兩種鋼框架體系在工程應(yīng)用中的技術(shù)特點(diǎn)

兩種鋼框架體系在工程應(yīng)用中的技術(shù)特點(diǎn)

安裝鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于多層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系中。它的技術(shù)成熟，支持豐富，產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完整，適合大型下層建筑。但由于多高層結(jié)構(gòu)的特殊性，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較為少見(jiàn)。本文選取2種多高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)，從梁柱拼裝、樓蓋體系、裝配工藝3個(gè)角度出發(fā)，對(duì)其技術(shù)及特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)和不足展開(kāi)分析探討，并對(duì)多高層鋼框架結(jié)構(gòu)體系的共性規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。12系統(tǒng)的總結(jié)1.1鋼管混凝土柱系Conxtech鋼框架體系是美國(guó)開(kāi)發(fā)的1種新型的裝配式鋼結(jié)構(gòu)，自推出后得到了廣泛的應(yīng)用和好評(píng)。Conxtech鋼框架體系是由框架梁、框架柱、梁柱連接組件、壓型鋼板組合而成的一種純鋼框架的樓蓋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。通常情況下，會(huì)在框架柱內(nèi)部填充混凝土，形成鋼管混凝土柱；框架梁多采用寬翼緣H型鋼截面梁，將其加工成RBC與柱相連接，再采用套板拼裝將框架梁和框架柱連接。套板拼裝的連接方式有2種，分別為ConXL和ConXR，可根據(jù)適用范圍選擇適當(dāng)?shù)倪B接方式，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裝配的核心技術(shù)。1.2立柱支撐作用立柱、支撐、樓蓋系統(tǒng)及基礎(chǔ)共同組成了空腹梁支撐的框架體系。作為1種新型的框架結(jié)構(gòu)，不需混凝土填充，通過(guò)方形空心截面柱形式，立柱同樣能發(fā)揮其支撐作用；采用鋼板冷彎型的槽形截面作為空腹桁架梁和約束梁，加上約束柱的支撐，在沿桁架梁外圍框架上進(jìn)行布置。22比較和分析不同系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)2.1結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造Conxtech鋼框架體系的梁柱連接有ConXR和ConXL2種，其中ConXR的連接位置在梁柱的連接處，SHS（方形空心截面）柱的截面需保持貫通狀態(tài)，需在框架柱的每個(gè)側(cè)面焊接帶楔形插頭板的板套，同時(shí)在框架柱對(duì)應(yīng)的框架梁處布置帶同樣形狀的梁端外套板，連接孔則設(shè)置在套板兩側(cè)，用高強(qiáng)螺栓連接。內(nèi)外板套的插頭和插座隨著鋼梁方向從上往下布置，這樣的設(shè)計(jì)能更好地起到穩(wěn)固作用，使框架體系更加完整、牢靠。ConXL與ConXR相比，在連接的位置和要點(diǎn)上基本相同，但柱面與梁端的套板形式和套板布置方式有所不同。ConXL的組面套板采用T形截面形式，在SHS柱的對(duì)角位置進(jìn)行安裝，根據(jù)柱面套板板件厚度的變化，T形柱套板內(nèi)形成楔形空間；梁端套板選用分散的上翼緣、下翼緣和腹板連接套板，與柱面套板的楔形空間相對(duì)應(yīng)，梁的上下翼緣套板厚度也根據(jù)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整，使整體結(jié)構(gòu)更加完善。梁柱的連接方式與ConXL相同。空腹梁支撐鋼框架體系與Conxtech鋼框架體系在梁柱連接及構(gòu)造方面存在根本差異，最大的差別在于框架柱?？崭沽褐武摽蚣荏w系的框架柱是分層斷開(kāi)的，將梁柱連接的核心轉(zhuǎn)移至樓蓋系統(tǒng)，在此系統(tǒng)內(nèi)完成重要的連接環(huán)節(jié)。空腹梁支撐框架系統(tǒng)的梁柱連接部件為柱座，是連接的核心部分，根據(jù)框架結(jié)構(gòu)及外輪廓形態(tài)確定柱套尺寸，以SHS（空心截面）作為框架設(shè)計(jì)采樣，將桁架梁和柱套通過(guò)法蘭板進(jìn)行連接，連接方式選擇反向槽鋼連接，在連接處焊接。梁端進(jìn)行封口設(shè)計(jì)，用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行最終固定，保證短板連接的穩(wěn)定性和安全性。在樓蓋系統(tǒng)與框架柱的裝配方式上，均采用法蘭板進(jìn)行連接，在柱的上下端進(jìn)行安裝。柱端設(shè)計(jì)插承柱頭，充分發(fā)揮定向作用，協(xié)助完成整個(gè)安裝過(guò)程。