殷朋
摘要:現(xiàn)今時(shí)代,我國建筑結(jié)構(gòu)形式越來越新穎,功能越來越全面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和預(yù)裝裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無論從結(jié)構(gòu)體系、基本模數(shù)的確定、平面的定位方式、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想等方面都存在著很大的區(qū)別,鋼結(jié)構(gòu)是天然的裝配式結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)、圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)和內(nèi)裝系統(tǒng)做到和諧統(tǒng)一才能為裝配式鋼結(jié)構(gòu)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求和理念在社會(huì)各行業(yè)中的應(yīng)用體現(xiàn)出其建筑工業(yè)化的優(yōu)勢,裝配式鋼結(jié)構(gòu)在社會(huì)各領(lǐng)域中得到廣泛性的應(yīng)用,并逐漸在市場經(jīng)濟(jì)體制下顯露出及其重要的社會(huì)價(jià)值。
關(guān)鍵詞:裝配式;鋼結(jié)構(gòu);住宅體系
我國正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型時(shí)期,在這一階段,國家綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提升,這推動(dòng)了信息化網(wǎng)絡(luò)社會(huì)的發(fā)展。通過對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的深化設(shè)計(jì),有利于推動(dòng)社會(huì)整個(gè)建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展,以滿足人們的多元化生活需求。
一、裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅優(yōu)勢
(一)重量輕、抗震效果好
在鋼結(jié)構(gòu)中常用的鋼構(gòu)件有薄壁鋼管和熱軋型鋼,截面形式受力合理,在慣性矩相同時(shí)其重量較輕,既能夠滿足強(qiáng)度要求又可以減少結(jié)構(gòu)自重,因此適合用作裝配式鋼結(jié)構(gòu)的主要承重部件。另外,裝配式建筑中的外墻、隔墻、樓面板都可以采用質(zhì)量較輕的建筑材料,荷載較小,減少對主要承重構(gòu)件的影響。此外,裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、塑性和韌性好的特點(diǎn),大大地提高了建筑的安全性、穩(wěn)定性和可靠性,增強(qiáng)建筑的抗震性能。
(二)綜合效益較好
由于裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建筑構(gòu)件承載能力強(qiáng)、截面面積較小,節(jié)約了大量的鋼材和混凝土,并且可以降低建筑工程基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用。此外,裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的鋼構(gòu)件和混凝土預(yù)制構(gòu)件都可以在工廠預(yù)先加工完成,在很大程度上加快了施工進(jìn)度,節(jié)約了時(shí)間成本,構(gòu)件的質(zhì)量也可以得到保證,減少了施工過程中由于構(gòu)件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成的返工費(fèi)用,所以裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有較好的綜合效益。
二、裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工常見問題
(一)裂縫問題
①焊件材質(zhì)中含碳量較高,導(dǎo)致了材料本身的剛度不能滿足建設(shè)需求,導(dǎo)致焊接中出現(xiàn)了開裂的問題;②施工人員在進(jìn)行施工操作中,操作方法不規(guī)范,造成了裂縫問題;③施工中使用的焊條質(zhì)量沒有達(dá)到低層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工建設(shè)的要求,從而導(dǎo)致了焊接過程中明顯的裂縫問題;④施工人員在操作中,隨意增加焊肉,導(dǎo)致了應(yīng)力集中作用下焊肉過量變形問題,進(jìn)而引發(fā)裂縫問題;⑤施工建設(shè)中,工作人員組隊(duì)焊接期間,也比較容易產(chǎn)生焊接裂縫問題。這一問題的產(chǎn)生,主要是組隊(duì)焊接時(shí),出現(xiàn)了位置不平衡的問題,焊件的應(yīng)力釋放導(dǎo)致了開裂和變形等問題。
(二)側(cè)彎問題
①施工中,工作人員沒有搭設(shè)相應(yīng)的建設(shè)輔助平臺,導(dǎo)致了基準(zhǔn)面產(chǎn)生側(cè)彎的現(xiàn)象,進(jìn)而造成了焊接施工之后產(chǎn)生了嚴(yán)重的彎曲問題;②施工建設(shè)中,如果材料的運(yùn)輸?shù)攸c(diǎn)、材料的起吊地點(diǎn)、材料堆放位置不合理,均容易導(dǎo)致材料的管理不到位,會(huì)產(chǎn)生彎曲問題;③因?yàn)闃?gòu)件的組裝中可能存在著間隙不均勻的問題,導(dǎo)致了焊接施工中,會(huì)有一側(cè)出現(xiàn)嚴(yán)重變形問題;④施工建設(shè)中,如果構(gòu)件的拼裝中能夠采用了強(qiáng)行焊接的方法,則構(gòu)件在焊接后還會(huì)留有參與應(yīng)力,引發(fā)構(gòu)件側(cè)彎問題。
