大跨度型钢混凝土梁板屋盖设计

大跨度型钢混凝土梁板屋盖设计

发表时间：2016-09-19T13:23:22.930Z 来源：《建筑建材装饰》2015年12月下作者：陆凤池[导读] 随着经济的不断发展，以及功能需求的不断提升，越来越多的大跨度结构形式在各种建筑设计中出现。

（南京科技职业学院，江苏南京210048）

摘要：随着经济的不断发展，以及功能需求的不断提升，越来越多的大跨度结构形式在各种建筑设计中出现。按照GB50011-2010建筑抗震设计规范的要求，跨度大于18 m的框架为大跨度框架。解决大跨度屋面结构有许多方法，如采用钢结构、预应力混凝土梁板结构或者是型钢混凝土梁板结构等。各种结构形式有各自的特点和要求。预应力框架主梁的经济跨度为15m～25m，梁跨高比15～20。在该跨度范围内采用预应力混凝土，可解决大跨度梁的抗裂、挠度问题，扩大柱网，形成大空间，提高建筑物的使用功能。

关键词：大跨度结构；型钢混凝土梁板；屋盖设计

前言

高层建筑和大跨度建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。随着经济的发展，人口向城市集中，造成城市用地紧张，促进了高层建筑的发展。而随着人们物质和精神文明建设的发展，各类公共建筑也不断涌现，这又促进了大跨度建筑的发展。这两类建筑都具有自重较大，结构构件受力较大，抗震性能要求较高的特点，而型钢混凝土结构相对于传统的钢筋混凝土结构，能更好地适应这些要求，因而在近些年来得到快速的发展。

型钢混凝土结构，又称钢骨混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构，它是指梁、柱、墙、筒体等杆件或构件，以型钢为骨架，外围包以钢筋混凝土所形成的组合结构。

使用的型钢可分为实腹式和空腹式两大类：实腹式型钢构件可由型钢或钢板焊成，常见的截面有I、H形等，也有矩形及圆形钢管。空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢组成。空腹式型钢比较节约钢材，但制作费用较高，抗震性能相对较差，目前应用不多。实腹式型钢由于制作简便、承载力大，因此被广泛应用。 1型钢混凝土结构的优缺点

1.1与钢筋混凝土构件相比较，型钢混凝土结构具有以下特点：

（1）整体工作—型钢骨架与外包钢筋混凝土形成整体，共同受力。

（2）截面尺寸小—钢筋混凝土构件受到自重和配筋率限值的制约，提高承载力和刚度的唯一途径是加大截面尺寸；而型钢混凝土构件可以利用设置较大截面的型钢参与共同受力，承载力相同，截面面积可以大大减小。

（3）构件延性好—由于构件内型钢的作用，型钢混凝土构件的延性远高于钢筋混凝土构件。

（4）混凝土浇筑比较麻烦，钢材较费，建设费用较高。由于型钢一般在现场安装，需要现场吊装，费用较高。

1.2与钢结构构件相比较，型钢混凝土结构具有以下特点：（1）节约钢材—采用型钢混凝土结构的高楼，约比全钢结构节约钢材1/3左右，造价降低较多。

（2）耐火度高—包裹在型钢骨架外面的钢筋混凝土，不仅在刚度和强度上发挥作用，还作为型钢的保护层，可以取代型钢外涂的防锈漆和耐火涂料，不仅节省经常性维护费用，而且由于混凝土的储热量较大，从而提高了构件的耐火度。

（3）兼作模板支架—型钢混凝土结构中的型钢，在混凝土尚未浇灌之前即已形成钢构架，已具有相当大的承载力，可用作其上若干楼层平行施工的模板支架和操作平台，因而其施工速度仅稍慢于钢结构。

（4）结构自重大，施工较复杂。

2工程概况

该项目定位为包括生产和办公的产业园区。项目是一个局部带一层地下室的多塔楼结构，其中裙房两层，包括了4个塔楼，其建筑高度分别为30.4m，33.65m，42.05m，60m。根据地质勘察资料，采用预应力管桩基础，主体结构类型为较低层塔楼以及裙房采用框架结构。其中最高的1号塔楼采用剪力墙结构。该建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，结构抗震设防烈度为7度（0.1g）；地震设计分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。混凝土框架的抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为二级。

根据建筑设计要求，1号楼首层局部一层，层高10.2m，柱距为8.4m，跨度33.6m，形成底部大空间，主要建筑功能为总调及演示大厅，其上部为裙房的普通屋面。屋面附加恒载标准值q1=5KN/mm2 ；附加活载标准值q2=2KN/mm2。 3大跨度型钢混凝土梁屋盖设计

