第五章 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(1)

1、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)概述型鋼混凝土結(jié)構(gòu)概述型鋼混凝土梁型鋼混凝土梁 在歐美，在歐美，1908年年Burr做了空腹式型鋼混凝土柱做了空腹式型鋼混凝土柱試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土外殼能使柱的強(qiáng)度和剛度明顯提試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土外殼能使柱的強(qiáng)度和剛度明顯提高。高。1923年加拿大的學(xué)者開(kāi)始作空腹式型鋼混凝土年加拿大的學(xué)者開(kāi)始作空腹式型鋼混凝土梁試驗(yàn)。在日本，梁試驗(yàn)。在日本，1928年齊田時(shí)太郎做了軸心受壓年齊田時(shí)太郎做了軸心受壓柱試驗(yàn)，柱試驗(yàn)，1929年濱田念做了偏心受壓柱試驗(yàn)，年濱田念做了偏心受壓柱試驗(yàn)，1932年內(nèi)藤多仲做了梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。年內(nèi)藤多仲做了梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。 我國(guó)起步于我國(guó)起步于20世紀(jì)世紀(jì)80年代初，首先

2、是西安建筑年代初，首先是西安建筑科技大學(xué)和北京冶金建筑研究總院進(jìn)行研究和推廣，科技大學(xué)和北京冶金建筑研究總院進(jìn)行研究和推廣，其后有西南交大、重大、中建院、華南理工、東南其后有西南交大、重大、中建院、華南理工、東南大學(xué)、同濟(jì)和清華等展開(kāi)研究大學(xué)、同濟(jì)和清華等展開(kāi)研究，在自己試驗(yàn)研究的在自己試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，制定了一套較完整的設(shè)計(jì)理論，現(xiàn)已步入基礎(chǔ)上，制定了一套較完整的設(shè)計(jì)理論，現(xiàn)已步入國(guó)際先進(jìn)行列。國(guó)際先進(jìn)行列。5.1.1 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的概念型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的概念基本構(gòu)件截面形式基本構(gòu)件截面形式5.1.2 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)承載能力高承載能力高抗震性能好抗震性能好施工速度快

3、施工速度快與鋼結(jié)構(gòu)相比與鋼結(jié)構(gòu)相比 剛度大，剛度大，防火、防銹蝕能力好，穩(wěn)定性好。防火、防銹蝕能力好，穩(wěn)定性好。5.1.3 在我國(guó)的研究和應(yīng)用在我國(guó)的研究和應(yīng)用 型鋼混凝土在我國(guó)始于型鋼混凝土在我國(guó)始于2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代前蘇聯(lián)援建年代前蘇聯(lián)援建項(xiàng)目。項(xiàng)目。 國(guó)內(nèi)試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)理論建立始于國(guó)內(nèi)試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)理論建立始于2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代。年代。 19971997參考日本規(guī)程，原冶金部編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參考日本規(guī)程，原冶金部編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程骨混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（ 2006 2006 修編）。修編）。 20022002年建設(shè)部編制年建設(shè)部編制型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)

4、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程程，并相繼在上海金茂大廈、北京京廣中心等項(xiàng)目，并相繼在上海金茂大廈、北京京廣中心等項(xiàng)目得到應(yīng)用。得到應(yīng)用。 美國(guó)芝加哥美國(guó)芝加哥SOM設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)事務(wù)所事務(wù)所 上海建工集團(tuán)總承包上海建工集團(tuán)總承包19981998年建成，投資年建成，投資5.65.6億美億美元，主體高元，主體高372.1m372.1m，總高，總高421m421m，地下，地下3 3、主體、主體8888、屋、屋頂頂2 2層層，高寬比高寬比6.96.9（核心筒（核心筒12.412.4），），8 8根外柱：根外柱：1.51.5m m5m1m5m1m3.5m3.5m筒壁厚筒壁厚800mm800mm450mm450mm

5、7 7度地震作用下度地震作用下/ /H=1/845H=1/845， /h=1/750/h=1/750風(fēng)荷載作用下風(fēng)荷載作用下/ /H=1/760H=1/760， /h=1/730/h=1/730上海中心大夏上海中心大夏 由美國(guó)由美國(guó)GenslerGensler公司與公司與同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合設(shè)計(jì)聯(lián)合設(shè)計(jì), , 前者是一家位前者是一家位于舊金山的建筑、設(shè)計(jì)、于舊金山的建筑、設(shè)計(jì)、規(guī)劃與咨詢(xún)公司。規(guī)劃與咨詢(xún)公司。 建筑高度高達(dá)建筑高度高達(dá)632632米，米，結(jié)構(gòu)高度結(jié)構(gòu)高度565.6565.6米米 。巨型。巨型框架框架- -核心筒核心筒- -伸臂桁架抗伸臂桁架抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

