柱的连接梁中型钢可在节点中通过，而柱筋则在梁型钢翼缘两侧及翼缘中通过，保持贯通。若柱筋在梁翼缘中穿过，梁翼缘因柱筋穿孔而被削弱，因此对梁翼缘应予加强。使其不低于未削弱时梁型钢的抗弯能力。

3．钢筋混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接梁筋在柱两侧断开，但应与柱翼缘可靠焊接，并在柱型钢翼缘之间，梁筋水平处设置足够刚强的加劲肋。为便于浇灌节点核心区的混凝土，加劲肋可以不是通长的，仅在柱型钢翼缘处局部设置。大多数情况下，节点区仅靠型钢抗剪其强度已足够，否则可增加节点区的加劲板来增强抗剪能力。型钢混凝土框架的中间节点，有纵向梁的约束，提高抗剪能力，允许在节点范围内不配置箍筋，有利简化施工。

4．钢梁—钢骨混凝土柱的连接节点区钢骨部分的连接构造应与钢结构的节点连接要求相一致。在柱钢骨内梁翼缘水平位置处应设置加劲肋，其构造应便于混凝土浇灌，并保证混凝土密实。

钢管混凝土柱的概况及优缺点

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。钢管混凝土研究最多的是圆钢管，在特殊情况下也采用方钢管或异型钢管，除了在一些特殊结构当中有采用钢筋混凝土的情况之外，混凝土一般为素混凝土。早在十九世纪八十年代就出现了钢管混凝土结构，最初用作桥墩，然后渐渐地用作建筑物中的柱子。

在我国，六十年代开始了这种结构的研究，并首先用于首都地铁工程中。北京站至苹果园的地铁线路上，在北京站和前门站的站台工程中首次试用，经济效果很好；和传统采用的钢筋混凝土柱相比，不但施工简捷得多，而且体积小，增加了地下有效使用空间，因此，在随后建造的地铁环线工程中，所有的站台柱，全部采用了钢管混凝土柱。从七十年代开始，在工业厂房、高炉和锅炉构架及变电和输电塔架等工程中，钢管混凝土得到了推广应用。工业厂房中采用钢管混凝土柱的有本钢、鞍钢、首钢及近几年宝钢工程中的大量重工业厂房，还有各地的造船厂和火力发电厂等，厂房跨度最大的L=54m，柱高达60—70m，，桥式吊车最大的为Q=l00t重级工作制吊车。钢管混凝土在我国的应用范围很广，发展很快。从应用范围和发展速度两个方面都能列于世界前列。自八十年代后期开始，钢管混凝土由于本身具有的优点．开拓了两个新的应用领域。一个是公路和城市桥梁，另一个是高层和超高层建筑。

钢管混凝土具有下列基本特点：

1. 承载力大大提高：试验和理论分析证明，钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的1.7~2.0倍。

2. 具有良好的塑性和抗震性能：在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的2/3，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑性非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力P与位移；之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。

3. 经济效果显著：和钢柱相比，可节约钢材50%，降低造价45%；和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约70%，减少自重约70%，节省模板100%，而用钢量约略相等或略多。

4. 施工简单，可大大缩短工期：和钢柱相比，零件少，焊缝短，且柱脚构造简单，可直接插入混凝土基础预留的杯口中，免去了复杂的柱脚构造；和钢筋混凝土柱相比，免除了之模、绑扎钢筋和拆模等工作；由于自重的减轻，还简化了运输和吊装等工作。

JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》对所采用建筑材料要求并不苛刻。3.2节就只下列5条：3．2．1 高层建筑混凝土结构宜采用高强高性能混凝土和高强钢筋；构件内力较大或抗震性能有较高要求时，宜采用型钢混凝土、钢管混凝土构件。

3．2．2 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于C20，并应符合下列规定：

1 抗震设计时，一级抗震等级框架梁、柱及其节点的混凝土强度等级不应低于C30；

2 筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30；

3 作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30；

4 转换层楼板、转换梁、转换柱、箱形转换结构以及转换厚板的混凝土强度等级均不应低于C30；

5 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40、不应低于C30

6 型钢混凝土梁、柱的混凝土强度等级不宜低于C30；

7 现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40

8 抗震设计时，框架柱的混凝土强度等级，9度时不宜高于C60，8度时不宜高于C70；剪力墙的混凝土强度等级不宜高于C60。

3．2．3 高层建筑混凝土结构的受力JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》对所采用建筑材料要求并不苛刻。3.2节就只下JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》对所采用建筑材料要求并不苛刻。3.2节就只下列5条：

