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干貨!冷彎薄壁型鋼房屋中H型鋼梁柱設計要點
常見的輕鋼房屋類型有鋼框架體系及冷彎薄壁型鋼建筑體系。
鋼框架結構體系以H型鋼或矩形鋼管做為梁、柱,以梁柱組成縱橫兩個方向的框架形成的結構體系。它同時承受豎向荷載和水平荷載。其主要優點是建筑平面布置靈活,可形成較大的建筑空間,建筑立面處理比較方便。可應用于辦公樓、學校等公共建筑。
冷彎薄壁型鋼結構體系是一種密肋型板墻體系,源于輕木結構。該體系以上下對齊的“肋”(間距一般為400~600 mm的冷彎型鋼墻柱、樓蓋梁和屋蓋梁)承受豎向荷載,以“板”(各類剪力墻板)抵抗水平荷載,“肋”同時可作為“板”的加勁件。
相比于上述鋼框架結構體系,冷彎薄壁型鋼結構體系具有加工及施工簡單等優點,在低層建筑領域有較廣泛的應用,但冷彎薄壁型鋼構件截面小,當底層因功能需要大空間,如會議室,大門廳時,僅依靠冷彎薄壁型鋼構件難以滿足計算要求。當在冷彎薄壁型鋼房屋中局部采用H型鋼梁柱時,應該如何計算?本文結合力學相關原理及工程設計經驗,在此給出設計建議。
房屋結構除了需抵抗自重,樓面的家具、人流荷載等豎向力外,還需要抵抗風荷載及地震荷載產生的水平側向力,風荷載及地震荷載都屬于動力荷載,在低層建筑中,通常簡化為靜力荷載計算。首先了解一下房屋結構抗側力的幾種體系:
如上圖所示,三根桿件互相鉸接且與基礎鉸接,在水平力的作用下保持穩定,這就是我們熟悉的三角形穩定原理。但我們局住的房屋不可能像金字塔一樣,應該是矩形的。
如果是矩形,節點間仍是鉸接,顯然上述矩形在水平力的作用下會變成平行四邊形,不能抵抗水平力。
如果要讓矩形具備抵抗水平力的能力,可以在矩形對角線加設交叉的桿件,在門式剛架廠房經常看到這種斜撐。
也可在桿件四周圍成的區域蒙一塊薄鋼板,這種體系就是我們在冷彎薄壁型鋼房屋中的主要抗側力體系,冷彎薄壁型鋼房屋建筑是由墻體來抗側力,抗剪墻由密肋型立柱及蒙皮板(OSB板、水泥纖維板、薄鋼板)組成。
也可將矩形的上部兩個角由鉸接變成剛接,桿件間不能相對轉動,這樣就成了框架結構體系,在水平力作用下,其變形如下圖:
門式剛架在橫向一般是這種抗側力體系,在縱向一般是 種交叉斜撐抗側力體系。
在冷彎薄壁型鋼房屋中加設一榀H型梁柱,首先要確定這榀梁柱是否承擔側向力,兩種的計算方式有所不同,先看不承擔側向力的情況:
當房屋兩個方向沒有門窗洞口的墻體足夠多,僅有局部房間大開間時,可假定側向力全部由抗剪墻體承擔,此時柱與基礎,柱與梁計算均可按鉸接,計算可用PKPM工具箱基本構件柱模塊計算、簡支梁模塊計算,柱應考慮梁柱連接節點偏心產生的附加彎矩。柱平面內、平面外計算長度均可取基礎頂部至冷彎薄壁型鋼樓面梁頂部的距離,梁平面外計算長度可取兩倍冷彎薄壁型鋼樓面梁間距,由于梁的 彎矩在跨中部位,因此梁的凈截面系數可取1。柱以受軸力為主,截面可采用小截面矩形鋼管,不凸出墻面。
本工程為二層辦公樓,除大廳外兩個方向墻體較多,大廳左右的墻體間距8.4米,不適合用冷彎薄壁型鋼樓面梁,設計時在兩道墻體上加3榀鋼架,考慮到懸挑雨篷,在入口軸線上的柱采用H型鋼,型鋼結構布置如下圖:
再看H型鋼梁柱承擔側向力的情況,如果建筑在某一方向墻體較少,或兩側墻體布置極不均勻,應考慮梁柱承擔側向力,即梁柱節點剛接,否則可能導致建筑物抗剪承載力不足或地震時產生明顯的扭轉效應。
如圖所示為某二層黨群服務中心的一層布置圖,X方向墻體明顯偏少,且中間墻體偏向下部,此時應考慮梁柱承擔側向力。
如圖所示,在二層墻體對應位置處布置一榀梁柱,梁柱剛接,為減小基礎造價,柱與基礎鉸接,計算時可采用PKPM框排架計算模塊,根據受荷面積計算出梁上的線荷載,在計算左風時,左側梁柱節點力可按基礎以上至屋頂受風面積*基本風壓*0.8(體型系數),右側梁柱節點力可按基礎以上至屋頂受風面積*基本風壓*0.5(體型系數),當屋面為坡屋面時,應將墻面與屋面分開計算體型系數及受風面積。并考慮水平地震作用。
梁柱的平面外計算長度設置同梁柱鉸接,梁柱的剛接節點采用栓焊結合的方式,梁的凈截面系數可取0.85。鋼柱一般僅考慮單方向平面內受力,因此宜采用H型鋼。
上述計算方法忽略了樓板剛度對于水平力分配的影響,也可按樓板剛性樓蓋假定,計算出抗剪墻及鋼框架的等效抗側剛度,房屋受到的總風力及總地震力,按剛度分配水平力, 取兩種計算方法的包絡值。
綜上所述,在冷彎薄壁型鋼房屋局部大空間中采用H型鋼梁柱時,梁柱鉸接時連接構造簡單,柱截面小,可以隱藏在墻體內。當房屋兩個方向墻體布置較多且均勻時,宜優先采用此方案;當墻體平面布置不滿足要求時,應采用梁柱剛接方案。為便于采購,成品H型鋼設計時應選用Q235強度等級。
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15crmo鋼板焊接性編輯焊接材料針對15CrMo鋼焊接性工作特點,方案Ⅰ:焊接預熱,采ER80S-B2L焊絲,T1G焊打底,E8018-B2焊條,焊條電弧焊蓋面,焊后進行局部熱處理。焊后熱處理采方案Ⅰ焊接試件,焊后進行局部高溫回火處理。 熱處理工藝為:升溫速度為200℃/h,升到715℃保溫1小時15分鐘,降溫速度100℃/h,降到300℃后空冷。具體采JL-4履帶式電加熱器(1146×310)包繞焊縫,硅酸鋁棉層保溫,保溫層厚度50mm,溫度控制采DJK-A電加熱器自動控溫儀。 焊接工藝評定試驗結果試驗方案拉伸試驗彎曲試驗沖擊韌性試驗aky(J/cm2)抗拉強度δb/Mpa斷裂部位彎曲角度面彎背彎焊縫熔合線熱影響區(HAZ)方案Ⅰ550/530母材50。合格合格84..6方案Ⅱ525/520母材50。合格合格79.4109.296.7合金鋼板。 5CrMo合金鋼管知識焊接鋼管也稱焊管是鋼板或鋼帶經過卷曲成后焊接制成鋼管。焊接鋼管生產工藝簡單,生產效率高,品種規格多,設備資少,但一般強度低于無縫鋼管。20世紀30年以來,隨著優質帶鋼連軋生產迅速發展以及焊接和檢驗技術進步,焊縫質量不斷提高,焊接鋼管品種規格日益增多,并在越來越多領域替了無縫鋼管。
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