6、體系側(cè)力結(jié)構(gòu)體系, ,為鋼為鋼- -混凝混凝土混合結(jié)構(gòu)。土混合結(jié)構(gòu)。 2014年竣工。年竣工。標(biāo)準(zhǔn)層平面標(biāo)準(zhǔn)層平面實(shí)腹式鋼骨實(shí)腹式鋼骨混凝土巨型柱混凝土巨型柱5.1.4 一般規(guī)定和構(gòu)造要求一般規(guī)定和構(gòu)造要求混凝土保護(hù)層最小厚度混凝土保護(hù)層最小厚度b1b2100b100型鋼混凝土梁型鋼混凝土梁型鋼混凝土柱型鋼混凝土柱120120b1+b2b/3P1015.1.4 一般規(guī)定和構(gòu)造要求一般規(guī)定和構(gòu)造要求型鋼鋼板寬厚比限值型鋼鋼板寬厚比限值5.2.1 試驗(yàn)研究試驗(yàn)研究M/Muf（mm）試件加載圖試件加載圖M-f曲線曲線破壞過(guò)程破壞過(guò)程型鋼位置影響型鋼位置影響應(yīng)變計(jì)應(yīng)變計(jì)分配梁分配梁位移計(jì)位移計(jì)PuPP

7、u沿梁全高配置型鋼沿梁全高配置型鋼僅在受拉區(qū)配置型鋼僅在受拉區(qū)配置型鋼5.2.1 試驗(yàn)研究試驗(yàn)研究實(shí)測(cè)截面應(yīng)變實(shí)測(cè)截面應(yīng)變h實(shí)測(cè)截面應(yīng)變實(shí)測(cè)截面應(yīng)變實(shí)際實(shí)際修正修正5.2.2 正截面承載力計(jì)算正截面承載力計(jì)算1.基本假定基本假定截面應(yīng)變符合平截面假定截面應(yīng)變符合平截面假定不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度混凝土混凝土cu=0.003，相應(yīng)的壓應(yīng)力為相應(yīng)的壓應(yīng)力為fc矩形等效混凝土壓應(yīng)力矩形等效混凝土壓應(yīng)力，有效高度有效高度x=0.8xc鋼梁腹板應(yīng)力簡(jiǎn)化為等效矩形應(yīng)力鋼梁腹板應(yīng)力簡(jiǎn)化為等效矩形應(yīng)力,其值為其值為fa鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力s= =Essfy，s0.01saybE.ff.0030

8、2180 由平截面假定由平截面假定5.2.2 正截面承載力計(jì)算正截面承載力計(jì)算003. 0 cu a y 2ay hh0axcb cusaasyybbcbcbcucuEfEfhxxhx ,8 . 08 . 000saybE.ff.00302180 5.2.2 正截面承載力計(jì)算正截面承載力計(jì)算2.受彎承載力計(jì)算受彎承載力計(jì)算 awaaassyuawaasyaasycMahAfahAfxhbxMMNAfAfAfAfbxf000115 . 00 公式條件公式條件fabtaxhx 0 cf1 syAf aaAf aaAfsyAfMasaaaA sA aAsAbafaf xhh02h01h0據(jù)極限平衡方

9、程據(jù)極限平衡方程x/0.8a截面應(yīng)變截面應(yīng)變P105圖圖5-10有誤有誤5.2.2 正截面承載力計(jì)算正截面承載力計(jì)算2.受彎承載力計(jì)算受彎承載力計(jì)算 awawawawfht.Mfht.N202212221021251525052 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)00200125125125180h.h,h.x.xxhc awfht 0125. 1 awfht0225. 1 afaf 2h01h01.25h0wt0hx h05.2.2 正截面承載力計(jì)算正截面承載力計(jì)算2.受彎承載力計(jì)算受彎承載力計(jì)算 awaaassyuawaasyaasycMahAfahAfxhbxMMNAfAfAfAfbxf000115 . 00 公

10、式條件公式條件fabtaxhx 0 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1.如何應(yīng)用公式？如何應(yīng)用公式？2.當(dāng)為當(dāng)為T(mén)形截面時(shí)如何處理？形截面時(shí)如何處理？【例題【例題5-1】P105saybE.ff.00302180 據(jù)對(duì)稱(chēng)性據(jù)對(duì)稱(chēng)性0hx awawfht.N02152 awawfht.M2022122212515250 awaafassyuMahAfahAfx.hbxMM 000150 01 awaasyaasycNAfAfAfAfbxf 結(jié)論結(jié)論x.xhc25101 假定假定校核假定條件，且校核假定條件，且b 5.2.3 斜截面承載力計(jì)算斜截面承載力計(jì)算斜壓破壞斜壓破壞剪粘破壞剪粘破壞剪壓破壞剪壓破壞1.破壞形態(tài)