3．2．1 高层建筑混凝土结构宜采用高强高性能混凝土和高强钢筋；构件内力较大或抗震性能有较高要求时，宜采用型钢混凝土、钢管混凝土构件。

3．2．2 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于C20，并应符合下列规定：

1 抗震设计时，一级抗震等级框架梁、柱及其节点的混凝土强度等级不应低于C30；

2 筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30；

3 作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30；

4 转换层楼板、转换梁、转换柱、箱形转换结构以及转换厚板的混凝土强度等级均不应低于C30；

5 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40、不应低于C30

6 型钢混凝土梁、柱的混凝土强度等级不宜低于C30；

7 现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40

8 抗震设计时，框架柱的混凝土强度等级，9度时不宜高于C60，8度时不宜高于C70；剪力墙的混凝土强度等级不宜高于C60。列5条：

3．2．1 高层建筑混凝土结构宜采用高强高性能混凝土和高强钢筋；构件内力较大或抗震性能有较高要求时，宜采用型钢混凝土、钢管混凝土构件。

3．2．2 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于C20，并应符合下列规定：

1 抗震设计时，一级抗震等级框架梁、柱及其节点的混凝土强度等级不应低于C30；

2 筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30；

3 作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30；

4 转换层楼板、转换梁、转换柱、箱形转换结构以及转换厚板的混凝土强度等级均不应低于C30；

5 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40、不应低于C30

6 型钢混凝土梁、柱的混凝土强度等级不宜低于C30；

7 现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40

8 抗震设计时，框架柱的混凝土强度等级，9度时不宜高于C60，8度时不宜高于C70；剪力墙的混凝土强度等级不宜高于C60。

这个属于三维多跨连续梁的受力分析问题，该结构为超静定问题，使用平衡方程已经不能求出或全部求出反力，内力等。

建议采用有限元分析软件MIDAS CIVIL进行受力分析，上部结构采用梁单元进行模拟，边界条件采用一般支撑。

如果要手算的话，可以把空间问题给转化为平面问题，利用力法或者位移法进行求解。

求解完之后，建议出一份计算报告。

众所周知，我国抗震设计目前采用“二阶段设计法”。对于钢结构，第一阶段设计一般基于线弹性分析内力，采用计算长度系数法进行设计；对于一些重要的、复杂的钢结构，还要进行第二阶段的设计和验算，一般采用弹塑性分析方法。

进行钢结构弹塑性分析时，要符合如下规定【1】：

1、框架柱和框架主梁至少要划分4个单元；斜支撑考虑受压承载力时，每一段应划分4个单元，只受拉支撑可以只划分为一个单元。

2、钢材的应力-应变曲线可为理想弹塑性，混凝土的应力-应变曲线参照《混凝土结构设计规范》；其中的屈服强度取规范规定的强度设计值，弹性模量取标准值。

3、梁柱形心线的偏心要得到精确模拟。

4、纯钢构件必须考虑残余应力，组合构件则无需考虑残余应力。构件的初始弯曲建议取杆长的1/750，楼层的初始倾斜建议取层高的1/750；受压斜支撑的初始弯曲为斜支撑总长的1/500，跨层支撑为每层内长度的1/500。

SAUSG软件钢材本构采用双线性随动强化模型。在进行钢结构弹塑性计算分析时，可以考虑几何非线性、材料非线性以及结构和构件的初始缺陷。由于对杆件进行了网格细分，可以较为真实地模拟出杆件的受压失稳状态，以及由于失稳产生的构件承载力下降。

现以一个钢框架-中心支撑结构的实际工程作为算例，对以下三种计算模型的计算结果进行对比分析：

模型一：考虑几何非线性+材料非线性；

模型二：考虑几何非线性+材料非线性+斜撑网格细分；

模型三：考虑几何非线性+材料非线性+构件初始缺陷+斜撑网格细分；

模型四：考虑几何非线性+材料非线性+构件初始缺陷+整体初始缺陷+斜撑网格细分。

打开APP查看高清大图

结构概况

打开APP查看高清大图

图1 模型示意图

本工程结构形式为钢框架-中心支撑结构体系，地上11层，结构高度39.3米；柱子为方钢管柱，底层柱截面为600mmX600mm，框架梁为工字钢梁，楼板为压型钢板组合楼板；抗震设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，模型如图1所示。

主要计算结果(限于篇幅仅列出Y向)

图4 RH4TG045-Y工况下基底剪力时程曲线

图5 RH4TG045-Y工况钢材塑性应变（模型一）

图6 RH4TG045-Y工况构件性能评价（模型一）

图7 RH4TG045-Y工况钢材塑性应变（模型二）

图8 RH4TG045-Y工况构件性能评价（模型二）

图9 RH4TG045-Y工况钢材塑性应变（模型三）

图10 RH4TG045-Y工况构件性能评价（模型三）

图11 RH4TG045-Y工况钢材塑性应变（模型四）

图12 RH4TG045-Y工况构件性能评价（模型四）

表1 主要计算结果

可以看出：

（1）模型三的基底剪力仅为模型一的83%，位移角却为模型一的115%，在基底剪力大幅减少的情况下，最大层间位移角不减反增，说明模型三相对于模型一刚度退化严重；从图2中可以看出，由于模型三底部几层的斜撑失稳或屈服，底部位移角增加的较多，顶部楼层斜撑依然保持弹性未失稳状态；

