型钢高强混凝土梁柱节点的设计模拟与分析

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发布时间：2021-09-03

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型钢高强混凝土梁柱节点的设计模拟与分析
Design Simulation and Analysis of Profile Steel Reinforced
High—Strength Concrete Column Beam Joints
郑建文
上海市建工设计研究院有限公司 200050
摘要：针对上海某工程型钢高强混凝土梁柱节点施工中的钢筋与型钢发生碰撞、控制构件的裂缝等难题，通过事先进行
的模拟，并借助现代全新的BIM技术，控制了整个项目的进度及质量。同时，根据模拟柱施工的结果，通过对正式施工
图节点设计构造进行调节，使得工程既保证了施工质量，又节省了返工费用。
关键词：型钢混凝土柱梁柱节点设计模拟 BIM 施工控制
中图分类号：TU756．4 ，文献标识码 B 【文章编号l 1004—1001(2012)02-0126-03
1 工程概况
本工程位于上海浦东新区，建筑高度220 m，共49层，
采用框架一核心筒结构体系，其中框架柱为型钢混凝土
柱，框架梁与核心筒为钢筋混凝土。本工程采用的结构体系
既可充分利用钢筋混凝土与型钢的材料特性，又可节省土
建造价，具有极高的性价比。
2 工程特点及难点
2．1 梁柱节点复杂
在结构设计中，不仅应强调结构整体的承载力验算，而
且还应从满足“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计
原则出发，重视节点设计。
通常情况，框筒体系的高层和超高层建筑，多采用梁
和柱同时设置型钢的设计方案，而本工程为达到经济实用
的效果，仅在框架柱和核心筒的4个角部设置了型钢，而框
架梁则仍为钢筋混凝土。这势必造成梁柱节点核心区内较
多的主梁钢筋与柱内型钢发生碰撞，如果处理不好，既不能
保证框架梁主筋的锚固，影响节点处混凝土的浇捣，又削弱
了节点处的强度，于抗震不利，因此，梁柱节点的处理显得
格外重要。
2．2 高强混凝土的抗裂缝要求
为了减小构件的尺寸，我们对竖向构件的混凝土强度
等级采用C60。即使如此，由于本项目的高度及规范要求，
所以竖向构件的构件尺寸还是较大，如框架柱在底部的最
大尺寸达到了2 000 mm x 2 000 mm，核心筒的剪力墙在底
作者简介：郑建文(1980一)，女，本科，一级注册结构，工程师。
作者地址：上海市武夷路150号(200o50)。
收稿日期：2011-12—12
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部加强区的最大墙厚也达到了1 300 mm。
很多研究表明，混凝土表面温度随外界温度波动而波
动，但内部的导温性能很差，所以在外界温度骤降时将引起
很大的温度梯度，进而在厚度方向上的拉应力发展很快，这
极易引起全断面拉应力的产生。所以，相对较大的竖向构件
需要采用C60高强混凝土。因此，要求施工单位在施工中采
取何种措施，以防止控制构件的裂缝产生就成了该工程另
一难点。
3 解决方案：模拟柱及BIM节点模拟方法的引入
对于本项目，既有框架柱中的型钢与框架梁中的主筋
发生碰撞的问题，又有高强混凝土的问题。为解决这些难
题，我们参照工程桩施工时，预先进行试桩的概念，提出了
预先进行框架柱(墙)的施工模拟的方案— — 简称“模拟柱”
方案。进行模拟柱的目的，可以预先选择工程中1～2个典
型的梁柱节点，做预先模拟，事先找出可能遇到的问题，并
找出解决问题的方法。
一般情况，钢结构的施工前还有一个图纸深化的过程。
钢结构深化和钢筋放样是由不同分包的工作人员各自完成
的，其在做各自的工作过程中可能不了解其它工种的情况，
这就会造成钢筋放样及钢结构加工结束后，在施工过程中
发生钢筋和钢柱碰撞的问题。因此，在做模拟柱的过程中我
们又引入了BIM的概念。BIM(Building Information Mod—
eling)即建筑信息模型，建筑工程项目的各项相关信息数
据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。此技术在通常情
况下，一般用于建筑，结构和综合管线的模拟，但是对于本
工程如此复杂的梁柱节点，也可以借助BIM的概念和方法，
在深化设计阶段就介入，利用计算机建立复杂的梁柱节点
的3D模型，通过另一种模拟形式即计算机的模拟方式，将
梁柱节点，钢柱和钢筋的走向预先进行三维碰撞分析