¿Cuáles son las cuatro combinaciones de fuerzas internas de la columna? ¿Cuál es la base de la combinación?
Las estructuras hechas de acero envueltas en hormigón se denominan estructuras de hormigón armado con acero. Se caracteriza por una carcasa de hormigón fuera de la estructura de acero en forma de T. Además del acero laminado, el acero soldado también se utiliza ampliamente en el hormigón armado. Además, las barras de acero y los aros se utilizan juntos. En el pasado, China también utilizaba el nombre de hormigón armado rígido.
Las vigas y columnas de hormigón armado son los componentes más básicos. La sección de acero se puede dividir en tipo de vientre sólido y tipo de vientre hueco. Las secciones de acero sólidas se pueden soldar a partir de secciones de acero o placas de acero. Los tipos de sección transversal comúnmente utilizados incluyen tubos de acero I, H, I, T, ranurados y rectangulares y circulares. Los perfiles de acero de piezas huecas se componen generalmente de listones o listones unidos a perfiles de acero o perfiles de acero. Los pórticos de hormigón armado pueden estar compuestos por columnas y vigas de hormigón armado. Las vigas de marco pueden ser vigas de acero, vigas compuestas o vigas de hormigón armado. En edificios de gran altura, los muros de corte de hormigón armado se pueden instalar en marcos de hormigón de acero perfilados, se pueden instalar soportes de acero o armaduras de acero en muros de corte, o se pueden instalar placas delgadas de acero en muros de corte para formar varios tipos de perfiles. Muro de corte de hormigón armado. La capacidad de carga de corte y la ductilidad de los muros de corte de hormigón de acero perfilado son mejores que las de los muros de corte de hormigón armado y pueden desempeñar un papel en edificios de gran altura.
En comparación con los marcos de hormigón armado, el hormigón armado tiene una serie de ventajas:
1. El acero del hormigón armado no está limitado por el contenido de acero y su capacidad de carga puede variar. tener la misma forma que las barras de acero más del doble que los componentes de hormigón, puede reducir la sección transversal de los componentes y aumentar el área de uso y la altura estática del piso de los edificios de gran altura;
2. El período de construcción de la estructura de hormigón de acero es mucho más corto que el de la estructura de hormigón armado. La sección de acero en la sección de hormigón de acero ha formado una estructura de acero antes de que se vierta el concreto. Tiene una capacidad de carga considerable y puede soportar el peso propio del componente y la carga viva durante la construcción. El encofrado se puede colgar en la sección de acero. No es necesario colocar pilares para el encofrado, lo que reduce la necesidad de mano de obra y materiales de soporte. Los edificios de varios pisos y de gran altura de hormigón armado pueden continuar con la construcción de los pisos superiores sin esperar a que el hormigón alcance una cierta resistencia. No es necesario erigir pilares temporales durante la construcción, pero se puede reservar una superficie de trabajo para la instalación de equipos para permitir operaciones de flujo paralelo entre los procesos de construcción civil y de instalación de equipos.
3. La ductilidad de las estructuras de hormigón de acero es significativamente mayor que la de las estructuras de hormigón armado, especialmente las de alma sólida. Por lo tanto, esta estructura exhibe una excelente resistencia sísmica en grandes terremotos. Los códigos sísmicos japoneses estipulan que no se permiten estructuras de hormigón armado en edificios con una altura superior a 45 m, pero las estructuras de hormigón de acero perfiladas no están sujetas a esta restricción.
4. La estructura de acero y hormigón es superior a la estructura de acero en términos de durabilidad y resistencia al fuego.
