某工程巨柱承载力简化计算方法

1某工程巨柱承载力简化计算方法摘要：型钢混凝土巨型柱在当前应用较为普遍，其承载力的计算是工程师需要面对的问题。通过采用实体有限元法和纤维法对某实际工程中的箱型型钢混凝土柱承载力进行分析，根据分析结果，推导出承载力的简化计算式，该算式具有较高的精度。ABSTRACT：Profilesteelreinforcedconcretemega-columnshavebeenwidelyusedatpresent.Thecalculationoftheirbearingcapacityisachallengetostructureengineers.Thebearingcapacityofbox-typesteelreinforcedconcretemega-columnofacertainprojectwasstudiedbasedonsolidfiniteelementmethodandfibermethod.Accordingtotheanalysisresultes,asimplifiedformulaforcalcalatingthebearingcapacitywasderived.Theformulawasofbetteraccuracyintheengineering.KEYWORDS：profilesteelreinforcedconcretemega-column;bearingcapacity;simplifiedformula深圳市南山区前海深港现代服务合作区某项目，总建筑面积约为51层公寓及裙房商业组成，项目建筑效果如图1所示。其中，主塔楼地上61层，总结构高度为281.2m，结构体系为带腰桁架的巨柱框架-核心筒2公室。平面尺寸为48.2m×48.2m，结构整体高宽比5.83，核心筒高宽该工程设计基准期为50年，结构设计使用年限为50年。场地设防烈度为7度，地震分组为一组，抗震设防类别为丙类，场地类别为Ⅱ类。基本风压取50年一遇0.75kPa，地面粗糙度为B类。基础采用钻孔灌注桩，持力层为微风化混合岩。2巨柱承载力计算探讨该工程巨柱采用型钢混凝土柱，柱截面形式如图3所示。由于柱截面尺寸较大、型钢配置非常规，无法直接采用当前技术标准[1-2]中的算3式进行承载力计算。能否找到符合其受力状况又足以满足安全性的柱承载力计算方法，是结构设计人员需要面对的问题。尽管目前众多程序及软件采用有限元可以对这些柱进行分析和计算，但过程较繁琐。如果在结构方案设计初期和初设阶段，能有一个相对简化的计算式为结构设计人员提供方便。依靠结构试验研究巨型型钢混凝土柱的承载力，代价高昂。因此，以常规的结构有限元分析软件ABAQUS为工具，对本工程型钢混凝土巨型柱承载力进行探讨。图2主塔楼结构标准层平面41—1528,每边1528，共3029；2—12@80;3—箱形断面型钢;4—隔该工程项目中，柱型钢采用Q345B，设计强度为295MPa；钢筋为HRB400，设计强度为360MPa；混凝土采用C60。假设混凝土、型钢、钢筋的材料强度、配筋率、配箍率、柱截面等为定值，考察柱的承载能力随配钢率的变化规律，并根据有限元分析计算结果，归纳出柱承载力简2.1柱实体有限元及柱纤维法分析采用ABAQUS进行柱实体有限元分析，混凝土采用三维实体单元，钢材采用壳单元，钢筋假定为钢筋层，用一个Surface和RebarLayer模拟。型钢和钢筋均采用理想弹塑性模型；混凝土采用GB50010—20105采用UCFYBER计算软件进行柱纤维法分析，型钢和钢筋仍采用理想弹塑性模型，其设计强度分别为295，360MPa，破坏应变为0.01；混凝土不考虑其受约束强度提高,各材料的本构关系曲线如图4所示。2.2实体有限元法与纤维法计算结果对比从图5可以看出：采用实体有限元计算的柱的承载力高于纤维法的计算结果，其差别在于纤维法模型中未考虑混凝土受约束，而实体单元中混凝土因位移协调而受到钢材和钢筋的约束，混凝土材料的强度和变形能力随之提高，从而柱的承载力和变形能力也相应提高。图4材料的本构关系为有效比较这两种方法，对图5的曲线进行当量化，如图6所示，Nu为当弯矩等于0时的轴向承载力(纯轴压)；M0为当轴力等于0时正截面抗弯承载力(纯弯)。结果表明两种方法反映出来的当量化曲线的规律几乎相同