大跨度钢-混凝土组合结构在实际工程中的应用.pdf

第l O 期 2 0 o 6 年l 0 月 广东 土木与 建筑 GUANGDONG ARCHI I EC r U RE CI VI L ENG I NE ER I NG N o 1 0 O 2 0 o 6 大跨度钢一 混凝土组合结构在实际工程中的应用 张桂标 t 郝先成 z 严仕 坚 2 ( 1 、 东莞市墙材革新与建筑节能办公室 广东东莞5 2 3 1 1 2 ；2 、 东莞市建设科技促进中心 广东东莞5 2 3 1 1 2 ) 摘 要 ： 介绍大跨度钢一 混凝土组合结构在某高层建筑裙楼屋 面的应用， 施工过程监控结果表明钢粱结构是安全可靠 的， 其钢 梁受拉与混凝土板 受压而达到优势互补和提 高承栽力的 目的， 比原设计屋面 自重大幅降低 ， 值得推广应用。 关键词 ： 钢一 混凝 土组合结构；大跨 度结构 梁；监测 钢一 混凝土组合结构是指钢梁和所支承 的混凝 土板( 或组合板) 通过 剪力连接件 而组成的构件 ” ， 该结构形式充分发挥了钢材和混凝土两种材料 的优 点 ， 使钢粱受拉 ， 混凝土板受压 ， 从而达到节省钢材 、 降低梁高 、 增大刚度和提高承载力的 目的。 1 工程概况及施工过程 东莞市健升大厦 占地面积 3 9 7 0 m 总建筑面积 4 2 5 5 0 m 2 ， 地下 2层 ， 主楼 l 9层 ， 裙楼 2层局部 3层 ， 总高度 7 6 0 5 m。主楼部分采用钢筋混凝土框架一 剪 力墙结构 ， 裙楼部分采用框架结构 。 抗震设防烈度为 6度。裙楼为 l O m x 6 9 3 3 m柱网的框架结构体系 ， 由 于其顶层为游泳池 ， 建筑要求取消顶层 中间结构柱 。 于是屋面主梁跨度 由 l O re增大至 2 9 9 m。如采用普 通钢筋混凝土屋面结构 。 则很难满足功能要求 ， 原设 计采用 的预应力钢筋混凝土屋面结构 自重大 ， 截面 尺寸较大， 会影响建筑效果及技术经济效益 ， 且施工 不便 。 还有可能存在裂缝问题 ， 因此设计采用钢一 混 凝土组合屋面结构， 如图 1 所示。 6 图 1 游泳池屋面结构 平面 图 将原楼盖结构中的预应力钢筋混凝土主梁和次 梁均替换为钢一 混凝土组合梁 ，楼板采用普通钢筋 混凝土结构， 其厚度取原设计的 1 6 0 m m 。钢梁采用 Q 3 4 5， 混凝土楼面采用 C 4 0混凝土 ， 主要构件 的结 构布置方式不变。组合梁主梁和次梁截面如图 2所 示 ， 该组合结构用于室内游泳池 的屋面 ， 其主梁为工 字型钢梁 ， 跨度为 2 9 9 m， 分 为 3段拼接 。 其位 置分 别在工字型主梁的 9 O m和 2 1 m处。为了施工方便 ， 在安装主梁时 在距主钢梁左端 9 3 m处以及主钢梁 右端 8 6 m处分别设置一个可靠的刚性临时支撑 ， 待 楼面现浇混凝土到达 l 0 0 设计强度后拆除。 2 施 工监 测 本工程屋面分 3 段拼接并在拼接处设置临时支 撑 。 为了观测拼接完成拆除临时支撑后整个工字型 主梁的变形情况 ， 检测过程中需遵循以下要求 ： ( 1 )合理选择测量区段和测点位置 2 ： 测点宜少 不宜多。 以便监测值重点突出： 测点位置必须具有代 表性： 布置一定数量的校核性测点； 测点位置应符合 方便 、 安全的监测环境 。 ( a )主粱 ( b )次梁 圈 2 组 台粱截面尺寸 ( 2 )选择合适的仪表 和测读原则 ： 电阻应变仪 和位移计 ： 按一定 的时间 间隔进行读数。 ( 3 )确定合理的监测 方案。 2 1 监测内容 ( 1 )浇注混凝士前后 钢梁腹板 、 翼缘内应力的 监测 。 以及钢梁挠度 的监 测 。 测点分布如图 3 。 维普资讯 http:/ 2 0 o 6 年1 0 月 第1 O 期 + 张 桂标等： 大 跨度钢 一 混 凝土组 合结 构在实际 工程中 的 应用 O C T 2 0 0 6 N o 1 0 l = 一 ： 1 图 3 主梁立面挠度测点分布图 ( 2 )待混凝土 强度 达到设 计值 的 1 0 0 时 ， 拆 除 支撑 阶段前后 钢 梁腹板 、 翼缘内应 力监测 ， 梁受力方 向上板 内钢筋 应 力的监测 ， 测点分 布如 图 4 以及梁 挠度的监测。 图4 应力测点布置图 2 2 监测设备及方法 设备包括电阻应变片 、 机电百分表 、 D H3 8 1 6型 数据采集仪 、 电脑等。选取中间一条梁作为监控对 象。 在该梁的钢梁上下翼缘、 腹板以及钢梁两边混凝 土板纵 向钢筋上布置 电阻应变片 。 在浇 注混凝土及 拆除模板过程 中， 通过闭合回路将 电阻应变片的数 值传输到应变数据采集仪， 通过观测器数值变化对 该结构实施全过程监控。 ( 1 )变形监测 ： 在测点位置安装 电子百分表 。 通 过 D H 3 8 1 6型数据采集仪量测挠度。 ( 2 )应力监测 ： 采用在测点位置布置应变片 。 利 用 D H 3 8 1 6 型数据采集仪量测钢梁腹板和翼缘以及 钢筋的应变 。 推算出梁截面的弯矩及剪力。 二二二二二二二 二 二 二 = = 傲 应 变 ( a ) 6 测点 2 5 o 2 0 o l5 0 l0 o 5 0 O 傲应变 测 量顺序 。 I 1 1 6 l l l 6 2 1 2 6 3 1 ( b ) 8 测点 M i ll 顺 序 图 5混凝 土 浇 注 过 程 的 应 力 变化 曲线 2 - 3 监测结果 分别对 6 # 测点和 8 测点混凝 土浇注过程 和模板拆除过程的应力测点数据进行统计 其 结果如图 5 ； 并对挠度测点的 l 一 1 、 2 - 2 、 3 3模板 拆除过程的挠度数据进行统计 ， 其结果如图 6 。 从 中可以看 出： 施工阶段 ： 钢梁上的应变从开 始到结束都没有 明显的变化 ， 钢梁的I临时支撑状态 良好、 性能可靠； 模板拆除过程： 钢梁应变值较小， 处于弹性状态 ， 结构安全可靠 ； 钢梁挠度平稳增 大， 跨中挠度满足规范要求。 ( 3 )监测结果表明， 工程中的梁结构充分体现了 钢一 混凝 土组合梁优越 的受力性 能 ，充分发挥了钢 材和混凝土两种材料的优点 ， 使钢梁尽量受拉 ， 混凝 土板充分受压 ， 优势互补 ， 达到节省钢材 、 降低梁高、 增加刚度、 提高承载力的目的。 3 原方案与改进方案的对比 3 1 结构 自重对比 将改进方案与原方案的 自重进行对 比， 其结果 见表 1 ， 两方案的屋面板 自重相同 ， 主次梁 自重均未 计人楼板重量。 表 1 两方 案结构 自t对比 l 0 o 8 0 6 0 柏 2 0 0 _ 刎 傲应变 1 f l 一 6 1 】 l 6 2 1 2 6 3 1 ( a ) 测点 l “ 、 微 应 变 ( b ) 8 测点 图 6 横板拆 除过程的应力变化曲线 测量顺序 测量顺序 7 维普资讯 http:/ 2 0 O 6 年l O 月 第1 O 期 广东 土 木与建 筑 O C T 2 0 0 6 N o 1 O 一 - - 1 - 2 - 2 l l l 。 