（2）由于模型一没有对斜撑进行网格划分，无法真实地模拟出杆件的受压失稳以及由于失稳产生的构件承载力下降，所以较高的估计了结构的刚度和构件的承载力，屈服的钢构件占比为1.0%，斜撑基本处于无损坏和轻度损坏；

（3）模型二对斜撑进行了网格划分，能够模拟出杆件的受压失稳以及由于失稳产生的构件承载力下降；从图7、8可见底部部分斜撑受压屈曲或屈服，屈服的钢构件占比为1.4%，半数斜撑达到中度以上损坏；

（4）模型三不仅对斜撑进行了网格划分，还考虑了构件初始缺陷，构件初始缺陷对刚度影响较小，但是有更多的斜撑受压屈曲或屈服，屈服的钢构件占比为1.6%，斜撑达到中度以上损坏的数量进一步增加；

（5）模型四是在模型三的基础上，增加考虑了结构整体初始缺陷，其计算结果与模型三基本一致，可知结构整体初始缺陷对结构计算结果的影响不如构件初始缺陷明显，但是对于局部构件的屈服和失稳有一定影响。

结论

进行钢结构弹塑性分析仅考虑几何非线性、材料非线性是不够的，要得到更加准确的分析结果，还应该细致地模拟杆件的受压失稳以及由于失稳产生的构件承载力下降，同时还需要考虑结构和构件的初始缺陷对结构稳定和承载力的影响。

这一切SAUSG-Detla软件都能轻松地帮助你实现！

参考文献：

[1] 童根树.钢结构设计方法[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.