框架柱和柱套兩處的法蘭均通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，這樣就清晰地呈現(xiàn)出整個(gè)體系結(jié)構(gòu)，分層裝配能更好地滿足加工需求，同時(shí)滿足節(jié)點(diǎn)受力。空腹梁支撐框架體系的連接點(diǎn)更為牢固，符合典型的半剛性連接特性。通過(guò)以上對(duì)Conxtech鋼框架體系與空腹梁支撐鋼框架體系的梁柱拼裝連接進(jìn)行對(duì)比，兩者在技術(shù)上存在一定的相同特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)搭建過(guò)程中的焊接工作均在工廠完成，連接點(diǎn)采用高強(qiáng)螺栓連接完成拼裝，更傾向于工業(yè)化生產(chǎn)模式；2種鋼框架體系的框架柱均采用SHS，對(duì)梁高的要求較高，尺寸偏差范圍較小。Conxtech鋼框架體系的梁柱連接位置處框架柱內(nèi)部填充混凝土，形成貫通，采用剛性連接形式，通過(guò)重力自鎖與高強(qiáng)螺栓進(jìn)行加固；空腹梁支撐鋼框架體系的梁柱連接采用斷層形式進(jìn)行，無(wú)須在框柱中填充混凝土，采用端板連接方式，屬于半剛性連接。2種鋼框架體系存在的差異，是根據(jù)其結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)決定的，其構(gòu)造與性能的選擇方面更有針對(duì)性。Conxtech鋼框架體系是以純框架結(jié)構(gòu)為主體的多高層結(jié)構(gòu)體系，突出梁柱連接的剛性和牢固性，注重結(jié)構(gòu)的整體性和抗側(cè)剛度，承重性能較強(qiáng)?？崭沽褐武摽蚣荏w系是突出多高層結(jié)構(gòu)的支撐性能，結(jié)構(gòu)整體的抗震耗能較強(qiáng)，采用半剛性的連接方式降低施工裝配難度，工業(yè)化生產(chǎn)、裝配痕跡較重。在裝配式框架結(jié)構(gòu)體系中，梁柱連接技術(shù)是整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的核心，其連接的構(gòu)造及節(jié)點(diǎn)性能，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的完整度、形成承受度都起到?jīng)Q定性作用。Conxtech鋼框架體系和空腹梁支撐鋼框架體系中所采用的梁柱連接技術(shù)是2種典型的連接方式，無(wú)論是柱連續(xù)、梁斷開(kāi)形式，還是梁柱均斷開(kāi)形式，都能展現(xiàn)出不同的節(jié)點(diǎn)性能。根據(jù)工程實(shí)際的建筑層數(shù)及性能要求，選擇合適的鋼框架體系，均能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)發(fā)揮其必備的結(jié)構(gòu)性能。2.2樓蓋體系模數(shù)化設(shè)計(jì)根據(jù)Conxtech鋼框架結(jié)構(gòu)與空腹梁支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的梁柱連接構(gòu)造可看出，前者的梁柱連接方式?jīng)Q定了其區(qū)別于一般鋼框架結(jié)構(gòu)，存在一定的特殊性，但其樓蓋體系與一般鋼框架結(jié)構(gòu)的樓蓋是相同的。通過(guò)主次梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，將梁柱和壓型鋼板焊接牢靠。這種結(jié)構(gòu)是樓蓋體系中較為常見(jiàn)且典型的體系形式，但這種結(jié)構(gòu)體系對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的要求較高，需較大的空間和專業(yè)裝配設(shè)備來(lái)輔助完成，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工安全要求較高，包括壓型鋼板安裝、樓面鋼筋綁扎及混凝土澆搗等工序?？崭沽褐武摽蚣荏w系中的樓蓋系統(tǒng)是一個(gè)十分重要的裝配環(huán)節(jié)，其模數(shù)化設(shè)計(jì)與功能的高度集成是樓蓋體系中的核心亮點(diǎn)。模數(shù)化是采用3900mm的基本模數(shù)作為建筑平面的構(gòu)成形式，通過(guò)模數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑平面的多樣變化，進(jìn)而形成樓蓋系統(tǒng)構(gòu)件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。模數(shù)化設(shè)計(jì)所形成的樓蓋構(gòu)件形式并不復(fù)雜，而是通過(guò)模數(shù)化對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝進(jìn)行簡(jiǎn)化安排，為實(shí)際施工降低難度，更便于操作。