l 口三 A 3-3 E = = 枷 0 卜 =：= I_一 ： E二一 = 薹 盘 二 = = 经对 比发现 ， 采用钢一 混凝土组合结构方案后 。 不仅大大减轻 自重 。 减小了地震作用 ， 且施工简便 。 结构可靠性和耐久性均得到提高， 同时也节约了建 筑材料 。 3 2 两种结构梁的受力对 比 钢一 混凝土组合结构发挥了钢材和混凝土两种 材料的优点 ， 使钢梁受拉 ， 混凝土受压 ， 如图 7所示 。 图 8 组合粱与非组 台梁工作原理 比较 4 结论 4 1 监测结果表明， 钢一 混凝土组合结构充分发挥了 钢材和混凝土两种材料的优点， 使钢梁受拉 ， 混凝土 板受压 ， 达到节省钢材、 降低梁高 、 增大刚度和提高 承载力的 目的。 4 2 施工现场全过程监控结果表明 ， 施工阶段钢梁 上的应变从开始到结束都未发生 明显变化 钢梁的 临时支撑状态 良好 、 性能可靠 ； 模板拆除过程钢梁应 变值较小 ， 处于弹性状态 ， 结构安全可靠 ： 钢梁挠度 平稳增加 ， 跨中挠度满足规范限制的要求。 4 3 采用钢一 混凝土组合结构方案后 不仅大幅减轻 自重 ， 减小地震作用 ， 且施工简便 ， 结构可靠性和耐 久性均得到提高 4 4 对于类似的大跨度工程 ， 该技术是安全可靠的 和值得大力推广应用的 参考文献 1 聂建 国， 刘 明， 叶列平钢一 混凝土组合结构 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 。 2 0 0 5 2 聂建国钢一 混凝土组合梁结构一 试验 、 理论与应用 1 北 京 ： 科学出版社 ， 2 0 0 5 ( 上接第 l 5页) 注浆材料均采用水灰比0 5 0 0 5 5的纯水泥浆。浆液 比重1 6 5 两者的水泥用量分别在2 5 k g m和5 0 k g m以上( 两者注浆不返浆时) 。 ( 4 )预应力锚索采用 2根 1 8 6 0 M P a 钢绞线制作 。 成孑 L 直径1 3 0 m m， 采用二次注浆工艺 。 注浆材料均 为水灰比0 5 0 -4 3 6 0 的纯水泥浆 水泥用量在7 5 k g m 。 以上 。 ( 5 )喷射 混凝 土配合 比为水泥 ： 中砂 ： 粒 径 5 l O m m细碎石- 1 ： 2 ： 2 5 ， 强度 C 2 0 终凝 1 d后喷水养 护 7 d以上 。 ( 6 )本工程坡顶水平位移警戒值为 2 5 m m 沉 降 警戒值为 1 5 mm。 ( 7 )在基坑开挖与使用期间，距离基坑边线 5 m 范围内的坡顶荷载应小于 l O k P a 同时不得允许重 型车辆通行。 8 5 结束语 5 1 本工程支护工程完成后 。 按有关规范要求对止 水帷幕水泥土拌和的均匀性 。 土钉、 非预应力锚杆和 预应力锚索的抗拔力 ， 面层厚度等项 目进行验收检 验 。 达到了规范要求 。 5 2 经测量 施工 中坡顶最大水平位移值和沉降值 均未超出警戒值。 5 I 3 本工程采 用喷锚水泥搅拌桩组合 基坑支护型 式 。 并结合现场实际采取合理适用的施工技术 ， 实施 后切实有效 ， 施工中未出现任何险情 ， 保证 了地下室 施工的安全顺利。 维普资讯 http:/