鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（PPT97頁）

1、第9章 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)9.1 概 述鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特點19.1 組合梁的基本概念金茂大廈核心筒體-鋼巨型桁架-鋼骨混凝土巨型組合柱體系金茂大廈核心筒體-鋼巨型桁架-鋼骨混凝土巨型組合柱體系深圳地王大廈鋼骨混凝土核心筒結(jié)構(gòu)；外鋼框架結(jié)構(gòu)，26根箱型鋼柱通過鋼梁、鋼斜撐與核心墻連接。樓面鋪設(shè)壓型鋼板后澆筑砼。結(jié)構(gòu)平面尺寸68.25m35.5m，結(jié)構(gòu)高度303.75m。大連遠洋大廈內(nèi)筒為鋼筋混凝土，外框自下而上為RC-SRC-S結(jié)構(gòu)。大連遠洋大廈內(nèi)筒為鋼筋混凝土，地上51層，地下4層，外框自下而上為RC(6層)-SRC-S結(jié)構(gòu)，SRC核心筒。第20章鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)20.1 概述Steel Rein

2、forced Concrete型鋼混凝土勁性鋼筋混凝土Encased Concrete內(nèi)部鋼骨與外包混凝土形成整體、共同受力，其受力性能優(yōu)于這兩種結(jié)構(gòu)的簡單疊加。與鋼結(jié)構(gòu)相比外包混凝土可以防止鋼構(gòu)件的局部屈曲；提高鋼構(gòu)件的整體剛度，顯著改善鋼構(gòu)件出平面扭轉(zhuǎn)屈曲性能；使鋼材的強度得以充分發(fā)揮；比純鋼結(jié)構(gòu)具有更大的剛度和阻尼，有利于控制結(jié)構(gòu)的變形；外包混凝土增加了結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性。最初，歐美國家發(fā)展鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)主要就是出于對鋼結(jié)構(gòu)的防火和耐久性方面的考慮；一般可比純鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材達50以上。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比使構(gòu)件的承載力大為提高；實腹式鋼骨的鋼骨混凝土構(gòu)件，受剪承載力有很大提高，大大改善

3、了結(jié)構(gòu)的抗震性能。正是由于這一點，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)在日本得到廣泛的應用；鋼骨架本身具有一定的承載力，可以利用它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，這有利于加快施工速度，縮短施工周期，如在多高層結(jié)構(gòu)的施工中不必等待混凝土達到強度就可以繼續(xù)進行上層施工。應特別注意，SRC結(jié)構(gòu)的配筋構(gòu)造較為復雜，在工程設(shè)計階段必須給予細致的考慮，否則將使得工程施工十分困難。20.1 概述發(fā)展簡況前蘇聯(lián)，勁性鋼筋或承重鋼筋，其原意為能承受一定施工荷載的鋼筋。二戰(zhàn)后，為加快恢復重建，采用勁性鋼筋來承受懸掛模板和支撐等施工荷載，以加快施工速度。1949年，前蘇聯(lián)建筑科學技術(shù)研究所編制了多層房屋勁性鋼筋混

4、凝土暫行設(shè)計技術(shù)條件( BTY-03-49)。前蘇聯(lián)50年代又進行了較全面的試驗研究，1978年制訂了蘇聯(lián)勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計指南(3-78)。后來由于省鋼目的，主要采用焊接鋼桁架、鋼構(gòu)架和鋼筋骨架等作為勁性鋼筋（即空腹式鋼骨）。歐 洲在20世紀20年代，西方國家的工程設(shè)計人員為滿足鋼結(jié)構(gòu)的防火要求，在鋼柱外面包上混凝土，稱為包鋼混凝土（Encased Concrete）結(jié)構(gòu)。起初，包鋼混凝土柱仍按鋼柱設(shè)計。40年代后開始意識到外包混凝土對提高鋼柱剛度的有利作用，考慮折算剛度后仍繼續(xù)沿用鋼柱設(shè)計方法。該方法一直沿用，并編制到1985年歐洲統(tǒng)一規(guī)范EC4組合結(jié)構(gòu)。日本20世紀20年代，在一些工

