，使横梁3具有一定 坡度。
[0021] 所述钢骨为H型钢，其使用较为普遍，成本低且受力能力强。
[0022] 为对本发明进行受力分析，证明其可靠性，现将建筑物高度取23米，跨度取27米， 钢筋砼柱1取高度为18. 450米且截面为800 X 1000的普通钢筋混凝土柱，横梁3取H型 钢梁，截面为H1600X450X 25X28,屋面板为120mm厚混凝土板，钢骨4取H型钢，截面为 H700 X 450 X 14 X 25,钢骨 4 高度为 4550mm。
[0023] 为了分析在计算中柱中钢骨4的作用，可采用PKPM软件计算的横梁3弯矩包络图 来进行对比。图4中柱为钢骨砼柱情况下的横梁3弯矩包络图，可见梁端弯矩为3942kNmm， 梁跨中弯矩为5189 kNmm，图5为同一位置处柱为普通混凝土柱情况下的横梁3弯矩包络 图，可见此时梁端弯矩为3787 kNmm，梁跨中弯矩为5336 kNmm，与第一种情况下分别相差 (3942-3787) /3942=3. 9% 和（5336-5189) /5336=2. 7%，可见两者相差很小。
[0024] 再比较钢骨砼柱和普通混凝土柱在恒载作用下的X向弯矩，分别如图6和图7所 示，图6中钢骨砼柱的柱顶最大弯矩为1899 kNmm，图7中普通混凝土柱的柱顶最大弯矩为 1785kNmm，与第一种情况相差（1899-1785) /1899=6. 0%，两者相差也不大。
[0025] 另外可以根据图6、图7中柱的弯矩图，可以求得柱的反弯点位置。图6中钢骨砼 柱的反弯点距柱底8241mm，约在柱的8241/24000=0. 34高度处，图7中普通混凝土柱的反弯 点距柱底8021mm，约在柱的8021/24000=0. 33高度处，两者的反弯点位置也基本相同。
[0026] 对比两种情况下的横梁3内力及反弯点位置，可见原施工图中设置4550mm长的钢 骨4只是起到了对横梁3固结的作用，对横梁3的内力影响并不大，钢骨4对柱提供的抗弯 刚度无明显影响，由此可以考虑配筋5按照普通混凝土柱计算所得的钢筋面积进行设计， 可以对钢骨4高度进行适当的优化。
[0027] 为了更详细的分析此种结构形式的受力特征，确定合理的钢骨4度，现采用有限 元分析软件Midas FEA对高架库进行实体单元的有限元分析。具体可分以下步骤： (1)建立实体模型 首先分别建立混凝土柱、型钢横梁、钢骨以及柱内配筋的2D模型，再采用布尔运算的 并集将型钢横梁与钢骨形成一个统一的实体，协同受力，然后采用布尔运算的差集将混凝 土柱与横梁、钢骨重合部分挖去，这样就在划分网格时形成一个在同一节点相同应变的协 同变形的单元网格。
[0028] (2)建立材料特性 分别建立混凝土、钢材、钢筋三种材料特性。混凝土采用弹性本构关系GB(RC)_C30,型 钢和钢筋采用范梅塞斯模型，分别输入材料的弹性模量、重量密度、泊松比、初始屈服应力 等参数。
[0029] (3)划分网格 采用自动实体网格工具分别划分混凝土柱和型钢等实体单元，根据计算精度以及计算 时间需要，可以将单元大小设置为200,并同时把前一阶段建立的材料特性赋予单元。由 于采用的布尔运算建立的实体，划分网格时可见在两种材料接触处单元划分是协同的，这 样就可以保证在同一节点的应力应变是相同的。接着采用自动线网格工具划分钢筋单元， Midas FEA可以自动将钢筋与混凝土的变形协同。
[0030] (4)建立边界条件 可在钢筋砼柱底端建立固结边界，约束柱底的位移及转动，模拟基础对柱的约束， (5)施加荷载 荷载主要有构件自重、屋面板传来的恒载、活载以及水平和坚向地震作用等。构件自重 可以在软件中设置自动加载。原施工图设计中板上恒载为6 kN/m2,活载2 kN/m2,考虑坚向 地震系数0. 25,可计算得坚向力为0. 2162N/mm2,加载到梁上的每个单元。水平地震作用可 采用底部剪力法进行简化计算，加载到柱头为〇. 0284 N/mm2。
[0031] (6)结果分析 首先Midas FEA计算时不需要类似PKPM中层的概念，柱子的计算也不需要进行计算长 度的修正，可以真实的模拟现实中柱子的受力情况。
[0032] 经Midas FEA计算首先可以对原施工图设计中的横梁高度进行优化，原设 计中钢梁截面为H1600X450X25X28,经计算可以在应力满足要求的前提下优化到 H1300 X 450 X 25 X 28。可见这种大跨度重型屋面（120mm混凝土屋面板)的钢梁在按照强度 设计时截面高度可以做到1/20L (L为梁的跨度，1300/27000=1/20. 7)左右。即能达到受力 要求，又能节约材料，降低建设成本。
[0033] 为了更详细的分析钢骨4高度对横梁的影响，优化钢骨的插入长度，根据不同的 柱内钢骨长度可以得到不同的横梁应力及挠度，如图8-图25所示： 将以上图形中的主要数据提取出来可以形成表1。依据钢骨4的高度与横梁截面高度 的比值可以计算出梁柱的线刚度比值。由此可以得出两者之间的关系表。 「00341
【主权项】
1. 大跨度混合结构框架，其特征在于：包括钢筋砼柱、钢骨砼柱和横梁，钢骨砼柱由钢 骨、配筋和混凝土组成，钢骨纵截面为倒置的L型，配筋和混凝土均匀交叉分布于钢骨坚直 部分的外表面，钢骨下端面通过螺栓与钢筋砼柱上端面连接且钢骨坚直部分和钢筋砼柱在 同一轴线上，横梁横跨于两钢骨砼柱之间，且横梁两端通过高强螺栓与钢骨上端的水平部 分连接。
2. 如权利要求1所述的大跨度混合结构框架，其特征在于：所述横梁为钢梁，钢梁的截 面高度数值为横梁的跨度数值的1/20。
3. 如权利要求1所述的大跨度混合结构框架，其特征在于：所述钢骨高度i g为横梁截面高度。
4. 如权利要求1所述的大跨度混合结构框架，其特征在于：所述钢骨为H型钢。
【专利摘要】大跨度混合结构框架，包括钢筋砼柱、钢骨砼柱和横梁，钢骨砼柱由钢骨、配筋和混凝土组成，钢骨纵截面为倒置的L型，配筋和混凝土均匀交叉分布于钢骨竖直部分的外表面，钢骨下端面通过螺栓与钢筋砼柱上端面连接且钢骨竖直部分和钢筋砼柱在同一轴线上，横梁横跨于两钢骨砼柱之间，且横梁两端通过高强螺栓与钢骨上端的水平部分连接。本发明结构简单，横梁起吊后通过螺栓与钢筋砼柱连接，取消了高支模体系每平方米2吨满堂红钢管脚手架的安装过程和拆除过程，取消了高支模施工方法的专家专题论证，降低了施工难度和施工成本，缩短了施工周期；各构件间采用刚性连接，提高受力能力，延长使用寿命。
【IPC分类】E04H5-02, E04B1-342
【公开号】CN104674948
【申请号】CN201410115847
【发明人】白玲, 赵鹏展, 郭传林
【申请人】机械工业第六设计研究院有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年3月26日