END

排版| 小编

文案| 孙磊

图片| 不可商用

本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。

展开剩余内容

打开APP阅读全文并永久保存

现浇箱梁支架施工方案一、工程概况双塔互通式立交桥C匝道桥跨径布置为（预制6×30m预制砼连续箱梁）＋（3×20m三箱三室钢筋砼变截面连续箱梁）＋（3×18.098m四箱四室钢筋砼变截面连续箱梁）＋（2×25.447＋3×28.4m预应力砼双箱四室标准断面连续箱梁）＋（6×30m预应力砼双箱六室标准断面连续箱梁）＋（5×26.239m预应力砼双箱四室标准断面连续箱梁）＋（6×30m预应力砼双箱六室标准断面连续箱梁）。其中C14＃墩～C15＃墩现浇箱梁跨越G312道，C18＃墩～C20＃墩现浇箱梁跨越B匝道路基，C29＃墩～C33＃墩现浇箱梁跨越古永高速公路。A匝道桥跨径布置为（5×30m预应力砼双箱六室标准断面连续箱梁）。其中A3＃墩～A4＃墩现浇箱梁跨越G312道。B0匝道桥跨径布置为（6×30m预应力砼双箱六室标准断面连续箱梁）。其中B0（2＃墩～6＃墩）现浇箱梁跨越古永高速公路。B1匝道桥跨径布置为（3×20m四箱四室钢筋砼变截面连续箱梁）＋（3×20m三箱三室钢筋砼变截面连续箱梁）。全桥支架现浇箱梁共10联，分散、断面形式复杂多样。二、工程特点、难点本支架现浇梁部分地形沟壑纵横、起伏不平。墩位之间高差大，需大量挖除或留置错台处理。支架高度极高，宽度极窄，高宽不成比例，支架安全系数低。支架基础施工持力层黄土湿陷性大，承载力极低，需要换填处理或砼硬化处理。按2012年10月30日的最终施工计划，工期相当紧张，工作内容相当繁重，需要同时3联工作面，近6套支架和模板倒用。需要大量投入资金、物资、机械和专业施工班组。技术、管理、协调要做到严谨、滴水不漏，工序衔接要真正做到流水作业。C匝道和B0匝道桥横跨古永高速公路，高速公路日平均通车量较大，这就给施工带来了很大的麻烦。为了保证高速公路的顺利通行，决定在现浇箱梁跨越高速公路部分梁段采用钢管柱双门洞支架方案，其余现浇箱梁部分采用满堂式碗扣脚手架方案。三、门洞支架方案C匝道C29＃墩～C33＃墩和B0（2＃墩～6＃墩）现浇箱梁以斜交方式跨越古永高速公路，桥下净空为5.5米。古永高速公路行车道左右幅宽度各为10.2米，单向双车道，中间有1.8米绿化隔离带。拟采用钢管柱双门洞方案：单个行车道净宽3.5米，净高5米。此项具体方案及计算书另报。四、满堂式支架方案1、满堂支架施工工艺施工前先平整场地，对难以压实的部分黄土层进行换填再预压，墩位处分层填筑压实，压实度按95％控制。使支架下地基的承载力达到180KPa，保证主梁施工过程中支架的刚度及稳定性。为防止雨水对地基的影响，满堂支架两侧各加宽2m并设纵向排水沟，避免雨水对地基的浸泡。（1）支架搭设支架搭设时立杆横向间距为2250px，腹板下加密横向间距为1500px，纵向间距为2250px，剪刀撑横向3.6m米设一道，纵向3.6m设一道。扣件对接要错开，连接牢固，保证支架刚度。（2）支架预压按照设计要求，支架预压的重量不小于箱梁的恒重量。本次支架预压荷载取箱梁恒重的1.2倍。随着腹板施工开始后逐步减压。预压荷载采用1.2m3纤维袋装砂砾石，吊车起吊就位来实现；或者预压荷载采用其它高密度材料。预压时按实际施工时的压力模拟分布来预压，荷载主要集中在底、腹板位置，翼板位置可以不用预压。加卸载顺序及时间：加载时，分三级堆载，分别为50%，100%，120%。跟踪观测时间为7天，若沉降量大时，则适当延长预压时间。卸载按一次性进行。预压前在支架顶、底分别设置沉降量观测点和变形观测点，根据加载情况实施全天候跟踪观测，同时记录下相关数据，发现异常情况（如沉降量较大、支架变形过大）时，应立即停止加载，及时通知相关技术人员，调查其原因并采取相应的措施。2、箱梁设预拱度根据设计图纸箱梁设预拱度：本标段设计预拱度均为25px。3、底模、侧模安装与定位。根据设计要求，模板采用覆膜竹胶板。箱梁底模、侧模采用竹胶板模板具有不生锈、自重小、混凝土表面光泽度好、拆装方便等优点，故本桥主梁底模、侧模均采用大面积双面抛光覆膜竹胶板。模板下满铺5×10方木750px间距作为加劲横肋，10×10方木2250px跨距作纵肋，下面为满堂碗扣式支架。支座应按设计位置安装准确。4、内模安装为方便模板拆除和安装，减轻模板重量，内模也采用竹胶合板。内模施工现场制作，由吊车将其就位，安装时保证内模位置准确无误。内模须预留底板砼下料槽。为防止内模上浮，内模采用钢管支撑骨架固定，并派模板工专人负责跟踪检查，一旦发现轻微上浮马上采取措施进行调整。内模拆除考虑空间限制，分节段依次从前到后，从上到下拆除。拆除后的模板从预留施工孔取出。5、箱梁顶预留施工人洞在箱梁每口内箱的0.2L跨处预留60×2000px的人洞，方便底板砼的进料、砼振捣及内模的拆出。在内模拆出完成后，连接好钢筋，采用同标号的砼浇注人洞砼。6、箱梁砼浇筑箱梁采用C50砼，砼水泥用量不宜超过500kg/m3，砼泵送入模，坍落度宜为16～450px，砼掺入外加剂以保证砼具有早强、缓凝及可泵送性。施工配合比及缓凝时间由试验室确定。