5、程中開始采用SRC結(jié)構(gòu)。1923年在東京建成的30m高全SRC結(jié)構(gòu)的興業(yè)銀行，在關(guān)東大地震中幾乎沒有受到什么損壞，引起日本工程界的重視。1951年開始對SRC結(jié)構(gòu)進行了全面系統(tǒng)的研究，1958年制訂了鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準。到1987年又經(jīng)過三次修訂，基本形成較為完整的設(shè)計理論和方法疊加方法。日本持續(xù)研究和發(fā)展SRC結(jié)構(gòu)，主要是由于日本是多地震國家。SRC結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的抗震性能，在日本得到廣泛的應用。我國我國因SRC結(jié)構(gòu)的用鋼量較大，20世紀80年代以前未進行廣泛的應用和研究。20世紀80年代后期，隨著我國超高層建筑的發(fā)展，SRC結(jié)構(gòu)也越來越受到我國工程界的重視，開始進行較為系統(tǒng)的研究，取

6、得一系列研究成果，并在一些高層建筑工程采用了SRC結(jié)構(gòu)。經(jīng)過幾年的研究和工程應用實踐，參考日本標準，1998年我國冶金工業(yè)部頒布了我國第一部鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程YB9082-97。主要包括內(nèi)含實腹式鋼骨的鋼骨混凝土梁、柱、剪力墻及其連接的設(shè)計計算規(guī)定。技術(shù)規(guī)程YB 908297（鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程）葉列平教授參考了日本和美國的規(guī)范日本建筑學會鐵骨鐵筋計算規(guī)準.同解說 若林實JGJ1382001（型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程）西安建筑科技大學（姜維山、趙鴻鐵、白國良）、西南交大趙世春等根據(jù)實驗研究結(jié)果，在蘇聯(lián)模式上進行了修正24技術(shù)規(guī)程YB 908297（鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程）忽略型鋼與混

7、凝土之間的粘結(jié)作用，認為二者獨立工作，并考慮混凝土主要承受軸壓力，型鋼主要抗彎，承載力疊加計算計算結(jié)果偏小,不適合我國國情JGJ1382001（型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程）假定是沿用鋼筋混凝土構(gòu)件計算中的鋼筋與混凝土變形協(xié)調(diào)假定剛度可以簡單疊加法承載力計算復雜25技術(shù)規(guī)程歐美試驗曲線模式（M-N經(jīng)驗曲線）歐洲規(guī)范4建設(shè)部蔡益燕教授粘結(jié)滑移清華聶建國教授，郭彥林教授西安建大趙鴻鐵教授，郝際平教授，薛建陽、楊勇等26鋼骨混凝土的應用有哪些問題需要解決？共同工作受力性能與混凝土構(gòu)件的異同軸壓承載力計算正截面承載力計算斜截面承載力計算變形、裂縫計算節(jié)點、柱腳連接形式20.2 鋼骨與混凝土的共同工作在鋼

8、骨混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼骨與外包混凝土能否協(xié)調(diào)變形，是兩者共同工作的條件。對于鋼骨混凝土梁，試驗表明，當鋼骨上翼緣處于截面受壓區(qū)，且配置一定構(gòu)造鋼筋時，鋼骨與混凝土能保持較好的共同工作，截面應變分布基本上符合平截面假定。鋼骨混凝土梁鋼骨混凝土偏心受壓構(gòu)件剪切斜裂縫剪切粘結(jié)裂縫對于剪跨比較小的框架柱，當受剪較大時，易產(chǎn)生剪切粘結(jié)破壞，使鋼骨與外包混凝土不能很好地共同工作，導致混凝土較大范圍剝落，承載力下降，影響破壞后的變形能力。增加配箍可以提高粘結(jié)破壞承載力。在配置一定縱筋和箍筋的情況下，鋼骨與外包混凝土可較好地共同工作，在破壞階段外包混凝土也不會產(chǎn)生嚴重剝落，鋼骨的塑性變形能力可以得到充分發(fā)揮，承載

9、力不會顯著下降。因此，為保證外包混凝土與鋼骨的共同工作，必須在外包混凝土中配置必要的鋼筋。9.3 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的一般規(guī)定鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的配筋構(gòu)造有其特殊之處，應給予特別的重視。在配筋構(gòu)造設(shè)計中，應考慮以下幾方面問題：鋼骨與其他鋼筋的相互關(guān)系及其配筋順序；混凝土的澆筑密實性；結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性；預期受力性能塑性區(qū)和非塑性區(qū)。鋼骨混凝土梁、柱構(gòu)件中，鋼骨的含鋼率不小于2%，也不宜大于15%，合理含鋼率為5%8%。=25mm=10dv=25mm=1.5 粗骨料粒徑d=12mm=25mm，=1.5d=1.5 粗骨料粒徑dv=30mm，=1.5d=1.5 粗骨料粒徑=50mm一般取 100mm=50

