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1、对钢梁对钢梁- -混凝土柱结构设计的建议混凝土柱结构设计的建议申军强上海通利建筑设计事务所有限公司上海市200042摘摘要：要：本文通过对不同坡度、不同跨度钢梁-混凝土柱结构建模分析，提出了在设计钢梁-混凝土柱结构时的一些建议。关关 键键 词：词：钢梁-混凝土柱结构柱顶推力屋面坡度厂房跨度AbstractAbstract：Based on the different slope, different span steel beam and concrete column structuremodeling analysis,proposed in the design of steel bea
2、m and concrete column structuresome suggestions.KeyKey WordWord：Steel beam and concrete column structure; High thrust; The slope of the roof; Buildingspan.1 1 概述概述近些年， 一些厂房大量采用钢梁-混凝土柱的结构形式。从受力分析看，混凝土柱为压弯构件， 利用了混凝土受压性能好以及钢筋混凝土构件刚度大、 耐久性和耐火性好的优点，从而降低成本，增加结构稳定性；梁为受弯构件，采用钢梁，可以利用钢材强度高，钢构件自重轻、安装速度快等优点，从而降
3、低结构自重，提高施工速度，节约成本，降低造价。但是在钢梁-混凝土柱这种结构形式中， 钢梁会产生对混凝土柱顶的推力， 从而加大混凝土柱底部弯矩，增加混凝土构件配筋、导致基础设计偏大，从而增加工程造价；而且在使用过程中，由于日积月累的推力作用，混凝土也会由此产生裂缝等不利影响。因此，设计中应采取措施减少由于柱顶推力产生的不利影响，本文对钢梁-混凝土柱结构在不同跨度、坡度等条件下柱顶推力的变化进行分析。2 2 柱顶推力分析柱顶推力分析钢梁与混凝土柱的节点连接，采用刚性连接做法由于有弯矩、剪力和轴力共同作用，受力复杂，节点做法及施工难度都比较大，相对于刚性节点，铰接节点受力简单，节点处理也比较容易，因
4、此，实际工程中，梁柱节点经常采用铰接连接的形式。梁柱连接采用铰接连接做法，钢梁的受力状态，类似于双铰拱的受力形式，根据实用建筑结构静力计算手册 （国振喜、张树义主编）对于双铰拱的分析，可以知道此水平推力的大小与屋面钢梁的坡度及厂房跨度均有很大的关系，下面通过对不同屋面坡度和不同跨度厂房的建模计算来进行分析。 在此指出， 由于钢梁-混凝土柱的结构形式不属于门式刚架的范畴，因此分析此类结构时采用钢结构设计规范GB50017-2003 及建筑结构荷载设计规范GB50009-2001(2006 年版)的规定进行分析，本文中所有结构均采用 sap2000 建模分析。例：某厂房采用钢梁-混凝土柱的结构形式
5、，跨度 18 米，檐口高度 6 米，坡度为 1：15，柱距为 6 米，屋面采用 C 型檩条加轻型屋面板，墙面采用混凝土空心砌块砌筑；屋面恒荷载采用 0.52/mKN，屋面活荷载采用 0.52/mKN；该地区基本风压 0.552/mKN，地面粗糙度为 B 类，风压高度变化系数为 1.0；该地区抗震设防烈度为 7 度(0.1g)，场地类别类，抗震设计分组为第一组。柱混凝土强度等级 C30，主筋采用 HRB335 钢，保护层厚度 30mm，截面大小均采用 300mmx400mm；钢梁均采用 H600x200x8x12 ， 钢材材质 Q235B，梁柱连接采用铰接连接，结构立面图(如图 1)所示：矩30
6、0X400矩300X400H600X200X8X12H600X200X8X12图图 1 1结构立面图结构立面图2.12.1 不同坡度下的推力分析不同坡度下的推力分析对前例厂房进行分析，屋面梁采用不同的坡度，分析其在工况 1.2 恒荷载1.4 活荷载情况下柱底弯矩及柱顶推力的变化情况。1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 002 01 3 02 72 4111 2 11 1 81 1 51 1 21 91 631柱 底 弯 矩 ( K N . M )0屋 面 梁 坡 度图图 2 2 屋面梁不同坡度柱底弯矩分析图屋面梁不同坡度柱底弯矩分析图 ( (工况：工况：1.21.2恒恒1.
