鋼與砼的組合構(gòu)件

1、鋼與砼的組合構(gòu)件    摘要：本文簡要介紹了鋼與砼結(jié)構(gòu)的豎向組合和水平組合，并比較不同材料、相同跨度梁的受力狀態(tài)和造價(jià)。 關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)組合體組合樓板 自改革開放我國的鋼產(chǎn)量有了大幅度的提高，近幾年鋼產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)超過億噸，但我國建筑鋼僅占鋼材產(chǎn)量比例的20%，而美國發(fā)達(dá)國家已達(dá)到50%以上；鋼結(jié)構(gòu)建筑在整個(gè)建筑中所占比重，只占我國建筑用鋼量的10%20%，而如日本的鋼結(jié)構(gòu)建筑占建筑總面積的50%左右，韓國約占20%，差距十分巨大。這與我國作為產(chǎn)鋼大國的地位是很不相稱的，為此，我國有關(guān)部委已經(jīng)在大力推廣鋼結(jié)構(gòu)體系，建設(shè)部將鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的開發(fā)和應(yīng)用作為我國

2、建筑業(yè)用鋼的突破點(diǎn)。 鋼結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、良好的抗震性能、梁柱截面較小、施工周期較短等優(yōu)點(diǎn)，尤其是鋼材屬于可回收的綠色環(huán)保材料，推廣鋼結(jié)構(gòu)尤為必要。鋼結(jié)構(gòu)既使用于高層、超高層的建筑，大跨度大荷載的工業(yè)與民用建筑，也可用于多層和高層住宅中。我國已建成了上海金茂大廈、北京財(cái)富中心、哈爾濱聯(lián)通大廈等一大批組合結(jié)構(gòu)的超高層建筑，也建成了一批純鋼結(jié)構(gòu)的住宅。 鋼結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成： 豎向抗側(cè)力體系分為混凝土剪力墻-鋼框架體系和支撐-鋼框架兩種，前種一般用于高層中，后者在多層和高層中均有應(yīng)用。混凝土剪力墻-鋼框架體系中混凝土剪力墻承擔(dān)了大部分水平力，但框架部分分擔(dān)的底部剪力不得小于結(jié)構(gòu)底的20%

3、。這種結(jié)構(gòu)在混凝土墻體與鋼梁的連接部位最易遭受破壞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予加強(qiáng)。這種體系的不足之處是內(nèi)筒為混凝土上，重量減少不多，現(xiàn)場澆搗混凝土的量也比較大。鋼支撐可以采用X型、單斜桿型、人字型、倒人字型、W型、倒W型等形式，還可以采用偏心支撐。在不影響建筑功能的前提下，在平面上支撐應(yīng)均勻布置。偏心支撐的優(yōu)點(diǎn)是在較小或中等的水平荷載作用下有足夠的剛度，而在嚴(yán)重超載（如大地震）時(shí)具有良好的延性，是一種較好的抗剪支撐。 鋼框架柱有工字形柱，箱形截面柱等等幾種，鋼混凝土框架柱有鋼管砼柱，外包混凝土的型鋼混凝土柱等幾種。鋼管砼柱，是在鋼管內(nèi)灌注高強(qiáng)度等級(jí)砼，形成兩種材料相輔相成共同工作的機(jī)理。鋼管混凝土由于鋼管與

4、核心混凝土之間相互作用力緊箍力的存在，使鋼管和核心混凝土都處于三向應(yīng)力狀態(tài)下。在軸壓作用下，鋼管縱向，徑向受壓而環(huán)向受拉，而混凝土三向受壓。混凝土的抗壓強(qiáng)度提高，由脆性材料變?yōu)樗苄圆牧?，基本性能起了質(zhì)的變化。它具有承載力高，抗震性能好，施工簡捷的特點(diǎn)，整根鋼管柱一次吊裝就位，為主體結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)造了流水作業(yè)的條件。與鋼結(jié)構(gòu)柱子相比，可節(jié)約鋼材50%左右；與鋼筋混凝土相比，節(jié)約混凝土50%以上，減輕結(jié)構(gòu)自重50%以上，結(jié)構(gòu)斷面面積減小60%70%以上。對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)，其合理與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和整個(gè)工程的造價(jià)。鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)可以分為兩種；鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接點(diǎn)和鋼管混凝土柱與鋼

5、梁的連接節(jié)點(diǎn)。鋼梁與鋼管混凝土柱直接連接，是在鋼梁上下翼緣處的鋼管柱內(nèi)焊接內(nèi)加強(qiáng)環(huán)，以消除鋼梁翼緣對(duì)鋼管壁的撕裂力，該加強(qiáng)環(huán)亦兼具鋼管與核混凝土界面抗剪連接件的功能。最近在鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接方式上，中國建筑科學(xué)研究院已經(jīng)有了最新成果，有待于推廣。外包混凝土的型鋼混凝土柱分為實(shí)腹式和空腹式兩種，實(shí)腹式型鋼混凝土有L形、T形、十字形的型鋼，空腹式一般由角鋼或T形鋼作為縱向受力桿件。型鋼混凝土柱中設(shè)置縱向鋼筋和箍筋是必要的。型鋼混凝土柱的長細(xì)比不宜小于30。外包混凝土的型鋼混凝土柱相對(duì)混凝土柱有截面小、省去了防腐、防火涂料層的優(yōu)點(diǎn)。 鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)可形成優(yōu)勢互補(bǔ)。鋼構(gòu)件具有材料強(qiáng)度高