箱梁砼浇筑采用一次全断面浇筑，由跨中向墩顶、并由低向高对称进行。预应力箱梁按设计顺序施工，普通钢筋砼箱梁全联一次浇筑，墩顶作为浇筑合拢段。砼施工过程中，由专职测量员跟踪观测支架的沉降，架子工跟踪检查支架，一旦沉降量过大，应立即停止砼浇筑，认真分析原因，根据实际情况采取有效措施（如加设剪刀撑及加密支架等），保证砼施工的安全。每次浇筑砼在850~1300m3以内，箱梁砼应分段分层连续浇筑，在初凝时间前必须浇筑下一层砼，不得出现施工缝，即先浇底板、腹板，再浇顶板砼。砼振捣采用插入式振捣器振捣。砼浇筑完毕后进行表面二次收浆，按设计纵横坡收平砼表面，并对砼表面进行拉毛处理。附件箱梁脚手架计算一、荷载：1．桥梁自重：以11米标准箱梁控制，其余脚手架均按此布置。（一）腹板未变宽段（标准段）：（1）箱体（不包括翼板）每延米砼数量V=1.8×0.4×3+7×0.2+7×0.3=5.66m3/m重量q=5.66×2.5×1.0=14.1T（141KN）(2)每延米腹板砼数量V1＝1.8×0.4=0.8m3重量q1=0.8×2.5×1.0=20KN(3)面积荷载：箱体部分：141KN/7=20.1KN/m2腹板部分：20KN/0.4=50KN/m2（二）腹板变宽段按隔梁计算：面积荷载：1.8×0.4×2.5×1.1/0.4=50KN/m22．其它荷载：（一）人员、材料：2.5KPa垂直模板：1.0KPa（二）振捣砼：水平模板：2.0KPa垂直模板：4.0KPa（三）模板、支架自重：另行计算。二、模板设计：1．底、侧面模板：δ＝15mm竹塑模板横向肋木：10×125px纵向肋木：10×250px2．计算荷载：（一）人员、材料：2.5KPa集中荷载：2.5KN（二）振捣混凝土：水平模板：2.0KPa垂直模板：4.0KPa（三）模板、肋木最大自重：10KN/m3（四）砼自重：21.5KPa3．模板检算：（一）强度：q=(20.1KN+0.18KN)×1.2×1.0m+(2.5KN+2.0KN)×1.4=24.3+6.3=30.6KN/mM=1/8·q·l2=1/8×30.6×0.32=0.34KN·mσ=M/W=0.34/(1/6×1.0×0.122)=14.2MPa＜[σ]＝35MPa，强度满足要求。[σ]见竹胶模产品介绍模板截面惯性矩：I=bh3/12=1×0.153/12=2.8125×10-7(m4)竹胶板弹性模量：E=10.56×103MpaF=（5×ql4）/（384EI）=（5×30.6×103×0.304）/（384×10.56×109×2.8125×10-7）=10.8×10-4(m)=1.08mm<[f]=600/200=3mm，刚度满足要求。4．横肋木检算：按最大跨距L=0.9m，间距0.3m验算q=(20.1+0.18)×1.2×0.3+0.1×0.08×10KN/m×1.2+4.5KN/m2×1.4×0.3=9.3KN/mM=1/8×9.3×0.92=0.94KN·mσ＝0.94×100×6/8×102＝7.05MPaf=5/384EI·ql4=5/384×[(20.1+0.18)×0.3+0.08]×0.9×903/(1/12×8×1003)=19747.5px/E=1.975px其中E＝1.0×104MPaf/l=0.079/90=1/1139＜[f/l]=1/4005．纵向肋木检算：L=0.9mq=(20.1+0.18)×1.2×0.9+(0.1×0.08×10×3×1.2×0.45/0.9m)+4.5KN/m2×1.4×0.9=27.71KN/mM=1/8·q·l2=1/8×27.71×0.92=2.8KN·mσ＝28×100/(1/6×10×122)=11.6MPaf=5/384·q·l4/EI=5/384×[(20.1+0.18)×0.9+0.12]×0.9×903/(1/12×10×123E)=27250px/E=2.75px＜5.625pxf/l=0.11/90=1/818＜[f/l]=1/400三、支架荷载：支架宽10m1．模板、砼重量Q1=(20.1KN/m2+0.18KN/m2)×0.81+0.08×3KN+0.12×0.9KN=16.7KN2．支架自重：支架高暂按12m，步距1.2m立杆平均6KN/m横杆4KN/m(900mm)3KN/m(600mm)可调顶托：（60型）6kg/个Q2＝12×1/2×6kg+2×4kg/m×12/1.2+1×6kg/个＝1.22KN3．施工人员、材料、设备，振捣砼荷载：Q3=(1.0KN/m2+2.0KN/m2)×0.81=2.43KN4．风荷载：（公路JTJ021-89）和JGJ128-2000W=K1×K2×K3×K4×W0K1=0.85K2=1.3φK3=1.0K4=1.0φ=0.25W=0.85×1.3×0.25×1KPa×1.0×1.0=0.28KPaMk=qk·H1/10qk=0.28×0.9=0.252KN/mH=12mMk=0.252KN/m×122/10=3.63KN·m5．内力小计：N=1.2×(16.7+1.22)+1.2×2.43=24.4KNMk=3.63KN·m6．