钢筋混凝土柱型钢梁结构体系设计的要点

钢筋混凝土柱型钢梁结构体系设计的要点

张华海

福斯特惠勒（河北）工程设计有限公司河北石家庄市050000

摘要：门式刚架自身具备较多优点从而得到广泛应用，同时其也存在一定缺点，例如防火、防腐蚀花费过高等。因此于实际应用阶段，会对各类不同因素进行综合考量，以选取不同的结构形式，实现最优的经济效益。本文对钢筋混凝土柱型钢梁结构体系做出介绍，不过鉴于目前国家还未明确制定有关的设计规范，业界并未对此结构形式达成一致认识。文章基于设计角度，对该结构形式于构造以及计算等方面的有关问题展开分析探讨，希望对有关人员提供帮助与借鉴。

关键词：钢筋混凝土柱；钢梁；结构体系

前言：近些年，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》得以制定出台，门式钢架结构于我国获得广泛应用。此种结构形式有关构构件寸相对较小、自重较轻，能够于工厂进行批量制造并于现场进行安装，有效缩减工期；且此种结构形式具备外观简单、造价较低、维护便捷等优势特点，逐渐被业界所认可接受，市场需求逐渐提高。不过鉴于铁矿石成本价格提升知识刚才市场价格出现波动，柱位置所需钢量远超过梁位置所需钢量，且混凝土具有良好的耐火等级与耐腐蚀性能，大多数业界人士提倡选用混凝土柱取代钢柱，从而有效节约成本。由此，钢筋混凝土柱型钢梁结构形式得以出现，不过目前国家明确还未制定有关规范、标准进行指导设计，因此部分设计人员对此结构较为陌生，对此种结构的特殊性认识模糊，依然遵循门式刚架结构进行设计，使结构存有安全隐患。

一、钢筋混凝土柱型钢梁结构简介

将门式钢架结构存在的钢柱替换成钢筋混凝土柱，就成为该结构。此种结构形式选取混凝土柱以及钢梁进行主要承重结构，屋顶选取轻钢结构作为屋盖，墙面维护结构选取压型钢板。

此种结构形式为钢筋混凝土结构形式的一种，柱子主要是压弯构件，选取钢筋混凝土柱，运用混凝土良好的受压性能以及耐火耐腐蚀性能，从而节约刚才有效减少成本；且钢筋混凝土构件具有较强刚度，使机构的稳定性得到保障。梁主要为受弯构件，选取钢梁，运用钢材较高的强度，同时钢结构构件自重较轻、施工便捷，从而使的结构自重有效减少，并使构件界面尺寸得以减小，使房屋刚度得以有效降低，使空间使用效率得到提升。梁柱选取两种不同种类的材料，能够发挥不同材料相应的优势特点，对于选材而言具有一定的经济合理性[1]。

二、结构形式的明确

（一）钢筋混凝土柱型钢梁混合门式刚架结构

在对结构的计算简图进行明确时，若设计人员将节点设计成刚接形式，则能够将此种结构定义为门式钢架接体系，鉴于此可按照门式钢架有关规范标准进行设计与计算。不过由于混凝土柱以及钢梁是由不同材料所组成，钢材主要为弹性材料，混凝土主要为弹塑性材料，混凝土柱定位置混凝土节点区域通常为刚性节点，此节点传力的可靠性还需采取进一步分析研究。

（二）钢筋混凝土柱型钢梁混合排架结构

若设计人员将节点设计成铰接形式，则无法定义为门式钢架结构，通常称作混合排架结构。由于钢梁位置处于混凝土柱顶，荷载对其作用时混凝土柱顶部会出现相应的水平力，分析受力特点，鉴于采用铰接形式，将一端的混凝土柱顶定义约束为“约束水平方向相对位移差”，从而使钢梁能够具有相应水平位移，避免柱顶位置承受较大的水平力作用。关于混凝土柱，可看成悬臂构件，根据悬臂柱做出受力分析以及设计，还需对柱顶水平力的影响加以分析考虑[2]。

（三）钢筋混凝土柱型钢梁排架结构

若将钢梁水平放置与混凝土柱顶，节点设计成铰接形式，混凝土柱顶位置水平力则消失，进而能够定义成横梁刚度为有限大的排架结构，根据排架结构做出分析与计算。并对屋面排水加以考虑，将钢梁根据排水坡度设计成变截面简支梁，达到建筑排水设计要求，满足简支梁弯矩变化的具体规律。不过若跨度相对过大，钢梁界面高度通常较大，则缺乏经济、合理特点，因此，跨度相对较小的钢梁适宜选用此种设计形式[3]。

