論述型鋼混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用

趙澤寧

(海南元正建筑設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，海南海口 570208)

1 概述

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)又稱鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，是把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)形式。由于在鋼筋混凝土中增加了型鋼，型鋼以其固有的強(qiáng)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(jié)構(gòu)具備了比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力大、剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合在某高烈度地區(qū)工業(yè)主廠房使用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的實(shí)際案例，通過結(jié)構(gòu)分析計(jì)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(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，并針對(duì)在具體施工過程中遇到的問題和解決經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

2 工程情況簡(jiǎn)述

1)海南某開發(fā)區(qū)工業(yè)廠房，工廠規(guī)劃建設(shè)容量為超高壓、燃煤、空冷、單抽凝汽式機(jī)組，預(yù)留擴(kuò)建余地。

3)場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地土特征周期Tg=0.45。

4)建筑本工程主廠房結(jié)構(gòu)形式:橫向?yàn)槠麢C(jī)房與除氧間框架、煤倉(cāng)間框架組成鋼筋混凝土框—排架結(jié)構(gòu)體系，縱向汽機(jī)房A列采用的鋼筋混凝土框架—鋼支撐結(jié)構(gòu)，除氧煤倉(cāng)間采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。從外部條件來看，地震動(dòng)參數(shù)相對(duì)較高，尤其是水平地震影響系數(shù)最大值為0.21。盡管機(jī)組容量不大，但是從反應(yīng)譜曲線來看(見圖1)，框架結(jié)構(gòu)的自振周期范圍內(nèi)(0.9 s～1.3 s)，水平地震影響系數(shù)比標(biāo)準(zhǔn) 8 度(0.20g)相應(yīng)大30%。

圖1 本工程反應(yīng)譜曲線

3 普通混凝土柱方案的計(jì)算結(jié)果

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

1)根據(jù)計(jì)算結(jié)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(zhuǎn)振型為第五振型，結(jié)構(gòu)特征比較合理。

2)縱向基底地震剪力為22 700 kN，對(duì)應(yīng)的剪質(zhì)比達(dá)到7.13%;橫向基底地震剪力為23 500 kN，對(duì)應(yīng)的剪質(zhì)比達(dá)到7.38%;剪質(zhì)比平均值與反應(yīng)譜曲線查到的水平地震影響系數(shù)大致吻合，計(jì)算結(jié)果可信。

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

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

圖2 結(jié)構(gòu)模型

表1 層間彈性位移角

5)構(gòu)件配筋結(jié)果:當(dāng)采用普通混凝土柱方案時(shí)，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(cè)的邊框柱普遍出現(xiàn)配筋超大的現(xiàn)象，邊框柱縱配筋率普遍在4.0%以上，個(gè)別柱超筋。顯然，若按4%的縱筋配筋率進(jìn)行配筋，柱單邊配筋面積達(dá)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(diào)整抗震墻厚度，調(diào)整混凝土強(qiáng)度等級(jí)等措施，上述情況均未解決，配筋率仍舊很大，個(gè)別柱仍舊超筋。

護(hù)理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估干預(yù)目的主要在于確保患者得到高質(zhì)量護(hù)理服務(wù)，不斷優(yōu)化護(hù)理細(xì)節(jié)，降低護(hù)理風(fēng)險(xiǎn)，通過給予患者優(yōu)質(zhì)、高效及全面的護(hù)理服務(wù)來提高患者的滿意度[5]。本文作者對(duì)50例已接受優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)的老干部病房患者實(shí)施護(hù)理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估干預(yù)，發(fā)現(xiàn)對(duì)患者進(jìn)行護(hù)理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估干預(yù)后，護(hù)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(jié)果中，護(hù)理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估干預(yù)組總滿意率96%顯著大于優(yōu)質(zhì)護(hù)理組的72%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；該結(jié)果充分說明了護(hù)理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估干預(yù)可改善老干部病房的護(hù)理質(zhì)量及患者滿意度，值得臨床應(yīng)用。

4 采用型鋼混凝土方案的原因

查詢SATWE的內(nèi)力計(jì)算文件，得出邊框柱的內(nèi)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(guī)定正值為拉力，負(fù)值為壓力)，使得邊框柱的受力情況變成拉彎構(gòu)件。在這種內(nèi)力組合下，混凝土本身不分擔(dān)應(yīng)力，軸拉力全部由鋼筋承擔(dān)，造成邊框柱配筋超大。

表2 典型邊框柱內(nèi)力組合

進(jìn)一步分析，引入抗震墻后，由于抗震墻和邊框柱構(gòu)成的巨型構(gòu)件承擔(dān)了相當(dāng)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(chǎn)生相當(dāng)大的拉力標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)作用在邊框柱上的豎向荷載較小時(shí)，就會(huì)使組合后的軸力呈現(xiàn)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(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，水平地震效應(yīng)使得邊框柱軸力產(chǎn)生集中現(xiàn)象，受壓側(cè)壓力偏大，受拉側(cè)有可能變?yōu)槠瓨?gòu)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(gòu)件，由混凝土中的型鋼分擔(dān)較大的軸向力，減少柱的縱向鋼筋。

5 型鋼混凝土方案的設(shè)計(jì)

根據(jù)JGJ 138-2001型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程和JGJ 3-2010高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，考慮以下幾個(gè)方面進(jìn)行型鋼混凝土的選型:

1)規(guī)范中規(guī)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(jīng)濟(jì)的含鋼率為4%～8%。經(jīng)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(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30，型鋼宜采用Q235級(jí)及Q345級(jí)鋼材，本工程采用C50混凝土和Q345型鋼。

3)規(guī)范中規(guī)定作為抗震墻的邊框柱，要求型鋼的強(qiáng)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(shè)置。

4)根據(jù)計(jì)算結(jié)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(duì)較小，采用普通鋼筋混凝土構(gòu)件可以滿足要求。因此考慮到經(jīng)濟(jì)性，只在煤斗支撐層以下設(shè)置型鋼混凝土構(gòu)件。2008版以后的PKPM增加了型鋼混凝土構(gòu)件的計(jì)算功能，可以直接輸入型鋼混凝土構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。本工程計(jì)算后的結(jié)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(dān)了相當(dāng)?shù)妮S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(shù)問題，也為施工綁扎鋼筋提供了可行性。

表3 前后計(jì)算配筋結(jié)果對(duì)比 %

6 型鋼混凝土的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與施工

型鋼混凝土柱設(shè)計(jì)和施工難點(diǎn)，最關(guān)鍵的就是如何處理好梁柱連接的節(jié)點(diǎn)，只有很好的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方可以保證現(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行。一般在節(jié)點(diǎn)處兩個(gè)方向都有梁，當(dāng)采用HN700×300×13×24型鋼時(shí)短向可以通過梁柱偏心實(shí)現(xiàn)縱筋順利避開H型鋼，但是長(zhǎng)向H型鋼高700很難實(shí)現(xiàn)梁縱筋繞開H型鋼，通常設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中最小含鋼量的規(guī)定。因此采用焊接法:梁縱筋直接焊接或錨固，或者在節(jié)點(diǎn)部位增設(shè)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(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量較大，并要分批焊接避免焊縫的殘余應(yīng)力的不利影響。

7 結(jié)語

根據(jù)本工程在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論:

1)當(dāng)?shù)卣饎?dòng)參數(shù)較高、地震作用較大導(dǎo)致混凝土柱構(gòu)件產(chǎn)生較大的軸力，為避免柱構(gòu)件超筋或改善配筋率過大的問題時(shí)，可考慮針對(duì)個(gè)別柱構(gòu)件(比如抗震墻端部柱)或者全部柱構(gòu)件采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。

2)型鋼規(guī)格的配置視組合內(nèi)力的具體情況而定。若只需考慮分擔(dān)軸力，則型鋼大小按照構(gòu)造的低限配置;若要考慮同時(shí)分擔(dān)彎矩和軸力，則需按高值進(jìn)行配置。

3)型鋼混凝土承載力驗(yàn)算方法比較成熟，目前PKPM系列就可直接進(jìn)行計(jì)算，只是型鋼側(cè)面的栓釘需進(jìn)行人工復(fù)核。

4)型鋼混凝土設(shè)計(jì)必須注意節(jié)點(diǎn)處的連接做法，規(guī)劃框架梁鋼筋位置與型鋼的規(guī)避及連接關(guān)系，必要時(shí)與施工單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溝通，以保證節(jié)點(diǎn)施工的可靠性。

［1］JGJ 138-2001，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［2］04SG523，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造［S］.