鋼骨混凝土的特點(diǎn)與應(yīng)用

1、深圳世貿(mào)中心一、建筑成為建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要方向之一。由混凝土包裹鋼骨做成的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)( SRC) , 充分發(fā)揮了鋼與混凝土兩種材料的特點(diǎn), 雖然我國(guó)鋼骨混凝土技術(shù)起步比國(guó)外晚一些, 但在我國(guó)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。鋼骨混凝土和鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并列為五大結(jié)構(gòu)之一。其中實(shí)腹式鋼骨混凝土構(gòu)件具有較好的抗震性能、節(jié)約鋼材、提高混凝土利用系數(shù)、施工方便等優(yōu)點(diǎn),在工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。SRC結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在混凝土內(nèi)配置鋼骨, 這些鋼骨可以是軋制的, 也可以是焊接的。在大型建筑中經(jīng)常配置焊接的鋼骨, 可以根據(jù)構(gòu)件截面大小、受力特點(diǎn), 考慮到受力的合理性, 靈活選擇焊接鋼骨各個(gè)板件

2、的寬度和厚度。所配置的鋼骨的形式有角鋼、工字鋼、寬翼緣工字鋼、雙十字鋼、雙槽鋼、十字形鋼、箱形方鋼管等, 工程中常用H形和十字形1 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)含量高, 施工難度大, 它具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1)承載力高,鋼材的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于混凝土的強(qiáng)度, 因此與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的承載力較高, 約為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1520倍。2) 剛度大, 鋼材的彈性模量比混凝土高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。3)抗震性能好。4)節(jié)省鋼材, 與鋼結(jié)構(gòu)相比可節(jié)省大量鋼材。5)耐久性與耐火性好, 混凝土可以作為型鋼的保護(hù)層,勁性混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與耐火性都比鋼結(jié)構(gòu)好得多。2 鋼骨混凝土設(shè)計(jì)要點(diǎn)目前, 我國(guó)有兩本

3、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可供工程設(shè)計(jì)人員參考: 其一是建設(shè)部頒發(fā)的JGJ 138200113v 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程;其二是原冶金工業(yè)部頒發(fā)的YA905220061381型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮的因素: 1) 鋼骨的含鋼率 3:關(guān)于鋼骨混凝土構(gòu)件的最小和最大含鋼率, 目前沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),但當(dāng)鋼骨含鋼率小于2%時(shí), 可以采用鋼筋混凝土構(gòu)件,而沒(méi)有必要采用鋼骨混凝土構(gòu)件。當(dāng)鋼骨含鋼率太大時(shí), 鋼骨與混凝土不能有效地共同工作, 混凝土的作用不能完全發(fā)揮, 且混凝土澆筑施工有困難。因此, 在冶金部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB908297鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程中將鋼骨含鋼率定為2% 15%。一般來(lái)說(shuō),較

4、為合理的含鋼率為5% 8%。另在建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ1382001型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中定為4% 10%。在中廣大廈鋼骨混凝土柱的設(shè)計(jì)中, 考慮到建設(shè)單位盡量節(jié)約鋼材,節(jié)省資金的要求, 經(jīng)專(zhuān)家委員會(huì)認(rèn)可, 鋼骨柱的含鋼率確定為3.5%。2) 鋼骨的寬厚比:鋼板的厚度不宜小于6mm, 一般為翼緣板20mm以上,腹板16mm以上, 但當(dāng)鋼板厚度大于36mm時(shí),鋼材的厚度方向的斷面收縮率應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5313厚度方向性能鋼板中的Z15級(jí)的規(guī)定。這是因?yàn)楹穸容^大的鋼板在軋制過(guò)程中存在各向異性, 由于在焊縫附近常形成約束, 焊接時(shí)容易引起層狀撕裂,焊接質(zhì)量不易保證。鋼骨的寬厚比應(yīng)滿足規(guī)范的

5、要求。3)鋼骨的混凝土保護(hù)層厚度: 根據(jù)規(guī)范規(guī)定, 對(duì)鋼骨柱,混凝土最小保護(hù)層厚度不宜小于120mm, 對(duì)鋼骨梁則不宜小于100mm。4) 要重視鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁在構(gòu)造連接上的配合協(xié)調(diào)問(wèn)題。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不同且難度最大的是:a. 需確定鋼骨柱中每根鋼筋的準(zhǔn)確位置;b. 根據(jù)鋼骨這種型鋼翼緣的寬度確定框架梁的寬度;c. 確定框架梁中每根鋼筋的位置;d.根據(jù)柱梁鋼筋的位置確定鋼骨穿孔的位置;e.鋼骨中穿鋼筋的孔徑由鋼筋直徑確定, 一般比鋼筋直徑大4mm 6mm; f.鋼骨中縱橫兩方向穿鋼筋孔的位置至少應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一個(gè)孔徑。4 鋼骨混凝土的應(yīng)用鋼骨混凝土由于在截面中配置