10、m一般取 150mm=50mm，=1.5d=1.5 粗骨料粒徑縱筋 d=12mm梁縱筋梁縱筋貫通孔間距=2.5d=10 dvd v第20章鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)=25mm=25mm=1.5 粗骨料粒徑20.3 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的一般規(guī)定20.3 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的一般規(guī)定鋼骨板材寬厚比的限制值twhwhwb/tf2319hwhw /tw(梁)10791btwhw /tw(柱)9681hwtw鋼號Q235Q345btftwbb9.4 正截面受彎承載力9.4.1 梁的受彎性能：在最大承載力之前，梁中型鋼截面的應變分布與外包混凝土截面的應變分布基本協(xié)調(diào)一致，中和軸重合，且接近于直線分布，表明型鋼與外包混凝土的粘

11、結(jié)作用在最大荷載之前一般不會被破壞。仍可以假定梁截面中型鋼與混凝土的應變符合平截面假定。型鋼偏置:交界面處可能發(fā)生相對滑移接近破壞時交界面附近將產(chǎn)生較大的縱向裂縫混凝土壓碎高度較大，延性較差應設(shè)置足夠數(shù)量的抗剪連接件。設(shè)置足夠的抗剪連接件后，受力過程中基本上符合平截面假定，破壞時型鋼上翼緣與混凝土的交界面并無明顯縱向裂縫。完全粘結(jié)梁：充滿型型鋼混凝土梁以及型鋼雖然偏置在截面受拉區(qū)、但設(shè)置了足夠數(shù)量抗剪連接件的梁非完全粘結(jié)梁：型鋼偏置在截面受拉區(qū)而未設(shè)置抗剪連接件的梁設(shè)計中應避免采用非完全粘結(jié)梁9.4.2 受彎承載力計算的簡化疊加法：1）一般疊加方法：型鋼混凝土梁的受彎承載力由型鋼截面承擔的受彎

12、承載力Ma和鋼筋混凝土部分承擔的受彎承載力MRC疊加，取Ma MRC最大值該疊加法是根據(jù)塑性理論下限定理建立的，沒有考慮型鋼和混凝土的共同工作，而且直接應用較為困難。對于對稱截面，可采用簡化疊加方法。2）以平截面假定為基礎(chǔ)的計算方法：型鋼混凝土梁從開始承受荷載直到破壞其正截面應變符合平截面假定，承載力可采用混凝土結(jié)構(gòu)的計算方法；3）采用鋼筋混凝土的矩形應力圖方法：取受壓區(qū)混凝土的應力分布為等效矩形應力圖，型鋼的應力圖按全塑性假定簡化為雙矩形應力圖，同時又考慮到其誤差，計算中型鋼的設(shè)計強度乘以折減系數(shù)（0.9）。9.4.3 以平截面假定為基礎(chǔ)的計算方法：（1）基本假定：1）截面應變分布符合平截面

13、假定，型鋼與混凝土之間無相對滑移；2）不考慮混凝土抗拉強度；3）取受壓邊緣混凝土極限壓應變0.003，相應的最大壓應力取混凝土軸心受壓強度設(shè)計值4）型鋼腹板的應力圖取為拉、壓梯形應力圖形。設(shè)計計算時，簡化為等效矩形應力。5）鋼筋應力等于其應變與彈性模量的乘積，但不大于其強度設(shè)計值（2）正截面受彎承載力：把型鋼翼緣作為縱向受力鋼筋考慮，破壞時上、下翼緣達到屈服強度fa和fa基于平截面假定的計算方法計算較為繁復，但能較好反映鋼材和混凝土的共同作用。簡單疊加法計算簡單，但偏于保守9.5 斜截面受剪承載力9.5.1 斜截面受剪性能和破壞形態(tài)破壞形態(tài)主要有三種類型：（1）斜壓破壞剪跨比1.5且含鋼率較小

14、的情況斜裂縫端部剪壓區(qū)混凝土在正應力和剪應力的共同作用下被壓碎（3）剪切粘結(jié)破壞不配箍筋或箍筋很少、且剪跨比較大的情況型鋼與混凝土的粘結(jié)力極易喪失，傳遞剪力的能力降低，于是在型鋼翼緣外側(cè)的混凝土中產(chǎn)生應力集中在型鋼翼緣附加產(chǎn)生劈裂裂縫，沿型鋼翼緣水平方向發(fā)展，導致保護層脫落型鋼混凝土與鋼筋混凝土梁的受剪性能：（1）斜裂縫出現(xiàn)時。實腹式型鋼具有較大的抗剪剛度，而且在梁中腹板是連續(xù)分布的，對斜裂縫的開展起著較好的抑制作用。（2）斜裂縫出現(xiàn)后，型鋼腹板的貢獻使梁的受剪承載力大為提高。（3）具有較好的延性破壞特征。（4）可能會發(fā)生剪切粘結(jié)破壞。型鋼與混凝土交界面粘結(jié)強度較低，型鋼混凝土梁破壞時受壓側(cè)保

