混凝土斜柱怎么施工(柱与斜梁连接)
导语：混凝土柱顶上的斜梁拱的设计（重点）与施工（要点）
有的业主为了单层轻型厂房能更好地防腐或防火,有的是其他原因,不愿采用钢柱,喜欢采用钢筋混凝土柱;还有一类轻工业厂房,建成2~3层钢筋混凝土框架结构,但在顶层做成大跨度轻型钢结构屋盖,这两种情况大多是在钢筋混凝土柱上安装梯形钢桁架或仿照门式刚架形式做一个人字形钢斜梁,人斜梁拱符合排水坡度,见(图1)制作简单,但这种外形像门式刚架的混合结构与真正的门式刚架受力模式是完全不同的,它的受力性能远不如门式刚架好,但因其制作简单,看起来安装方便(实际上不方便,但设计人员往往意识不到),而得到较多的运用.
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》中,给出了斜梁拱的内力分析及挠度计算方法,实际上这种结构形式属于两饺直线拱(以下简称斜梁拱),有两个极为重要的技术特征:一是斜梁拱拱脚具有很大的水平推力,此水平推力使斜梁产生反向弯曲,导致其弯矩大大减小,斜梁拱拱顶挠度大大减小,这是对结构有利的方面;二是斜梁拱拱脚的水平位移△将使斜梁拱拱顶处产生同位移ð=△/(2i)( i为屋面坡度,见(图1),同时水平推力释放,导致弯矩增大,这是对结构有害的方面。不注意这两个重要的技术特点(一般设计新手注意不到这两个技术特点),将会使斜梁拱结构的实际内力和拱顶的实际下挠大大改变,从而导致严重的安全问题。
为考察这种结构的技术特点,现以一个24m跨斜梁拱为例用 STAAD/Pro软件按弹性理论进行计算,斜梁拱坡度按1/5、1/10、1/20三种情况,斜梁拱截面尺寸为H500×180×4×10,竖向荷载q=-7.47kN/m,可得到以下的结果,从中可得出以下几点结论:(1)对于工程中常用的屋面坡度,拱脚无水平位移时,斜梁拱坡度越小,水平推力越大,拱顶竖向位移越大。
(2)拱脚水平推力随其水平位移的释放而减小,坡度越小越敏感;拱顶竖向位移随拱脚水平位移的释放而增大。
(3)斜梁拱最大弯矩随拱脚释放水平位移而迅速增大,坡度越小越敏感
(4)斜梁拱坡度大时f,P△效应不明显,坡度小时,P△效应会增加一点水平推力和拱顶的位移.
不管坡度如何,只要拱脚无水平位移约束,则斜梁拱失去形成拱的条件,转变成简支梁,其内力和挠度将按照简支梁规律;坡度越小对拱脚水平位移约束条件需要越严格.否则,斜梁拱越容易转变成简支梁。本算例进一步的计算表明,当斜梁拱坡度为1/20且拱脚水平位移为64mm时,其拱顶的位移与同跨度的简支梁挠度相同,此时,反推力为零参见(图2)中标志有“△”的曲线下端),拱脚再有位移约束也不能起作用,斜粲拱完全失去成拱的条件,只是相当于有预起拱的简支梁而已,当然,此时的弯矩等同于简支梁,综上所述可以得知,斜梁拱结构的拱脚支座水平位移的释放对于结构工况具有重大影响,其影响程度随坡度的减小而增大,因此,为保证斜梁拱结构的安全,设计的屋面坡度宜大不宜小,不应小于1/12,且在施工中必须特别注意拱脚的位移释放情况以保证拱脚的反推力符合设计要求。
在安装斜梁拱时,如不采取专门措施,在自由状态下安装,则水平推力是竖向反力产生的摩擦力H=pR,=0.4·qd/2=0.2ql,远小于斜梁拱的水平推力H=32F=3.125ql
(F为拱矢高,按1:10坡度),不能保证反推力或反推力很小,意味着失去形成拱结构的条件,此时的斜梁拱已接近于简支梁模式 ,按简支梁弯矩将放大到约5倍,梁顶位移也将极大地增加。尽管施工时的结构自重不到设定总荷载的1/3,但由于弯矩放大到5倍,已足以威胁到结构的安全,拱顶的位移也大大超过设计的限定值,这在施工中是必须禁止的.
由于斜梁拱有很大的水平推力,对于拱脚水平位移设计人员应谨慎考虑.下部钢筋混凝土结构的柱顶在水平推力作用下的设计及其柱顶位移对斜梁拱的影响等问题。在混凝土柱上斜梁拱的施工安装时,许多人仍像普通门式刚架的柱底那样施工,见(图3),这样就要出大问题,因为斜梁拱的水平反推力远远大于门式刚架的柱底水平反力,施工中失去反推力意味着失去形成斜梁拱的条件。另一方面,（图3）中的混凝土灌浆层通常为素混凝土,柱子的主筋和箍筋到不了这个位置,素混凝土的抗剪能力不足以抵抗这个水平反推力,设柱子断面为800mm×400mm,混凝土灌浆层为CA0,则素混凝土的抗剪能力为0.07fbh=0.07×19.5×400×800=437kN, ,当斜梁拱坡度较小时,这样的拱脚构造难以满足要求,应采用（图4）或（图5）的形式,但这样的连接更趋于刚接的性质,对于混凝土柱顶局部受力不利,宜考虑采用薄型底板并去掉两边的劲板,使之趋于铰接.钢筋混凝土的设计的人容易从自身角度出发,提出在拱脚处开长圆孔以消除水平推力,使混凝土柱的配筋方便,这是不行的,这样做斜梁拱不能成为结构,既然不希望有水平推力,不如采用按排水坡度做成变截面简支梁,既有利于排水,又符合弯矩图规律,且省去了水平推力的麻烦问题,这用于跨度不大的屋盖梁是非常合理的。此外,如果在斜梁拱下面设有拉杆,则可消除水平推力,使其拱脚处安装如筒支梁一样方便简单,但下设拉杆的做法需要考虑风吸力作用下,拉杆退出工作的工况.
为了使斜梁拱的安装符合设计要求,可以在施工安装时考虑以下两种办法之
(1)对于需要混凝土灌浆的柱顶处(见图3),应尽量避免采用这种支座形式在跨中设立临时支柱,使斜梁拱暂时变成两跨连续梁模式不再有水平反推力,待柱顶的混凝土灌浆已完全凝固后再拆除临时支柱
(2)对于现场焊接的柱顶支座(见图4和图5),应在混凝土浇筑时控制好柱顶标高并在混凝土柱顶预埋抗剪钢板,安装钢结构斜梁拱在脱离吊钩前,用经纬仪等定位好坡度(宜稍提高一点坡度),将其焊牢在柱顶的预埋钢板上.
总之,混凝土柱顶上钢斜梁拱是一种不够合理的结构形式,它既不是混合门式刚架也不是混合排架,混合排架上只能设刚度较大的桁架或简支梁但不能提供,这种结构应尽可能避免采用.
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