摘要：本文结合设计工作中的工程项目，从结构布置、屋面梁选形、梁柱节点设计、建模计算、规范选择、支撑设置、围护墙、隔墙设计等几个主要方面，介绍方案设计过程中涉及的一些技术问题和经讨论确定的方案结果。
关键词：混凝土柱；钢梁；结构设计；心得体会
Abstract: this paper combine with the design work in the project, introduced the program some of the technical issues involved in the design process and discussion to determine program results from the structural arrangement, roof beams election shaped beam-column joints design, modeling, calculation, specification, support setting, retaining wall, wall design, several key aspects,.Key words: concrete columns; steel beams; structural design; their feelings and experiences
中图分类号：TU375 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-
门式刚架结构以其自重轻、跨度大、施工周期短等优点，早已成为建筑结构中应用最广泛的类型之一。近年来，由于防腐防火处理、后期维护等多方面的原因，一些业主提出采用混凝土柱代替门式刚架中的钢柱。于是，这种混凝土柱钢梁新型结构形式也得到越来越多的应用。
但是，对于设计人员而言，这种结构类型目前还没有相应的规范、标准可以参照，这给设计工作带来了很多麻烦，特别是对设计经验不丰富的新手，如果对这种结构体系认识不清楚，盲目着手设计，可能会使结构存在很多安全隐患，甚至造成结构倾覆、垮塌等工程事故。
1、工程概况
本工程为一个成品存储仓库，长90m，宽30m，位于8度地震区，业主希望采用混凝土柱---轻钢屋盖结构，檐口高5m，围护墙为砖墙。
建筑方案初步定为：现浇混凝土柱，纵向柱距7.5m，柱外侧贴砌240mm砖墙，钢梁屋架，彩钢板夹聚苯乙烯保温板屋面，坡度1:10。
2、结构平面布置
因仓库长度为90m，依据《混凝土结构设计规范》大于55m需设置伸缩缝，而依据《钢结构设计规范》，屋盖伸缩缝的最小间距也可达120m，不需要设置。针对这一矛盾，有两种方法解决：一是在纵向柱间设型钢支撑，杆件连接的螺栓孔处理成长圆孔来消化温度变形；二是设置双柱，并在双柱两侧屋盖设置横向水平支撑。
从保证仓库整体性和施工方便性角度考虑，确定选用方案一。
3、屋面梁选形
这类混合结构屋面梁的常见形式有两种：梁底面接近水平的变截面实腹钢梁和等截面人字形实腹钢梁。
底平变截面实腹钢梁结构在竖向荷载作用下，柱顶不产生水平推力及由水平推力产生的柱顶水平位移，柱底也无弯矩，柱子受力简单，内力较小，基础面积也较小，但钢梁在跨中屋脊处挠度较大，需增大梁截面，这给钢梁焊接和施工增加了难度，同时也提高了造价。
等截面人字形实腹钢梁结构在竖向荷载作用下，柱顶会产生一定的推力和水平位移，在计算和分析时比较复杂，但结构形式比较简单，制作和施工难度小，工程造价也相对较低。
结合本工程的特点及业主的要求，确定采用等截面人字形实腹钢梁。
4、梁柱节点设计
排架柱采用现浇混凝土柱，柱底刚接。
柱顶与钢梁的节点连接形式主要有刚接和铰接两种形式。
由于混凝土柱属于脆性材料，钢梁属于弹性材料，即使通过加强配筋来提高柱顶的抗弯剪能力，两者的连接也很难达到刚接要求，且节点设计和施工都比较复杂，故一般不采用刚接，而使用铰接形式。