15、護層混凝土剝離范圍大，設(shè)計中應通過配置必要的構(gòu)造箍筋、增加型鋼外圍混凝土厚度等措施來提高剪切粘結(jié)承載力。（5）受力過程中，由于受混凝土的約束，在滿足寬厚比的條件下，型鋼腹板不會發(fā)生局部屈曲，其強度能得以充分發(fā)揮，同時，型鋼本身可以承擔相當大的剪力，型鋼混凝土梁的斜截面受剪承載力遠比鋼筋混凝土梁高。9.5.2 影響斜截面受剪性能的因素（1）剪跨比集中荷載作用下，剪跨比反映了梁中彎、剪應力之比剪跨比較小時，剪跨段內(nèi)正應力較小，剪應力起控制作用。型鋼腹板在近似純剪應力狀態(tài)下達到屈服強度，混凝土短柱發(fā)生剪切斜壓破壞。剪跨比較大（1.52.5），剪跨段內(nèi)正應力較大剪壓破壞、剪切粘結(jié)破壞剪跨比（2.5）時

16、，梁的承載力往往由彎曲應力控制，一般發(fā)生彎曲破壞型鋼混凝土梁不會發(fā)生斜拉破壞，型鋼腹板可以有效阻止斜拉裂縫的產(chǎn)生。（2）型鋼腹板含鋼率含鋼率：Aw/bh0由于型鋼腹板的剛度較大，斜裂縫出現(xiàn)前，其剪應變與混凝土的基本一致。斜裂縫出現(xiàn)后，由于型鋼對腹部的混凝土有約束作用，梁的抗剪剛度降低不多；型鋼腹板屈服后，對混凝土的約束喪失，梁的抗剪剛度降低較快，變形增大。但其極限變形遠大于混凝土梁，表現(xiàn)出較好的延性性能。（3）配箍率配箍率：svAsv/bs裂縫出現(xiàn)前，箍筋的應力很小，基本不起作用；設(shè)計合理的適筋梁，剪壓破壞時，箍筋基本屈服；箍筋的約束作用還能有效防止型鋼翼緣與混凝土交界面的剪切破壞（4）型鋼翼

17、緣寬度與梁寬度比bf /b型鋼翼緣對梁腹部混凝土具有約束作用，能提高梁的承載力和變形能力；但是，如果比值過大，使梁側(cè)混凝土保護層厚度過小，容易產(chǎn)生剪切粘結(jié)破壞。（5）混凝土強度等級一般，混凝土部分受剪承載力隨混凝土強度提高而提高；剪跨比一定時，抗剪承載力隨混凝土強度提高剪跨比較小時，增長率較大剪跨比較大時，增長率較小9.5.3 斜截面受剪承載力計算1）將腹板看作連續(xù)分布的箍筋，采用混凝土梁的計算方法含鋼量小時，基本符合實際2）剪力分配計算方法荷載的反復作用型鋼與混凝土之間的粘結(jié)作用喪失，剪力由型鋼部分和鋼筋混凝土部分一起承擔計算較復雜，不易準確3）疊加方法用型鋼部分與鋼筋混凝土部分受剪承載力之

18、和作為型鋼混凝土構(gòu)件的受剪承載力我國采用此種方法（1）計算公式型鋼混凝土梁在斜截面受剪的過程中，型鋼腹板先屈服，而后斜壓短柱（斜壓破壞）或剪壓區(qū)（剪壓破壞）混凝土被壓碎而達到極限狀態(tài)，同時箍筋屈服。斜截面受剪承載力計算公式可采用箍筋混凝土部分VRC和型鋼部分Va疊加：VRC由混凝土部分受剪承載力Vc、斜裂縫相交的箍筋承擔的剪力Vsv疊加：型鋼受剪承載力，由型鋼腹板受剪承載力VW提供，一般假定型鋼腹板全截面受剪：9.6 正截面受壓承載力9.6.1 柱的受力性能和破壞形態(tài)三種破壞形式：偏心2.0，縱向鋼筋屈服，型鋼截面也進入屈服，表現(xiàn)為受拉破壞特征；偏心0.19，受拉鋼筋并未屈服，表現(xiàn)為受壓破壞；