對(duì)于起到支撐作用的樓蓋系統(tǒng)，樓面桁架梁上下弦桿均采用冷彎槽鋼，腹桿為熱軋角鋼，同時(shí)采用壓型鋼板作為樓面，通過(guò)剪力栓釘和桁架梁弦桿進(jìn)行連接。將天花吊頂系統(tǒng)設(shè)置在桁架梁的下方，空腹式的桁架梁不僅結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)留存出大量的空間，為后期布線、布管操作提供便利。空腹梁支撐鋼框架體系中的樓蓋系統(tǒng)是一種高度集成的預(yù)制構(gòu)件，所需的樓面、天花吊頂、管線均需由工廠負(fù)責(zé)完成，實(shí)現(xiàn)了工廠化的全套生產(chǎn)。對(duì)比Conxtech鋼框架系統(tǒng)與空腹梁支撐鋼框架體系的樓蓋體系，前者實(shí)現(xiàn)了平面布置自由、整體剛度較好的特點(diǎn)，但后者的空間布置更為自由、合理，充分利用了布局空間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。目前，在多高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用中，樓蓋系統(tǒng)是整體建筑構(gòu)造的重要部分，無(wú)論是現(xiàn)澆樓蓋還是裝配整體式樓蓋的選擇，均應(yīng)考慮實(shí)際應(yīng)用需求。其中空腹梁支撐鋼框架體系的裝配式樓蓋，更適合工業(yè)化程度較高的建筑結(jié)構(gòu)，在未來(lái)的樓蓋體系發(fā)展中具有較為廣闊的應(yīng)用前景。2.3框架體系的裝配裝配式結(jié)構(gòu)體系的裝配工藝很大程度上決定了工程的施工效率，而裝配單元的分布決定了裝配工藝的實(shí)施方式。Conxtech鋼框架體系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)較為明顯，主體分為2個(gè)單元進(jìn)行裝配，樓蓋采用現(xiàn)澆形式，結(jié)構(gòu)整體更為完整。根據(jù)Conxtech鋼框架體系結(jié)構(gòu)要求，使用高度不超過(guò)50m，以此作為裝配單位的基本條件。先進(jìn)行樓面梁的裝配，每層分別進(jìn)行，在搭建完成后再進(jìn)行樓面的混凝土澆筑。在Conxtech鋼框架體系中，框架柱呈整體結(jié)構(gòu)形態(tài)?？崭沽褐武摽蚣芙Y(jié)構(gòu)與Conxtech鋼框架結(jié)構(gòu)不同，每一層有單獨(dú)的框架柱，且每層結(jié)構(gòu)呈不連續(xù)斷開(kāi)形式，每層的框架柱和C型鋼斜撐都是通過(guò)單獨(dú)的加工裝配完成，通過(guò)工廠生產(chǎn)加工組裝整合形成獨(dú)立單元結(jié)構(gòu)。梁柱套是由樓面桁架梁和框架柱2個(gè)單元組合形成的，需注意2個(gè)單元的安裝順序不可顛倒。根據(jù)空腹梁支撐框架結(jié)構(gòu)的施工順序，在底層樓板安裝完成后，再依照以上順序進(jìn)行上層框架和樓板的施工，降低了施工難度。這樣的裝配結(jié)構(gòu)大幅減少了在施工作業(yè)過(guò)程中的高空項(xiàng)目，加大了施工的安全性，同時(shí)對(duì)施工效率也有所提升。3結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)(1）在裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系中，連接點(diǎn)的構(gòu)造與受力性能是由結(jié)構(gòu)性能的高低決定的。通過(guò)對(duì)2種裝配式結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和工藝分析得出，梁柱連接構(gòu)造更適用于結(jié)構(gòu)建設(shè)的整體需求，操作簡(jiǎn)單，是建筑結(jié)構(gòu)中理想的結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)對(duì)此類機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)提供有效參考。(2)Conxtech鋼框架體系適用于4種不同的子體系，能滿足結(jié)構(gòu)體系的建筑支撐需求?，F(xiàn)澆樓蓋對(duì)于建筑空間的設(shè)計(jì)更為靈活，可根據(jù)建筑建設(shè)的實(shí)際需求完成所需的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)?？崭沽褐武摽蚣芙Y(jié)構(gòu)體系相比于Conxtech鋼框架體系，在應(yīng)用中存在限制，但可根據(jù)建筑實(shí)際的高度對(duì)框架柱壁厚度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，模數(shù)化的樓蓋系統(tǒng)大幅提高了結(jié)構(gòu)的工業(yè)化程度，施工效率也得到改善。但目前為止，模數(shù)化設(shè)計(jì)形式單一，對(duì)建筑的空間布局有較高的要求，在未來(lái)的設(shè)計(jì)研究中會(huì)進(jìn)一步延伸。(3）在2010年，美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)