承载力检算：（一）N=24.4KN＜[N]=40KN（步距1200mm）（二）组合风载N=1.2×(16.7+1.22)+0.85×1.2×(2.43+2Mk/b)其中b=10m=21.5KN+1.02×(2.43KN+(2×3.63KN·M)/10m)=24.7KN＜[N]=40KN7．腹板横隔梁部分：（1）内力（a）梁体、模板自重：Q1=(5.0KN/m2+0.18KN/m2)×0.81+0.08×3KN+0.12×0.9KN=41KN（b）支架自重：Q2=1.22KN（c）施工荷载：Q3=2.43KN（d）小计Q＝44.6KN＞[N]=40KN此位置采取加密措施，立杆间距改为1500px×2250px。则：Q1=(5KN/m2+0.18KN/m2)×0.60×0.90+0.24KN+0.11KN=28KN+0.24+0.11=28.35KNQ2=1.22KNQ3=(1.0+2.0)KN×0.6×0.9=1.62KN小计Q＝28.35+1.22+1.62=31.2KN(2)检算：N=(28.35+1.22)×1.2+1.4×1.62=37.7KN＜[N]=40KN组合风载：N＝1.2×(28.35+1.22)+0.85×1.4×(1.2+2×5.67KN·m/10)=38.2KN＜[N]=40KN四、地基承载力：以腹板下立杆控制因箱梁腹板处重量最大，以最不利情况考虑。故以腹板下立杆控制按单根实际承载力F=12.42KN计算。（砂砾、粗砂在与湿度无关，松散状态容许承载力为200KPa；在与湿度无关，中密压实状态容许承载力为400KPa。《路桥施工计算手册》）下托面积：15×375px砂砾垫层厚度：750px，砼垫层厚度：0。砂砾垫层扩散角取30°。承压面积：（15+30×tg30°）2＝1044.6cm2立杆下支垫0.1m×0.1m的方木做分配梁，方木下地基承载力为：σ=P/A=12.42×103/1044.6=11.9kPa11.9kPa﹤[δ]=180kPa，地基承载力满足要求。五、侧向模板计算：一、荷载：1．侧压力：P1max＝r×h=24KN×1.8=43KN/m22．振捣混凝土荷载：P2＝4KN/m2二、检算模板：1．面板（取2500px板宽）：δ=15mm。竖肋间距30cm，断面尺寸：10×250pxM=[(31.2+43)/2+4.0]×1/8×(0.2+0.015)2=0.237KN·mσ=237×6/100×1.52=3.2MPa＜[σ]=35MPa[σ]见竹胶模产品介绍模板截面惯性矩：I=bh3/12=1×0.153/12=2.8125×10-7(m4)竹胶板弹性模量：E=10.56×103Mpaf=（5×ql4）/（384EI）=（5×31.2×103×0.204）/（384×10.56×109×2.8125×10-7）=2.19×10-4(m)=0.22mm<[f]=300/400=0.75mm，刚度满足要求。2．竖向肋木：P=43×0.3=13.0KN/mM=1/8×13.0KN/m×0.3×0.3=0.15KN·mσ=M/W=150/(1/6×8×102)=1.125MPa<[δ]=12MPa强度满足要求松木的弹性模量：E=4×103MPa截面惯性矩：I=bh3/12=0.1×0.103/12=8.33×10-6(m4)f=5Q2L4/384EI=5×31.2×103×0.34/(384×4×109×8.33×10-6)=1.0×10-4(m)0.1mm<[f]=L/400=0.75mm，刚度满足要求。3．纵向肋木：横向间距1500px×纵向跨距2250px。断面尺寸10×250px，水平支撑1750px。中间根纵向肋木控制腹板下混凝土重：b=(1.8×0.4)×26kN/m3=18.72kN/m2；纵梁自重：8.0kN/m3×（0.10×0.10）=0.08(kN/m)q={[(a+b÷0.7)×1.2+(2.5+2+2)×1.4]×0.35}/0.7+0.08×1.2={[(0.112+18.72÷0.7)×1.2+(2.5+2+2)×1.4]}×0.20/0.7+0.08×1.2=6(kN/m)P=[(1.65+0.9)/2×24KN/m3+4KN/m2]×0.6=20.76KN/mM=1/8×20.76KN/m×0.62=0.93KN·mσ＝M/W=0.93KN·m/(1/6×10×102)＝5.58MPa<[δ]=12MPa，强度满足要求。f=5Q2L4/384EI=5×6×103×0.94/(384×4×109×8.33×10-6)=15.38×10-4(m)1.538mm<[f]=L/400=2.25mm，刚度满足要求。六、结论：1．碗扣式支架，梁高1.8m时：立杆间距900×900mm，步距1200mm。腹板、纵隔梁处，立杆间距加密横向600×纵向900mm，步距1200mm。2．剪力撑横向3.6m一道，纵向3.6m一道，要求顶天立地。与地面角度45°～60°。3．扫地杆横向为1800mm一道。4．地基要求碾压，压实度95％以上，级配砂砾石垫层750px。5.附件（碗扣支架横断面布置示意图）支架纵断面布置示意图二〇一一年八月一日双塔互通式立交桥工程支架现浇箱梁支架施工方案及计算书编制：王连斌技术负责人：总工程师：施工单位：甘肃****公路工程有限公司日期：二〇一一年八月一日这是我自己的东西，如果对我的回答满意，请采纳处理！

