型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

1、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)一、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)概況（一）型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在各 種工程結(jié)構(gòu)中得到了更為廣泛的應(yīng)用。在大跨度建筑、高層以及超高 層建筑工程中，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出了比鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越的特性。一、概述型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的特性是在型鋼結(jié)構(gòu)的外面有一層混凝土 的外殼，過(guò)去也采用勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)這個(gè)名稱。型鋼混凝土組合 結(jié)構(gòu)構(gòu)件中除配Z型鋼外，一般還應(yīng)配Z普通縱向鋼筋和箍筋。在型 鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件中型鋼可以分為實(shí)腹式和空腹式兩大類?？崭?式型鋼比較節(jié)省材料，但制作費(fèi)用較多，實(shí)腹式型鋼制作簡(jiǎn)便，承載 能力大。型鋼混凝土組

2、合結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)承載力高，剛度大，截面小，更能滿足高 層及超高層建筑的要求。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)施工速度快，工期短。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的延性好，抗震性能更加優(yōu)越。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性均好于鋼結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比，可大大的節(jié)約鋼材。型鋼 混凝土框架比鋼框架可節(jié)省鋼材達(dá)50%或者更多一些。二、型鋼混凝土的材料性能和一般構(gòu)造要求：型鋼：型鋼混凝土構(gòu)件的型鋼材料宜采用牌號(hào)Q235的碳素結(jié) 構(gòu)鋼以及Q345的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)，鋼材性能要求應(yīng)滿足抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服點(diǎn)、硫磷含量、 冷彎實(shí)驗(yàn)、沖擊韌性合格的要求。若用于地震

3、區(qū)，應(yīng)具有良好的延性，鋼材的極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度不能太接近，其強(qiáng)屈比不小于1.2。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的型鋼板厚不宜過(guò)薄，以利于焊接和 滿足局部穩(wěn)定要求，厚度不宜小于6mm。由于型鋼受混凝土和箍筋 的約束，不易發(fā)生局部壓屈，因此，鋼板的寬厚比可大致比純鋼結(jié)構(gòu) 放松1.51.7倍鋼筋和混凝土：型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中的縱向鋼筋和箍筋宜采用延性較好的熱 軋鋼筋，其縱向受力鋼筋直徑不宜小于16mm，縱筋與型鋼的凈間距 不宜小于30mm，其他構(gòu)造要求均應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB*-2002）的要求。為了充分發(fā)揮型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中型鋼的作用，混凝土強(qiáng)度等 級(jí)不宜小于C30。為便于混凝土的澆

4、筑，規(guī)定混凝土最大骨料直徑小 于型鋼外側(cè)混凝土保護(hù)層厚度的1/3，且不宜大于25mm。混凝土保護(hù)層厚度：型鋼混凝土構(gòu)件中對(duì)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度要求與鋼筋混凝 土結(jié)構(gòu)相同，對(duì)型鋼也有一定的混凝土保護(hù)層厚度的要求，這是為了 防止型鋼發(fā)生局部壓屈變形，保證型鋼、鋼筋混凝土相互粘結(jié)而整體 工作，也是為了提高型鋼混凝土型鋼混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的耐火性和耐久性。三、型鋼混凝土梁正截面承載力計(jì)算：空腹式型鋼混凝土梁的受彎性能與鋼筋混凝土梁基本相同，在進(jìn) 行正截面承載力計(jì)算時(shí)，可分別將其上弦型鋼和下弦型鋼作為縱向鋼 筋考慮，計(jì)算方法與鋼筋混凝土受彎構(gòu)件相同。其中斜腹桿承載力的 豎向分力可作為受剪箍筋考慮。實(shí)腹式型

