組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 第2版 課件 第1、2章 緒論、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及材料性能

第一章緒論鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理組合結(jié)構(gòu)的定義及分類組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀鋼與混凝土的組合作用本章小結(jié)1.11.11.21.21.31.3content目錄

土木工程中較常使用的承重材料有木材、混凝土、鋼材、砌體材料、塑料、合成纖維等等，它們中的兩種或者兩種以上組合在一起，形成能夠共同受力、協(xié)調(diào)變形的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，就稱為組合結(jié)構(gòu)(廣義)或組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

本書介紹的組合結(jié)構(gòu)主要是由鋼材和混凝土組成的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)(狹義的組合結(jié)構(gòu))。鋼材可以分為鋼筋和鋼骨（型鋼）兩大類，由鋼筋和混凝土組成的鋼筋混凝土（簡(jiǎn)稱RC）結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)本質(zhì)上也屬于組合結(jié)構(gòu)的范疇，但因其各成體系?！督M合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ1382016）中定義，組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件是指由型鋼、鋼管或鋼板與鋼筋混凝土組合能整體受力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（狹義，即鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)）。1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類土木工程結(jié)構(gòu)中幾種典型的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)

土木工程中較常使用的承重材料有木材、混凝土、鋼材、砌體材料、塑料、合成纖維等等，它們中的兩種或者兩種以上組合在一起，形成能夠共同受力、協(xié)調(diào)變形的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，就稱為組合結(jié)構(gòu)(廣義)或組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

本書介紹的組合結(jié)構(gòu)主要是由鋼材和混凝土組成的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)(狹義的組合結(jié)構(gòu))。鋼材可以分為鋼筋和鋼骨（型鋼）兩大類，由鋼筋和混凝土組成的鋼筋混凝土（簡(jiǎn)稱RC）結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)本質(zhì)上也屬于組合結(jié)構(gòu)的范疇，但因其各成體系?！督M合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ1382016）中定義，組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件是指由型鋼、鋼管或鋼板與鋼筋混凝土組合能整體受力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（狹義，即鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)）。1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類土木工程結(jié)構(gòu)中幾種典型的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)如圖1-1(a)所示的型鋼混凝土（簡(jiǎn)稱SRC）柱是在型鋼的周圍設(shè)置鋼筋并澆筑混凝土形成的柱，圖1-1(b)為在型鋼梁的外圍包裹鋼筋混凝土而成的型鋼混凝土梁，其型鋼是埋置在混凝土截面中，兩者統(tǒng)稱為型鋼混凝土構(gòu)件。圖1-1型鋼混凝土柱、梁及節(jié)點(diǎn)(a)SRC柱(b)SRC梁1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類(c)某項(xiàng)目SRC節(jié)點(diǎn)三維示意圖(d)某項(xiàng)目SRC節(jié)點(diǎn)施工照片在鋼管中填入混凝土而成的鋼管混凝土（簡(jiǎn)稱CFST）柱（圖1-2），又可分為圓鋼管混凝土柱和方鋼管混凝土柱。圖1-1型鋼混凝土剪力墻截面構(gòu)造(c)圓CFST柱

(d)方CFST柱1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類（a）圓形鋼管混凝土（b）方形鋼管混凝土（c）矩形鋼管混凝土圖1-2鋼管混凝土（d）鋼管混凝土應(yīng)用于高層建筑（e）鋼管混凝土應(yīng)用于橋梁1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類圖1-3所示為將RC板與鋼梁以一定的方式結(jié)合起來而成的組合梁，其型鋼通常是非埋入式的，我們通常所講的鋼-混凝土組合梁即是指該種形式的梁。除了柱和梁之外，在壓型鋼板上澆筑混凝土使之一體化而形成的組合板（圖1-4）、在RC抗震墻中設(shè)置鋼板（或鋼斜撐）或在其中埋入鋼骨的組合墻（圖1-5）等都是組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形式。圖1-3鋼-混凝土組合梁圖1-4壓型鋼板-混凝土組合樓板圖1-5鋼-混凝土組合剪力墻由組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，以及由組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件與鋼構(gòu)件、鋼筋混凝土構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，稱為組合結(jié)構(gòu)。也就是說，可以采用鋼骨（S）、鋼筋混凝土（RC）、型鋼混凝土（SRC）或鋼管混凝土（CFST）進(jìn)行任意的形式的構(gòu)件組合，例如，可以采用SRC柱-SRC梁（圖1-6）、SRC柱-鋼梁（圖1-7）、CFST柱-RC梁（圖1-8）、SRC柱-鋼梁（圖1-9）、CFST柱-SC梁（圖1-10）、RC柱-鋼梁（圖1-11）的組合方式，也可以采用含組合梁的鋼框架結(jié)構(gòu)、含SRC柱的鋼框架結(jié)構(gòu)或含CFST柱的鋼框架結(jié)構(gòu)，這些都是不同組合構(gòu)件之間的組合。1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類圖1-9CFST柱-S梁圖1-11RC柱-S梁圖1-10CFST柱-SC梁圖1-6SRC柱-SRC梁圖1-7SRC柱-S梁圖1-8SRC柱-RC梁1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類圖1-12SRC-RC轉(zhuǎn)換柱圖1-13S-SRC-RC混合框架而結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的組合或混合，例如，高層建筑的上部采用RC結(jié)構(gòu)而下部采用SRC結(jié)構(gòu)（圖1-8），或者上部樓層采用鋼（S）結(jié)構(gòu)，其余的地面以上部分采用SRC結(jié)構(gòu)，地面以下到基礎(chǔ)部分采用RC結(jié)構(gòu)（圖1-9），都是在高度方向上由不同類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合。此外，由RC墻和S框架組成的結(jié)構(gòu)、以及由S墻和RC框架組合而成的結(jié)構(gòu)等在實(shí)際工程中也多有應(yīng)用。