6、、延性好、截面尺寸小、能跨越較大跨度等優(yōu)點(diǎn)；但用作豎向構(gòu)件時(shí)，其抗側(cè)剛度相對(duì)較小。鋼筋混凝土墻體或核心筒，則具有較大的抗側(cè)剛度和較高的受剪承載力。高層建筑采用鋼構(gòu)件和鋼筋混凝土的構(gòu)件兩者兼有的混合結(jié)構(gòu)，利用鋼筋混凝土墻筒提供抗側(cè)剛度和水平承載力，利用鋼構(gòu)件承擔(dān)豎向荷載，則兼?zhèn)滗摻Y(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。其側(cè)向剛度大于鋼結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)造價(jià)介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間。施工速度比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有所加快，結(jié)構(gòu)面積小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。所以鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)是目前適應(yīng)我國國情的良好方案。 2） 水平樓蓋體系 樓面結(jié)構(gòu)可選用如下形式：（1）壓型鋼板和混凝土組合樓板；（2）密肋輕鋼混凝土組合樓板；（3）現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)

7、力鋼筋混凝土樓板；（4）混凝土預(yù)制疊合樓板。其中優(yōu)先選用1、2類型。其主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）省去樓面模板支撐，節(jié)省投資，施工速度快； （2）壓型鋼板與輕鋼密肋中可布置設(shè)備管線，減少吊頂高度；（3）平面剛度大，房屋有較強(qiáng)的整體性，抗震性能好。主、次梁可采用矩型鋼管、雙槽鋼、冷彎U型卷邊槽鋼或H型、I字型焊接或熱軋型鋼。I字型鋼可以是實(shí)腹的也可是空腹的，也可選用卷邊槽鋼混凝土組合梁。梁板組合結(jié)構(gòu)通過栓釘及剪力連接件形成整體，共同來承擔(dān)樓面荷載。當(dāng)前較常采用的是在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板，再澆筑80150mm的鋼筋混凝土板，即壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板與鋼梁之間用栓釘連接。另外還可以用預(yù)應(yīng)力薄板加混凝土現(xiàn)澆層

8、或一般鋼筋混凝土樓板，此時(shí)應(yīng)保證樓板和鋼梁之間的可靠連接。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于有密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接、能阻止梁受壓翼緣的測向位移時(shí)，可不計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)時(shí)如考慮鋼梁和樓板的組合作用，還可顯著提高梁的承載力和整體穩(wěn)定性，并有效降低梁高。主梁與次梁的連接一般為簡支等高連接，有時(shí)也做成不等高連接，如采用壓型鋼板組合樓板時(shí)，為便于鋪設(shè)壓型鋼板，主次梁頂面相差壓型鋼板厚度，同時(shí)還可以增大建筑凈層高。多層、高層房屋鋼結(jié)構(gòu)的樓板必須有足夠的承載力、鋼度和整體性，為了樓板的水平剪力能夠有效的傳遞，壓型鋼板與鋼梁之間應(yīng)設(shè)置足夠的栓釘，規(guī)范中有詳細(xì)的規(guī)定。對(duì)于用壓型鋼板作底模的組合梁，直接照

9、部分抗剪連接組合梁設(shè)計(jì)。這種樓蓋的不足之處，如單向受力、平面適應(yīng)性差、極限跨度小、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不夠顯著等。 現(xiàn)以某連接結(jié)構(gòu)的連接體為算例，比較混凝土梁、鋼梁和組合梁的截面、內(nèi)力、含鋼量、變形等指標(biāo)。連接體部分為屋頂花園，跨度為15米，每根梁承擔(dān)3.0寬的樓板荷載，按照簡支梁計(jì)算。 荷載計(jì)算： 屋頂花園恒載 250厚種植土0.25×16=4.0KN/ 聚酯無紡布濾水層 0.01KN/ 80厚陶料排水層0.08×18=1.44KN/ 40厚鋼筋砼保護(hù)層0.04×25=1.00KN/ 防水層0.50KN/ 20厚砂漿找平層0.02×20=0.40KN/ 304

10、70厚水泥粉煤灰頁巖陶料找坡層0.3×20=6.0KN/ 40厚細(xì)石砼 0.04×22=0.88KN/ 90厚擠壓法生產(chǎn)的聚苯板0.09×0.5=0.05KN/          20厚砂漿找平層 0.02×20=0.40KN/ 150厚鋼筋砼樓板0.15×25=3.75KN/ 1.2厚壓型鋼板 0.20KN/ 鋁合金板吊頂 0.15KN/ =18.78KN/ 屋頂花園活載：3.0 KN/ 暖通風(fēng)管吊架：0.5 KN/ 樓板產(chǎn)生的線荷載：恒載：18.78×

11、3.0=56.3 KN/， 活載：3.5×3.0=10.5 KN/ 混凝土梁：截面選為500×1300計(jì)算結(jié)果如下： 跨長=15000 B×H=500×1300 左 中 右 彎矩（ ）： 0000 3044.039 0.000 彎矩（-）： 0.000 0.000 -0.000 剪力 811.744 0.002 -811.744 上部縱筋 1300 1300 1300 下部縱筋 1300 8176 1300 箍筋 817 817 817 上縱實(shí)配: 4E221521 4B221521 4E221521 下縱實(shí)配: 7E32 6E289324 7E32 6E289324 7E32 6E289324 箍筋實(shí)配: 4d8240838 4d8240838 4d8240838 腰筋實(shí)配: 8E16（1608） 8E16（1608） 8E16（1608） 裂縫: 0.000 0.291 0.000 撓度: 0.000 65.929 0.000 最大裂縫:0.2910.300 滿足要求 最大撓度：65.929>37.515000/400不滿足要求,通過支模時(shí)起拱3%即45,以滿足規(guī)范要求。 鋼梁：截