7、41.4 活活) )01 302724111 211 181 151 121 91 6310屋 面 梁 坡 度3691215182124柱 顶 推 力 (KN)图图 3 3 屋面梁不同坡度柱顶推力分析图屋面梁不同坡度柱顶推力分析图 ( (工况：工况：1.21.2恒恒1.41.4 活活) )从（图 2 和图 3）可以看出，柱顶推力随着屋面坡度的增大而增大，混凝土柱底的弯矩也随着柱顶推力的增大而增大。当屋面梁坡度大于 1/6 时，柱顶剪力及柱底弯矩迅速增大，CECS102-200门式刚架轻型房屋钢结构技术规程规定房屋坡度最大取 1/8，分析结果与规范基本吻合，因此，设计时应选用合理的屋面坡度，最大
8、坡度不宜大于 1/8，以减小钢梁对混凝土柱顶的推力。2.22.2 不同跨度下的推力分析不同跨度下的推力分析对前例厂房进行分析，屋面梁坡度为 1/15，厂房采用不同的跨度，分析其在工况 1.2恒荷载1.4 活荷载情况下柱底弯矩及柱顶推力的变化情况。30272421181580120120柱 底 弯 矩 (KN .M)0厂 房 跨 度 (M)40160200240图图 4 4 不同跨度厂房柱底弯矩分析图不同跨度厂房柱底弯矩分析图 ( (工况：工况：1.21.2恒恒1.41.4 活活) )4 0 3 5 3 0 2 5 2 05厂 房 跨 度 ( M )00 1 21 5 1 01 5 1 82 1
9、2 4 2 73 0柱 顶 推 力 ( K N )图图 5 5 不同跨度厂房柱顶推力分析图不同跨度厂房柱顶推力分析图 ( (工况：工况：1.21.2恒恒1.41.4 活活) )从（图 4 及图 5）可以看出，柱顶推力随着刚架跨度的增大而增大，当厂房跨度大于24 米时，柱顶推力增长迅速。因此，设计时厂房的跨度宜控制在 24 米以内，当厂房跨度较大时，屋面梁应选用较小的坡度，在条件许可时，应尽量减小厂房的跨度，或者采用其他方法减小钢梁对混凝土柱顶的推力。3 3 结语结语综合以上分析， 在钢梁-混凝土柱这种结构形式中， 钢梁对混凝土柱顶的推力随着屋面梁坡度的增大而增大，随着厂房跨度的增大而增大，设计
10、时建议控制屋面梁坡度不宜大于1/8，厂房跨度不宜大于 24 米，跨度较大时可以通过减小屋面坡度、在钢梁上增加拉杆，或者在钢梁上开长圆孔、设置滚轴支座，都可以有效减小钢梁对混凝土柱的推力作用。参考文献参考文献：1钢结构设计规范，GB50017-20032门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，CECS102-20023 STS 钢结构软件用户手册,中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部4申红侠,顾 强. 钢梁 -钢筋混凝土柱节点的研究及应用概况建筑钢结构进展2004 2 : 36 395李菁，山型结构混凝土柱钢梁(铰接)体系中柱推力分析钢结构2007 年第 10 期6 国振喜、张树义，实用建筑结构静力计算手册，机械工业出版社2009.1对钢梁-混凝土柱结构设计的建议对钢梁-混凝土柱结构设计的建议作者：申军强 作者单位：上海通利建筑设计事务所有限公司 刊名：城市建设理论研究（电子版） 英文刊名：ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu 年，卷(期)：2012(15)本文链接：http:/