圖1-14外部S框架-RC核心筒混合結(jié)構(gòu)圖1-15外圍RC框架-內(nèi)部鋼框架混合結(jié)構(gòu)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)與一般由單一材料組成的結(jié)構(gòu)不同，它可以充分發(fā)揮鋼材與混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，而克服其缺點(diǎn)，具有承載能力高、剛度大、變形性能好等突出特點(diǎn)，且造價(jià)相對(duì)較低、施工便捷，因而具有十分廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。1.1組合結(jié)構(gòu)的定義及分類近些年，在高層或超高層建筑中還出現(xiàn)了由鋼框架（框筒）、型鋼混凝土框架（框筒）、鋼管混凝土框架（框筒）與鋼筋混凝土核心筒體所組成的共同承受水平和豎向作用的混合結(jié)構(gòu)，它們是在平面上由不同結(jié)構(gòu)組合而成的結(jié)構(gòu)形式，如外部S框架-內(nèi)部核心筒混合結(jié)構(gòu)（圖1-14）、外圍RC框架-內(nèi)部鋼框架混合結(jié)構(gòu)（圖1-15）。（1）型鋼混凝土型鋼混凝土（SRC）結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)，起源于歐美，其最早的型式是在鋼構(gòu)件外包裹磚砌體，磚主要作為鋼材的防火材料，其后磚砌體逐漸被混凝土構(gòu)件尤其是鋼筋混凝土構(gòu)件所取代，形成了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，其承載力顯著提高。

在日本，由內(nèi)藤多仲設(shè)計(jì)的興業(yè)銀行是一幢地下1層，地上7層，高約30m的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)房屋，它建成于1923年并經(jīng)歷了同年9月發(fā)生的關(guān)東大地震。震后的震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，外包磚鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚砌體結(jié)構(gòu)都發(fā)生了較大的破壞，而興業(yè)銀行基本沒有損壞，從此以后，SRC結(jié)構(gòu)優(yōu)越的抗震性能逐漸被人們所認(rèn)知，并在6~9層的多高層建筑中得到應(yīng)用。從1991年至1995年5年間平均每年建造的建筑物數(shù)量來看，6層以上房屋采用SRC結(jié)構(gòu)的棟數(shù)占總數(shù)的27%，建筑面積占全部的45%，可見SRC結(jié)構(gòu)已成為日本高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。但是1995年1月發(fā)生的兵庫(kù)縣南部地震中，有32幢SRC結(jié)構(gòu)的房屋發(fā)生較嚴(yán)重的破壞。經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)倒塌的房屋都是1975年以前建造的，其柱子均采用空腹式配鋼柱，而1975年以后建造的采用實(shí)腹式配鋼的SRC結(jié)構(gòu)房屋基本沒有破壞。目前SRC結(jié)構(gòu)主要用于中、高層住宅及辦公樓等抗震建筑中。

前蘇聯(lián)對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究也相當(dāng)重視，并在第二次世界大戰(zhàn)后的恢復(fù)重建中，大量地使用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)建造主廠房。

我國(guó)自20世紀(jì)80年代中期以后，掀起了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究熱潮，在90年代末和21世紀(jì)初相繼頒布了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了這種結(jié)構(gòu)在我國(guó)的推廣應(yīng)用。1.2組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀（2）鋼管混凝土鋼管混凝土（CFST）結(jié)構(gòu)的應(yīng)用由來已久，最早于1879年英國(guó)建造的Severn鐵路橋的橋墩中即有采用，在鋼管內(nèi)澆灌混凝土以防止鋼管內(nèi)部銹蝕。

20世紀(jì)初，美國(guó)在一些單層和多層廠房中采用了圓鋼管混凝土柱作為承重柱。60年代以后，前蘇聯(lián)、歐美及日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)鋼管混凝土開展了大量的試驗(yàn)研究和理論分析，闡明了套箍作用及其工作機(jī)理，并用極限平衡法推導(dǎo)出鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力的計(jì)算公式。

日本在20世紀(jì)50年代開始將鋼管混凝土用于地鐵車站的承重柱，60年代又用于送變電塔的弦桿中。在建筑結(jié)構(gòu)中采用鋼管混凝土是在20世紀(jì)70年代，至90年代進(jìn)入建設(shè)的高峰期，各種高度、各類用途的建筑物均有采用鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)，其抗震性能非常優(yōu)越。兵庫(kù)縣南部地震中，在建筑物破壞最嚴(yán)重的神戶市三宮地區(qū)，至少有5棟7~12層的CFT建筑物沒有發(fā)生破壞。CFT結(jié)構(gòu)現(xiàn)在在日本已經(jīng)非常普及，在東京，21世紀(jì)最初的3年中，采用CFST結(jié)構(gòu)建造的高度在100m以上的房屋就有20余棟。

