混凝土柱钢梁结构体系——工业建筑应用中的探讨

混凝土柱钢梁结构体系

——工业建筑应用中的探讨 谷志华

（河南省城市规划设计研究总院有限公司）

摘 要 钢结构建筑以其跨度较大，良好的塑性和韧性，便于机械化制造，安装方便

施工期限短，可以尽快发挥投资的经济效益的特点使得钢结构建筑在我国工业领域有着举足轻重的地位。但是钢结构建筑也有它自身的弱点：耐火性差和耐腐蚀性较差。相比之下这些弱点恰恰是钢筋混凝土结构的优点。门式刚架轻型房屋结构用于大跨度的单层工业厂房， 其优越性越来越明显， 跨度也越做越大。然而由于钢材市场的价格波动， 钢柱的用钢量大于钢梁的用钢量， 加上防火涂料价格的昂贵， 建筑功能的需要， 产生了钢筋混凝土柱焊接工字钢梁的结构形式， 这就是混凝土柱钢梁。

关键词 荷载 混凝土柱钢梁 结构体系

1 结构体系

结构计算设计假定混凝土柱与钢梁有两种连接形式，刚接和铰接，如果混凝土柱顶与钢梁刚接，仍可定性为门式刚架体系，参照门式刚架的受力特点进行计算和设计。如果混凝土柱顶与型刚梁铰接，则不能定性为门式刚架体系，从其受力特点来分析，应定性为两铰折线拱，应按照拱的受力特点进行计算和设计。

由于其柱顶与钢梁的结合上由两种完全不同的材料组成，钢梁为弹性材料，混凝土柱为弹塑性材料，如果混凝土柱顶混凝土节点区作为刚性节点，受力十分复杂，但是一般的混凝土柱和钢梁的螺栓连接只能认为是铰接，因此柱顶节点的构造也较为复杂，这就给设计和施工造成了一定的难度。实际上该类节点要做到完全刚性节点也难以做到，只能通过构造措施加强。

如果混凝土柱和钢梁采用一般的预埋螺栓连接，则混凝土柱顶与型钢梁铰接，则不能定性为门式刚架体系，应为两铰折线拱，应按照拱的受力特点进行计算和设计。拱脚反力对混凝土柱有一水平推力，跨度越大，推力就越大。为了减少水平推力，应在钢梁下设置拉杆或在梁、柱间采用刚接节点。如果钢梁接近于平拱或做成平拱，混凝土柱顶仍与钢梁铰接，则结构体系演变为排架结构体系，可按排架进行受力分析和设计。

（1）实际工程中将梁柱铰接处理

当坡度较大时，如果混凝土柱顶与钢梁采用铰接结构体系，可在钢梁下设置拉杆，拉杆可采用角，形钢或φ25以上的钢筋，使钢梁简化为钢屋架。二、当屋面坡度较小时（通常可采用1/20～1/25）成平拱或接*拱，受力分析可按排架进行，钢梁采用门式刚架柱顶铰接设计，柱按照排架柱设计。必须指出的是普通的排架主要承受水平力，而这种结构主要承受的垂直力，包括风吸力，挠度应控制在l/400，因此这种结构的钢梁用钢量是较大的，但是施工相对简单，实际工程中通常采用。

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万方数据土木建筑学术文库 第15卷 2011年 （2）实际工程中将梁柱钢接处理

如果将混凝土柱顶与钢梁设计成刚接结构体系，一是参照钢柱外包式柱脚的做法，在混凝土柱顶增加短钢柱并埋入混凝土柱顶，短钢柱与钢梁刚接，节点构造和计算按外包式柱脚的有关规定。二是参照网架支座预埋件的做法，但加以改进做成刚接节点，即将钢梁支座底板与支座预埋件钢板周边电焊，并在支座底上开几个圆孔塞焊，使支座底板与预埋件钢板融成一体，预埋件按弯、拉、剪受力的有关规定计算，并满足构造要求，这种结构的钢梁用钢量相对较小，但是节点构造麻烦，不易保证，对施工要求高，实际工程中很少采用。

2 支撑和刚性系杆的布置

（1）屋面支撑和刚性系干的布置可按常规的门式刚架布置

①在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。 ②端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30~45m，有吊车时不宜大于60m。

③当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。 ④在刚架的转折处（边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶）应沿房屋全长设置刚性系杆。 ⑤刚性系杆可由檩条兼做，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求，当不满足时可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。

（2）柱间支撑的布置

①由于混凝土柱钢梁结构体系的外维护墙体采用的是砖墙（或混凝土气块），还有檐口高度相对较高，通常窗户会沿高度分割，故一般在柱顶和窗户分割处设纵向框架梁，故柱间支撑可由框架梁代替。

②当跨度为两跨及两跨以上时，可根据建筑高度及柱距，在中间柱列设置纵向框架梁，必要时可设置两层，以纵向框架梁代替柱间支撑。对应屋面支撑的柱距间的纵向框架梁一定要设，以保证该跨为结构不变体系，来抵抗纵向水平力。

3 屋面体系

屋面体系的设计基本同常规的门式刚架相同，但值得一提的是，建筑两端的钢梁可否用混凝土梁代替，目前还具有争议，因为钢结构和混凝土结构的变形差异较大，如果处理不当，将可能会引起工程质量问题。但本人认为，端部钢梁用混凝土梁代替也未尝不可，因为端部通常设置抗风柱，柱距不大，设置混凝土梁相对经济，再者虽然刚梁变形相对较大，即使中间钢梁有变形，但檩条和屋面亚型钢板都是弹性材料，并且檩条到端不一般均按铰接点处理，这样由中梁引起的变形，沿檩条的线变形至另一端也不会产生过大的内力，可根据钢梁计算的饶度值，适当降低端部混凝土梁的梁顶标高，以减少变形引起的内力。

由于对上述结构体系的受力分析和计算，目前研究的还不够，对较大跨度的应谨慎采用，采用时应注意使用条件和构造加强措施。

参考文献

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谷志华

河南省城市规划设计研究总院有限公司

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ACADEMIC PAPERS ON ARCHITECTURE AND CIVIL ENGINEERING2011,15(1)

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