China introdujo estructuras rígidas de hormigón armado procedentes de la antigua Unión Soviética en la década de 1950. Después de la década de 1960, debido al énfasis unilateral en ahorrar acero, fue difícil popularizar y aplicar estructuras de acero y hormigón. Después de la década de 1980, el hormigón armado moldeado volvió a surgir en China. Las plantas bajas de edificios de gran altura como el Centro de Comercio Internacional de Beijing, el Hotel Shangri-La y la Torre Jingguang diseñados por Japón para China son todas estructuras de hormigón armado. A mediados de la década de 1980, mi país inició un auge de la investigación en estructuras de hormigón de acero perfiladas. Este tipo de edificio también se ha construido en Shanghai, Chongqing y otras ciudades, pero la aplicación de estructuras de hormigón de acero en mi país apenas ha comenzado y su área de construcción es menos de una milésima parte del área total de construcción. Siete. Descripción general y ventajas y desventajas de la estructura de hormigón de acero envuelta (en lo sucesivo denominada estructura de hormigón de acero envuelta) es una estructura de hormigón envuelta con acero. Se desarrolla sobre la base de superar algunas deficiencias de las estructuras prefabricadas de hormigón armado e imitar los métodos de construcción de las estructuras de acero. Es un nuevo tipo de estructura compuesta de acero y hormigón. La estructura de acero externa se ensambla a partir de barras de acero externas. Las barras principales de las barras de acero se reemplazan con ángulos de acero y se colocan en las cuatro esquinas de las barras de acero. La superficie exterior del ángulo de acero está al ras con la superficie del hormigón o sobresale ligeramente entre 0,5 y 1,5 mm de la superficie del hormigón. Los estribos transversales y el ángulo de acero están soldados para formar un esqueleto. Para cumplir con los requisitos de espesor de la capa protectora de los estribos, los dos extremos de los estribos se pueden soldar entre sí con la almohadilla interior del ángulo de acero.
La estructura de hormigón envuelto en acero tiene las siguientes ventajas principales:
1. Estructura simple: la estructura de acero externa elimina las barras de acero flexibles longitudinales y las piezas incrustadas en la estructura de hormigón armado. y la estructura es simple, lo que favorece la compactación del hormigón, utilizando hormigón de alta calidad, reduciendo las secciones transversales de los componentes, estandarizando los componentes y simplificando el diseño y la construcción.
2. Conexión conveniente: la estructura externa de acero se caracteriza por su soldabilidad y las varillas se pueden conectar con juntas secas soldadas mediante placas de acero. Los soportes y colgadores, como por ejemplo los tubos, también se pueden conectar directamente con el acero en ángulo adquirido. En comparación con las estructuras prefabricadas de hormigón armado, se puede evitar el trabajo de cortar y soldar las barras de acero más grandes y el vertido secundario de hormigón de las juntas.
3. Uso flexible: después de soldar el acero del ángulo exterior y los estribos en un esqueleto, tiene cierta resistencia y rigidez y se puede usar para soportar directamente el encofrado durante la construcción y soportar una determinada carga de construcción. . Este tipo de construcción es cómoda, rápida y ahorra materiales.
4. Mayor resistencia al corte: en comparación con las estructuras de hormigón armado, la resistencia máxima al corte de las barras de acero con ángulos de acero en ambos lados aumenta en aproximadamente un 22%.
5. Ductilidad mejorada: las barras de acero al corte tienen buena capacidad de deformación y el coeficiente de ductilidad al corte es más del doble que el de las estructuras de hormigón armado en las mismas condiciones. 2. Estructura de hormigón de acero tipo Los componentes de hormigón de acero tipo se pueden utilizar en edificios de varios pisos y de gran altura y en estructuras generales. Actualmente, se utilizan principalmente en edificios de gran altura en mi país.
(1) Características de las estructuras de hormigón armado perfilado
Los componentes de hormigón armado moldeado se refieren a vigas, columnas y componentes de muro con esqueleto de acero y hormigón armado. Los miembros de hormigón de acero de alma sólida tienen un buen rendimiento sísmico, y el rendimiento sísmico de los miembros de hormigón de acero huecos es básicamente el mismo que el de los miembros de hormigón armado ordinarios.
En la actualidad, los elementos de hormigón de acero de alma sólida se utilizan ampliamente en estructuras resistentes a terremotos. Los marcos de acero de vientre sólido generalmente adoptan secciones en forma de I, cuadrada y en forma de cruz hechas de placas de acero soldadas o directamente laminadas.
