浅析钢筋混凝土桁架在建筑结构加固中的应用发展论文_常艳娟

浅析钢筋混凝土桁架在建筑结构加固中的应用发展论文_常艳娟

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摘要:在建筑结构加固工程中,钢筋混凝土桁架安装快速便捷,能充分利用材料的强度,有利于节省材料,减轻自重和增大刚度,因此在较大跨度的承重结构中广泛应用。本文介绍了单层钢筋混凝土桁架梁的形式和其几种结构形式,对其受力性能进行了对比分析,总结出钢筋混凝土桁架的受力特征,以改造加固工程为例,提出合理的钢筋混凝土桁架结构,并提出相关的设计要点和建议。

关键词:建筑工程;结构加固;钢筋混凝土桁架

随着我国经济的飞速增长,城市里的建筑工程越来越多,人们在关心建筑的外观设计以外,更关注的是建筑的坚固耐用程度。因为设计和施工等原因,建筑的质量往往不高,所以我们就要对建筑进行改造加固,如何做好建筑的改造加固工作成为了人们思考的问题。下面就这方面的问题进行讨论分析。

1 工程概况

某建筑写字楼其平面形状比较规则对称,地上8层,全现浇混凝土框架结构,首层层高3.9m,其余各层均为3.0m,自首层地面到主要屋面的总高度为27.8m。原结构六层及六层以下混凝土的强度等级为C35,七层及七层以上混凝土强度等级为C30,柱子截面尺寸为600mm×600mm,主梁截面尺寸为300mm×700mm,次梁截面尺寸为240mm×600mm,楼板厚度均为120mm。现在对梁进行改造加固处理,经过初步分析,若采用传统的比较成熟的增大截面加固法,其截面高度至少为1.5m以上,形成转换梁,这样的话,其截面尺寸是柱的两倍多,造成较大的刚度突变,梁的刚度远大于柱的刚度,违背了设计规范中的强柱弱梁的要求。考虑到结构本身的特点,单层钢筋混凝土桁架结构传力明确,开洞设置管道方便,能很好的满足建筑空间要求,其自重和抗侧刚度比转换梁小,使质量和刚度突变相对缓和,地震反应比转换梁要小的多,因而在横向选用两个钢筋混凝土桁架转换梁。

2 钢筋混凝土桁架结构的形式

钢筋混凝土桁架多用于屋架、转换层结构和和塔架,受荷时以弯曲变形为主,类似于梁的受力特性,但又有桁架的受力特点,其受力明确,传力途径清晰。主要由上弦杆、下弦杆、直腹杆或斜腹杆组成。主要结构形式有空腹桁架、斜腹杆桁架和混合桁架,如图1所示。在实际工程中,在下弦杆中施加预应力能抵消下弦拉力和部分弯矩,使下弦由偏心拉杆转变为偏心压杆,提高了刚度,有效控制裂缝。

3 在竖向荷载作用下钢筋混凝土桁架的受力分析

3.1 空腹桁架的受力特征

3.1.1 减少竖腹杆间距对空腹桁架的受力性能影响

竖腹杆承受弯矩、剪力和轴力,内力分布从中间向梁端支座递增,即靠近支座腹杆的内力最大,随着腹杆间距的减少,腹杆的内力加大。

3.1.2 腹杆间距不等对空腹桁架受力性能的影响

3.1.3 改变桁架的截面尺寸对空腹桁架受力性能的影响

加大下弦杆的截面尺寸,对桁架的受力性能是有利的,但不宜增大太多,否则下弦很容易形成独立梁的受力特性,失去桁架的特性。增大上弦杆的截面尺寸,相当于增大其刚度,内力相应增大,从而减小了下弦杆的内力,有利于增强空腹桁架的共同工作效应。加大竖腹杆的截面尺寸,即增大竖腹杆的刚度,使竖腹杆与弦杆的相对刚度减小,竖腹杆承担的内力相应加大;桁架的整体刚度增大,减少了桁架的跨中挠度,降低了下弦杆的弯矩和剪力,但也增大了下弦杆的轴力。

