加建钢筋混凝土结构平台.docx

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加建钢筋混凝土结构平台

加建钢筋混凝土结构平台

近年来轻钢结构因其取材方便用料省自重轻构件批量生产现场施工速度快周期短等诸多特点在我国取得了长足的发展，其中门式刚架由于其简洁美观平面布置灵活安装便利及可以满足多种生产工艺和使用功能的要求等特点，目前正被运用于越来越多的钢结构房屋建筑中。

建筑的主要功能之一便是舒适度，因此，在建筑工程满足安全和舒适度的同时，在对室内加层的设置时，需要满足建筑净空的要求，这就要求设计合理的室内加层结构形式，并选取合适的结构材料和结构构件截面，从而保证建筑功能的最大限度的实现。

而钢筋混泥土和钢材是现代建筑的主要原材料，由于室内加层受到整个主体建筑的布局和设计载荷等因素的制约，这就要求室内加层需要有较轻的自重，并且需要强度高、截面小，同时还需要满足环保的要求。

而钢结构室内加层技术具有布局灵活、自重轻、轻度高、延性好、截面小、对主体结构影响小等特点，并且材料可回收利用，符合可持续发展的战略要求，使得钢结构成为室内加层结构的理想选择。

在结构设计中对各种构件的基本的设计思路如下：

（1）建立合理的力学模型确定计算简图

（2）计算各种工况下构件危险截面的内力

（3）进行荷载效应组合得到可能的最不利内力

（4）对构件危险截面进行内力验算继而确定其具体尺寸在人工设计结束以后利用钢结构设计软件建模设计首先对手算设计的主体构件进行验算和校核，然后利用软件结构设计模块对总体设计进行完善，最终利用软件自动生成施工图并加以必要修改以建施和结施图纸集的形式将总体设计表达出来。

[关键词]加建工程荷载组合内力计算结构设计与验算

1.钢结构的优点与发展

1.1.钢结构的优点

一、从材料上看,强度高,质地均匀,力学性能好

建筑钢材是以铁为主要元素,含碳量为0.02%-2.06%,并含有其他元素的合金材料.和混凝土等其它结构材料相比,其具有许多显著的优势.首先,钢材的强度高、自重轻,使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构；其次,其塑性和韧性良好,能承受冲击作用,并使应力重分布,增加耗能,使这些结构对动力荷载的适应性较强,不会轻易因超载而突然断裂.最后,钢材内部组织接近于匀质和各向同性,在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的,加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小,提高了结构的安全性,便于节点的受力转换,有助于提供设计施工的精确性.

二、从结构上看,有效增加使用面积,抗震性能好.

钢结构截面尺寸小,比起传统结构,可以更好满足建筑上大开间、灵活布局的要求,同时还能达到提高层间净高的效果,有效增加建筑使用面积的3%-6%,如上海新锦江饭店44层就是全钢结构,但其占用面积为3.2%.钢结构本身具有重量轻的特点,自身承受地震的力量相对较小.在地震发生时,地震力效应相应也小,同时良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用.

三、从施工上看,周期短,装配方便

现浇混凝土在施工要求连续,在冬季施工时还会受到气温等因素的影响,而钢结构在施工上具有很强的优势,首先其构件加工是不受环境条件影响的,并可同时在多个加工厂制作加工,现场安装也较为方便,还省去了混凝土支模、养护等工序,加快了施工速度,有效缩短工期,从而达到降低成本的目的,提高了经济效益.其次钢结构对施工现场进行作业的量相对较小,施工方面的临时用地也相应较小,减少了对周围环境的污染.第三,随着计算机结构化的分析设计软件快速发展,钢结构可以将设计和生产结合在一起.设计人员完成设计后,生产线就可将产品完成制作,并将隔热、节能、门窗、防水等成套综合使用,提高了住宅的产业化水平.

1.2.钢结构的发展前景

钢结构虽然在我国有了较大的发展以及应用,但总体上讲仍处于一个发展的阶段.如果按照发达国家的最低水平估算的话,在用钢量方面我国至少有3600万吨的发展空间.值得一提的是,目前我国钢结构的研究已进入一个崭新的阶段,相关规范和标准也已出台,这就为钢结构住宅的发展提供了良好的物质基础和技术保障.据悉国家再今后将大力发展钢结构建筑,力争每年建筑结构用钢达到全国钢材总产量3%以上；到2015年,建筑用钢占钢材总产量6%以上,因此钢结构建筑前景十分广阔.在未来钢结构的发展应关注三大领域：

海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁.海洋石油的产量在2015年要达到1亿吨,海洋工程装备企业的要为深海的开采提供装备；钢结构住宅必须要符合绿色环保、节能减排等政策,钢结构工业化、标准化的住宅产品将具有无限广阔的市场空间.。

2.材料选择要点

目前，我国建筑钢材一般只用两种，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢，其相应的国家标准为《碳素结构钢》（GB700—88）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591—94）。

