对混凝土柱加人字形钢梁结构设计常见争议的见解与处理

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发布时间：2021-09-11

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对混凝土柱加人字形钢梁结构设计常见争议的见解与处理
李文英
(广东省轻纺建筑设计院广州510080)
摘要：混凝土柱加人字型钢粱是一种新型的结构体系．因而现有的所有规范中均未明确指出其设计方法和构
造要求，导致设计中出现不少带有争论性的问题，文中提出就这些问题的见解和处理方法，供同行参考。
关键词：混凝土柱；人字型钢粱；结构设计
1 问题的提出
近年在珠江三角洲地区涌现出大量类似门式
刚架的混凝土柱加钢梁的单层厂房．门式刚架一般
用于大跨度单层厂房。平面布置灵活多变．既可为
单跨、双跨或多跨，又可为高低跨，或单坡、双坡等，
且施工方便，安装简单可行。外形简洁优美。加上许
多钢结构专业公司在宣传中强调该结构形式的优
越性和适用性．使很多厂房业主乐意接受采用这种
结构但随着近两年钢材价格的猛涨。以及防火涂
料价格的居高不下。导致不少业主要求将门式刚架
中用量较多的钢柱改为混凝土柱
类似门式刚架的混凝土柱加钢梁是一种新型
结构．现行所有规范中均未明确指出其设计方法和
构造要求．使得完成的设计方案各异．尤其在市场
经济环境下工程承包价钱的进一步降低．使得类似
门式刚架的混凝土柱加钢梁的设计中也出现了许
多问题。如钢梁挠度过大、柱头混凝土松动破坏等。
甚至发生厂房倒塌事故
在相关结构论坛以及实际工程设计中也出现
了不少针对混凝土柱加人字型钢梁结构设计的争
议．现笔者就部分有争议的问题提出个人见解和处
理意见．供同行参考和交流
2 常见的争议性问题
2．1 模型的建立
目前对于混凝土柱加钢梁结构模型的建立有
以下几种观点：①柱与梁可在连接处刚接，按门式刚
架建模；②柱与梁可在连接处铰接，按门式刚架计算；
③柱与梁在连接处铰接，跨度大时还需梁底设拉杆，
按类似混凝土柱加梯形或三角形屋架的排架体系
建模。
笔者却认为混凝土柱顶最好与钢梁铰接．当跨
度和坡度较大时．最好梁底设拉杆．但不应按类似
混凝土柱加梯形或三角形屋架的排架体系建模．而
应按实际建模。具体理由如下：当柱顶与钢梁刚接
时．这种结构看似门式刚架．但混凝土柱顶很难实
现与人字形钢梁真正刚接．一般也只是钢梁通过梁
端竖放式端板或者加设一小段竖放式钢柱与混凝
土柱中预埋的螺栓相连来形成刚接．因此这不算是
真正的刚接。其受力也不好。因钢梁属弹性材料。而
混凝土属弹塑性材料．为脆性材料．虽然混凝土构
件可通过配置钢筋来承受弯矩和剪力．但在柱顶连
接部位的抗拉抗冲切性能较差．在外力作用下很易
松动和破坏连接点的设计和施工都很复杂。且由
于传力不可靠．一旦连接松动．钢梁将会受到比设计
内力大得多的弯矩．很有可能引发安全事故。因此设
计时还必须适当提高钢梁的跨中弯矩系数．既不能
保证结构安全也不经济
当柱顶与钢梁铰接且坡度较大时．这种结构中
的人字形钢梁只能相当于两端铰接折线拱．应按照
拱的受力特点进行计算．这种结构坡度和跨度越大．
柱顶水平推力就明显越大．会最终导致混凝土柱底
弯矩和配筋很大．基础严重偏心。此外。由于拱的位
移变形只能靠拱脚反力来阻止．而拱脚反力大小取
决于混凝土柱提供的抗侧推力大小．所以会导致柱
截面越大．也即柱抗侧刚度越大．其提供的抗推力
会更大．由此引起其柱底弯矩会增大．需配置更多
的钢筋．最终导致钢筋密度过大．基础底面大幅增
加。势必很不经济合理因此。笔者认为对于长度
18m以上的钢梁．最好在其底部增设拉杆以承受折
线拱底的水平推力。这已在实际工程中得到验证