东观•专栏 | 陈海斌，单层钢筋混凝土柱、钢梁结构体系浅谈

作者简介：陈海斌，正高级工程师，现任上海同丰工程咨询有限公司房屋事业部总工程师，国家一级注册结构工程师、一级注册建造师和注册咨询工程师。在既有建筑的检测鉴定与修缮设计方面有扎实的理论和丰富的实践经验，参与了多项科研课题的研究和技术规范的编制工作。

专栏介绍：东观者，本义东汉国家藏书之所也，今 借喻行业大伽及其学术之见也。

近期遇到多个钢筋混凝土柱、实腹式钢梁的结构体系的既有建筑鉴定，老陈发现，由于此类结构没有具体的规范规定，因此对这类结构计算分析中各种参数的取值以及依据的规范，大家的理解不同，各有各的说法，还是有不少值得探讨和商榷之处。

一、结构体系介绍

1、主体结构：主体结构部分由现浇钢筋混凝土柱和实腹式型钢屋面梁组成。屋面梁主要承受包括自身自重在内的屋面恒载和屋面活载产生的竖向荷载，钢筋混凝土柱主要承受屋面梁传递的荷载和墙面传递的水平荷载。

2、墙面系统：墙面系统一般由钢筋混凝土圈梁、构造柱、纵墙、山墙、抗风柱组成的围护结构。

3、屋面系统：屋面系统一般由屋面檩条、檩托、隅撑、屋面板等组成。

4、支撑系统：支撑系统一般由柱间支撑、屋面水平支撑、系杆组成的斜向传力、受力构件。

这种结构体系的房屋具有施工简便、工程造价合理等优点，在实际工程中得到大量的应用。但是这种结构体系同时具有单层排架结构和轻型钢结构门式刚架的特点，但又有不同之处，完全按单层排架结构或轻型钢结构门式刚架进行分析评估均是不合理的。因此对其如何进行正确的计算分析是值得探讨的事。

二、梁柱节点的连接方式

这种结构体系中，梁柱节点的连接方式是多种多样，现场检测时应对梁柱节点的连接方式进行仔细判别，这对于后期计算模型的确定至关重要。

1、铰接节点

对于这种结构体系，梁柱节点做成铰接节点的比较多，但由于钢梁形式的不同，这种铰接节点也一般也分为两种，一种为类似排架结构的屋架节点，即是在钢筋混凝土柱顶预埋锚栓与钢梁支座板直接螺帽栓紧连接，如下图所示。

另一种是考虑到部分房屋的钢梁形状为人字形，若按第一种铰接节点，则在荷载作用下，会在柱顶造成较大的剪力，从而引起柱根较大的弯矩，因此该节点就做成了滑动支座的形式，这种滑动支座也有两种形式，一种是将螺栓孔设置为长圆孔，还有一种就是在垫板上设置滚轮，具体如下图所示。

2、刚接节点

一般来说，钢梁为弹性材料，混凝土柱为弹塑性材料。如果将梁柱节点作为刚接节点，其受力非常复杂，节点构造也相当复杂，一般较少采用，常规设计采用铰接的比较多。如果实际工程中遇到刚接节点，则应特别注意节点部位，特别是钢柱周边的混凝土是否存在劈裂现象。具体的构造做法一般如下图所示。

三、屋面钢梁的承载力验算

这种结构体系中，屋面钢梁的结构形式有两种，即梁底面水平的变截面实腹钢梁和等截面人字形实腹钢梁。分别如下图所示。

对于梁底面水平的实腹钢梁结构，其在竖向荷载作用下柱顶不产生水平推力及由水平推力产生的柱顶水平位移，因此钢梁中也无轴力，其受力特点与一般排架基本一致，钢梁基本为一个纯弯构件，但由于其受力特点，一般均做成变截面形式。而对于等截面人字形实腹钢梁结构而言，其在竖向荷载作用下会在柱顶产生一定的推力和位移（即使是设置为滑动支座的情况也难以保证滑动效果的），而在钢梁中也会产生一定的轴力，因此其受力特点与一般排架不同，钢梁基本上为一个压弯构件。

由于钢结构规范在验算钢梁的强度和稳定时，既未考虑轴力的影响，也未对变截面构件该如何考虑做出规定，因此按钢结构规范对钢梁的并不合适。PKPM软件在STS的用户手册中指出：“对于框架顶层为门式刚架的结构，或采用变截面屋面斜梁的排架结构，整体需要考虑按钢结构规范进行验算，但对于变截面梁柱构件、斜梁等轴力影响较大的梁构件，可以选取门式刚架规范进行构件的强度、稳定验算”。因为门式刚架规范对于变截面构件考虑了腹板屈曲后的强度，且考虑了轴力、弯矩、剪力共同作用下的强度稳定性验算，因此建议对于这种结构形式的钢梁承载力验算时，应采用门式刚架规范，而不是钢结构规范。

四、风荷载体型系数的取值

风荷载体型系数的取值也有荷载规范和门式刚架规范两种，考虑到这种结构体系整体上属于排架结构的一种，因此在进行整体验算时，风荷载体型系数应按荷载规范的要求进行，但在钢梁的稳定验算时，应按门式刚架规范规定的面风吸力荷载值对实腹钢梁的稳定进行复核。

五、小结

综上所述，对于此类结构的既有建筑进行鉴定，进行整体验算时，可按钢结构规范进行，但对局部钢梁的承载力应按门式钢架结构进行补充校核。

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