我國(guó)自20世紀(jì)70年代以后，在冶金、造船、電力和市政等行業(yè)的工程建設(shè)中也已開始廣泛推廣和應(yīng)用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，目前，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已發(fā)展成為強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)震區(qū)高層、超高層建筑和大跨拱橋結(jié)構(gòu)的一種重要結(jié)構(gòu)形式。1.2組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀（3）鋼-混凝土組合梁在國(guó)外，鋼與混凝土組合梁最早應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中，前蘇聯(lián)于1944年建成了第一座組合公路橋。

我國(guó)自20世紀(jì)50年代開始，已將鋼與混凝土組合梁應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑及橋梁結(jié)構(gòu)中，進(jìn)入20世紀(jì)80年代，組合梁的應(yīng)用范圍已涉及（超高層）建筑、橋梁、高聳結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工程加固等各個(gè)領(lǐng)域，取得了良好的效果。

人們對(duì)混凝土板與H型鋼通過抗剪連接件連接在一起形成的組合梁的研究和開發(fā)，始于20世紀(jì)50年代左右。最初，組合梁基本上是按換算截面法進(jìn)行計(jì)算，即將組合梁視為一個(gè)整體，先將組合截面換算成同一材料的截面，然后根據(jù)彈性理論進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。60年代以后，則逐漸轉(zhuǎn)入塑性理論進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究抗剪連接件的計(jì)算方法、組合梁的靜、動(dòng)力性能、部分抗剪連接組合梁的工作性能、連續(xù)組合梁、預(yù)應(yīng)力組合梁的受力性能以及鋼梁與混凝土翼板交界面上的相對(duì)滑移對(duì)組合梁受力性能的影響等。近年來，我國(guó)許多研究單位又對(duì)鋼—高強(qiáng)混凝土組合梁、預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土組合梁、壓型鋼板混凝土組合梁以及組合梁的豎向抗剪性能、組合梁的彎剪扭復(fù)合受力性能等進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，豐富了鋼—混凝土組合梁的形式，拓寬了其應(yīng)用范圍。1.2組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀（4）壓型鋼板-混凝土組合板

