型钢混凝土组合柱深化设计分析

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1、型钢混凝土组合柱深化设计分析广东省建筑设计研究院广东•广州510016摘要：组合结构的使用己经广泛，其中钢与混凝土的组合结构是最为常见的结构形式，己经自成独立的结构体系，具备较好的抗震性能及改善结构功能等优点。本文结合工程实例，分析型钢混凝土组合柱的深化设计与施工，以供同类工程借鉴。关键词：型钢混凝土组合柱；深化设计；梁柱节点1.工程概况某多层汽车库工程（见图1）,总建筑面积约106400H12，长约230m,宽约94m,建筑高度约24m,为地上五层钢筋混凝土框架结构，其中一、二层框架柱釆用型钢混凝土组合结构，三至四

2、层为钢筋混凝土柱。型钢混凝土组合结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的结构形式。由于在钢筋混凝土中增加了型钢，型钢以其固有的强度和延性，以及型钢、钢筋、混凝土三为一体地工作性使型钢混凝土结构具备了比传统的钢筋混凝土结构承载力大、刚度大、抗震性能好的优点。尤其是配置实腹型钢的型钢混凝土组合结构构件的延性性能、承载力、刚度得到了有效的提高和保证。木工程型钢混凝土组合柱共262根，均为实腹型钢混凝土组合结构，型钢的规格型号包括：“十”字型和型，首层型钢型号为：“十600×400×16×

3、18”、“H600×400×16×18”两种型号，二层型钢型号为：“十300×150×10×10”、uH300×150×10×10v两种型号，二层型钢柱与三层钢筋混凝土柱连接的过渡层。为便于施工，一、二层型钢柱计划一休焊接加工预制，运输至施工现场直接安装，避免分节预制后期现场连接而引发的连接部位的质量问题。2.原图纸设计情况及存在的问题2.1柱脚基础不稳定，需要优化柱脚基础作为型钢柱安装的承载构件，其作用是承受

4、型钢柱的自重和抗倾覆力矩，保证型钢柱安装后在自重和风荷载的作用下的牢固和稳定，同时要便于施工。本工程原图纸设计的柱脚基础采用埋入式柱脚，为“倒四棱台”型（见图2）,尺寸较小，单个柱脚基础混凝土用量为1.64m3,柱脚基础自重约3.9t,而单根型钢柱高约15m,重约4.2t,型钢柱安装后难以依靠自身结构特点达到稳定的效果，不能抵御风荷载产生的弯矩，型钢柱的垂直度无法保证；基础触地面积较小，型钢柱安装后易发生沉降，影响安装质量。2.2承台与灌注桩节点设计不具有可实施性灌注桩顶部需要剔凿成V型切口（见图3）,V型口内还有箍

5、筋穿过，以此满足柱脚基础尺寸的要求，施工难度极大，效率低，影响施工进展不具有可实施性；施工吋，基槽需450沿斜面做垫层，施工质量难以保证，因此承台与灌注桩的节点设计太过于理想化，不具有可实施性。综合以上原因，原图纸设计的柱脚基础有必要进行调整优化。2.3型钢柱节点设计不明确，达不到施工图深度型钢柱应用并不广泛，设计院也缺少这方面的经验，相关标准图集也不完善，造成型钢柱设计深度不高，原设计图纸中，关于型钢柱的设计，仅仅给出了柱钢骨大样和型钢柱与框梁连接节点详图（设置钢牛腿与框梁纵筋焊接连接）,标注了型钢的尺寸型号。从施

6、工角度经过简单分析，下面一系列的问题都需要解决。一、二层型钢柱变截面处如何连接？变截面的节点做法是什么？钢牛腿的位置不够明确？钢牛腿的设置形式是什么？框梁多排纵筋的情况下，如何与钢牛腿焊接连接？3•柱脚基础的优化优化方案：将柱脚基础扩大至桩中心位置，通过扩大触地面积和基础自重，利用灌注桩与柱脚基础部分嵌固作用，使安装后在自然状态下达到抗倾覆的性能（见图4）。柱脚基础高65cm,型钢柱安装并调整正确后，及吋浇筑柱脚基础上部45cm范围内的混凝土，将减少型钢柱根部的暴露吋间。实践证明，该优化措施是正确的，262根型钢柱顺

7、利安装完成，平面位置、高程、垂直度均在允许偏差范围内，未发生任何倾覆事故。4.型钢柱的二次深化设计型钢柱的二次深化设计是以原图纸设计为基础，以施工工艺和施工质量为根本，结合构件平面位置关系，对型钢柱设计进一步具体化的工作，目的是出具钢结构加工图，以指导构件的加工预制和后期梁柱钢筋工程的施工，其梁柱节点构造是整个深化设计的核心和重点。本工程主要从以下几个方面进行型钢柱的二次深化设计。4.1一、二层型钢柱连接位置变截面的深化设计二层型钢混凝土柱是作为一层型钢混凝土柱和三层钢筋混凝土柱的过渡层，其内部型钢柱截面尺寸较小，因

8、此，一、二层型钢柱连接位置需采取“变截面”的方式进行连接。根据《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001第9.2.3条：当需要改变型钢柱截面高度吋，截面高度宜逐步过渡，且在变截面的上、下端应设置加劲肋，当变截面段位于梁柱接头吋，变截面的位置宜设置在两端距离翼缘不小于150mm位置处。依此，结合梁柱节点高度，本工程按以下变截面进行设计加