En comparación con las estructuras de acero, el hormigón exterior de los componentes de hormigón armado puede evitar el pandeo local de los componentes de acero, aumentar la rigidez general de los componentes de acero, mejorar el rendimiento de pandeo por torsión fuera del plano de los componentes de acero y Aprovecha al máximo la resistencia del acero. El uso de estructuras de hormigón de acero perfiladas generalmente ahorra más del 50% de acero que las estructuras de acero puro. El hormigón revestido aumenta la durabilidad y la resistencia al fuego de la estructura. La estructura de hormigón de acero tiene mayor rigidez y amortiguación que la estructura de acero, lo que es beneficioso para controlar la deformación y vibración de la estructura. En comparación con las estructuras de hormigón armado, las estructuras de hormigón de acero perfiladas aumentan en gran medida la capacidad de carga de los componentes, reducen las secciones transversales de vigas y columnas, aumentan especialmente la capacidad de carga de corte y la ductilidad y pueden mejorar significativamente el rendimiento sísmico. El marco de acero en sí tiene una cierta capacidad de carga y puede usarse para soportar la carga durante la fase de construcción. El encofrado se puede colgar en el marco de acero, lo que es beneficioso para las operaciones de la línea de montaje y acorta el período de construcción. La desventaja de las estructuras de acero y hormigón es que requieren no sólo la fabricación e instalación de componentes de acero, sino también soporte de encofrado, sujeción de barras de acero y vertido de hormigón. Proceso de construcción agregado.
En los componentes de hormigón armado perfilado, la base de la teoría del diseño de los componentes es si el hormigón armado perfilado y el hormigón armado perfilado pueden funcionar juntos. Las pruebas han demostrado que cuando la estructura de acero está ubicada en la zona de compresión de la sección y está equipada con una cierta cantidad de barras de acero y aros de acero, la estructura de acero y el concreto exterior pueden funcionar bien juntos, y la distribución de deformaciones de la sección básicamente se ajusta a la suposición de que la superficie de desgaste es plana. Sin embargo, las pruebas también han demostrado que, además de colocar suficientes estribos para sujetar el concreto y mejorar su fuerza de unión, también se deben colocar clavijas en algunas partes donde la transmisión de fuerza interna es grande, como pies de columnas, piezas de conversión de tipos de componentes, etc. , para evitar que el esqueleto de acero interactúe con el deslizamiento relativo del hormigón.
(2) Características de las estructuras de hormigón de acero perfiladas
1. Tipo estructural y disposición de los componentes de hormigón de acero perfilados Los componentes de hormigón de acero perfilados se pueden aplicar a estructuras de hormigón de acero perfiladas que son todas ellas Componentes de hormigón de acero perfilados. También se puede utilizar en estructuras híbridas con otro tipo de estructuras resistentes a esfuerzos laterales (acero u hormigón armado). Y no importa cuál sea el sistema estructural, como marco, muro de corte, marco-muro de corte, marco-núcleo, marco-arriostramiento, marco intermedio simple, marco gigante, etc. Entre ellos, vigas, columnas, paredes y otros componentes pueden estar hechos de hormigón armado. En la mayoría de los casos, los elementos de hormigón armado se utilizan sólo en unos pocos pisos o en zonas localizadas de edificios de gran altura.
La estructura puede utilizar diferentes materiales estructurales de abajo hacia arriba, como hormigón → hormigón acero → acero, o hormigón acero → hormigón, etc. Se pueden usar estructuras instantáneas de hormigón de acero, acero u hormigón armado en diferentes unidades de resistencia a fuerzas laterales, y se pueden usar diferentes materiales para vigas, columnas (o paredes) en la misma estructura de resistencia a fuerzas laterales.
