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Z型隐藏梁及结构防火设计在装配式钢结构建筑中的应用

时间:2019-10-26 22:01:49  来源:建筑工业化装配式建筑网

  随着装配式建筑推广及应用的常态化和相关规范的完善,越来越多的装配式建筑呈现在人们的眼前,装配式建筑基地如雨后春笋。但让人意外的是:装配式混凝土建筑成了网红,装配式钢结构建筑在这次建筑升级中表现的不温不火。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  通过深入了解后得出了以下几点原因:一是钢结构建筑主要用于公共建筑,而此次建筑升级,主要是体量大的住宅类建筑。钢结构建筑本身即是装配式,但用于公共建筑时的幕墙及楼承板等配套部品完备,直接用于住宅时造价过高;二是钢结构建筑尚未解决的遗留问题:主要是结构防火及防腐带来成本较高的问题。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  本文的研究内容是用Z型隐藏式梁替代传统的H型梁,其优点是室内外不露梁柱,且因Z型梁的腹板方便连接门窗柱,从而主梁的支点增多,梁端与主结构柱的受力情况改善,材料截面可相应减小,同时因门窗等次柱的增加,也有利于外墙板的安装及室内保温棉的铺设,满足了防火要求。增加了次柱后,每个房间被围成了一个个的筒状,形成了筒中筒结构,增加了建筑的整体稳定性。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  关键词: 隐藏式Z型梁 梁柱一体结构scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

一、利用MtsTool软件对Z型梁和H型梁的分析对比scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  首先用MtsTool进行分析对比时,选用的H型和Z型截面为320-130-10-10,因该软件中的参数不能改变,腹板和翼缘的厚度是一样的。下图中,两种截面质量同为44.39KG,截面积为56.5,材质Q235,长度为4米,简支梁,左端支座为:竖向铰接,右端支座为:竖向铰接,分别施加10/20KN的恒载与活载。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

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  从软件计算结果看,H型梁整体稳定性较Z型梁差。在两种截面的特性值中,H梁和Z型梁的y轴的截面惯性矩分别为348.93cm4和1388.43cm4。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

二、应用Midas软件对H型梁和Z型梁进一步分析对比scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  用二柱一梁的简单结构,对H型梁和Z型梁进行分析对比,选用200*10的方管柱,H梁截面为320*130*9.5*15,Z型梁截面为与320*130*9.5*15,两种梁截面几何尺寸与截面质量相同,柱高4米,柱间距4米,材质均为Q235。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  建立好模型后,在H型梁和Z型梁上施加荷载,分别是10KN的恒载和20KN的活载,通过分析后观察梁细部应力与变形状况。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

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  从迈达斯的分析结果来,两种截面的梁在施加相同荷载时,应力应变弯矩等值非常接近,但是MtsTool的整体稳定性计算中,Z型梁要好于H型梁,其原因应该是Z型梁的长细比较H梁小,其弱轴的惯性矩比H梁大的多,都是造成Z型梁整体稳定性较好的原因。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

三、梁柱一体结构的分析对比scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  Z型梁的腹板与墙体是平行的,与门窗柱的连接方便,通过焊接或栓接的形式把Z型梁与门窗柱组成一个部件(如图9)。门窗柱与梁连接后将参与结构承重,使梁的支承点增加,梁两端与主结构柱的应力减小,可适当减小主结构柱的截面尺寸,这部分钢材被分摊到门窗柱上,每一间房子一周都有许多小门窗柱,形成了一个个的筒体结构,整个建筑的钢材分布和结构受力更趋均匀。下面通过Midas软件对一栋六层钢结构住宅的单个墙体进行的分析对比。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  其中,主结构柱跨度6米,柱高4米,图8为传统H型梁柱结构,柱和斜支撑截面采用h320*130*9.5*15,梁截面采用h400*400*13*21;图9为Z型梁柱结构,两边主柱与图8一样为h320*130*9.5*15,梁截面为Z320*130*9.5*15,门窗柱与支撑为矩形管100*50*4。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

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  对图8中H400*400*13*21截面的梁和图9中的Z320*130*9.5*15截面的梁施加荷载,分别是活荷载20KN,恒荷载30KN。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

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  通过对两种墙体结构的分析对比,采用小截面多柱结构的Z型梁比传统大截面大跨度的H梁的更有优势,不仅强度没有减弱,还将带来可观的经济效益。墙体钢材用量分别是1950KG和1055KG,减少了30%以上。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

四、结构防水及防火设计scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  在梁柱结构的外侧安装外墙板,采用高强度混凝土材料,高度比楼层略低10-20毫米,长度3到6米,厚度一般50毫米,墙体制作时内置预埋件,朝外的一侧可以喷涂外墙真石漆,制作时在制作平台的底层放一层彩砂,养护完成后在室内侧的墙表面喷涂一层防水材料。安装时通过卡箍将预埋件与门窗立柱连接,具有柔性的连接件与门窗立柱构成延性结构。在受到外部荷载时,由于门窗立柱和Z型梁是刚性连接,所以外墙板不直接参与荷载,但是对门窗立柱又产生平面约束,主结构的立柱与辅助的外墙板始终同时在抵抗荷载。与钢框架延性混凝土墙板不同之处,是该结构在受到地震作用时,由于混凝土强度低于钢材,在荷载足够大时,混凝土必然首先被破坏,之后才是钢结构框架抵抗地震荷载直至结构破坏。Z型梁结构的墙板起到增加钢结构柱的稳定性,形成蒙皮效应,受力过程中,只要没有超过钢结构的极限荷载,混凝土墙板一直能起到增加结构稳定性的作用而不至破坏。梁柱一体结构通过Z型梁两端的端板与H钢柱的翼缘用螺栓连接,施工顺序和传统钢结构一样,依次是混凝土基础,预埋件固定与浇筑,竖H钢柱,安装梁柱一体结构,安装外墙板。由于外墙板的面积较大,外墙板接缝内放置三元乙丙密封条,外面用不锈钢压条封堵,不需要打胶(如图12),可以形成长效防水密封。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

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  室内一侧的钢结构防火,采用厚度100mm以上的玻璃棉将立柱全部覆盖起来,用几字型压条将之固定在门窗柱上,玻璃棉被压条压实后厚度会减小,门窗柱内表面到压条的外表面之间的距离就是防火层的厚度(如图13)。防火层的厚度与玻璃棉的容重,通常要根据建筑设计说明中的要求去设定。利用玻璃棉的可压缩性,将水电线管安装在两组压条中间,压条的内侧表面固定内墙板,将玻璃棉及水电线管遮盖住,实现管线分离及钢结构防火。内墙板的厚度,通常按照建筑防火等级来设定。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

结束语:scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  Z型梁的腹板安装门窗立柱,下翼缘上放置楼板构件,上翼缘放置二层的墙体(图14),整个梁隐藏在墙体内,室内不占用吊顶空间,室外不会露梁露柱,外墙防水设置简单安全长效,将墙板渗漏造成结构腐蚀降到了最低点。室内保温棉铺设后,结构立柱与内墙板之间形成了断桥,不仅防火隔音,对建筑形成内保温,墙体蓄热少,保温时间长,有利于建筑节能,通过设定保温棉的厚度和容重,节能可以达到80%以上。整个建筑除了基础和部分精装修以外,达到了全装配,对提高建筑品质与降低工人劳动强度、提高工作效率将 产生系统和深远的改善。scC筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!


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