高钛型高炉渣钢筋混凝土扁梁结构的初探

2016-09-14黄双华段寒风1

四川建筑 2016年4期

关键词：核心区炉渣剪力

谢　龙，黄双华，钟　菘，段寒风1,

(1. 西华大学建筑与土木工程学院，四川成都 610000；2. 攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川攀枝花 617000)

高钛型高炉渣钢筋混凝土扁梁结构的初探

谢龙1，2，黄双华2，钟菘1，2，段寒风1,2

(1. 西华大学建筑与土木工程学院，四川成都 610000；2. 攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川攀枝花 617000)

随着城市化、城镇化进程速度加快，城市土地资源非常紧张。为了充分利用城市土地，在高层建筑结构设计中，普通扁梁结构应用日趋普遍。攀西地区响应国家对工业固体废物的回收利用号召，对高钛型高炉渣混凝土的力学性能进行深入研究。文章主要介绍了高钛型高炉渣钢筋混凝土扁梁结构的设计，总结了其在实际工程应用中的优越性与经济性。对高钛型高炉渣混凝土扁梁结构的研究是一个很有工程价值的课题。

高层建筑；高钛型高炉渣混凝土；扁梁结构

攀钢集团每年产生的高炉渣约400×104t，大量的高炉渣堆积易造成环境污染，也是对攀钢二次资源的很大浪费。十九冶建研究所及冶建总院对攀钢产生的高炉渣的性能及应用进行基本试验，结果表明：用粒径5～40 mm高钛型高炉渣作为混凝土的粗骨料其主要基本力学性能和质量都能满足规范要求。1985年攀钢研究院采用转鼓法将高炉渣作为原料干粒化并制砂作为混凝土的细骨料进行了研究,攀钢建安公司也曾用攀枝花水碎高炉渣代替天然砂配制混凝土和砂浆的试验,实验研究结果都表明：粒化渣砂可代替河砂用和高钛型高炉渣作为混凝土的粗细骨料是符合规范要求的。攀西地区对高钛型高炉渣混凝土的研究已经取得成果[1-4]。陈伟、汪杰、黄双华等[5-8]对高钛型高炉渣钢筋混凝土梁进行正截面抗弯性能试验，验证了高钛型高炉渣梁的平截面假设，梁的屈服挠度、极限挠度都满足要求，并得出高钛型高炉渣钢筋混凝土梁极限抗弯承载力约为GB 20011-2010《混凝土结构设计规范》[9]理论值的1.45倍，并对预留了高钛型高炉渣混凝土立方体标准试块进行抗压试验，测得设计C30混凝土实际抗压强度标准值达38.8 MPa，高出设计值29.3 %。因此，研究高钛型高炉渣钢筋混凝土扁梁的应用，将为高钛型高炉渣的利用开启一个新的方向，具有工程价值和经济价值。

1　高炉渣钢筋扁梁设计

1.1理论依据

根据现行GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》[10]对扁梁的规定，建筑抗震设计时，扁梁的截面尺寸应符合下列要求：

bb≤2bc, bb≤bc+hb, hb≥16 d

式中:bc为柱截面宽度；bb为梁截面宽度；hc为梁截面高度；d为柱纵筋直径。

1.2扁梁承载力、刚度、裂缝设计要求

离开柱边 0.5 bb范围，可认为梁端弯矩按梁宽均匀分布；离开柱边bb范围，可认为剪应力按梁宽均匀分布[9]。其计算同普通混凝土梁，取宽扁梁全截面计算，其抗弯承载力、受剪承载力以及正常使用极限状态的裂缝、挠度均按现行GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》[9]进行设计。当扁梁一侧的受拉钢筋配筋率达到2.0 %左右时,宽扁梁的设计就由强度控制转变为由构件裂缝宽度和挠度控制,按照现行《混凝土结构设计规范》中第8.1.1条规定，应按结构所处环境类别和结构类别确定相应的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值要求。所以裂缝宽度限值对于一般楼层应按0.3 mm取值,屋顶负弯矩区应按0.2 mm控制要求进行验算。

1.3节点设计

扁梁结构分为单向扁梁和双向扁梁(图1、图2)，节点分为边节点、中节点、角节点。节点内核心区与常规节点相似，构件的内力可按传统的弹性力学分析方法求的，得出的节点区全截面水平剪力和竖向剪力可作为宽扁梁柱节点区全截面水平剪力和竖向剪力。对于宽扁梁柱节点，随着宽扁梁宽度的增加，内核心区所承担的梁端弯矩相对减小，内核心区的水平剪力也相对减小，外核心区所承担的梁端弯矩相应增大，使得外核心区的水平剪力也相对增大。扁梁框架节点的内核心区[11-12]水平受剪承载力计算，设计建议：

外核心区水平抗剪筋可利用腰筋贯通及附加另向水平拉结筋构成。对于外核心区水平抗剪筋的计算[11-12]，设计建议：

式中：V″jh为节点外核心区水平受剪承载力设计值；A″j为节点外核心区面积；A″svj为外核心区同一水平截面内与水平剪力同向的附加箍筋( 或腰筋) 各肢的截面积之和；sa为外核心区沿高度方向的附加箍筋( 或腰筋) 间距。扁梁构造要求见表1。

(a)中节点

(b)边节点

(c)角节点

(a)中节点

(b)边节点

(c)角节点

节点钢筋配置扁梁类型设置方式一级抗震二、三级抗震非抗震水平抗剪箍筋单向扁梁内外核心区设置,腰筋双向贯通附加另向水平拉结筋构成12@10010@1008@100双向扁梁宽扁梁腰筋双向贯通构成12@10010@1008@100抗扭纵筋配置单向扁梁双向扁梁核心区附加封闭箍筋12@10010@1008@100梁高相等,通过计算要求增加框架梁纵向钢筋12@10010@1008@100梁高不相等,在矮宽扁梁方向外核心区底部加设朝上开口箍筋12@10010@1008@100抗扭封边箍筋配置单、双向扁梁宽扁梁纵向钢筋与节点外核心区角部附加垂直拉筋焊接或搭接12@10010@1008@100垂直抗剪箍筋配置单、双向扁梁垂直抗剪拉筋勾住进入外核心区的宽扁梁纵筋12@10010@1008@100

2　高炉渣钢筋混凝土扁梁的优越性与经济性

2.1优越性

高钛型高炉渣具有很好的空隙比率，作为扁梁的粗细骨料，可以很好地与水泥浆结合，提高混凝土的抗压强度。以C30和C40为背景，C30抗压强度比普通混凝土提高29.3 %，C40比普通混凝土提高23.5 %，而且增加了钢筋与混凝土的握裹力，从而提高其抗拉强度。孔隙比较大，质量较轻，有效地减轻了混凝土的重量，从而增加了房屋结构的承载能力。汪杰等[7]对高钛型高炉渣钢筋混凝土梁进行正截面抗弯性能试验，表明高钛型高炉渣钢筋混凝土梁在相同条件下的性能比普通混凝土梁好，刚度比普通混凝土梁大，受弯时挠度变形比普通的小。

2.2经济性

用高炉渣作扁梁的粗细骨料，价格比普通的石子和砂子便宜，节约了成本。高炉渣在混凝土中的应用解决了高钛型高炉渣的堆积问题，节约了处理工业废渣的经费，创造了不俗的经济利益和社会效益。