下面是中达咨询给大家带来关于高层建筑深基础逆作法施工中的节点处理相关内容，以供参考。

1、逆作法施工中的节点设计和施工要求

逆作法施工的结构节点设计,需要满足下列要求:(1)要求既满足结构永久受荷状态下的设计要求,又要满足施工状态下的受荷要求。即节点设计既要符合结构设计规范的要求,又要满足施工工况受荷条件下的受力要求。(2)节点形式和构造必须在工艺上满足现有的工艺手段与施工能力。即设计的节点是可行的,可操作的,在满足受力前提下愈简单愈好。(3)节点构造必须满足抗渗防水要求,不要因为节点施工降低了抗渗,造成永久性的渗漏。(4)不要影响建筑物的使用功能,如不能占用过大空间等。

2、支撑柱与梁板节点设计与施工

在逆作施工中,中间支撑柱与梁板节点的设计与施工,主要是解决梁钢筋如何穿过中间支撑柱或与中间支撑柱连接,保证在复合柱完成后,节点质量和内力分布与设计计算简图一致。该节点的设计和施工主要取决于中间支撑柱的结构形式。当中间支撑柱采用钢格构柱形式时,中间支撑柱与梁钢筋的连接方法主要有:在中间支撑柱型钢上钻孔以穿过梁钢筋的钻孔钢筋连接法和在中间支撑柱的型钢翼缘处焊接传力钢板以焊接连接梁板受力钢筋的传力钢板法。前者节点简单、柱梁接头混凝土浇筑质量好但是在型钢上钻孔削弱了截面,使承载力降低。后者可以解决钻孔过多导致梁钢筋无法定位穿越的问题,但材料消耗大,施工工艺复杂,传力钢板下面的焊缝施焊困难,钢板下面混凝土的浇筑质量难以保证。当中间支撑柱采用钢管混凝土柱时,前述两种方法也可以采用,多以后者为主。采用后者时形式很多,常用的有钢牛腿和接驳器两种形式。前者是在钢管表面焊接钢牛腿,通过钢牛腿连接钢筋与钢管,达到传递弯距与剪力的目的。后者则是在钢管表面焊接环型钢板,传递结构剪力。钢筋连接接驳器直接与钢管焊接,传递结构弯矩。目前这二种方法在实际逆作法施工中存在很大的缺陷。一是现场焊接,焊缝高,焊接融化会对钢管柱受力产生影响。二是地下室配筋量大,采用的钢牛腿或接驳器量大,现场焊接条件又较差,会影响工程工期、质量与成本。三是大量焊接废气的产生会影响作业环境。所以针对钢管混凝土中间支撑柱与梁的连接节点,通过双梁节点的设计使节点处理工厂化,达到简化梁板结构与钢管砼柱连接节点的目的,从而产生一种新型单柱双梁钢管混凝土组合结构节点。

由由国际广场工程占地面积三万余平方米,地下两层,挖深最深达17m左右,基坑平面呈不规则的多边形。工程采用裙楼逆作、主楼顺作的半逆作法进行施工,围护体系为钻孔灌注桩挡土结合深层搅拌桩止水的复合围护形式,逆作施工时的竖向荷载由一柱一桩形式布置的450×450mm钢格构立柱承担。其中间支撑格构柱与框架梁的相交节点处理采用钻孔钢筋连接法,见图1。

由于逆作施工水平结构梁板时,框架梁的钢筋将穿越工程中处于未来框架柱位置的钢格构立柱。同时,由于逆作法利用水平梁板代支撑的原因,逆作区域的框架梁配筋也往往较正常使用区域的框架梁大许多,梁钢筋在直径加大的同时布置得也更加密集。针对该情况,采用了如下的节点处理原则:①框架梁钢筋必须按设计要求通长布置或锚入支座,严禁在钢格构柱处直接切断。②尽量让框架梁钢筋从格构柱侧面绕过格构柱,在相交节点处可适当对框架梁作加腋处理。③当框架梁钢筋因太密集而不能直接绕过格构柱时,可与设计协商,在作适当的补强加固措施后,对格构柱角钢作开孔处理供钢筋穿过。

兴业大厦工程位于黄浦区183#地块,占地面积7856.8m2,主楼部分十九层,高度为82.5m,地下三层,埋深14.00m。地上部分总建筑面积55783m2,地下部分总建筑面积18889m2。主体结构为钢筋砼框架剪力墙体系,大楼地下部分采用全逆作法施工,柱为钢管砼柱,底板浇筑前为一柱一桩。围护采用地下连续墙(兼作地下室外墙即二墙合一)。逆作法阶段结构受力为支承桩,主要是指一柱(上部φ609钢管砼柱)一桩(下部φ900钻孔灌注桩),共72根。对于钢管柱与梁的节点部位的处理为:钢管柱节点处通过钢牛腿连接钢筋。由一个“I”字型牛腿改为上下二个“T”字型牛腿。8根梁钢筋焊接在钢牛腿上,其余从钢管周围穿过,见图2。

再如:长峰商城位于长宁区地铁2号线中山公园站即长宁路、汇川路、凯旋路合围处。主体结构为一幢10层裙楼和60层(框-剪结构)主楼组成。地下四层单层面积22000m2,最大开挖深度达24m,且周边紧邻地铁2号线(最近处距离仅1.9m)和明珠轻轨线。裙楼采用框架结构,主楼采用核心筒体结构,38层以下采用Υ550×16、Υ500×12、Υ400×12圆钢管型劲性柱结构,基础形式均采用筏式基础。长峰商城基坑深度分别为主楼19.55m(4000mm厚底板处)、20.55m(5000mm厚底板处)、21.80m(6250m厚底板处)裙楼为18.75m、局部电梯井为20.95m。采用钻孔灌注桩,桩径850mm、桩深72.50m。地下室外墙采用800mm(非地铁侧)和1000mm(地铁侧)厚两墙合一的地下连续墙作为围护挡土墙,裙楼利用结构梁板、主楼利用结构次梁作为水平支撑,利用Υ550×16的钢管和475×475格构柱的一柱一桩作为逆作竖向承重体系。该工程采用裙楼逆作、主楼顺作,待地下室施工完毕后开始上部结构的施工,主楼采取的是以结构次梁为支撑的板带撑支撑形式。该工程即采用了单柱双梁钢管砼组合结构的中间支撑柱与梁的结合节点,其具体做法为:

(1)抗剪设计:抗剪设计主要是在钢管柱上焊接2Υ22抗剪筋。在加工钢管柱阶段,按照结构梁柱节点标高,工厂焊接剪力环筋及锚固筋。锚固筋先直焊,二头点焊,等施工时弯折90°,满足钢管柱成孔工艺要求。详见图3。