20世紀(jì)60年代，歐美等一些西方國(guó)家和日本開始將壓型鋼板與混凝土形成的板應(yīng)用于多、高層民用建筑和工業(yè)廠房，當(dāng)時(shí)僅把壓型鋼板當(dāng)作永久性模板及用作施工作業(yè)的平臺(tái)。后來人們認(rèn)識(shí)到，在壓型鋼板上做出凹凸肋或壓出不同形式的槽紋，可以改善鋼板與混凝土之間的粘結(jié)性能，保證兩者的共同工作，使壓型鋼板象鋼筋一樣受拉或受壓，為此開展了大量的試驗(yàn)研究與理論分析，探討了壓型鋼板受壓翼緣有效寬度的計(jì)算方法、組合板縱向剪切黏結(jié)承載力計(jì)算方法，以及組合板正截面抗彎、斜截面抗剪、抗沖切承載力及耐火等性能。20世紀(jì)80年代中期，壓型鋼板與混凝土組合板引入我國(guó)，廣大科技工作者對(duì)壓型鋼板的板型、加工工藝、抗剪連接設(shè)計(jì)，以及壓型鋼板與混凝土組合板的破壞模式、承載力計(jì)算、撓曲變形的實(shí)用計(jì)算方法、組合板在一定耐火時(shí)限內(nèi)溫度變化與變形發(fā)展規(guī)律等進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用開發(fā)。目前，我國(guó)的一些高層鋼結(jié)構(gòu)房屋的樓蓋系統(tǒng)中已廣泛采用了壓型鋼板與混凝土組合板。1.2組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀（5）組合剪力墻組合剪力墻包括型鋼混凝土剪力墻、鋼板混凝土組合剪力墻、帶鋼斜撐混凝土剪力墻，以及帶型鋼（鋼管）混凝土邊框的剪力墻等多種類型。日本在1987年修訂的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(AIJ-SRC)中就給出了關(guān)于剪力墻的計(jì)算公式。Yamada、Kwan、Matsumoto等對(duì)各種型鋼混凝土組合剪力墻的承載機(jī)制、破壞特征、剛度退化、抗震性能等進(jìn)行了探討；美國(guó)加州洛杉磯大學(xué)的Wallace研究了邊緣構(gòu)件中埋入寬翼緣型鋼的組合剪力墻的滯回特性，并進(jìn)行了擬合分析。我國(guó)自20世紀(jì)90年代開始，對(duì)型鋼混凝土剪力墻的抗彎性能、抗剪性能、極限變形，以及洞口、邊框、內(nèi)藏鋼桁架對(duì)剪力墻抗震性能的影響規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中編入了型鋼混凝土剪力墻設(shè)計(jì)的內(nèi)容。鋼板混凝土組合剪力墻由內(nèi)填鋼板和一側(cè)或者兩側(cè)現(xiàn)澆或者預(yù)制鋼筋混凝土板組成，它們之間通過抗剪連接件（如栓釘）進(jìn)行連接。美國(guó)加州伯克利大學(xué)的Astaneh-Asl等對(duì)鋼框架填充單側(cè)鋼板-混凝土組合剪力墻進(jìn)行了研究，并提出一種改進(jìn)的措施，即在混凝土墻板和鋼框架之間留縫，以減輕混凝土材料的破壞。日本的Emori、Wright等對(duì)雙面鋼板內(nèi)填混凝土的組合剪力墻進(jìn)行了抗壓和抗剪性能試驗(yàn)。我國(guó)于1995年較早開展了鋼板外包混凝土剪力墻在低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)研究。1.2組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀目前，帶鋼管混凝土邊框的組合剪力墻主要有2種形式，一種是帶鋼管混凝土邊框的鋼板剪力墻，即在鋼管混凝土框架中內(nèi)嵌一塊鋼板；另一種是帶鋼管混凝土邊框的鋼筋混凝土組合剪力墻。1999~2001年，美國(guó)加州伯克利大學(xué)的Astaneh-Asl和Zhao等進(jìn)行了帶鋼管混凝土邊框的鋼板剪力墻模型的抗震性能試驗(yàn)，表明這種剪力墻具有良好的延性和耗能能力。2004年開始實(shí)施的《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS159)給出了帶矩形鋼管混凝土邊框的剪力墻的設(shè)計(jì)方法。2008年之后，我國(guó)的一些科研單位又對(duì)鋼管混凝土邊框-鋼板（組合）剪力墻或內(nèi)藏斜撐肋鋼板組合墻進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，對(duì)這種組合墻的承載力、延性、剛度及其衰減、滯回特性、耗能能力及破壞特征等進(jìn)行了研究，建立了組合墻體承載力計(jì)算模型。（6）鋼－混凝土混合結(jié)構(gòu)1972年在美國(guó)建造的GatewayⅢBuilding是世界上較早的一幢鋼－混凝土混合結(jié)構(gòu)房屋，該建筑35層，總高137m，采用了RC核心筒混合結(jié)構(gòu)。二十世紀(jì)八十年代，上部采用鋼（S）結(jié)構(gòu)、下部采用SRC結(jié)構(gòu)而地下部分采用RC結(jié)構(gòu)的建筑物，或者在10層左右的辦公樓建筑中，上部6層左右采用RC結(jié)構(gòu)、下部其余幾層采用SRC結(jié)構(gòu)的工程在日本也相繼出現(xiàn)。以前，鋼結(jié)構(gòu)建筑的柱和梁都采用鋼構(gòu)件，SRC結(jié)構(gòu)的柱和梁都采用SRC構(gòu)件，而近年來柱采用SRC構(gòu)件、梁采用鋼構(gòu)件，或者柱采用RC柱、梁采用鋼梁的各類組合或混合結(jié)構(gòu)在工程中也日漸普及。

由于鋼、RC或SRC結(jié)構(gòu)的剛度、承載力、延性等均不相同，根據(jù)各種材料各自的特性，選擇合理且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式很有必要。例如在超高層建筑的上部采用鋼（S）結(jié)構(gòu)，則可以減小結(jié)構(gòu)重量并降低地震作用。1.2組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀將鋼材和混凝土這兩種不同的材料組合在一起形成組合結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是將兩種材料各自的優(yōu)越性充分展現(xiàn)出來。鋼材在受拉時(shí)其強(qiáng)度和塑性變形性能都非常好，但在受壓時(shí)鋼材容易發(fā)生屈曲破壞。而混凝土材料能承擔(dān)較大的壓力，但是混凝土抗拉強(qiáng)度較低。如果將這兩種材料組合起來形成構(gòu)件，其抗拉和抗壓方面的優(yōu)越性能都能得到發(fā)揮，兩種材料得到了充分利用。1.3鋼與混凝土的組合作用混凝土提高鋼材的穩(wěn)定性為了使鋼材和混凝土能夠組合在一起，形成具有良好受力性能的組合結(jié)構(gòu)，兩種材料必須形成一個(gè)整體共同工作，其前提是鋼材與混凝土之間存在粘結(jié)力，依靠二者的粘結(jié)作用來傳遞內(nèi)力。鋼與混凝土之間的組合效應(yīng)一般反映在兩個(gè)方面:一是能起到傳遞鋼材與混凝土界面上縱向剪力的作用;二是還能抵抗鋼材與混凝土之間的掀起作用。1.3鋼與混凝土的組合作用PI型鋼混凝土組合梁中的界面相互作用（組合效應(yīng)）圖1-16無連接的疊置梁下面就對(duì)這種組合作用及其基本原理進(jìn)行介紹。

