鋼筋砼柱--人字形鋼梁結構設計中存在問題的討論

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一.問題的提出
門式剛架輕型房屋結構用于大跨度的單層工業(yè)廠房，其優(yōu)越性越來越被業(yè)主接受，跨度也越做越大，30米以上跨度已屢見不鮮。然而由于鋼材市場的價格波動，鋼柱的用鋼量大于鋼梁的用鋼梁，加上防火涂料價格的昂貴，不少業(yè)主提出采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土柱，H鋼梁的結構形式，實際上，這已給設計人員提出了一種新的結構體系，由于目前現(xiàn)有的國家規(guī)范、規(guī)程沒有針對這種結構進行專門的規(guī)定，譬如受力分析、變形限值等等，加上一些設計人員將其與門式剛架結構混淆，從而使設計導入誤區(qū)，留下安全隱患，造成了較嚴重的后果，諸如鋼梁撓度大大超過限值要求，甚至脫落砸傷人，因此有必要對這種結構體系有一個明確的描述，對它的受力特點有一個明確的認識，才能使設計做到合理，防患于未然。
二.       結構體系的描述
2.1  上述的結構形式如果Rc柱頂與H人字形鋼梁剛接，仍可定性為門式剛架體系，參照門式剛架的受力特點進行計算和設計。然而由于其柱頂與鋼梁的結合上由兩種完全不同的材料組成，其傳力是否可靠，至關重要，鋼梁為彈性材料，Rc柱為彈塑性材料，Rc柱頂混凝土節(jié)點區(qū)作為剛性節(jié)點，受力十分復雜，因此柱頂節(jié)點的構造也較為復雜，這就給設計和施工造成了一定的難度，也增加了造價。實際上該類節(jié)點要做到完全剛性節(jié)點，也難以做到，設計時仍應適當提高鋼梁跨中的彎矩系數(shù)。
2.2  上述的結構形式，如果Rc柱頂與H人字形剛梁鉸接，則不能定性為門式剛架體系，從其受力特點來分析，對H鋼人字形鋼梁應定性為兩鉸折線拱，應按照拱的受力特點進行計算和設計，拱腳提供的反力應能阻止拱的位移變形，在小跨度的情況下（一般為跨度18米及18米以下），拱腳提供的反力取決于Rc柱的抗推力（側位移剛度），在大跨度的情況下（一般為跨度18米以上），則應設置拉桿或在梁、柱間采用剛接節(jié)點。對Rc柱而言，應定性為跨變結構排架柱，按跨變排架進行受力分析和設計。
2.3  上述結構形式，如果H人字形鋼梁接近于平拱或做成平拱，Rc柱頂仍與鋼梁鉸接，則結構體系演變?yōu)榕偶芙Y構體系（無跨變排架），可按排架進行受力分析和設計。
三. 結構計算應考慮的問題：
對于上述的雙鉸折線拱H鋼屋梁和跨變Rc排架柱的結構體系，若未設置拉桿，其計算較為繁瑣，如果未予以認真對待或認識不清，僅采用通常平面桿系計算軟件電算了事，不管其跨度多大都一樣，則是一種不負責任的做法，也給結構留下安全隱患。實際上，目前通用的平面桿系計算軟件是基于兩個基本假設的基礎上進行受力分析的，其一是平截面假設，即結構受力后桿件的截面保持不變，其二是桿件與桿件之間的夾角不變，即結構受力后梁，柱之間或折梁之間的夾角不變。這種假設對門式剛架而言，是符合其計算簡圖的，但這種假設對本文所針對的結構則不適用，也不符合實際受力的計算簡圖，首先人字型鋼梁由于拱腳推力較大（跨度越大，推力就越大），如果拱腳不設置拉桿或柱的抗推力（側向剛度）不足，將產(chǎn)生較大水平位移，勢必造成鋼梁屋脊處夾角的改變，即桿件與桿件之間夾角的改變，不符合計算軟件的基本假設，其次由于拱腳水平位移的加大，給Rc柱增加了附加彎矩，即存在二階效應問題，而軟件計算又未考慮二階效應，再者由于懸索效應，屋面鋼梁內(nèi)力將急劇增加，柱頂?shù)募袅σ布眲≡黾樱催^來又造成更不利的情況，這些都是目前計算軟件沒有考慮和解決的問題，因此電算的結果將產(chǎn)生較大的誤差，直接用電算結果進行設計顯然是不合理和錯誤的，勢必留下安全隱患，要解決這個問題，首先應解決好計算問題。