(2)抗弯矩设计:抗弯矩设计主要是将结构单梁设计成双梁。将原来设计600＊800的梁改成二根300＊750的梁,紧靠Υ550钢管侧边通过,保证梁负弯矩钢筋在节点处贯通。在钢管工厂加工阶段已完成焊接的锚固筋弯折90锚入梁内,加强梁与钢管的连接强度。该工艺操作方便、安全可靠,节点质量易于受控,一般工人稍加培训即可完成操作,并可提高操作环境安全度、降低成本、加快施工进度。

3、地墙与梁板节点的设计与施工

地下室楼盖是地下连续墙的可靠支撑,结构设计中楼盖梁与地下连续墙多按固结考虑,因此该节点可靠性十分重要,必须设法确保梁端受力钢筋的锚固或连接、梁断面的抗弯和抗剪强度等设计要求。地墙与梁板的连接节点形式通常有预埋连接钢筋法、预埋连接钢板法、齿形连接接头法、锥螺纹钢筋连接接头法等几种。即:分别在施工地墙时预埋连接钢筋并加以弯折、预埋与墙内受力钢筋焊接的钢板、固定带剪力槽的钢板和预埋连接钢筋以及在地下连续墙内侧面处设锥螺纹钢筋连接接头,然后在施工楼盖梁板时将梁板内受力钢筋与这些预埋件连接。

预埋连接钢筋法构造简单、施工方便但对直径较大的钢筋扳直困难且如果扳出的连接钢筋不直,会使连接困难并产生初始应力。预埋连接钢板法施工方便、接头受力性能较好但对电焊质量要求高、现场焊接量大、施工进度慢。齿形连接接头法接头抗剪性能、抗弯性能良好但预埋要求高、施工难度大、现场焊接工作量较大。锥螺纹钢筋连接接头法施工速度快、施工简便且不受气候影响但定位要求较高、需采取固定措施。在长峰商城工程中,地下B1、B2、B3层采用300×800的周边梁与地墙连接,地墙预留Υ12@200双排筋,待梁板施工时候剥出钢筋,弯起焊接成边梁封闭箍筋,具体详见图4。

兴业大厦工程中,地墙与地下结构梁板的连接也是采用这种方法:地下连续墙两墙合一,在内侧500mm处砌筑240厚内衬墙,内设排水沟。地下室连续墙在每层标高部位预埋圆钢,施工此层楼板时,将圆钢弯直,四周设置一道圈梁,楼层梁板通过圈梁与连续墙连接,详见图5。

由由广场工程中,在框架梁边跨处设计了一道围护边梁,围护边梁与外墙之间尚有2m～4m的距离。逆作施工阶段,围护边梁通过H400型钢支撑与各道围檩相连接以传递水平支撑力,相应的框架梁则在围护边梁处预留通长插筋。逆作施工结束并转向顺作后,首先在H400型钢支撑上焊接止水钢板,以保证地下水在基坑换撑、回填后不会通过型钢与外墙的交界面渗入室内随后即可开始框架梁、外墙、暗柱钢筋的接驳、绑扎工作。由于框架梁处一般都有H400型钢水平支撑存在,因此,当框架梁截面小于型钢截面时,可在征得设计许可的前提下,对型钢翼缘作部分割除处理,最终使框架梁能包覆住型钢支撑此外,外墙钢筋及暗柱钢筋也常需穿越型钢支撑,同样可在征得设计许可的前提下,对型钢翼缘和腹板作适当开孔处理以方便竖向钢筋穿过,见图6。

4、地墙与底板节点的设计与施工

地下连续墙与地下室底板的连接节点需要满足两个要求:①使地下室底板与地下连续墙连成整体,与设计假定的刚性节点一致。②使地下室底板与地下连续墙连接紧密,达到防水的要求。通常为保证连接质量,应沿地下连续墙四周将地下室底板进行加强处理,加配一些钢筋。在底板与地下连续墙接触处设止水条,增强防水能力。有时可在连接处设剪力键增强抗剪能力。当排桩支护作为围护结构时,可将主体结构的底板和楼板插入桩体内。长峰商城工程中,底板与地墙的连接节点采用在大底板位置处在地墙内预埋接驳器连接,具体做法见图7。在兴业大厦工程中,底板与地墙的连接节点采用在底板标高处,地下连续墙预埋直螺纹接头,底板钢筋通过直螺纹接头与地下连续墙连接,具体做法见图8。而在由由国际广场工程中,由于采用钻孔灌注桩排桩作为外围护,考虑底板和排桩的连接并同时考虑防水要求,采用素砼传力带连接,其连接节点见图9。

5、结语

本文中这些应用于高层建筑深基础逆作法施工中的节点是在工程实践中不断发展完善的,目的是为了建立逆作法施工中各种受力结构间的合理连接,既要满足节点受力,又要与目前“逆作法”施工工艺相配套。这些节点形式的产生从工艺上保证了节点施工质量,为逆作法的发展和应用奠定了基础。

更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：https://bid.lcyff.com/#/?source=bdzd