型鋼柱設(shè)計優(yōu)化淺析_工程管理

1、型鋼柱設(shè)計優(yōu)化淺析論述設(shè)計中對于型鋼柱的使用，型鋼柱的優(yōu)點，為了降低施工難度，用兩個或者以上的小截面型鋼代換大面積的型鋼，優(yōu)化及簡化型鋼柱與水平構(gòu)件的連接。隨著我國經(jīng)濟的不斷進(jìn)展，超高層建筑的不斷消失，對于結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。一般的混凝土構(gòu)件越來越難以滿意不斷提高的建筑和使用要求。而型鋼柱和型鋼梁可以在有限的截面面積中配置更多的鋼材，通過合理配置鋼材，可以使在同樣的構(gòu)件截面條件下，構(gòu)件的變形力量更強，抗震性能更好，所以型鋼柱和型鋼梁在許多大跨度、高層及超高層項目中的應(yīng)用越來越廣泛。在許多超高層結(jié)構(gòu)中，由于高度達(dá)到兩百米以上或者更高，導(dǎo)致在建筑底部有兩種狀況消失：第一：風(fēng)荷載成為掌握整體參數(shù)及

2、各構(gòu)件設(shè)計的打算性要素。在風(fēng)荷載作用下，作為豎向承重構(gòu)件的柱底通常會消失拉力，一般的混凝土柱僅依靠混凝土及鋼筋本身的抗拉強度難以滿意。其次，柱到了底層的時候，所承受的豎向荷載特別大。而依據(jù)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第6.1.11條中規(guī)定的軸壓比的計算公式為N/(fcAc+faAa)，由此可見，在軸壓比相同的狀況下，由于faAa的值較大，相同截面的柱由于布置型鋼后，承載力量也增加許多。所以，在 這種狀況下，設(shè)計中會優(yōu)先考慮型鋼柱。作為特別重要的承重構(gòu)件，型鋼柱自身的設(shè)計、構(gòu)造及型鋼柱與水平構(gòu)件的連接也是特別重要的。對此，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程也有特別明確的要求。第6.2.3條中說明型鋼混凝土

3、框架柱中受力型鋼的含鋼率不宜小于4%。第9.1.3及9.1.4條規(guī)定，柱內(nèi)型鋼宜采納貫穿型，柱內(nèi)型鋼的拼接構(gòu)造應(yīng)滿意鋼結(jié)構(gòu)的連接要求。型鋼柱沿高度方向，在對應(yīng)于型鋼梁的上、下翼緣處或鋼筋混凝土梁的上下邊緣處，應(yīng)設(shè)置水平加勁肋，加勁肋型式宜便于混凝土澆筑，水平加勁肋應(yīng)與梁端型鋼翼緣等厚，且厚度不宜小于12mm。型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁或型鋼混凝土梁的梁柱節(jié)點應(yīng)采納剛性連接，梁的縱向鋼筋應(yīng)伸入柱節(jié)點，且應(yīng)滿意鋼筋錨固要求，設(shè)計中柱內(nèi)型鋼的截面型式和縱向鋼筋的配置，宜便于梁縱向鋼筋的貫穿。而當(dāng)梁鋼筋必需要在型鋼腹板上穿過時，必需要預(yù)留貫穿孔，同時型鋼腹板截面損失率宜小于腹板面積25%。這些要求，最

4、直接的結(jié)果是導(dǎo)致施工的難度增大及造價的增加。對于型鋼柱來說，柱截面越大，則構(gòu)造所需要型鋼的面積越大。我們在設(shè)計時，假如型鋼的數(shù)量還是只取一個的話，為了滿意型鋼所需要的面積，要么增加型鋼的厚度，要么增加型鋼的長度。增加型鋼的厚度，會帶來在腹板穿孔的難度。而增加型鋼的長度，則代表水平構(gòu)件中鋼筋穿腹板的根數(shù)要增加，這兩種方法無疑既增加施工周期又增加施工難度且不經(jīng)濟。所以，當(dāng)柱截面很大，例如單邊長度超過2000mm以上，我們可以考慮改為在柱內(nèi)設(shè)置兩個型鋼，對型鋼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。這樣既可以減小腹板的厚度，降低構(gòu)件施工難度，水平構(gòu)件的鋼筋也可以在兩個型鋼間穿過，削減在型鋼腹板上穿孔的數(shù)量。同時，還能減輕單個

5、型鋼自重，利于施工。PKPM在柱截面類型設(shè)置中，充分考慮了型鋼的可能種類及樣式，但是這些參數(shù)的設(shè)置只適用于柱內(nèi)布置單一型鋼，假如需要布置兩個的話，這些參數(shù)明顯就不適用了。這種狀況下，以十字型型鋼為例，我們可以先通過PKPM軟件設(shè)計出單一的，滿意設(shè)計要求的型鋼，然后再通過以下方法，把它再代換成我們所需要的兩個小型鋼。一個型鋼代換成兩個小型鋼，首先必需遵守以下三個原則：第一，代換后的型鋼總面積必需不小于代換前的面積。其次X、Y方向 的型鋼面積必需分別滿意代換前的面積。第三，代換后的X、Y方向慣性矩Ix及Iy必需分別不小于代換前的X、Y方向慣性矩。前兩個原則，我們可以通過Excel自制表格來完成，這

6、不簡單。但是如何才能快速便捷地驗算代換后的慣性矩是否滿意呢?這點，可以通過繪圖軟件AutoCAD來完成。詳細(xì)步驟如下：1.我們先在繪圖窗口中1：1繪出我們設(shè)計所需要的型剛外形，確保沒有多余的線段。2.輸入Region命令，選取型鋼的全部外輪廓，會得到一個實體。我們稱之為A。3.輸入UCS命令后，再輸入C，將鼠標(biāo)移至“A”的中心處，讓坐標(biāo)系的0，0點與實體A的中心點重合。4.輸入massprop，點取實體A，就能查到實體A的慣性矩(留意此時Centroid中的XY值應(yīng)為0)5.我們通過Excel表格，可以先試算出兩個代換的型鋼面積。在繪圖窗口里把這兩個型鋼的外形及在柱內(nèi)的相對位置都精確地1：1 表達(dá)出來。我們分別稱之為B和C。6.分別重復(fù)第2步，會分別得到兩個實體。我們分別稱之為B和C 。7.在AutoCAD的工具欄內(nèi)找到Modify點擊會消失下拉式菜單，在菜單內(nèi)找到Boolean中的Subtract命令。輸入Subtract命令，先選擇得到的第一個實體B空格選擇其次個實體C，然后回車，這時兩個實體會成為一個實體，我們稱之為D。8.重復(fù)第3步及第4步，就可以得到新實體D的慣性矩。通過比較這個值與第4步得出的值，就可以推斷我們代換后的型鋼是否能滿意之前的設(shè)計要求了。本文論述的方法雖然適用于工型，十字型等截面類型，但詳細(xì)的設(shè)