假設(shè)兩根勻質(zhì)、材料和斷面都相同的矩形截面梁疊置在一起，兩者之間無任何連接，梁的跨中作用有集中荷載P，每根梁的寬度均為b，截面高度為h，跨度為l，如圖1-16所示。由于兩根梁之間為光滑的交界面，只能傳遞相互之間的壓力而不能傳遞剪力作用，每根梁的變形情況相同，均只能承擔(dān)1/2的荷載作用。按照彈性理論，每根梁跨中截面的最大彎矩均為Pl/8，最大正應(yīng)力發(fā)生在各自截面的最外邊緣纖維處，其值為：1.3鋼與混凝土的組合作用圖1-17截面應(yīng)力分布（a）正應(yīng)力（b）剪應(yīng)力無剪切連接完全剪切連接σmaxτmaxl/2l/2Pl/2hh(1-1)

沿截面高度的正應(yīng)力分布如圖1-17（a）中實(shí)線所示。最大剪力為V=P/4。根據(jù)材料力學(xué)可知，梁截面沿高度方向剪應(yīng)力的分布如圖1-17（b）中實(shí)線所示。每根梁的剪應(yīng)力呈拋物線形分布，最大剪應(yīng)力發(fā)生在各自的中和軸處，其值為：

此時(shí)跨中的最大撓度為：

如果兩根梁之間可靠連接，完全組合在一起而沒有任何滑移時(shí)，則可以作為一根截面寬度為b、高度為2h的整體受力梁來計(jì)算。此時(shí)，跨中截面的最大正應(yīng)力為：(1-2)(1-3)(1-4)1.3鋼與混凝土的組合作用(1-5)與（1-1）式相比可知，組合后梁的最大正應(yīng)力僅為無黏結(jié)疊置梁最大正應(yīng)力的1/2，中和軸在兩根梁的交界面上，應(yīng)力分布如圖1-17（a）中虛線所示。組合梁截面的最大剪應(yīng)力為：與（1-2）式相比可知，組合梁的最大剪應(yīng)力與無組合的梁的最大剪應(yīng)力在數(shù)值上相等，不過并非發(fā)生在上、下梁各自截面高度的1/2處，而是發(fā)生在兩根梁的交界面上，即組合梁截面高度的1/2位置處。此時(shí)沿截面高度剪應(yīng)力的分布如圖1-17（b）中虛線所示。從總體上看，剪應(yīng)力的分布趨于均勻?？缰凶畲髶隙葹椋号c（1-3）式相比可知，組合梁的跨中撓度僅為無組合梁跨中撓度的1/4。以上例子說明，通過將兩根梁組合在一起，能夠在不增加材料用量和截面高度的情況下，使構(gòu)件的正截面承載力和抗彎剛度均顯著提高，亦即構(gòu)件的受力性能得到顯著改善。(1-6)1.3鋼與混凝土的組合作用無抗剪連接的疊置梁，荷載作用后的變形如圖1-18所示。由于上梁底面纖維受拉而伸長(zhǎng)，下梁頂面纖維受壓而縮短，原來界面處上、下梁對(duì)應(yīng)各點(diǎn)產(chǎn)生了明顯的縱向錯(cuò)動(dòng)，即產(chǎn)生了相對(duì)滑移。如果要使上下梁完全連接成整體，可采用以下幾種方法：

