三种连廊结构形式的计算与对比分析

2015-08-15康朝杰杜文风河南大学土木建筑学院钢与空间结构研究所河南开封475004

江西建材 2015年16期

康朝杰，杜文风河南大学土木建筑学院钢与空间结构研究所，河南开封 475004

随着我国经济的快速发展，钢筋混凝土结构和钢结构都是建筑领域常用的结构型式，都具有各自的优缺点［1-3］。钢筋混凝土结构是以混凝土承受压力、钢筋承受拉力，能充分合理地利用混凝土和钢筋这两种材料的力学特性的结构。对于一般工程结构，经济指标优于钢结构，技术经济效益显著，具有合理用材，耐久性好，耐火性好，可模性好，整体性好，易于就地取材等优点。但钢筋混凝土自重偏大，抗裂性差，施工复杂，工序多，新老混凝土不易形成整体。

钢结构具有高强度，高韧性，抗震性能好，自重轻，施工速度快，易于安装拆卸，环保效果好，设计灵活、满足大跨度设计需求等优点。尤其是自重轻、可拆卸、环保等优势，是传统的钢筋混凝土结构所无法企及的。但钢结构建筑也有一些不足和缺陷:耐火性差，脆性断裂。

针对上述问题，本文提出了分别采用钢、钢筋混凝土和钢—钢筋混凝土材料的三种方案，并用有限元分析软件ANSYS 对其进行了计算分析，在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，重点对三种方案的最大位移、最大应力进行了比较，并综合讨论了三种方案在受力性能、施工工艺等方面的优缺点。

1 工程概况及方案介绍

该连廊位于河南省某地区两幢办公楼之间，全长33m，总宽6.5m，高7.5m，层数为2 层，底层层高4.5m，顶层为3m。主体为4 跨、中间有起坡的长方体结构体系。

钢结构主梁统一采用Q345 矩形管，截面规格为400 ×600 ×20 ×20mm，次梁采用Q345 矩形管，截面规格为200 ×300 ×10 ×10mm;除了树状柱上部的4 根分叉杆件采用截面规格为200 ×10mm 的Q345 无缝圆管外，底层柱均采用截面规格为300 ×10mm 的Q345 无缝圆管，顶层柱均采用截面规格为400 ×600 ×20mm 的Q345 矩形管，单元类型选用压弯和拉弯构件，所有节点类型均为刚接。

钢筋混凝土结构采用截面为主梁，次梁采用截面为200 ×300mm的C30 钢筋混凝土;树状柱采用截面规格为300 ×10mm 的Q345 无缝圆管，上部4 根分叉杆件采用截面规格为200 ×10mm 的Q345 无缝圆管，顶层柱均采用400 ×600mm 的C30 钢筋混凝土，底层柱均采用截面规格为300 ×10mm 的Q345 无缝圆管，单元类型选用压弯和拉弯构件，所有节点类型均为刚接。

钢—钢筋混凝土结构采用截面为主梁，次梁采用截面为200 ×300mm 的C30 钢筋混凝土;树状柱采用截面规格为300 × 10mm 的Q345 无缝圆管，上部杆件采用截面规格为200 ×10mm 的Q345 无缝圆管，其余的柱子统一采用400 ×600mm 的C30 钢筋混凝土，单元类型选用压弯和拉弯构件，所有节点类型均为刚接。

底层柱采用固定约束，施加在每层节点上的水平集中荷载为10kN，施加在顶层梁上竖向线荷载为10kN/m，然后对三种方案进行满应力设计和静力分析，使其达到设计要求后，运用ANSYS 有限元分析软件对其进行内力计算。

2 对比分析

从三种方案的结构位移计算结果中，我们可以得知钢结构的最大位移为0.085744m，依次是钢—钢筋混凝土为0.083506m，钢筋混凝土的位移最小，为0.026251m，与钢—钢筋混凝土和钢筋混凝土结构相比，钢结构的最大位移分别比它们大2.68%和226.63%。三种结构方案的最大位移规律有，从竖直方向来看都是从底部向顶层逐渐增大，从水平方向看都是从左侧突出的部分向右侧逐渐增大。钢结构和钢—钢筋混凝土结构的最大位移都发生在右侧柱顶端，而钢筋混凝土结构的最大位移却发生在树状分叉节点处。

从三种方案的结构应力计算结果中，我们可以得知钢结构的最大应力为339.358MPa，而钢—钢筋混凝土的最大应力为330.535MPa，钢筋混凝土的应力最小，为143.517MPa，与钢—钢筋混凝土和钢筋混凝土结构相比，钢结构的最大应力分别比它们高2.67%和136.46%。三种方案的最大应力发生的位置比较相似，都发生在树状分叉节点处。

三种结构方案中，无论是从控制结构位移变形角度，还是从控制结构应力方面来分析，钢筋混凝土结构都要比其它两种结构好，但钢结构具有施工方便，外形美观等优点，单从建筑效果方面来看的话，钢结构要比钢筋混凝土和钢—钢筋混凝土结构理想。而钢—钢筋混凝土结构属于中间类型，最大位移和最大应力都与钢结构比较接近。