Los muros de corte de hormigón de acero perfilados pueden adoptar dos formas: muros de corte con estructura y muros de corte sin marco. El muro de corte de hormigón y acero sin marco está compuesto por un muro de corte de hormigón y acero colocado en una columna oculta y se puede utilizar para muros de corte y estructuras de tubos centrales. Cuando se utiliza hormigón armado en edificios de gran altura, se debe prestar especial atención a la rigidez uniforme de la estructura en el plano y en la dirección de la altura.
2. El diseño de resistencia al viento y a los terremotos de estructuras de edificios de gran altura con componentes de hormigón de acero incluye los siguientes contenidos: (1) Cálculo de la carga del viento; (2) Cálculo de la acción sísmica (3) Control del desplazamiento lateral; (4) control de vibración del viento, etc.
La sección transversal de los miembros de hormigón de acero conformados es más pequeña que la de los miembros de hormigón armado, pero la rigidez de la estructura resistente a fuerzas laterales no es necesariamente menor. Se puede considerar que la relación de amortiguamiento, la deformación rígida y el agrietamiento del hormigón de la estructura de hormigón de acero son similares a los de la estructura de hormigón armado.
En estructuras híbridas, para edificaciones donde el principal componente resistente a esfuerzos laterales sea una estructura de acero, los cálculos de resistencia al viento y sismo se deben realizar de acuerdo con las normas vigentes (Reglamento Técnico para Estructuras de Acero de Alta -Levantamiento de Edificios Civiles). Para edificios con estructuras de hormigón armado o estructuras de hormigón perfiladas como principales componentes resistentes a las fuerzas laterales, los cálculos de resistencia al viento y a los terremotos deben realizarse de acuerdo con las normas vigentes (Código para el diseño y construcción de edificios de gran altura de hormigón armado). En general, las estructuras de hormigón armado resistentes a fuerzas laterales deben diseñarse de acuerdo con los límites de desplazamiento lateral de las estructuras de hormigón armado.
3. Diseño y cálculo estructural En el diseño estructural, la fuerza interna y el desplazamiento de la estructura están dentro del rango elástico y pueden calcularse con referencia a los principios generales y supuestos básicos de las estructuras de acero de gran altura. o estructuras de hormigón armado respectivamente.
Al analizar la fuerza interna general y la deformación de la estructura, la rigidez de los miembros de hormigón armado se debe determinar de la siguiente manera:
(1) En la viga de hormigón perfilada -Componentes de columnas, el contenido de acero es mayor que el de las barras de acero y no se puede ignorar su influencia en la rigidez de los componentes. La rigidez de vigas y columnas de hormigón armado con acero se puede calcular utilizando el método de superposición. La rigidez axial, la rigidez a la flexión y la rigidez al corte pueden ser la suma de la rigidez del hormigón armado con acero y la rigidez del hormigón armado con acero.
(2) Entre los muros de corte, el esqueleto de acero de los muros de corte sin marco es generalmente más pequeño. En comparación con el área de la sección transversal total y el momento de inercia del muro de corte, la proporción es muy pequeña y puede ignorarse para simplificar el cálculo.
Pero en los muros de corte con estructura, la relación de refuerzo de las barras de acero en las columnas del marco suele ser mayor y está ubicada en ambos extremos del muro de corte. Por lo tanto, las barras de acero se convierten en áreas de hormigón equivalentes y sus rigideces axiales y de flexión se calculan como áreas en forma de I.
Al diseñar una estructura híbrida, los componentes de acero, hormigón y los componentes de acero se diseñan de acuerdo con diferentes intensidades de fortificación. Para los componentes de hormigón armado de la estructura, el grado sísmico de los componentes de hormigón armado de la estructura se puede seleccionar de acuerdo con el sistema estructural específico y cumplir con los requisitos de diseño sísmico correspondientes. Al verificar la capacidad de carga, consulte el coeficiente del componente de concreto para formular el coeficiente de ajuste sísmico rRE para la capacidad de carga del componente de concreto de acero perfilado.
