某高层建筑加层钢框架柱脚节点的抗震构造.pdf

某高层建筑加层钢框架柱脚节点的抗震构造杨晓明 周东明 李海峰(青岛理工大学青岛 266033)摘 要:为保证加层钢框架结构的抗震性能以及新旧结构的整体性,钢框架柱脚节点能否达到设计要求是关键目前常采用的节点构造抗震性能不足分析了钢筋混凝土框架的钢加层柱脚节点的一般做法,提出了一种柱脚刚性连接构造,该构造能有效地提高柱脚节点的抗震性能关键词:高层建筑 钢结构加层柱脚连接构造抗震性能THE SEISMIC CONSTRUCTIONA L DISPOSAL ON THE COL UMN BASEJOINT OF STEEL FRAME ADDING STORY ON THE TOP OF A TALLBUILDINGYang XiaomingZhou DongmingLi Haifeng(Qingdao Technological UniversityQingdao266033)Abstract:To quaranteethe seismic behavior of addingframe steel structure and the integrity betweenadding structure andoriginal structure,the steel basejoint is the key to the project of adding story.It is analysedthe configuration of column basejoint of steel frame structure adding story when the original structure is a concreteframe structure,and it is pointed out theseismic inadequacy of the base joint used at present,and a new seismic constructional disposal of the joint of steel frameadding story on the top of a tall building is suggested.Keywords:tall buildingssteel frame adding storycolumn basejoint constructionseismic performance第一作者:杨晓明 男 1959年12月出生 博士 副教授E-mail:yxmqd59 收稿日期:2007-04-20对于一般多高层建筑加层工程,在综合考虑技术、经济等因素后,较多采用钢结构。

新加层的钢结构与原混凝土结构沿竖向在质量和刚度方面有较大的突变因此,在水平作用(包括风作用、地震作用)下,加层部分的钢结构中会产生明显的鞭鞘效应,与采用混凝土结构加层相比,钢结构传递到下部的竖向荷载明显减小;而水平荷载却减小不大为保证将加层结构的内力有效地传到原结构,以及加层后结构的整体受力性能,钢框架柱脚节点不仅是受力最复杂之处,也是加层工程的关键因此,柱脚节点的设计与施工,不仅能使上部结构的内力传递到下部,而且使上下结构连接处的抗震性能得到加强1 工程特点青岛某大厦为上部26层、地下2层、高98195m的钢筋混凝土框架-核心筒结构主体结构刚完工,业主便提出在大厦原结构上增加3层的要求,如采用钢筋混凝土框架加层,下部结构中的一些梁柱和基础均需进行加固补强;而采用钢结构框架加层则可减少下部梁柱的加固量,基础可以不需加固补强,施工也较方便但采用何种柱脚刚性连接成为该加层设计的重点图1为加层钢结构柱平面布置,图2为加层钢结构框架梁平面布置2 常用柱脚刚性连接方案目前在采用钢结构加层的工程中,采用的柱脚刚性连接图1钢结构框架柱平面布置Fig.1Layout of steelframe columns方案有以下3种方式:1)直接钻孔连接法,如图3a所示。

即在原有的框架柱头上直接钻孔,伸入柱内锚固钢筋与过渡钢板焊接,用结构胶锚固钢筋,结构胶硬化后安装钢柱本连接构造的优点是施工简便但是,结构胶的耐久性及施工质量的可靠性,特311Industrial C onstruction Vol137,No19,2007工业建筑 2007年第37卷第9期 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -图2 钢结构加层框架梁平面布置Fig.2Layout of steelframe beams别是连接节点的抗震性能未能提高2)柱中筋直接连接法,如图3b所示当原混凝土柱顶配筋较密时,则无法采用直接钻孔连接法,而用柱中筋作为连接钢筋,即在柱内选位置合适的主筋加热调直并提到底板上开孔塞焊,在柱底铺细石混凝土找平,钢板与底板螺栓连接该方法不能提高连接节点的抗震性能另外,有时也很难找到满足要求数量的钢筋a-柱直接钻孔法;b-柱中筋直接连接法1-加层钢柱;2-钢柱底板;3-过渡钢板;4-锚固钢筋;5-原钢筋混凝土柱;6-原柱纵向钢筋图3 柱直接钻孔法和柱中筋直接连接法示意Fig.3Diagramof direct2drilling connectionofcolumnand rebar2planting within column1-新加钢柱;2-U型螺栓;3-钢柱底板;4-找平砂浆;5-板;6-原混凝土梁;7-原钢筋混凝土柱;8-原柱纵向钢筋图4U型箍连接法Fig.4C onnecting of U2stirrups3)U型箍连接法,如图4所示。