三、设计要点

（一）荷载取值

针对屋面荷载问题，鉴于屋面选取轻型钢结构屋面，可根据《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》进行具体取值。

针对风荷载问题，鉴于《建筑结构荷载规范》以及门式刚架相关规范对于风荷载的取值存在一定的差异：建筑结构相关规范对柱的风荷载而言，体型系数相对过大，而门式刚架相关规范对于钢梁风荷载而言，体型系数过大，鉴于此，处于安全因素的考虑，屋面风荷载应更具门式钢架相关规范进行具体取值，混凝土柱的规划设计则根据建筑相关规范选择风荷载[4]。

（二）钢梁挠度限值

针对钢梁挠度限值而言，门式钢架相关规范对钢架斜梁的规定挠度限值为L/180，鉴于柱顶侧移的作用，若跨度相对较小且选取彩钢瓦形式的轻钢屋面，限值可以取值为规范对钢架斜梁的规定挠度限制L/180；若跨度较大，屋面自重增加，则需对钢梁挠度采取有效控制，避免对正常使用造成影响，结合建筑结构相关规范对受弯构件具体挠度限值的明确规定，通常选取挠度值介于L/180~L/250。

（三）限制柱顶相对位移

对于混凝土柱顶相对位移而言，对柱顶水平力能够使钢梁截面弯矩得到降低、使钢梁承载得到增强加以充分考虑，柱顶相对位移使的柱顶水平力降低，使屋脊竖向位移相对增大，鉴于此务必对柱顶相对位置采取限制。不过规范并未对单层厂房形式的混凝土排架结构柱顶位置的弹性位移进行具体明确规定，考虑到柱顶位置侧移与混凝土柱具备的抗侧刚度有关，因此在相对较为合理且经济的情况下，通常选用截面相对较大的柱子，提高柱子具备的抗侧刚度从而降低柱顶相对位移[5]。

四、构造要点

（一）温度伸缩缝设置

针对温度伸缩缝的设置问题，混凝土结构以及门式钢架存在差异，对于现浇混凝土框架结构的伸缩缝而言，沿纵向极值为55m，而对于门式钢架的伸缩缝，沿纵向极值为300m，横向极值为150m。沿纵向应根据混凝土结构特点，对横向伸缩缝进行设置时，能够选取设置双柱的形式，据此钢梁对应增加一榀，即伸缩缝的设置使得两侧结构之间相互断开，构造以及施工相对较为简单；沿横向当房屋宽度大于150m，建筑中不便于设置纵向伸缩缝时，需对温度应力的影响加以仔细考虑。

（二）柱间支撑设置

针对柱间支撑的设计与设置，鉴于柱间支撑主要是提高厂房稳定性以及纵向刚度，并对纵向荷载进行有效传递，因此，与柱子高度相对较小时，纵向设置为混凝土框架结构，则可不考虑柱间支撑的设置；若柱子相对过高，应于柱子中间部位加设纵向混凝土连续梁，提高柱子纵向刚度。针对可以运用吊车的结构，与牛腿表高处可以加设纵向混凝土连续梁[6]。

结论：综上所述，由门式刚架结构形式衍生得出的钢筋混凝土柱型钢梁结构体系，具有钢筋混凝土结构体系以及钢结构体系的优势特点，获得业界广泛认可，不过目前依然没有相关的设计标准与规范，本文针对计算以及构造等方面问题进行分析，希望对行业有关人员提供借鉴帮助，使有关设计可以科学合理。

参考文献：

[1]薛璐.钢筋混凝土柱与钢梁连接节点设计[J].山西建筑,2017,43(34):33-34.

[2]王瑞强,石晓靓,崔文一.钢筋混凝土柱—折线型钢梁体系节点受力分析[J].山西建筑,2017,43(31):39-41.

[3]赵士永,石磊,王海龙.钢筋混凝土柱-钢梁组合节点研究现状及展望[J].华北地震科学,2017,35(S1):1-5.

[4]熊礼全,王培培,郭正超,王海龙,管润润.钢筋混凝土柱-钢梁组合节点抗剪承载力分析[J].建筑结构,2016,46(13):80-85.

[5]熊礼全,毛海涛,付亚男,王海龙,郭正超.钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合节点的有限元研究[J].结构工程师,2016,32(03):22-29.

[6]宋惠峰,张义保,潘志宏,周智彬.钢筋混凝土柱-钢梁组合结构边节点地震损伤模型研究[J].建筑结构,2016,46(06):55-60.