上海某文化中心主楼型钢混凝土结构设计

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摘要：本文详细介绍了上海某文化中心主楼型钢混凝土结构设计，着重介绍了具有较大截面的型钢混凝土梁、柱及其节点构造设计。

关键词：型钢混凝土梁；型钢混凝土柱；梁柱节点构造措施

中图分类号：TU973+.12

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2011)080131-02

1　工程概况

文化中心主楼平面呈L形，长61.5m，宽48m，地上5层，地下1层，高23m，建筑面积为10000m2。本工程抗震设防类别为丙类，建筑结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为IV类，结构体系为框架结构，抗震等级为三级。各层梁、板、柱混凝土强度等级为C35，型钢型号为Q345B。该建筑未设置抗震缝，故在长宽方向平面凹进尺寸均大于相应投影方向的0.3Bmox，属于平面凹凸不规则；建筑在二层至屋顶4轴～7轴楼板均开洞，且个别楼层有效楼板宽度小于该楼板层典型宽度的50％，属楼板局部不连续。建筑在顶层F轴～J轴为影剧院，跨度为24.3m。由于建筑功能需要(如：净高、声学、屋面有较重设备)，故结构设计在此处采用型钢混凝土梁、柱且该处框架梁、柱抗震等级为二级(见图1)。

2　结构设计及整体受力分析

2.1结构设计

2.1.1上部结构采用混凝土框架结构。局部大空间部分采用型钢混凝土梁、柱，F轴和J轴型钢混凝土柱从地下室升至屋顶，由于型钢梁柱较少，故结构阻尼比仍采用5％。

2.1.2本工程地下部分仅为一层。地下室顶板顶板厚250mm，双层双向配筋，为上部结构的嵌固层。基础采用下柱帽式桩一筏板基础。筏板厚600mm，φ20@150双层双向配筋，配筋率约为0.36％。桩采用31m长，400(250)宽预应力混凝土空心方桩。基础沉降量

2.1.3上部楼盖采用梁板结构，主要楼板厚为110mm。为加强楼板平面内刚度，在洞口四周及L形连接部位楼板厚为150mm，且双层双向配筋。

2.1.4主要构件截面尺寸：

SRC框架柱：700x1000、700x700 SRC框架梁500x1000、700x1500

普通框架柱700x700、600x600

普通框架梁350x1000、350x800

2.2整体受力分析

本工程采用PKPM-SATWE进行结构整体受力分析。由于楼板开洞面积较大，且结构在平面及竖向均为不规则结构。除在构造上加强洞口范围内楼板刚度(洞口四周板厚取为150mm)以外，同时采用楼板有限元分析进行补充结构设计分析(PMSAP)

(见表1)。

从以上分析结果得出结论：该结构抗震性能良好，位移满足要求，抗扭刚度较大，结构扭转影响较小。满足抗震设计要求。

型钢混凝土构件根据本工程整体计算(采用SATWE软件进行分析计算)所得的构件控制内力进行设计。整体计算时型钢混凝土梁、柱均根据其最终的截面特性输入以保证构件及整体结构刚度的准确性，这样也能得到准确的构件内力。型钢构件及其连接节点的设计均按规范、规程中要求及参考手册及图集的做法进行。以下着重介绍型钢构件及其连接节点的处理方式。

3　型钢混凝土梁、柱截面设计

3.1型钢混凝土柱截面设计

主要型钢混凝土柱截面为700x1000方柱，内设焊接300x600x14x14和250x450x14x14十字型钢(见图2)。型钢混凝土柱全部纵向受力钢筋的配筋率为1.0％；受力型钢的含钢率为4.2％加密区柱箍筋体积配箍率为1.45％；型钢混凝土柱最大轴压比为0.45。同时满足型钢混凝土柱型钢保护层厚度>120mm要求和型钢钢板宽厚比bar／tf

3.2型钢混凝土梁截面设计

主要型钢混凝土梁截面为700x1500，内设300x1000x12x14焊接工字型钢(见图3)。型钢混凝土梁下部纵向受力钢筋的配筋率为0.60％；受力型钢的含钢率为1.91％；加密区梁箍筋φ10@100(4)。同时满足型钢混凝土梁型钢保护层厚度>100mm的要求和型钢钢板宽厚比baf／tf

