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高楼工程实例:型钢混凝土结构的性能与特点

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:型钢混凝土结构的动力性能更接近于钢筋混凝土结构,因此计算型钢混凝土结构楼房的风振响应或地震反应时,结构的阻尼比可取0.04。日本阪神地震时,楼房下部采用型钢混凝土、上部采用钢筋混凝土的框架柱,在其刚度和强度突变处,常发生较严重的破坏。

高楼工程实例:型钢混凝土结构的性能与特点

1.构件工作特性

试验表明,当钢骨翼缘位于截面受压区,且配置一定数量的钢筋和箍筋,钢骨与外包混凝土能够较好地共同工作,截面应变分布基本上符合平截面假定。

试验还表明,除了需要设置足够箍筋,以约束混凝土,增强钢骨与混凝土之间的粘结力外,在柱脚、结构类型转换层等传递较大内力的部位,还应在钢骨翼缘外侧设置栓钉,以防止构件受力时钢骨与混凝土之间产生相对滑移。

型钢混凝土结构的动力性能更接近于钢筋混凝土结构,因此计算型钢混凝土结构楼房的风振响应或地震反应时,结构的阻尼比可取0.04。

2.抗震性能

日本1923年东京大地震,大量钢筋混凝土建筑严重破坏和倒塌;而高约30m的日本兴业银行,由于采用了型钢混凝土结构,几乎没有任何损坏。

日本1995年阪神7.2级地震,采用实腹式钢骨的型钢混凝土结构,表现出良好的抗震性能;但是,采用由4根角钢和缀板组成的格构式钢骨,其构件的破坏程度远比采用实腹式钢骨的构件破坏程度严重得多。

日本阪神地震时,楼房下部采用型钢混凝土、上部采用钢筋混凝土的框架柱,在其刚度和强度突变处,常发生较严重的破坏。因此,JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》第4.1.1条规定:对各类结构体系的框架柱,当房屋的抗震设防烈度为9度且构件抗震等级为一级时,应全部采用型钢混凝土结构。

3.型钢混凝土结构的特点

(1)截面尺寸小——钢筋混凝土柱受到配筋率限值的制约,提高承载力的惟一途径是加大截面尺寸;而型钢混凝土柱可以不受含钢率的限制,承载力相同的情况下,构件截面面积可以减小一半。

(2)构件延性好——由于柱内型钢的作用,型钢混凝土柱的延性远高于钢筋混凝土柱。1995年日本阪神地震,与钢筋混凝土结构高楼的破坏率高、破坏程度严重形成对照的是,采用型钢混凝土结构的高楼,破坏程度轻微。

(3)耐火度高——型钢芯柱有较厚的混凝土保护层,因而其耐火度和防腐蚀性均高于钢结构

(4)兼作模板支架——型钢混凝土结构中的型钢,在混凝土尚未浇灌之前即已形成钢构架,已具有相当大的承载力,可用作其上若干层楼板平行施工的模板支架和操作平台,因而施工速度仅稍慢于全钢结构。

(5)与钢结构相比较,型钢混凝土结构具有下列优点:(www.xing528.com)

1)型钢混凝土构件的外包混凝土,可以阻止其中型钢的局部屈曲,并能显著改善型钢的出平面扭转屈曲性能,使钢骨的钢材强度得以充分发挥。

2)节约钢材50%以上。

3)具有更大的抗推刚度和阻尼比(约为0.04),有利于控制风或地震作用下高楼结构的侧向变形和风振加速度

4)外包钢筋混凝土提高了结构的耐久性和耐火性,并节省了钢构件的防火涂料

(6)与钢筋混凝土结构相比较,型钢混凝土结构具有下列优点:

1)构件的受压、受剪和压弯承载力大幅度提高。

2)构件截面面积约减少50%。

3)框架梁-柱节点的抗震性能得到显著改善。

4)低周往复荷载下的构件滞回特性、耗能容量,以及构件的延性,均有较大幅度的提高。

5)可以利用构件中的钢骨承担施工阶段荷载,并可将构件模板悬挂在钢骨上,实现几个楼层同时进行浇灌混凝土等作业,加快施工进度。

6)有利于地下室结构的逆作业法施工,从而加快整个高楼结构的施工速度。

(7)型钢混凝土结构的缺点是型钢混凝土构件既要求进行钢构件的制作和安装,又要求支模板、绑扎钢筋和浇筑混凝土,施工工序增多。

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