(3) Estructura de unión viga-columna de hormigón de acero
El área central de la unión viga-columna del marco debe diseñarse para tener una comunicación fluida, seguridad, confiabilidad y conveniencia. construcción. No se permite una deformación local excesiva en el área central del nodo. Las fuerzas internas de vigas y columnas se transmiten a través de nodos. La seguridad y confiabilidad del trabajo de los nodos son requisitos previos para garantizar el funcionamiento normal de la estructura. En los últimos años, académicos nacionales y extranjeros han realizado muchos estudios experimentales sobre juntas de hormigón perfilado y han propuesto diversos análisis teóricos y métodos de cálculo prácticos. Según los diferentes tipos de vigas y columnas, existen aproximadamente los siguientes tipos de nodos.
1. Conexión de vigas de hormigón perfilado y columnas de hormigón perfilado.
(1) Cuando los nudos viga-columna que soportan la armadura de acero son generalmente anchos en la parte superior y estrechos en la parte superior. Abajo se puede pasar el acero perfilado de la viga por el interior.
(2) Los nodos viga-columna de una viga I sólida (o viga H) generalmente están conectados a las barras de acero de la columna. Las barras de acero de la viga están desconectadas en ambos lados de la viga. columna y conectado a las barras de acero de la columna mediante soldadura o conexión de brida. Entre las alas de acero de la columna en el nodo, se proporcionan refuerzos de columna con suficiente rigidez en las alas superior e inferior de la viga de acero para garantizar que la fuerza de tracción del ala de la viga se transmita de manera confiable al nodo y para evitar la flexión local de la columna. placa de brida de acero.
2. En la viga de conexión de la columna de hormigón armado con viga de hormigón de acero perfilado, el acero perfilado puede pasar a través de la junta y las barras de acero de la columna pasan a través de ambos lados de la brida de acero perfilado de la viga y dentro de la junta. brida para mantener la conexión. Si el refuerzo de la columna pasa a través del ala de la viga, el ala de la viga se debilita por la penetración del refuerzo de la columna, por lo que el ala de la viga debe reforzarse. Que no sea inferior a la capacidad de flexión del refuerzo de la viga sin debilitarse.
3. Las nervaduras de las vigas de hormigón armado y las columnas de hormigón armado están desconectadas en ambos lados de la columna, pero deben soldarse de manera confiable a las alas de la columna y colocarse entre las alas de acero de la columna al nivel. de las nervaduras de la viga. Para facilitar el vertido de hormigón en la zona del núcleo del nudo, los nervios de refuerzo no se pueden colocar en toda su longitud, sino sólo parcialmente en el ala de la armadura de la columna. En la mayoría de los casos, la resistencia al corte del área de la junta depende únicamente de la viga de acero. De lo contrario, se pueden agregar placas de refuerzo al área de la junta para mejorar la resistencia al corte. Los nodos intermedios de la estructura de acero y hormigón están sujetos por vigas longitudinales, lo que mejora la resistencia al corte. No se permiten estribos dentro del rango de los nodos, lo que resulta beneficioso para simplificar la construcción.
4. La estructura de conexión de la porción de acero del área de unión de viga de acero y columna de hormigón de acero debe cumplir con los requisitos de conexión de unión de la estructura de acero. Se deben proporcionar nervaduras de refuerzo en la posición horizontal del ala interior de la viga de acero de la columna, y la estructura debe facilitar el vertido del hormigón y garantizar un hormigón denso.
Descripción general, ventajas y desventajas de las columnas de tubos de acero rellenas de hormigón
Las columnas de tubos de acero rellenas de hormigón son componentes formados rellenando hormigón en tubos de acero. Los tubos de acero redondos son los tubos de hormigón de acero más estudiados, y en casos especiales también se utilizan tubos de acero cuadrados o tubos de acero con formas especiales. A excepción de algunas estructuras especiales que utilizan hormigón armado, el hormigón es generalmente hormigón simple. Las estructuras de acero rellenas de hormigón aparecieron ya en la década de 1880, inicialmente como pilares de puentes y luego gradualmente utilizadas como columnas en la construcción.