5、鋼混凝土梁的正截面受彎承載力計(jì)算（詳見(jiàn)公式（1 ）， 是把型鋼翼緣作為縱向鋼筋的一部分，在平衡式中增加了型鋼腹板受 彎承載力項(xiàng)Maw和型鋼腹板軸向承載力項(xiàng)Naw。Maw、Naw的確定 是通過(guò)對(duì)型鋼腹板應(yīng)力分布積分，再做一定的簡(jiǎn)化得出的。實(shí)腹式型鋼混凝土梁的破壞始于受壓區(qū)混凝土的壓碎，其保護(hù)層 剝落的范圍和程度均大于鋼筋混凝土梁，延性好于鋼筋混凝土梁，荷 載-撓度曲線進(jìn)入下降段后，可經(jīng)歷較大的變形，同時(shí)保留了相當(dāng)?shù)?承載力；未設(shè)Z剪力連接件的型鋼混凝土梁，在荷載達(dá)到極限荷載的 80%以前，可以保證型鋼與混凝土整體共同工作，在荷載達(dá)到極限荷 載的80%以后，型鋼與混凝土的變形不能協(xié)調(diào)一致。設(shè)有剪力

6、連接件 的梁方能保證型鋼與混凝土的整體共同工作。斜截面承載力的計(jì)算：型鋼混凝土梁在剪力作用下的破壞過(guò)程與鋼筋混凝土梁比較有 以下特點(diǎn)：（1）由于實(shí)腹式型鋼具有較大的剛度，在梁中腹板又是連 續(xù)分布的，所以能夠較好的抑制斜裂縫的開(kāi)展。（2）由于實(shí)腹式型鋼 對(duì)斜截面抗剪的貢獻(xiàn)，使型鋼混凝土梁的抗剪承載力明顯高于鋼筋混 凝土梁。（3）型鋼混凝土梁在剪力作用下破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性。 從型鋼腹板屈服至達(dá)到極限承載力，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，達(dá)到極 限承載力之后，承載力的下降過(guò)程也較緩慢，這與鋼筋混凝土梁的剪 切脆性破壞是明顯不同的。型鋼混凝土梁斜截面的破壞形態(tài)，有三種。（1）當(dāng)剪跨比較小 （入1.5）或含

7、鋼率較大時(shí)，發(fā)生斜壓破壞。防止斜壓破壞由截面控制 條件來(lái)保證。通過(guò)集中荷載作用下斜截面受剪承載力實(shí)驗(yàn)，建立了控 制斜壓破壞的截面控制條件，給出了型鋼混凝土梁受剪承載力的上限， 此條件對(duì)均布荷載是偏于安全的（詳見(jiàn)公式（2）。（2）當(dāng)剪跨比較大（入2.0）且含鋼率較小時(shí)，型鋼混凝土 梁發(fā)生剪壓破壞，防止剪壓破壞由受剪承載力計(jì)算來(lái)保證（詳見(jiàn)公式 （3）。當(dāng)不配Z箍筋或箍筋很少而剪跨比較大時(shí)，發(fā)生剪切粘結(jié)破 壞。應(yīng)該注意，由于對(duì)型鋼混凝土寬扁梁尚未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為此， 規(guī)程規(guī)定的框架梁受剪承載力計(jì)算公式對(duì)寬扁梁不能直接采用。裂縫和變形驗(yàn)算：型鋼混凝土梁的裂縫寬度計(jì)算公式是基于把型鋼翼緣作為縱向 受力鋼

8、筋，且考慮部分型鋼腹板的影響，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)規(guī)范的有關(guān)裂縫寬度計(jì)算公式的形式，建立了型鋼混凝土梁在短 期效應(yīng)組合作用下并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合影響的最大裂縫寬度計(jì)算公 式。型鋼混凝土梁的開(kāi)裂荷載約為極限荷載的10%15%。裂縫會(huì)首先 出現(xiàn)在彎距最大截面附近。假定型鋼混凝土梁在加載過(guò)程中截面平均應(yīng)變符合平截面假定， 且型鋼與混凝土截面變形的平均曲率相同，因此截面抗彎剛度可以采 用鋼筋混凝土截面抗彎剛度和型鋼截面抗彎剛度疊加的原則來(lái)處理。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)Bs=Brc+Ba型鋼在使用階段采用彈性剛度：Ba=Eala。長(zhǎng)期荷載作用下，梁 截面剛度下降，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī) 定