三、裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系優(yōu)化策略
(一)梁柱及節(jié)點(diǎn)優(yōu)化
1、柱
柱截面綜合考慮使用功能、防火性能、經(jīng)濟(jì)性后,采用矩形管內(nèi)灌混凝土柱,這種做法能夠充分發(fā)揮鋼材的抗拉以及混凝土的抗壓性能,六層住宅經(jīng)試算后柱截面為200×8方鋼管,內(nèi)灌C35混凝土,鋼柱的尺寸和墻面的厚度正好吻合,避免了框架結(jié)構(gòu)室內(nèi)突柱的問題,增大了室內(nèi)的使用面積,且內(nèi)灌混凝土后鋼柱的防火性能得到提高,鋼柱空腔隔音問題得到解決。
2、梁
鋼梁采用熱軋H型鋼,梁腹板局部開孔。對于鋼梁腹板開孔的位置應(yīng)避開受力的高峰區(qū),將塑性鉸的位置向內(nèi)偏移,防止連接節(jié)點(diǎn)的梁根部出現(xiàn)脆性破壞,而達(dá)到延性設(shè)計(jì)的目的。
3、半剛性梁柱節(jié)點(diǎn)
半剛性節(jié)點(diǎn)尚具有以下優(yōu)點(diǎn):不存在焊接處的三向應(yīng)力區(qū),可以緩和節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中;采用半剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,相對于基于完全剛性或鉸接的分析而言,則更接近于結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)。合理設(shè)置的半剛性節(jié)點(diǎn)在承載力下降不多的情況下,能夠最大限度地增大延性,在地震荷載作用時(shí),節(jié)點(diǎn)部位能量耗散作用可降低位移反應(yīng)。取消了梁柱節(jié)點(diǎn)的橫隔板,采用外套筒的形式加強(qiáng)節(jié)點(diǎn),并在鋼梁腹板處開孔,使節(jié)點(diǎn)塑性鉸外移,達(dá)到強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的要求。對于加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的套筒有如下要求:套筒的壁厚應(yīng)大于鋼管柱壁厚與梁翼緣板厚較大值的1.2倍;套筒的高度應(yīng)高出梁上、下翼緣外60mm~100mm;除套筒上、下端與柱焊接外,還應(yīng)在梁翼緣上下附近對套筒進(jìn)行塞焊,塞孔直徑不宜小于20mm。對于閉口截面構(gòu)件,常用螺栓安裝有一定困難,開設(shè)安裝手孔既繁瑣費(fèi)時(shí)又可能破壞構(gòu)件的整體性,因此提出采用對穿螺栓將角鋼與鋼柱連接,而后再用角鋼與鋼梁連接的方式。
(二)樓蓋體系優(yōu)化
1、承載能力
根據(jù)對新型蜂窩組合扁梁-鋼筋桁架疊合板試件SD1的試驗(yàn)破壞過程以及應(yīng)變曲線的分析得知,試件SD1受力破壞的過程經(jīng)歷了彈性、彈塑性、塑性這幾個(gè)階段,在整個(gè)加載過程中,試件承載性能的主要情況如下:在最終混凝土翼板破壞時(shí),SD1試件的承載力還在繼續(xù)上升;蜂窩梁與鋼筋桁架疊合板通過鋼筋和現(xiàn)澆層連接成一體,翼板給鋼梁提供穩(wěn)定的側(cè)向支撐和約束,協(xié)同作用良好,這對防止蜂窩組合扁梁的屈曲和失穩(wěn)有積極的作用,整個(gè)加載過程中沒有達(dá)到整體失穩(wěn)臨界荷載,試件沒有發(fā)生局部屈曲和平面外失穩(wěn);同時(shí)由于混凝土填充了鋼梁腹板的孔洞,改善了腹板開孔的削弱作用,且加載過程中混凝土板的受壓區(qū)混凝土及鋼筋也參與工作,與內(nèi)部鋼梁共同抵抗外力作用,提高了試件整體的屈服和極限承載能力;由于試件制作安裝時(shí)考慮到疊合板表面拉毛、附加鋼筋、板內(nèi)側(cè)鋼筋彎錨等眾多構(gòu)造措施,使得預(yù)制疊合板與現(xiàn)澆層始終沒有脫離,裂縫貫穿和發(fā)展都比較連續(xù),整體性較好;由于加上混凝土翼板,導(dǎo)致組合梁試件的中和軸位置產(chǎn)生變化,SD1的變化稍大,向下偏移,但都在混凝土截面高度以內(nèi),最終破壞都是混凝土板下部裂縫迅速發(fā)展、上部被壓碎。
2、變形能力
試件在加載彈性階段,荷載-跨中撓度曲線的走勢都保持較好的線性,進(jìn)入屈服之后,荷載增長開始緩慢,撓度增速加快,斜率不斷減小,直至破壞。但直到試件破壞,兩個(gè)試件都未達(dá)到極限承載力,沒有出現(xiàn)像普通蜂窩梁那樣的下降段。在彈性階段,兩根試件撓度增長幅度較小,且變化比較均勻,試件屈服之后,梁中各點(diǎn)的撓度開始迅速增加;整個(gè)加載過程中試件兩端支座處位移計(jì)的數(shù)據(jù)很小影響可以忽略不計(jì);布置在兩根試件預(yù)制疊合板和現(xiàn)澆層端部截面中點(diǎn)的兩個(gè)位移計(jì)在加載全過程的差值始終未超過0.18mm,可以認(rèn)為疊合板與現(xiàn)澆層界面沒有明顯滑移,連接可靠。
四、結(jié)語:
本文提出的蜂窩扁梁-鋼筋桁架組合樓蓋體系通過試驗(yàn)證明能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求,且具有良好的抗震性能,并有效解決了梁柱構(gòu)件防火及樓板保溫隔音問題,優(yōu)化后的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造做法使裝配率大大提高,具有廣泛應(yīng)用于普通低多層住宅、政府主導(dǎo)的公租房、保障房以及新農(nóng)村建設(shè)等領(lǐng)域的潛力。
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