En mi país, la investigación sobre esta estructura comenzó en la década de 1960, y se aplicó por primera vez al proyecto del metro de la capital. En la línea de metro de la estación de Beijing a Pingguoyuan, se probó por primera vez en los proyectos de plataforma de la estación de Beijing y la estación de Qianmen, y los resultados económicos fueron muy buenos. En comparación con las tradicionales columnas de hormigón armado, no sólo tiene una estructura más simple, sino también un tamaño más pequeño, lo que aumenta el espacio subterráneo efectivo. Por lo tanto, en los proyectos posteriores de la línea circular del metro, todas las columnas de la plataforma estaban hechas de columnas de tubos de acero rellenas de hormigón. Desde la década de 1970, los tubos de acero rellenos de hormigón se han utilizado ampliamente en plantas industriales, estructuras de altos hornos y calderas, subestaciones eléctricas y torres de transmisión. Las columnas de tubos de acero rellenas de hormigón se utilizan en plantas industriales, incluidas una gran cantidad de plantas industriales pesadas en los proyectos de Benxi Steel, Anshan Iron and Steel, Shougang y Baosteel en los últimos años, así como en astilleros y plantas de energía térmica en varios lugares. La luz máxima del edificio de la fábrica es L=54 m y la altura de la columna es de 60-70 m. La grúa puente más grande es la grúa para trabajos pesados Q=100t. Los tubos de acero rellenos de hormigón han sido ampliamente utilizados y desarrollados rápidamente en nuestro país. Tanto en términos de alcance de aplicación como de velocidad de desarrollo, puede clasificarse entre los mejores del mundo. Desde finales de los años 80, los tubos de acero rellenos de hormigón han abierto dos nuevos campos de aplicación gracias a sus propias ventajas. Uno son las carreteras y los puentes urbanos, y el otro son los edificios de gran altura y de gran altura.
Los tubos de acero rellenos de hormigón tienen las siguientes características básicas:
65,438+0. La capacidad de carga ha mejorado enormemente: las pruebas y análisis teóricos han demostrado que la resistencia y la capacidad de carga del hormigón. Los miembros de compresión de tubos de acero rellenos pueden alcanzar la de los tubos de acero y el hormigón entre 1,7 y 2,0 veces la suma de las capacidades de carga individuales.
2. Tiene buena plasticidad y rendimiento sísmico: en la prueba de compresión axial de miembros tubulares de acero rellenos de concreto, la muestra se comprimió a 2/3 de su longitud original y la superficie del miembro se ha reducido. plegado, pero todavía tiene cierta capacidad de carga, lo que indica buena plasticidad. ¿Cuáles son la fuerza horizontal P y el desplazamiento de miembros tubulares de acero rellenos de concreto bajo cargas cíclicas de compresión, flexión y corte? La curva histerética es muy completa, lo que indica que tiene una buena capacidad de absorción de energía, básicamente no hay degradación de la rigidez y su comportamiento sísmico es mucho mejor que el del hormigón armado.
3. Efecto económico significativo: en comparación con las columnas de acero, puede ahorrar un 50% de acero y reducir los costos en un 45%. En comparación con las columnas de hormigón armado, puede ahorrar aproximadamente un 70% de hormigón y reducir el suyo propio; peso en aproximadamente un 70 % Ahorre el 100 % del encofrado utilizando un acero ligeramente igual o más.
4. La construcción es simple y puede acortar considerablemente el período de construcción: en comparación con las columnas de acero, hay menos piezas, soldaduras cortas y la estructura del pie de la columna es simple y se puede insertar directamente en el reservado. apertura de copa de la base de hormigón, lo que elimina la necesidad de una complicada estructura de pie de columna en comparación con las columnas de hormigón armado, se omite el trabajo de encofrado, unión de barras de acero y eliminación del encofrado. Gracias al peso propio reducido, también se simplifican los trabajos de transporte y elevación.