4　型钢混凝土梁柱节点设计

4.1柱脚设计

为确保工程质量，本工程柱脚采用埋入式柱脚。柱脚埋置深度为3倍的型钢柱截面高度，型钢底板的锚栓埋深大于25倍锚栓直径。柱翼缘与底板间采用全熔透坡口对接焊缝连接，柱腹板与底板采用双面角焊缝连接。且自柱脚部位向上延伸一层范围的型钢柱设置φ19平头焊接栓钉@150(见图4)。

4.2型钢混凝土柱与混凝土梁连接节点

由于规程规定：混凝土梁纵向钢筋不应穿过型钢翼缘，也不应与柱内型钢直接焊接连接。且当必须在柱内型钢腹板上预留穿孔时，型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积25％。故采用梁内部分主筋焊在型钢牛腿上，钢牛腿长度满足梁内主筋强度充分发挥的焊接长度要求(单面焊10d，双面焊5d)。其余梁主筋弯锚入混凝土柱内，且从梁端至钢牛腿端部以外2倍梁高范围内，按钢筋混凝土梁端箍筋加密区的要求配置箍筋(见图5)。

4.3型钢混凝土梁柱连接节点

型钢混凝土梁、柱之间采用刚接连接。为确保型钢梁、柱之间连接焊缝质量，将与型钢柱相连的一段型钢梁(钢梁约1m长)在TV与钢柱相连，即采用TV焊接。其余部分型钢梁与该段梁在工地拼接，拼接时型钢梁翼缘板之间采用全熔透对接焊缝连接，腹板之间采用高强度螺栓连接。当有钢筋混凝土次梁支承与型钢梁上时，在型钢梁腹板的两侧设置加劲肋以加强集中力的传递，且该处的箍筋加密(见图6)。

4.4型钢混凝土托柱梁节点

由于建筑设计有局部出屋面楼梯间，故结构构件局部存在型钢混凝土梁柱转换。转换梁型钢的顶面沿梁全长设置抗剪栓钉，且转换梁中型钢与上部柱相对位置设置横向加劲肋。柱钢筋穿过型钢梁翼缘板时，在穿孔位置焊接钢板进行补强(见图7)。

5　型钢混凝土的施工要求

5.1型钢混凝土框架结构施工顺序

型钢混凝土的加工、制作――型钢构件进场一柱钢筋的制作，并将箍筋套装在型钢柱上――型钢柱的安装，架设柱纵筋、箍筋等――型钢梁的安装――柱纵筋、箍筋的定位、绑扎及焊接――梁纵筋的绑扎、连接或焊接――梁箍筋的定位、绑扎和安装梁、柱节点部位的梁纵筋、箍筋的绑扎――主次梁处钢筋的绑扎一柱、梁、板模板的安装、铺设――板钢筋的绑扎――砼浇筑

5.2型钢混凝土的浇筑

梁混凝土浇筑时，在工字钢梁的下翼缘板以下从钢梁一侧下料，用振捣器在工字钢梁一侧振捣，将混凝土从钢梁底挤向另一侧，待混凝土高度超过钢梁下翼缘板100mm以上时，改为两人两侧同时对称下料，对称振捣；待浇至上翼缘板100mm时再从梁跨中开始下料浇筑，从梁的中部开始振捣，逐渐向两端延伸至上翼缘板下的全部气泡从钢梁梁端及梁柱节点位置穿钢筋的孔中排出为止。

6　结语

6.1大跨度结构采用型钢混凝土梁、柱可有效减小构件尺寸、提高结构抗震性能，更好的满足建筑功能要求。

6.2地下室采用一般混凝土结构，地下室顶板为上部结构嵌固层。型钢混凝土柱伸入基础，采用埋入式柱脚，结构更为安全可靠。

6.3型钢混凝土构件节点施工复杂、用料较多。对施工单位的要求较高。

参考文献：

[1]型钢混凝土组合结构技术规程.

[2]钢骨混凝土结构技术规程.

[3]型钢混凝土组合结构构造.

[4]刘维亚.钢与混凝土组合结构理论与实践.中国建筑工业出版社，2008年.