19、偏心0.68，接近界限破壞；（1）受拉破壞（偏心2.0）受拉區(qū)橫向裂縫出現(xiàn)較早，但因型鋼抗彎剛度較大，開裂對截面剛度影響不大隨著荷載的增加，受拉區(qū)型鋼腹板逐漸進入屈服，破壞過程緩慢平穩(wěn)，荷載仍可繼續(xù)增加；最后，荷載仍可維持較長時間，變形能力很大。（2）受壓破壞（偏心0.19）受拉區(qū)橫向裂縫出現(xiàn)較晚，受拉鋼筋和型鋼受拉翼緣應力發(fā)展較慢，型鋼受壓翼緣和混凝土的壓應力則發(fā)展較快達到最大承載力時受拉鋼筋沒有屈服破壞時，受壓側(cè)型鋼翼緣位置沿柱長方向的保護層混凝土出現(xiàn)粘結(jié)裂縫，并隨混凝土的壓碎整體向外凸出，縱向裂縫向上、下延伸迅速發(fā)展，承載力很快衰減（3）界限破壞（偏心0.68）型鋼混凝土柱沒有典型的界限

20、破壞一般以型鋼受拉翼緣受拉屈服與受壓邊緣混凝土極限壓應變同時發(fā)生的情況定義為型鋼混凝土柱的界限破壞。無論哪種破壞，過了最大荷載點后，由于受壓區(qū)保護層混凝土被壓碎而退出工作，截面彎矩有一較快的衰減過程；此后，型鋼以及受型鋼翼緣和箍筋約束的混凝土部分仍具有一定的承載力與鋼筋混凝土構(gòu)件不同9.6.2 簡單疊加法計算正截面偏心受壓承載力一般疊加方法不便設(shè)計應用簡化疊加方法原理：配置型鋼后截面承載力不足的部分由鋼筋混凝土截面承擔，或反之鋼筋混凝土截面承載力不足的部分由型鋼截面承擔；簡化疊加方法計算：先設(shè)定型鋼（或鋼筋）面積，然后，計算鋼筋混凝土部分或型鋼所承受的軸力和彎矩設(shè)計值，取鋼材截面較小者為計算結(jié)

21、果軸力為壓力取正號，為拉力時取負號9.6.3 基于平截面假定的簡化計算方法正截面承載力計算可采用型鋼混凝土梁相同的方法，即以應變平截面假定為基礎(chǔ)的簡化計算方法采用平截面假定，需進行數(shù)值計算，很難直接應用于工程設(shè)計9.7 柱斜截面受剪承載力9.7.1、框架柱的受剪破壞形態(tài)：剪切斜壓破壞剪跨比小于1.5的框架柱混凝土沿對角線方向分成若干斜壓小柱體剪切粘結(jié)破壞剪跨比在1.52.5之間的實腹式型鋼柱除柱端產(chǎn)生斜裂縫，沿柱全長在型鋼翼緣處還發(fā)生連續(xù)分布的短小斜裂縫（型鋼翼緣與混凝土之間的粘結(jié)破壞引起的）注意：由于柱上作用較大的軸向力，其斜截面受剪性能與梁不同：軸壓力有利于抑制斜裂縫的出現(xiàn)和開展，并提高極

22、限受剪承載力當軸壓比小于0.5，柱的斜截面受剪承載力基本上隨軸壓力的增加呈線性增加軸向壓力較大時，易出現(xiàn)剪切粘結(jié)破壞；軸向力很大時，柱的承載力將受壓破壞由于實腹式型鋼的作用，混凝土很難形成主斜裂縫，破壞過程比鋼筋混凝土較為緩慢9.7.3、斜截面受剪承載力計算：（1）計算公式根據(jù)試驗研究，可認為型鋼混凝土柱的斜截面受剪承載力由鋼筋混凝土和型鋼兩部分的承載力組成，同時要計入軸壓力的有利影響非抗震設(shè)計抗震設(shè)計9.8梁柱節(jié)點SRC梁SRC柱節(jié)點鋼梁SRC柱節(jié)點RC 梁SRC柱節(jié)點前兩種節(jié)點，鋼骨部分的連接構(gòu)造要求原則上應與鋼結(jié)構(gòu)一致，但考慮到混凝土澆筑密實性，應在節(jié)點連接板上設(shè)置澆筑孔和出氣孔，并應注意節(jié)點部位鋼筋交錯縱橫對構(gòu)造施工細節(jié)的影響，這一點在初步設(shè)計中就應給予較為細致的考慮。729.9 型鋼混凝土柱抗火設(shè)計原理圖