（1）如果是木梁連接，可采用結(jié)構(gòu)膠或其他界面粘合劑（圖1-19(a)）；（2）采用機(jī)械連接的方法，在上下梁界面上設(shè)置足夠強(qiáng)度和剛度的抗剪連接件（圖1-19(b)），如鋼與混凝土組合梁的連接；（3）采用對(duì)拉螺栓的方法（圖1-19(c)），依靠螺栓的抗剪作用及界面的摩擦力，使得上下梁協(xié)調(diào)變形；（4）通過端部連接，阻止上下梁的相對(duì)滑動(dòng)，保證二者共同工作（圖1-19(d)）。如SRC構(gòu)件的兩端通過節(jié)點(diǎn)與其他構(gòu)件相連，則鋼骨與RC部分之間不產(chǎn)生滑移。圖1-18非組合梁的變形圖1-19組合連接的方法(a)(b)(c)(d)1.3鋼與混凝土的組合作用對(duì)鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)而言，設(shè)置在型鋼與混凝土之間的抗剪連接件還有另一功能，即抵抗鋼與混凝土交界面上的掀起力。以圖1-20為例，AB梁疊置于CD梁上，其上作用有集中荷載P。如果AB梁的抗彎剛度比CD梁的抗彎剛度大很多，則CD梁所產(chǎn)生的撓曲變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過AB梁的變形，則二者的變形曲線不能協(xié)調(diào)一致，產(chǎn)生了相互分離的趨勢(shì)。另一方面，AB梁傳至CD梁的荷載，不再通過整個(gè)AB界面?zhèn)鬟f，而只能通過AB梁與CD梁的接觸點(diǎn)傳遞，這就改變了CD梁的受力狀態(tài)。因此，抗剪連接件還應(yīng)能承受上、下梁間引起分離趨勢(shì)的“掀起力”，并且本身不能發(fā)生破壞或產(chǎn)生過大的變形。圖1-20組合連接的方法1.3鋼與混凝土的組合作用1、由兩種或者兩種以上不同的材料組合在一起，形成能夠共同受力、協(xié)調(diào)變形的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，就稱為組合結(jié)構(gòu)或組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本書中所講的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是指由型鋼、鋼管或鋼板與鋼筋混凝土組合能整體受力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。最基本的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括型鋼混凝土柱、型鋼混凝土梁、鋼管混凝土柱、鋼-混凝土組合梁、壓型鋼板-混凝土組合板、組合剪力墻等。由組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，以及由組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件與鋼構(gòu)件、鋼筋混凝土構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，稱為組合結(jié)構(gòu)。也就是說，可以采用鋼骨（S）、鋼筋混凝土（RC）、型鋼混凝土（SRC）或鋼管混凝土（CFST）進(jìn)行任意的形式的構(gòu)件組合，即形成組合結(jié)構(gòu)。2、在高度方向上由不同類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，如高層建筑的上部采用RC結(jié)構(gòu)而下部采用SRC結(jié)構(gòu)，或者上部樓層采用鋼（S）結(jié)構(gòu)，其余的地面以上部分采用SRC結(jié)構(gòu)，地面以下到基礎(chǔ)部分采用RC結(jié)構(gòu)，為豎向混合結(jié)構(gòu)。由鋼框架（框筒）、型鋼混凝土框架（框筒）、鋼管混凝土框架（框筒）與鋼筋混凝土核心筒體所組成的共同承受水平和豎向作用的結(jié)構(gòu)，為平面混合結(jié)構(gòu)，如高層或超高層建筑中常采用的外部鋼框架-內(nèi)部鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)、外圍RC框架-內(nèi)部S框架混合結(jié)構(gòu)。3、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)具有承載能力高、剛度大、延性和耗能性能好等優(yōu)點(diǎn)，并且經(jīng)濟(jì)性好，施工快捷方便，因此越來越廣泛地應(yīng)用于大跨重載結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)和高層、超高層建筑，尤其是地震區(qū)建筑。4、組合作用是鋼與混凝土共同工作的前提條件。組合作用一般反映在兩個(gè)方面，一是傳遞鋼材與混凝土界面上縱向剪力，二是抵抗鋼材與混凝土之間的掀起力。由于鋼與混凝土之間的組合作用，使構(gòu)件的抗彎承載力和剛度顯著提高，變形減小。本章小結(jié)第二章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及材料性能鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則材料性能本章小結(jié)思考題2.12.12.22.2content目錄鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)、以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)的可靠度。按照GB50068-2018《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》），組合結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：(1)能承受在施工和使用期間可能出現(xiàn)的各種作用（如荷載、外加變形、約束變形等）；(2)保持良好的使用性能，如不發(fā)生過大的變形、振幅和引起使用者不安的裂縫等；(3)具有足夠的耐久性能，如不發(fā)生嚴(yán)重的鋼材銹蝕，以及混凝土的嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落等而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命；(4)當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可保持足夠的承載力；(5)當(dāng)發(fā)生爆炸、撞擊、人為錯(cuò)誤等偶然事件時(shí)，結(jié)構(gòu)能保持必需的整體穩(wěn)固性，不出現(xiàn)與起因不相稱的破壞后果，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。在上述四項(xiàng)功能要求中，第（1）、（4）、（5）項(xiàng)是結(jié)構(gòu)安全性的要求，第（2）項(xiàng)是結(jié)構(gòu)適用性的要求，第（3）項(xiàng)是結(jié)構(gòu)耐久性的要求，安全性、適用性和耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性，其概率度量稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.1組合結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能1．極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為以下三類：（1）承載能力極限狀態(tài)

當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，應(yīng)認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)：1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；2）整個(gè)結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體失去平衡；3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定；5）結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；6）地基喪失承載力而破壞；7）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法1．極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為以下三類：（2）正常使用極限狀態(tài)

當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：1）影響正常使用或外觀的變形；2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞；3）影響正常使用的振動(dòng)；4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)。

對(duì)結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定明確的標(biāo)志或限值。（3）耐久性極限狀態(tài)

當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，應(yīng)認(rèn)為超過了耐久性極限狀態(tài)：1）影響承載能力和正常使用的材料性能劣化；2）影響耐久性的裂縫、變形、缺口、外觀、材料削弱等；3）影響耐久性的其他特定狀態(tài)。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法2．設(shè)計(jì)狀況建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)區(qū)分下列設(shè)計(jì)狀況：（1）持久設(shè)計(jì)狀況，適用于結(jié)構(gòu)使用時(shí)的正常情況；（2）短暫設(shè)計(jì)狀況，適用于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的臨時(shí)情況，包括結(jié)構(gòu)施工和維修時(shí)的情況等；（3）偶然設(shè)計(jì)狀況，適用于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的異常情況，包括結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊時(shí)的情況等；（4）地震設(shè)計(jì)狀況，適用于結(jié)構(gòu)遭受地震時(shí)的情況，在抗震設(shè)防地區(qū)必須考慮地震設(shè)計(jì)狀況。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同的設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系、可靠度水平、基本變量和荷載組合等。對(duì)上述四種設(shè)計(jì)狀況應(yīng)分別進(jìn)行下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：（1）對(duì)四種設(shè)計(jì)狀況，均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；（2）對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)和耐久性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；（3）對(duì)短暫設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；（4）對(duì)偶然設(shè)計(jì)狀況，可不進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)和耐久性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法式（2-1）即為極限狀態(tài)方程。當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量時(shí)，極限狀態(tài)方程可寫為：3.極限狀態(tài)方程和功能函數(shù)

