混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构设计探讨

杜秀丽

兰州铁道设计院有限公司 甘肃兰州 730030

混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构相对于其他结构单层房屋而言，在防火、抗腐蚀性能方面占据一定的优势，近几年来在建筑行业具有广泛的应用趋势。然而针对这一方面仍然没有相关施工和设计的技术标准，下文会对此进一步研究分析，探索更加有助于房屋设计的方法。

1 常见的形式

混凝土柱轻钢房屋常见的结构形式有混凝土柱和刚斜梁的混合式刚架、混凝土柱的两铰直线拱共同组合成混合排架。混合门式刚架边柱顶和刚斜梁连接，如图1；混合排架混凝土柱顶与两铰直线拱脚铰接，如图2，主要分为带拱、不带拱拉杆形式。混合式刚架、混合排架只要分为单跨结构、双跨结构或多跨结构。

图1 混合门式刚架

图2 混合排架式

2 设计中常见问题分析

2.1 分析运用混合排架、混合钢架时支撑布置

为了确保房屋建筑竖向结构的整体刚度，竖向可以选择混凝土架，但是在设计混凝土结构时需要重视结构之间的伸缩缝距离应当小于55米，然而对于轻钢结构的屋盖伸缩缝距离可以达到220米，由此可知这二者之间是相互矛盾。对于建筑物竖向长度高于55米的房屋来讲，在解决这种矛盾时可有两种方案选择，第一，建设双柱，在设计双柱两侧时，需要建设屋盖横向水平支撑构件，这种做法本身是轻钢屋盖伸缩缝距离应当选取与混凝土一样的结构；第二，是在竖向柱子之间运用型钢作为支撑，利用支撑杆件与杆件连接的螺栓孔来消化竖向温度变形，此伸缩缝距离可以相同于轻钢屋盖，同时也是国家出台的相关规定中的推荐的做法[1]。

2.2 混合排架柱顶节点结构分析

混凝土柱式和混合排架上钢拱脚的连接节点需要运用铰接节点，必然需要确保节点处的剪力、压力、拉力，在工程施工中第二次灌浆效果往往不理想，甚至抗剪力槽之中经常存有杂物和泥巴，甚至锚栓预埋位置存在的偏差巨大，为此建议使用过渡板的方法，先用塞焊将过渡板和过渡板下的予焊锚栓进行焊接，采用这样的方式能够促使锚栓定位更加正确。定位安装以后，将过渡板和柱子顶端预埋钢板焊牢，这期间拱脚地板中的锚栓孔的直径只需要比过渡板锚栓杆大1毫米-1.5毫米，垫板的厚度与柱脚底板相同即可，并且将其与拱脚底板焊牢，采用双螺帽将其拧紧在垫板上。轴向压力可以利用过渡板、拱脚底板、预埋钢板进行承压传递，轴向拉力、水平拉力可以通过柱顶与过渡板预埋钢板和与过渡板焊接的锚栓之间的焊接承受。不仅避免了二次灌浆问题和抗剪键设置问题，同时施工比较方便且质量可靠，是一种值得采用的构造方式[2]。

2.3 混合刚架柱顶节点结构分析

混合刚架中柱顶与斜梁端部之间的连接应当运用刚接节点，并且需要确保节点处轴力、剪力、弯矩，同时需要保证受荷背景下梁柱交角不变，如图3。

图3 混合刚架柱顶连接节点图示

通常情况下如图3(a)所示能够有效的符合节点刚性要求，然而这种情况下应当扩宽柱顶的截面积，确保节点两侧的锚栓能够承受较大的节点弯矩，同时还需要对顶柱进行二次灌注。如图3（b）所示，节点内力通过柱顶预埋钢板与顶梁端部底板之间的连接焊缝承受，针对一些重要工程或者是钢架横跨程度比较大时，采用在柱子顶端周围增设预埋侧板的方式形成钢管混凝土，以此作为过渡，这种方式还有利于加强柱子顶端节点的延展性，其具有更好的承受力、抗震性，这是一种较为合理的做法，但是其存在的不足之处是需要在高空进行焊接施工。图3(c)所示，节点的内力主要是由传力板与刚斜梁端部的底板焊接处来承受，而此处需要焊牢柱子两侧预埋钢板和传力板，预埋锚栓的作用只是用来定位的，同时也能够承受轴拉力，对于拉锚筋起到的作用主要是用来定位预埋侧板，柱顶部位除了需要二次灌浆同时还需要进行高空焊接工作。图3(d)所示，与刚架平面垂直的柱两侧加设了两块箍板，并且是上下放置，有助于强化柱顶端节点的连接刚度，不仅可以取消二次灌浆的工作，还可以移至箍板到上部顶端，与处于钢斜梁端部的底板进行焊接，有这样有助于强化柱子顶端节点的延展性，这样也有利于柱子顶端水平力以及弯矩的传递[3]。

2.4 钢构件选型

在混合排架中，拱肋内应力的抽力和弯矩产生应力相似，与此同时柱顶部和拱脚处连接并不是铰接，这种连接并不是理想方式，这种连接存在嵌固弯矩，充分考虑其与拱脚镶嵌固定的程度带来的影响，然而实际上处于最大轴力的拱脚位置具有一定的弯矩，为此需要运用相等截面积的拱肋构件。

3 加强钢筋混凝土柱顶的措施

钢筋混凝土柱顶节点部位是承受力不加复杂的一个位置，可以采用以下措施进行加固，①柱子混凝土强度进行调节，但是应该高于C25；②柱子纵向钢筋柱顶弯折，并且弯折钢筋相互焊接，焊接处的搭缝长度应当进行双面焊接，且应当大于5倍柱纵筋直径值、单面焊接处应当高于10倍柱纵筋直径，③柱顶端应当建设箍筋加密区，并且密度应当高于2倍柱截面高度，应当采用直径小于8毫米的箍筋，且间距应当小于100毫米，箍筋肢之间的距离需要大于200毫米。对于竖向钢筋应当做到每隔一根就应当束有箍筋，可以运用长方形和多边形以及拉筋组成的复合箍筋。

4 结语

综上所述，设计混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构中关键之处是钢筋混凝土柱顶与钢斜梁之间连接节点，本文通过介绍这种建筑的两种形式，分析混合钢架和混合排架这两种形式的受力性能，根据柱顶节点构造特点、传递受力方式进一步研讨，希望能够工程设计提供推动作用。