3.2 斜腹杆桁架的受力分析

对其进行受力分析计算,斜腹杆桁架上、下弦杆如同空腹桁架,上弦主要承受压力,中间最大并向两端递减,在端部出现拉应力;下弦杆主要承受拉力,中间最大并向端递减,端部出现压应力。斜腹杆所受拉压轴力相间,其数值大小从中间向两边递减。桁架所受剪力从中间最向两边递增,但剪力值比空腹桁架小的多。斜腹杆桁架所受的弯矩很小,受力特性类似于空腹桁架,其跨中挠度比空腹桁架小的多。

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3.3 混合桁架的受力特性

对其模型进行分析,其受力特征与斜腹杆桁架相似,其跨中挠度也差不多。

3.4 几种钢筋混凝土桁架结构形式分析

通过以上三种钢筋混凝土桁架结构形式的分析可得:

3.4.1 不论哪种桁架形式,弦杆的受力特性相似。下弦杆主要承受拉力,中部最大并向两边递减,端部可能出现压应力;上弦受压,中部最大并向两边递减,端部可能出现拉应力。

3.4.2 斜腹杆桁架可以将下弦所受的较大集中力向上弦杆传递,从而能有效增加上、下弦的共同受力,使受力更趋向均匀,具有卸荷作用;其所受的剪力明显小于空腹桁架,能有效提高桁架的抗剪作用。

3.4.3 斜腹杆桁架相对于空腹桁架的跨中挠度小很多。

4 工程应用

对写字楼进行改造后,大跨度梁的受荷,结合建筑功能和梁的受力特点,本工程所设计的钢筋混凝土桁架结构形式如图3的混合桁架,杆件的截面尺寸:桁架两端支座竖杆和中间竖腹杆均为原有构件,其尺寸为600mm×600mm,弦杆亦为原有构件,其尺寸为300mm×700mm,其他的竖腹杆和斜腹杆均为新增构件,其尺寸均为300mm×400mm。

5 工程实际中钢筋混凝土桁架的计算

在加固改造设计中,应建模进行整体分析,可采用SATWE计算软件结构分析,在建模时,弦杆可采用梁单元,腹杆可采用斜杆单元,弦杆所在楼层的楼板应设置成弹性膜,若采用刚性楼板假定,则计算出的弦杆轴力趋向零,不符合实际情况;桁架节点可采用刚性连接,在分析计算桁架轴力时,采用刚性节点和铰接节点的轴力相差不大,若保守设计,可采用铰接计算,上弦按支撑于节点的连续梁计算。应根据桁架的跨度和荷载的大小,是否考虑由于杆件的相对线位移和角位移引起的次应力计算。

通过较大的结构改造后,局部结构变的较为复杂,可按广义层模型输入,在计算内力及配筋时可采用全楼弹性膜假定。由于局部层高不一致,层间位移比、层间刚度比、层间受剪承载力等计算指标可能会失真,因而不能一概采用对常规框架结构的判断方法来分析这些数据,而应加以判断分析,确定其合理性,最终还应按单榀框排架进行验算。

6 工程改造加固设计的要点

6.1 由于桁架梁端所受弯矩和剪力均较大,对桁架两端的节点应加固处理,可采用加大截面法即对梁加腋。

6.2 对新增加的钢筋混凝土构件,可采用植筋技术对其进行锚固,但应注意防火处理,并注意新旧混凝土相交面的处理。

6.3 对新增钢筋混凝土构件后形成的节点,由于受的弯矩较大,应对其加固,可采用粘钢加固法。

6.4 由于下弦杆所受的轴拉力较大,成为控制内力,为提高刚度,减少挠度,控制裂缝,可采用外加预应力对其加固。

7 结语

由上可见,在建筑结构改造加固中,采用单层钢筋混凝土桁架梁来解决拆除柱子形成大跨度的梁,这是有效的方案。桁架为超静定结构,空腹杆、斜腹杆的截面尺寸及其布置对桁架内力分布产生很大的影响,设计时应充分考虑各方面条件,优化杆件截面尺寸和布置形式。在进行改造加固设计时,要注意对细部节点加固。

参考文献

[1]傅传国 蒋永生 等.框架结构大跨度预应力整体转换结构体系受力特点分析[J].东南大学学报,1999,(04).

论文作者:常艳娟

论文发表刊物:《基层建设》2016年5期

论文发表时间:2016/6/24

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