11、破壞形態(tài)51. uPuPuP2.051. 2.0 保護(hù)層過(guò)小保護(hù)層過(guò)小過(guò)薄過(guò)薄wt5.2.3 斜截面承載力計(jì)算斜截面承載力計(jì)算2.影響因素影響因素剪跨比剪跨比加載方式加載方式含鋼率及型鋼強(qiáng)度含鋼率及型鋼強(qiáng)度配箍率配箍率混凝土混凝土1.00.80.60.40.2012346剪跨比影響剪跨比影響 Vu/fcbh0bhAAasw 含鋼率含鋼率5.2.3 斜截面承載力計(jì)算斜截面承載力計(jì)算3.計(jì)算公式計(jì)算公式排除斜壓破壞條件排除斜壓破壞條件 1045000.bhfhtfbhf.Vcwwacb均布荷載均布荷載集中荷載集中荷載wwasvyvcbhtf.hsAfbhf.V58008000 wwasvyvcbh

12、tf.hsAfbhf.V 580512000 3410 ha. 【例題【例題5-25-2】P1095.2.4 腹部開(kāi)孔型鋼混凝土梁腹部開(kāi)孔型鋼混凝土梁 孔位宜設(shè)在剪力較小處，最好為圓孔孔位宜設(shè)在剪力較小處，最好為圓孔。圓孔直圓孔直徑：當(dāng)孔位于距支座徑：當(dāng)孔位于距支座l/4l/4跨度以外時(shí)，不宜大于跨度以外時(shí)，不宜大于0.40.4倍梁高和型鋼截面高度的倍梁高和型鋼截面高度的0.70.7倍；當(dāng)孔位于距支座倍；當(dāng)孔位于距支座1/41/4跨度以?xún)?nèi)時(shí)，不宜大于跨度以?xún)?nèi)時(shí)，不宜大于0.30.3倍梁高和型鋼截面高倍梁高和型鋼截面高度的度的0.50.5倍倍?？锥粗苓呉嗽O(shè)鋼套管，且孔邊應(yīng)加設(shè)構(gòu)孔洞周邊宜設(shè)鋼套管

13、，且孔邊應(yīng)加設(shè)構(gòu)造箍筋和水平筋造箍筋和水平筋。在此基礎(chǔ)上作承載力驗(yàn)算。在此基礎(chǔ)上作承載力驗(yàn)算。h2h2h構(gòu)造措施示意圖構(gòu)造措施示意圖5.2.5 型鋼混凝土梁的撓度驗(yàn)算型鋼混凝土梁的撓度驗(yàn)算 型鋼混凝土梁加載開(kāi)裂時(shí)，荷載型鋼混凝土梁加載開(kāi)裂時(shí)，荷載- -撓度曲線不像鋼筋混凝撓度曲線不像鋼筋混凝土梁有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這表明型鋼對(duì)剛度有明顯的提高作用，土梁有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這表明型鋼對(duì)剛度有明顯的提高作用，含鋼率越大，提高愈加明顯。因此，截面剛度需考慮型鋼的含鋼率越大，提高愈加明顯。因此，截面剛度需考慮型鋼的貢獻(xiàn)。貢獻(xiàn)。 對(duì)型鋼混凝土梁，當(dāng)梁的縱向受拉鋼筋配筋率為對(duì)型鋼混凝土梁，當(dāng)梁的縱向受拉鋼筋配筋率

14、為0.30.31.51.5范圍時(shí)，據(jù)試驗(yàn)研究，荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，構(gòu)范圍時(shí)，據(jù)試驗(yàn)研究，荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，構(gòu)件的剛度可按下式計(jì)算。件的剛度可按下式計(jì)算。aaccscasIEIEEE.B 753220短期剛度短期剛度“長(zhǎng)期剛度長(zhǎng)期剛度” skqkBMMMB 1 fBlMfk 2 撓度驗(yàn)算撓度驗(yàn)算P112表表5-2標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合5.2.6 型鋼混凝土梁的裂縫寬度驗(yàn)算型鋼混凝土梁的裂縫寬度驗(yàn)算 tkckclinteessamaxfbh.M.MM.wd.c.E.w2235001111400809112 P113表表5-3h0sh0h0fh0wbfbhhwkhwtfh/4as【例題【例題

15、5-3P113 bh.kAAAhkAhAhA.Mawafstewawfafssksa50870000 7 . 0222 awffskhtbdnu ukAAAdawafse 45.2.7 型鋼混凝土梁的構(gòu)造要求型鋼混凝土梁的構(gòu)造要求框架梁截面寬度宜框架梁截面寬度宜300mm300mm，截面高寬比宜，截面高寬比宜4 4?？v向受拉鋼筋不宜超過(guò)兩排，配筋率宜縱向受拉鋼筋不宜超過(guò)兩排，配筋率宜0.30.3， 直徑宜取直徑宜取161625mm25mm，凈距和錨固要求按混凝土梁的，凈距和錨固要求按混凝土梁的 規(guī)定。規(guī)定?？v向腰筋的設(shè)置要求按混凝土梁的規(guī)定?？v向腰筋的設(shè)置要求按混凝土梁的規(guī)定?？蚣芰涸谥ё幒蜕弦砭壥苡休^大固定集中荷載框架梁在支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載 處，應(yīng)