極限狀態(tài)方程是當(dāng)結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)時(shí)各有關(guān)基本變量的關(guān)系式。影響結(jié)構(gòu)可靠度的各基本變量，如結(jié)構(gòu)上的各種作用、材料性能、幾何參數(shù)、計(jì)算公式精確性等因素一般都具有隨機(jī)性，記為符號(hào)Xi（i=1,2,

，n）。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可采用包括各有關(guān)基本變量Xi在內(nèi)的函數(shù)式來表達(dá)：（2-1）（2-2）

其中Z稱為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，可用其判別結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)：圖2-1結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)

當(dāng)Z＞0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；

當(dāng)Z＜0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；

當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)也可用圖2-1來表達(dá)。當(dāng)基本變量滿足極限狀態(tài)方程Z=R-S=0時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)，即圖2-1中的45°直線。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法4.結(jié)構(gòu)可靠度與可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能（安全性、適用性和耐久性）的概率稱為可靠概率，用ps表示，ps=P(Z＞0)；結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率稱為失效概率，用pf表示，pf=P（Z＜0）。顯然，ps+pf=0。用失效概率pf度量結(jié)構(gòu)可靠性具有明確的物理意義，但失效概率pf的計(jì)算比較復(fù)雜，通常采用可靠指標(biāo)β來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均服從正態(tài)分布時(shí)，pf和β存在下列關(guān)系：

pf=Φ（-β）（2-3）式中Φ（*）為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。由式可見，可靠指標(biāo)β與失效概率pf具有數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系和相對(duì)應(yīng)的物理意義。β越大，失效概率pf就越小，結(jié)構(gòu)就越可靠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、對(duì)社會(huì)或環(huán)境產(chǎn)生影響等的嚴(yán)重性，將建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)安全等級(jí)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法另外，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞狀態(tài)有延性破壞和脆性破壞之分。延性破壞發(fā)生前結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明顯的變形或其他預(yù)兆，而脆性破壞的發(fā)生往往比較突然，危害性較大，因此其可靠指標(biāo)應(yīng)高于延性破壞的可靠指標(biāo)?！督y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》根據(jù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)和破壞類型，給出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件持久設(shè)計(jì)狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的可靠指標(biāo)，如表2-1所示。結(jié)構(gòu)構(gòu)件持久設(shè)計(jì)狀況正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的可靠指標(biāo)，宜根據(jù)其可逆程度取0～1.5。持久設(shè)計(jì)狀況耐久性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的可靠指標(biāo)，宜根據(jù)其可逆程度取1.0～2.0。表2-1房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的可靠指標(biāo)安全等級(jí)破壞后果示例可靠指標(biāo)延性破壞脆性破壞一級(jí)很嚴(yán)重：對(duì)人的生命、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)或環(huán)境影響很大大型的公共建筑等重要的結(jié)構(gòu)3.74.2二級(jí)嚴(yán)重：對(duì)人的生命、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)或環(huán)境影響較大普通的住宅和辦公樓等一般的結(jié)構(gòu)3.23.7三級(jí)不嚴(yán)重：對(duì)人的生命、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)或環(huán)境影響較小小型的或臨時(shí)性貯存建筑等次要的結(jié)構(gòu)2.73.2注：建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的甲類建筑和乙類建筑，其安全等級(jí)宜規(guī)定為一級(jí)；丙類建筑，其安全等級(jí)宜規(guī)定為二級(jí)；丁類建筑，其安全等級(jí)宜規(guī)定為三級(jí)。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法為了實(shí)用上的簡(jiǎn)便和考慮廣大工程設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣，《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》采用了由荷載的代表值、材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值和各相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。1．承載能力極限狀態(tài)對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按荷載的基本組合或偶然組合計(jì)算荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，并應(yīng)采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)：（2-4）（2-5）式中：γ0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況和短暫設(shè)計(jì)狀況，安全等級(jí)為一級(jí)時(shí)，不應(yīng)小于1.1；安全等級(jí)為二

級(jí)時(shí)，不應(yīng)小于1.0；安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)，不應(yīng)小于0.9；對(duì)偶然設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況，不應(yīng)小于1.0；Sd—荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，如軸力、彎矩、剪力、扭矩等的設(shè)計(jì)值；Rd—結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值；γM—材料性能的分項(xiàng)系數(shù)；fk—材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值；ad—幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)值ak，可采用幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)幾何參數(shù)的變異性對(duì)結(jié)構(gòu)性能有明顯影響時(shí)，幾何

參數(shù)的設(shè)計(jì)值可按下式確定：式中：△a—幾何參數(shù)的附加量。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.3

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

（1）基本組合對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況和短暫設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)采用荷載的基本組合。荷載基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：（2-6）式中：γGi—第i個(gè)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，取1.3；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，

不應(yīng)大于1.0；γQj—第j個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，其中γQ1為主導(dǎo)可變荷載Q1的分項(xiàng)系數(shù)；當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，

取1.5；γLj—第j個(gè)可變荷載考慮設(shè)計(jì)使用年限的調(diào)整系數(shù)，其中γL1為主導(dǎo)可變荷載Q1考慮設(shè)計(jì)使用年