3.1大跨度框架结构选型与布置

由于柱距小，主梁跨度较大，采用普通的钢筋混凝土结构已经不适合了。可以考虑采用预应力混凝土结构或者是型钢混凝土结构。经比选，根据全国民用建筑工程设计技术措施（2009），预应力混凝土结构的经济跨度是15m～25m，该工程中的主梁跨度已经远远超过了经济跨度的上限值。同时其受荷载大，尤其是受到端部的剪力大，由于该大跨度悬臂梁结构要承担较大剪力，设计时通过在钢筋混凝土梁中配置型钢，利用型钢腹板承受剪力，可大幅提高悬臂梁整体的抗剪承载力，同时也改善了构件受剪破坏时的脆性性能。因此主梁采用型钢混凝土结构，使构件具有良好的延性和耗能能力。

经PKPM（WATWE）计算，型钢梁拟采用截面尺寸900×1500，采用H型钢，H600 ×1100×14×30；梁板混凝土采用C35，型钢采用钢材Q33.65B。实配型钢截面面积50560mm2。型钢混凝土梁的含钢率为3.7%。横向采用密肋单向板，肋梁尺寸为350×700；单向板跨度2775mm。型钢混凝土密肋单向板屋盖结构布置如图1所示。

图1 型钢混凝土梁屋盖

型钢混凝土主梁截面设计如图2所示。

图2 型钢混凝土梁截面

由于本工程中柱距较小，跨度较大，框架柱在框架平面内的长边尺寸根据钢筋的锚固长度进行设计。大跨度框架一般框架梁和框架柱承受了比较大的内力。钢筋的配筋量较大，在梁柱节点大量的钢筋给施工带来大量困难，同时也对钢筋的锚固产生不利的影响，框架柱长边尺寸满足钢筋直锚要求：

H≥laE。

式中：H-框架柱长边尺寸；

laE-框架梁纵向钢筋的锚固长度。

本工程中采用混凝土结构柱，框架方柱截面长边尺寸H=1000mm，基本能够满足梁纵向钢筋的直锚要求。

3.2承载力计算

大跨度型钢混凝土梁为一维构件，在PKPM中用两端带刚臂的空间杆单元来模拟其受力状态。大跨度型钢混凝土梁的受弯、受剪承载力计算应按照《型钢混凝土组合结构设计规程》5.1.2条和5.1.5条进行计算。

3.3节点连接构造

型钢混凝土结构中，应做好柱与柱，柱与梁，梁与梁的连接。在JGJ138-2001型钢混凝土组合结构设计规程中对节点构造有详细的规定。肋梁与型钢主梁连接构造中，受拉区钢筋应贯通型钢主梁，底部受压钢筋截断且满足锚固要求。型钢混凝土梁与普通混凝土柱连接既要满足型钢混凝土梁传递内力到柱中心，同时需要满足柱纵向钢筋在梁内的锚固要求，柱纵向钢筋应该穿过型钢翼缘板并满足锚固长度要求；梁柱节点核心区内框架柱箍筋应穿过型钢腹板，型钢腹板的箍筋开孔应在工厂完成，同时箍筋采取分段穿过型钢腹板并焊接在一起。型钢混凝土梁在节点处加上加劲肋。

3.4正常使用极限状态验算

按照JGJ 138-2001型钢混凝土组合结构设计规程的要求，应进行型钢混凝土梁的裂缝和挠度的计算。根据《型钢混凝土组合结构设计规程》5.2.2规定的裂缝计算公式得到33.6m跨度型钢梁裂缝宽度ωmax = 0.18 mm，满足规范规定的限值［ωmax］=0.30mm。

根据《型钢混凝土组合结构设计规程》5.3的要求计算得到33.6m跨度型钢梁最大挠度f=134 mm，不满足规范规定的限值［Fmax］=［l/300］= 113 mm，根据4.2.8要求对型钢梁进行起拱，可满足规范固定挠度要求。 4结语

（1）大跨度楼盖或屋盖应该根据具体的工程实际选择合适的结构形式。受到场地条件、时间因素以及经济指标等的影响，如何选择一种合适的结构形式需要综合考虑各方面因素。

（2）大跨度梁结构设计既要满足承载能力要求，同时又要满足正常使用条件的要求，需要对其进行挠度验算和裂缝验算。往往大跨度梁的设计是通过挠度控制进行设计的。

（3）型钢混凝土结构设计除了满足承载力和正常使用极限状态要求外，对型钢梁和普通梁；型钢梁之间；以及型钢梁和柱的连接构造应进行精心的设计。

参考文献：

[1]晋哲锋．型钢混凝土梁的设计[J]．科技信息，2013（10）