以前常说的三号钢和16Mn钢就分别属于碳素结构钢和低合金高强度结构钢。

2.1常见钢材产品标准

钢材订货时，其品种、规格、性能等均应以设计文件及现行国家钢材标准或行业标准为依据，常用钢材产品标准如表2.1所列。

表2.1常见钢材产品标准

标准号

标准名称

GB/T699

《优质碳素结构钢》

GB/T700

《碳素结构钢》

GB/T1591

《低合金高强度结构钢》

GB/T3077

《合金结构钢》

GB/T4171

《耐候结构钢》

GB5313

《厚度方向性能钢板》

GB/T19879

《建筑结构用钢板》

GB/T247

《钢板和钢带包装、标志及质量证明书的一般规定》

GB/T708

《冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》

GB/T709

《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》

GB912

《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板和钢带》

GB/T3274

《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》

GB/T14977

《热轧钢板表面质量的一般要求》

GB/T17505

《钢及钢产品交货一般技术要求》

GB/T2101

《型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般要求》

GB/T11263

《热轧H型钢和剖分T型钢》

GB/T706

《热轧型钢》

GB/T8162

《结构用无缝钢管》

GB/T13793

《直缝电焊钢管》

GB/T17395

《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》

GB/T6728

《结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》

GB/T12755

《建筑用压型钢板》

GB8918

《重要用途钢丝绳》

YB3301

《焊接H型钢》

YB/T152

《高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线》

YB/T5004

《镀锌钢绞线》

GB/T5224

《预应力混凝土用钢铰线》

GB/T17101

《桥梁缆索用热镀锌钢丝》

GB/T20934

《钢拉杆》

2.2所选材料要求

所选材料一般应满足以下要求：

1、钢材应有抗拉，屈服强度和硫、磷含量和碳含量的合格保证。

2、所使用的钢材应具有钢材的质量保证书，其品种、规格、性能要符合国家产品标准要求，化学成分也要符合相关要求。

3、材料表面质量在符合国家现行有关标准规定的基础上，还应符合以下规定:

当钢材表面有锈蚀、麻点等缺陷时，缺陷深度不能大于该钢材厚度负偏差值的1/2；连接材料中的焊条焊剂要有产品质量证书，并符合国家要求，药皮不能脱落，焊芯不能生锈，焊剂不能受潮。

4、保护气体的纯度要满足施工工艺要求，在使用二氧化碳做保护气体时，二氧化碳纯度不能低于99.5%，其含水量要小于0.05%。

5、涂装材料要有出厂证明书和说明书，并符合国家标准和设计要求，涂料色彩按照设计要求正确使用，必要时可以作样板。

6、防火涂料技术性能要满足施工需求，并通过国家正规检测机构的检测符合相关标准的规定。

7、防火涂料在使用时要检验粘结强度和抗压强度，并符合国家标准的规定。

8、压型金属板板材的规格，品种，材质要符合设计和国家现行有关标准规定。

3.建筑设计

3.1.结构平面布置图

其中：

1.加建主柱12条

2.主柱材料为H钢

3.纵轴方向为主梁6条

4.横轴含主梁2条次梁11条

5.钢梁上为W720型钢楼承支承板

6.主承板上搅厚为100mm钢筋混凝土

3.2.传力路径

3.3.加建夹层布置平面图

4.荷载分析

4.1.荷载计算

4.1.1.活荷载计算

加建楼面板均布荷载即可变荷载标准值：

q=2.0kn/m²

4.1.2.永久荷载计算

楼地面板永久荷载标准值：

W720型楼承板：

0.7kn/m²

钢架主（次）梁自重：

0.2kn/m²

100厚现浇钢筋混凝土板：

25*0.1=2.5kn/m²

瓷砖面层：

0.55kn/m²

25厚1:

2.5平硬性水泥砂浆粘合层：

0.4kn/m²

25厚1:

2.5水泥砂浆抹平层：

20*0.025=0.5kn/m²

合计：

g=4.35kn/m²

墙体重：

0.25KN/m²

4.2.荷载组合

根据《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2001规范第3.2条规定，对结构承受的各类荷载进行荷载组合。

第3.2.5条规定：

基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：

4.2.1.永久荷载的分项系数：

　　1）当其效应对结构不利时

　　对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2；

对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35；

　　2）当其效应对结构有利时

一般情况下应取1.0；

　　对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。

4.2.2.可变荷载的分项系数：

　　一般情况下应取1.4

4.2.3.垂直荷载组合：

钢结构夹层楼面荷载组合=1.2×恒荷载＋1.4×活荷载

即：

q=1.2×4.35+1.4×2=8.02KN/m2

5.部分构建计算过程

5.1.主梁1轴Xb~c轴受力计算及截面规格计算

主梁1轴Xb~c轴负载面积为：

A=1/2X3.6X4.2=7.56m2

则该主梁受到的荷载总计

G=7.56X8.02

=60.63KN

沿主梁均布：

q=60.63/4.2

=14.4kn/m

由此得到支梁的受力图

由此得到最大挠度的公式：

ymax=5qL4/384EI2

根据本设计的结构图可知按照国家规范要求挠度的最大值不超过L/400

所以ymax=5qL4/384EI2≤L/400由此可得

I2≥5X400L3/384E

其中：

q=14.4kn/m14.4n/mm

E=206X103n/mm2

I2≥5X400L3/384E

=27000000mm4

查材料表取得的规格：

HN300*150*9

截面积A=4753mm2

I2=73500000mm4

w2=980000mm3

5.2主梁1轴Xb~c轴强度验算：

由上受力面图可得：

Mmax=ql2/8=14.4*4.22/8

=31.75kn/m

w2=980000mm3

则∂max=Mmax/w2

=31.75*106/980000

=32.4MPa

查表得[∂]=160MPa

所以∂max=32.4MPa<[∂]=160MPa

强度满足要求

5.3主梁1轴B~C轴刚度验算：

ymax=5914/384EI2=5*14.4*4200/384*106*10³*73500000=3.85mm

[F/L]=L/600=4200/400=10.5mm

∴ymax=＜[F/L]满足要求