按铰接形式设计时，人字形钢梁相当于两端铰接的折线拱，应按拱的受力特点进行计算。钢梁与柱顶一般采用锚栓连接，螺栓不传递剪力，剪力由焊接于节点板底的抗剪键承担，也有采用柱顶埋设预埋钢板的方法与钢梁拱脚连接。
对于较大跨度结构，柱顶水平推力较大，会导致柱底弯矩和柱配筋很大，基础面积也会偏大，提高了工程造价。本工程中仓库的跨度为30m，属于较大跨度结构，按1:10的坡度计算，屋脊处的矢高达1.5m，跨中弯矩和挠度都会很大，由水平推力产生的柱底弯矩也非常大。
为解决这一问题，考虑在钢梁底部增设拉杆来承受其产生的水平推力。梁柱节点采用4M30锚栓铰接，拉杆可采用圆钢或油浸钢绞线。
5、建模计算和规范选择
这类结构的设计仍可采用PKPM软件进行。用STS门式刚架的程序建模，顺序跟设计门式刚架一样，钢梁与混凝土柱的连接连接形式改为铰接，由于连接形式的不同，致使这种体系单榀刚架的受力与一般的门式刚架不同，设计时不能简单的把门式刚架的钢柱替换为混凝土柱，应采用混凝土柱与钢梁整体建模分析，并以整体分析的结果来设计基础、混凝土柱的配筋与钢梁。若把混凝土柱和钢梁分开进行设计时，往往给设计结果带来安全隐患。
在目前版本的STS中，可以考虑混凝土柱与钢梁的整体建模，整体分析，程序会自动根据整体分析的结果，按照《混凝土结构设计规范》进行混凝土柱配筋、验算，按照选定的钢梁构件验算规范进行钢梁的验算，在布置基础的情况下，也能同时根据整体分析柱底力完成基础的计算。
这类结构已经超出门规的使用范围，参数设置时，应将结构类型选择为“单层钢结构厂房”，本工程位于8度地震区，选择“考虑地震作用计算”，程序会自动按照抗震规范的规定进行控制。混凝土柱应按《混凝土结构设计规范》进行设计，满足其相应要求，钢梁应满足《钢结构设计规范》相关要求。
在挠度控制方面，考虑到所采用的轻型屋面体系对钢梁挠度不敏感，所以此处可较钢结构设计规范的挠度控制指标（L/400）适当放宽到L/250。
6、支撑布置
为保证纵向的结构整体刚度，并考虑到仓库长90m，抗震设防烈度为8度，在仓库纵向两端第二开间和中部1/3区段设置两道柱间支撑，支撑杆件连接的螺栓孔处理成长圆孔。柱间支撑设置开间同时设置屋盖横向水平支撑，在两端第一开间设置刚性系杆。两端山墙处也要设置钢梁，不能将屋面直接采用山墙承重。
7、围护墙、隔墙设计
本工程位于8度区，有抗震设防要求，围护墙和隔墙应符合下列要求：
⑴砌体隔墙与柱宜脱开或柔性连接，并采取措施使墙体稳定，隔墙顶部设现浇钢筋混凝土压顶梁。
⑵砌体围护墙采用外贴式并与柱可靠拉结。
⑶砌体围护墙在门洞口上设一道圈梁，当圈梁被门窗洞口截断时，在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的二倍，且不得小于1m；圈梁兼作过梁时按相关构造要求在梁底加筋。
⑷山墙沿屋面应设钢筋混凝土卧梁，并与屋架端部上弦标高处的圈梁连接。
⑸圈梁的构造应符合下列规定：
①采用闭合式圈梁，圈梁截面宽度与墙厚相同，截面高度不小于180mm；圈梁的纵筋采用4φ12。
②转角处柱顶圈梁在端开间范围内的纵筋采用4φ14，转角两侧各lm范围内的箍筋采用φ8@ l00；圈梁转角处增设3根直径与纵筋相同的水平斜筋。
③圈梁与柱或屋架牢固连接，山墙卧梁应与屋面板拉结；顶部圈梁与柱或屋架连接的锚拉钢筋采用4φ12，且锚固长度不宜少于35倍钢筋直径。
8、结语
虽然这类混凝土柱钢梁的结构形式越来越多见，但所有规范均未明确规定其设计方法和构造要求，设计中也一直存在很多有争议的问题，本文中的一些处理方法，也只针对该工程中涉及的问题，供同行参考。
参考文献：
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