当只增加一层或加层的内力较小时,也有工程采用U型螺栓连接法即在钢柱下的梁用U型螺栓,梁顶的钢板用钻孔塞焊或螺栓连接该构造施工简便,但不能提高节点的受力性能上述3种构造方法,均不能保证承受加层结构柱脚的复杂应力以及提高抗震性能3外包刚性连接方案本工程采用的柱脚刚性连接构造,如图5所示根据内力先确定需要的钢筋数量,图中 号钢筋,钢筋长度上部满足2 h3h,保证包脚钢筋混凝土部分的垂直纵向主筋有足够的锚固长度,焊于包脚范围内钢柱的抗剪圆柱头栓钉的配置,用来传递柱底弯矩M,包脚处钢柱翼缘外侧面的钢筋混凝土保护层厚度要保证不小于180mm;下部钢筋长度超过原梁100mm要求,号钢筋下部与原柱中纵筋通过连接封闭的钢板箍连接,然后用高一强度等级的细石混凝土外包以上措施使上部结构的内力有效地传到下部结构,且对原节点的a-边柱;b-中柱1-方形套管;2-原混凝土梁;3-原柱;4-螺栓;5-原柱钢筋;6-方钢柱;7-焊接方形钢板;8-植筋;9-新浇混凝土;10-梁图5 外包刚性连接方案Fig.5Connecting schemesof steel2wrapping(下转第118页)411工业建筑 2007年第37卷第9期名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -图8竖向正应力分布Fig.8Distribution of vertical normal stress构倾斜等,对此需做进一步分析。

312抗震加固对策结合以上分析结果,为保护砖石古塔在地震中不致破坏,对其进行抗震加固也应从两个角度出发:一为控制剪切破坏,二为控制轴向破坏具体措施如下:1)塔体加箍箍的形式可采用钢板箍、钢筋混凝土箍、砖筋箍等,加箍的作用主要是防止裂缝开展并局部提高砌体的抗剪强度,增强整体性,阻止剪切破坏,提高抗震性能2)裂缝粘结古塔墙体裂缝不仅影响了感观,更重要的是降低了塔体的整体性,使其抗震能力大大降低对已有裂缝可采用压力灌浆技术,浆液可采用化学浆液和水泥浆液,如高分子化合物、水泥砂浆及混合砂浆等裂缝粘结后可有效防止塔体“劈裂”和“掉头”3)增设构造柱与圈梁为保持古塔原貌,增设构造柱与圈梁时应在内部进行,否则影响外观要求为减小对结构的损伤,构造柱与圈梁一般可采用小截面、高强度混凝土但此方法仅适用于空筒式砖石结构古塔,对实心和砖皮土芯的古塔(如西安大雁塔),则不适宜采用4)碳纤维加固碳纤维加固技术可避免由于加固而增大结构尺寸及自重,造成施工困难等缺点,由于碳纤维布具有很高的抗拉强度,因此可有效抵抗塔体由于出现拉应力而造成的破坏,可应用于古塔的抗震加固之中其做法如下:首先用灌浆材料对结构表面部分进行灌缝处理,然后按设计计算要求,间隔一定尺寸环向贴碳纤维材片,最后进行表面处理。

4结 论1)砖石古塔属高耸结构,地震反应与高耸结构类似,从多道地震防线角度来看,不利于抗震2)砖石古塔的震害现象主要有:塔刹震落或震歪、顶部震落、沿中轴线劈裂3)兴教寺塔时程分析计算结果表明:该塔水平最大地震反应出现在顶部,而竖向最大反应却位于34层,与竖向最大地震反应位置接近4)引起砖石古塔震害的因素有水平剪应力与竖向正应力,二者相互作用,引起塔体破坏5)结合砖石古塔震害形成机制,对其进行抗震加固可采用塔体加箍、裂缝粘结、内部增设构造柱与圈梁、碳纤维布加固等措施参考文献1 姚谦峰,苏三庆.地震工程.西安:陕西科学技术出版社,20012 李丽娟,施明诚,梅占馨.大雁塔地震可靠性分析.应用力学学报,1994,11(2):86-913 文立华,王尚文,刘洪兵.古塔抗震性能分析.工程抗震,1996,1(3):21-234 陈 平,赵 冬,姚谦峰.西安小雁塔抗震能力探讨.西安建筑科技大学学报,1999,31(2):149-1515 陈 平,赵 冬,姚谦峰.西安大雁塔抗震能力探讨.建筑结构学报,1999,20(1):46-496 和 玲,甄 刚,周伟强.大雁塔和法门寺砖材保护研究.文物保护与考古学,2004(3):33-39(上接第114页)三向受力得到加强,其耐久性和抗震性能均得到明显提高。

该高层建筑顶部加层工程已建成,效果良好4 结 语在多高层钢筋混凝土结构上采用钢结构加层,且柱脚内力较大时,采用的柱脚刚性连接方案中,不应采用直接钻孔连接法、柱中筋直接连接法、U型箍连接法,而应采用抗震性能较好的连接法本文采用的外包刚性连接节点方法,不仅能有效地传递加层部分的内力,而且其耐久性和抗震性能得到了有效保证,从而保证了加层工程的整体受力性能参考文献1 刘晶波,杜义欣,费毕刚,等.某大厦的加层加固设计与施工.工业建筑,2006,36(10):93-962 高靖斌,张慧英,吴文献.某框架结构办公楼的加层加固设计.工业建筑,2006,36(9):92-943 张 涛,王元清,石永久,等.多层建筑顶部轻钢加层柱脚节点的设计与构造.施工技术,2005,34(10):36-384 李星英,魏才昂.钢结构连接节点设计手册.第二版.北京:中国建筑工业出版社,20055G B 50017-2003钢结构设计规范6 杨晓明.钢筋混凝土框架抗震加固人机交互程序的开发与研究.工业建筑,2004,34(11):75-777 杨晓明.钢筋混凝土框架抗震鉴定人机交互程序的开发与研究.工业建筑,2004,34(8):84-86欢迎订阅 钢结构 杂志(邮发代号:82-850)811工业建筑 2007年第37卷第9期名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -。