淺議高層建筑中矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用

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1、淺議高層建筑中矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用　　【摘要】本文介紹了矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、工作性能。并結(jié)合工程實(shí)例，探討了矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑的應(yīng)用，尤其設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意彎矩-曲率滯回模型的確定以及加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算。同時(shí)提出了在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意的主要問(wèn)題，以供類似工程參考。【關(guān)鍵詞】高層建筑；矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；計(jì)算要求1.引言近十幾年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼管混凝土在樁、大跨度和空間結(jié)構(gòu)、商業(yè)廣場(chǎng)、多層辦公樓和住宅、高層和超高層建筑以及橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日益增多，其發(fā)展速度快得驚人。高層建筑采用矩形鋼管混凝土構(gòu)件組成框架剪力墻結(jié)構(gòu)是目前較先進(jìn)的一種結(jié)構(gòu)體系。由矩形鋼

2、管混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力高、塑性和韌性好、施工方便、經(jīng)濟(jì)效果和耐火性能好等特點(diǎn)而受到廣大設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員的青睞。2.矩形鋼管混凝土應(yīng)用優(yōu)勢(shì)6矩形鋼管混凝土是在高層建筑中應(yīng)用高強(qiáng)混凝土的一種最有效和最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。這是因?yàn)椋海?）矩形鋼管對(duì)核心混凝土的套箍作用，能有效地克服高強(qiáng)混凝土的脆性；（2）矩形鋼管內(nèi)無(wú)鋼筋骨架，便于澆灌高強(qiáng)混凝土，而且因有鋼管分隔，與管外樓蓋梁板結(jié)構(gòu)的普通混凝土互不干擾，無(wú)交錯(cuò)澆灌的麻煩；（3）矩形鋼管外面無(wú)混凝土保護(hù)層，能充分發(fā)揮高強(qiáng)混凝土的承載能力。3.矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和工作性能矩形鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板，因而澆灌混凝土?xí)r，可省去支模、拆模的工和料，并可

3、適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝；矩形鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向鋼筋（受拉和受壓）和橫向箍筋的功能。制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工省料，而且便于澆灌混凝上；矩形鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段它可起勁性鋼骨架的作用，其焊接工作量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架為少，吊裝質(zhì)量較輕，從而可簡(jiǎn)化施工安裝工藝、節(jié)省腳手架、縮短工期、減少施工用地。在寒冷地區(qū)，冬季也可以安裝空鋼管骨架，開春后再澆灌混凝土，施工不受季節(jié)的限制。在結(jié)構(gòu)的受壓桿件中，采用矩形鋼管混凝土代替鋼筋混凝土和結(jié)構(gòu)鋼，可大幅度地節(jié)省鋼、木、水泥和減輕結(jié)構(gòu)自重，縮小桿件截面尺寸，使傳統(tǒng)桿系結(jié)構(gòu)的性能大為改善，尤其是在高層、大跨，重載和抗震抗爆的建筑結(jié)構(gòu)中，

4、以及在大、中城市的施工場(chǎng)地狹窄的建筑工程中，矩形截面的鋼管混凝土具有較大的彎曲剛度和較強(qiáng)的抗彎能力，整體穩(wěn)定性較好，與梁之間節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，能更好地滿足設(shè)計(jì)和施工的一系列要求。64.工程實(shí)例某高層位于某城市南京路與南開三馬路交匯處東北側(cè)，占地面積1.2萬(wàn)m2，總建筑面積7.3萬(wàn)m2。地下兩層，地上31層，總高度103m。集辦公、寫字樓和公寓于一體，其中地下室為停車場(chǎng)和設(shè)備用房，裙房為娛樂(lè)中心和商場(chǎng)，標(biāo)準(zhǔn)層共23層，10層以下為辦公用房，11層至20層為出租寫字間，21層以上為公寓。采用C60級(jí)矩形鋼管高強(qiáng)混凝土柱，按7度地震設(shè)計(jì)。主樓結(jié)構(gòu)體系為內(nèi)筒稀柱現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。樓蓋為井式雙向

5、密肋板，其結(jié)構(gòu)厚度為430mm。柱網(wǎng)為8.4mx8.4m。柱最大軸力35000kN，若采用C60級(jí)鋼筋高強(qiáng)混凝土柱，截面尺寸需要1.4m*1.4m.這樣一來(lái)，8.4m柱網(wǎng)的柱間凈距只有7m，每柱間停三輛車已不可能。而采用C60級(jí)矩形鋼管高強(qiáng)混凝土柱，800*800mm，可停三輛車，顯著提高了地下停車場(chǎng)的使用效能。根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，柱子從底至頂全部采用矩形鋼管混凝土柱。柱子從底到頂分5段逐漸減小，管徑從800mm減至400mm，每段縮小100mm，管壁厚度從14mm逐段減至8mm，混凝土從C60逐段降至C35。4.1彎矩-曲率滯回模型的確定經(jīng)對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)的不斷分析，發(fā)現(xiàn)在如下參數(shù)范圍內(nèi)，即n=

6、0-0.8，a=0.03-0.2，F(xiàn)y=200-500N/mm2，F(xiàn)cu=30-90N/mm2，B=1-2，矩形鋼管混凝土構(gòu)件的彎矩-曲率滯回模型，可采用三線性模型。64.2加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算方法實(shí)際上，本工程在進(jìn)行鋼管混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)時(shí)，可分為如下幾個(gè)過(guò)程：節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則的確定、節(jié)點(diǎn)形式的選用、節(jié)點(diǎn)計(jì)算和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施的選取等。其中，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算較為重要的事加強(qiáng)環(huán)板的設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算時(shí)應(yīng)滿足兩個(gè)條件：梁端等強(qiáng)過(guò)渡并符合構(gòu)造要求和環(huán)板懂的設(shè)計(jì)承載力安全。經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，連接混凝土梁的上環(huán)板寬度宜比梁寬小20-40mm，下環(huán)板寬宜比梁寬大20-40mm連接鋼梁的環(huán)板寬度宜與梁翼緣等寬4.3構(gòu)造要求為了方便

7、向鋼管內(nèi)澆筑混凝土，矩形鋼管混凝土構(gòu)件的截面最小邊尺寸最好不要小于100mm且壁厚不要小于4mm，這是為了避免鋼管在澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)局部外鼓現(xiàn)象，如果澆筑混凝土工藝能確定保管內(nèi)混凝土施工質(zhì)量和不發(fā)生鋼管管壁外鼓現(xiàn)象，上列限值尚可適當(dāng)放寬，此外，矩形鋼管混凝土構(gòu)件的截面最小邊尺寸最好不要超過(guò)800mm，如果超過(guò)了，必須確保鋼管和混凝土共同作用，建議可以在柱內(nèi)避上采取焊接檢栓釘、縱向加勁板等構(gòu)造措施，加勁板的厚度