6、了型鋼,可使構(gòu)件承載力、剛度大大提高, 因而大大減小了構(gòu)件的截面尺寸,可增加房屋的有效使用面積。此外, 型鋼混凝土具有很好的延性和耗能能力, 適于在地震區(qū)應(yīng)用。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用在國(guó)外開(kāi)始較早, 我國(guó)因國(guó)情的限制, 起步較晚,工程應(yīng)用就更少,我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu), 主要用于工業(yè)廠房, 如包頭電廠主廠房和鞍山鋼鐵公司的混鐵爐基礎(chǔ)。直到1997年11月冶金工業(yè)部正式發(fā)布了有關(guān)規(guī)程, 并于1998年5月1日起施行。20世紀(jì)80年代初期, 隨著我國(guó)建筑業(yè)的迅猛發(fā)展,SRC結(jié)構(gòu)在我國(guó)迅速興起。近年來(lái),型鋼混凝土在上海、廣州、武漢、深圳、大連等地的高層建筑中都有所應(yīng)用。型鋼

7、混凝土最初在歐美和日本的研究和應(yīng)用比較多。20世紀(jì)初,西方國(guó)家為提高鋼結(jié)構(gòu)的防火性能, 應(yīng)用了型鋼外包混凝土的型鋼混凝土柱。隨后不久, 人們認(rèn)識(shí)到這種組合柱比純鋼柱的剛度要高。1908年Burr 做了空腹式型鋼混凝土柱的試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)型鋼外包混凝土后強(qiáng)度和剛度都有大大提高。從1920年開(kāi)始,美國(guó)、英國(guó)和歐洲一些國(guó)家相繼開(kāi)展了型鋼混凝土的研究。1948年出版的英國(guó)BS449規(guī)范認(rèn)為將鋼柱埋置在混凝土中增加了截面的最小回轉(zhuǎn)半徑, 它是最早認(rèn)為混凝土中的型鋼增加了柱剛性的標(biāo)準(zhǔn) 1。目前鋼骨混凝土應(yīng)用需要解決的問(wèn)題主要有:1) 鋼骨與混凝土的共同工作; 2) 受力性能與混凝土結(jié)構(gòu)的異同;3) 軸壓承載力的

8、計(jì)算; 4) 正截面承載力計(jì)算;5) 斜截面承載力計(jì)算;6) 變形和裂縫計(jì)算; 7) 節(jié)點(diǎn)和柱腳的鏈接形式。 2 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中,型鋼部分與外包鋼筋混凝土部分能夠形成一個(gè)統(tǒng)一的整體, 共同承擔(dān)外部荷載的作用, 可以充分發(fā)揮兩種材料的性能。與其他結(jié)構(gòu)形式相比, 有其巨大的優(yōu)越性,簡(jiǎn)述如下。2. 1 承載力大為提高配置了型鋼的構(gòu)件, 尤其是配置實(shí)腹式型鋼的梁、柱的抗剪承載力有很大提高, 這是因?yàn)? 一方面型鋼本身就可以承擔(dān)相當(dāng)大的剪力,再受到混凝土的約束, 型鋼腹板不易發(fā)生局部屈曲, 其強(qiáng)度更能得到充分發(fā)揮,另一方面混凝土自身的力學(xué)性能也得到改善。由于承載力的提高, 可

9、使構(gòu)件截面尺寸減小, 利于減輕結(jié)構(gòu)的自重, 增加使用空間, 且由于自重的減輕, 也可減少基礎(chǔ)負(fù)擔(dān),降低基礎(chǔ)造價(jià), 間接帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益。2. 2 變形能力好混凝土與型鋼相互制約,使其在使用階段的變形能力大為改善。外包混凝土提高了結(jié)構(gòu)的耐久性, 具有更大的剛度和阻尼,有利于控制結(jié)構(gòu)的變形; 外包混凝土還可以防止鋼骨的局部屈曲,增強(qiáng)了型鋼的穩(wěn)定性, 也利于提高構(gòu)件的整體剛度。型鋼具有較大的延性, 能吸收更大的能量, 因而抗震性能也好于混凝土構(gòu)件。2. 3 防火能力好鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的防火性能比鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)均要優(yōu)越,這主要是由于外包混凝土減慢了型鋼的升溫速度, 延緩了結(jié)構(gòu)倒塌,提高了結(jié)構(gòu)的耐火性。2. 4 施工便利鋼骨本身是勁性承重骨架, 在施工階段可以起鋼骨架的作用,焊接工作量遠(yuǎn)小于一般鋼結(jié)構(gòu); 可以利用鋼骨承受施工階段的荷載,并可將模板懸掛在鋼骨架上, 省去支撐,加快施工速度。2. 5 經(jīng)濟(jì)效果顯著與鋼結(jié)構(gòu)相比, 鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)在保持自身承載力相同的情況下可節(jié)約鋼材, 并可節(jié)省大量的焊接工作; 與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比, 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的橫截面積大大減小, 從而加大了建筑空間面積, 而且溫度變形和噪音都較小, 施工中人工成本降低。3 結(jié)語(yǔ)正是基于上述鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)