9、，引進(jìn)了荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合對(duì)撓度的增大系數(shù)B，規(guī)定了長(zhǎng)期剛度 的計(jì)算公式。構(gòu)造要求：型鋼混凝土梁中縱向受力鋼筋的排數(shù)、配筋率、直徑、間距，以 及縱筋與型鋼凈距均做了相應(yīng)的規(guī)定。這樣一是保證梁底混凝土密實(shí)， 二是保證混凝土與鋼筋和型鋼有良好的粘結(jié)力。對(duì)腰筋的設(shè)Z、抗震 時(shí)的梁端箍筋的加密區(qū)等構(gòu)造要求規(guī)范也做了規(guī)定。為保證框架梁對(duì)框架節(jié)點(diǎn)的約束作用，便于型鋼混凝土梁的澆筑， 框架梁的截面寬度不宜小于300。為了利于梁抗扭和增強(qiáng)側(cè)向穩(wěn)定性， 規(guī)定高寬比不宜大于4。型鋼混凝土梁在受有集中反力或集中力作用 處，應(yīng)設(shè)Z對(duì)稱加勁肋，以助于承受剪力。對(duì)配Z桁架式型鋼的型鋼 混凝土梁，為保證桁架壓桿的穩(wěn)定性，其長(zhǎng)

10、細(xì)比宜小于120。當(dāng)型鋼混凝土梁用做轉(zhuǎn)換層大梁和托柱梁時(shí)，荷載大、受力復(fù)雜， 為增加混凝土和剪壓區(qū)型鋼上翼緣的粘結(jié)剪切力，宜在梁端1.5倍梁 高范圍內(nèi)，型鋼上翼緣增設(shè)栓釘四、型鋼混凝土柱正截面承載力計(jì)算：型鋼混凝土軸心受壓柱從受力性能上來(lái)說(shuō)，與鋼筋混凝土柱沒(méi)有 原則差別。從柱的軸壓實(shí)驗(yàn)中看出，混凝土和型鋼的變形基本協(xié)調(diào)一 致，可以認(rèn)為混凝土與型鋼是能夠共同工作直到破壞的，所以其承載 力可以采用疊加原理來(lái)計(jì)算。艮型鋼混凝土偏心受壓構(gòu)件的受力性能與鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu) 件基本相同，其破壞形態(tài)也分為受拉破壞（大偏心受壓破壞）和受壓 破壞（小偏心受壓破壞）兩種。由于實(shí)腹式型鋼混凝土構(gòu)件的腹板在 截面高

11、度上是連續(xù)的，型鋼混凝土柱沒(méi)有典型的界限破壞。一般將型 鋼受拉翼緣達(dá)到屈服強(qiáng)度與受壓邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變同時(shí)發(fā) 生的情況定義為界限破壞。型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土柱的破壞形態(tài)的不同之處有：（1）沿 保護(hù)層的縱向劈裂比較顯著；（2）喪失最大承載力后，表面混凝土破 壞，截面承載力下降，但還能夠具有一定的承載力，且變形性能良好； （3）箍筋和橫向鋼筋對(duì)核心混凝土有約束作用，有助于型鋼和混凝 土的共同作用。斜截面承載力計(jì)算：型鋼混凝土柱的剪切破壞形態(tài)可歸納為三種：剪切斜壓破壞（入1.5）,剪切粘結(jié)破壞（1.5入2.5），正截面彎曲破壞（入2.5）。型鋼混 凝土柱的斜截面受剪承載力可由鋼筋混凝土和型鋼兩部分的斜截面 受剪承載力組成，壓力對(duì)受剪承載力也有有利的影響。型鋼部分對(duì)受 剪