限的調(diào)整系數(shù)；樓面和屋面活荷載考慮設(shè)計(jì)使用年限的調(diào)整系數(shù)，應(yīng)按表2-2采用；SGik—第i個(gè)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gik的效應(yīng)；SQ1k—第1個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q1k的效應(yīng)；SQjk—第j個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qjk的效應(yīng)；Ψcj—第j個(gè)可變荷載Qj的組合值系數(shù)，其值不應(yīng)大于1。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.3

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.3

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

表2-2樓面和屋面活荷載考慮設(shè)計(jì)使用年限的調(diào)整系數(shù)γL結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限5501000.91.01.1注：對(duì)設(shè)計(jì)使用年限為25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)按各種材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用。應(yīng)當(dāng)指出，基本組合中的設(shè)計(jì)值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線性的情況；當(dāng)對(duì)無法明顯判斷時(shí)，應(yīng)輪次以各可變荷載效應(yīng)作為，并選取其中最不利的荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。（2）偶然組合對(duì)偶然設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)采用荷載的偶然組合。荷載偶然組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd可按下列規(guī)定采用：①用于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：（2-8）式中：SAd—按偶然荷載標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)d計(jì)算的荷載效應(yīng)值；Ψf1

—第1個(gè)可變荷載的頻遇值系數(shù)；Ψqi

—第i個(gè)可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)。②用于偶然事件發(fā)生后受損結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性驗(yàn)算的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：（2-9）

以上組合中的設(shè)計(jì)值，僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線性的情況。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.3

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

2．正常使用極限狀態(tài)對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合，并應(yīng)按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)：（2-10）式中：Sd—荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，如變形、裂縫等的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；C—設(shè)計(jì)對(duì)變形、裂縫等規(guī)定的相應(yīng)限值。（2-11）

以上組合中的設(shè)計(jì)值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線性的情況。(1)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：(3)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：(2)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值Sd應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：（2-12）（2-13）2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1.3

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)中的鋼材，宜采用鎮(zhèn)定鋼，并應(yīng)具有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌性和硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證及冷彎試驗(yàn)的合格保證，以確保結(jié)構(gòu)具有必要的強(qiáng)度、塑性和可焊性的必要條件。鋼材宜采用Q345、Q390和Q420低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼及Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，質(zhì)量等級(jí)不宜低于B級(jí)，且應(yīng)分別符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591和《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700的規(guī)定。當(dāng)采用較厚的鋼板時(shí)，可選用材質(zhì)、材性符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》GB/T19879的各牌號(hào)鋼板，其質(zhì)量等級(jí)不宜低于B級(jí)。當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí)，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。鋼板厚度大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力的焊接連接板件，鋼板厚度方向截面收縮率，不應(yīng)小于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向性能鋼板》GB/T5313中Z15級(jí)規(guī)定的容許值?？紤]地震作用的結(jié)構(gòu)用鋼，其屈強(qiáng)比不應(yīng)大于0.85，同時(shí)鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺(tái)階、伸長(zhǎng)率應(yīng)大于20%。屈強(qiáng)比是指鋼材的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與極限抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值。對(duì)鋼材的屈強(qiáng)比進(jìn)行規(guī)定主要是使極限抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度不會(huì)太接近，以確保結(jié)構(gòu)具有必要的安全儲(chǔ)備并具有足夠的塑形變形能力。2.2材料性能2.2.1鋼材鋼材強(qiáng)度指標(biāo)按表2-3、表2-4采用。表2-3鋼材強(qiáng)度指標(biāo)（N/mm2）鋼材牌號(hào)鋼材厚度（mm）極限抗拉強(qiáng)度最小值

屈服強(qiáng)度

強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度設(shè)計(jì)值端面承壓（刨平頂緊）設(shè)計(jì)值抗拉、抗壓、抗彎

抗拉、抗壓、抗彎抗剪

Q235≤16370235235215125325>16~40370225225205120>40~60370215215200115>60~100370215215190110Q345≤16470345345310180400>16~35470335335295170>35~50470325325265155>50~100470315315250145Q345GJ6~16490345345310180400>16~35490345345310180>35~50490335335300175>50~100490325325290170Q390≤16490390390350205415>16~35490370370335190>35~50490350350315180>50~100490330330295170Q420≤16520420420380220440>16~35520400400360210>35~50520380380340195>50~1005203603603251852.2材料性能2.2.1鋼材表2-4冷彎成型矩形鋼管強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)鋼材牌號(hào)抗拉、抗壓、抗彎

fa抗剪

fav端面承壓（刨平頂緊）

fceQ235205120310Q345300175400

鋼材的物理性能指標(biāo)，見表2-5。表2-5鋼材物理性能指標(biāo)彈性模量

Ea（N/mm2）剪變模量

Ga（N/mm2）線膨脹系數(shù)

α（/°C）質(zhì)量密度（kg/m3）2.06×10579×10312×10-67850

注：壓型鋼板采用冷軋鋼板時(shí)，彈性模量取1.90×105。2.2材料性能2.2.1鋼材表2-6壓型鋼板強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值(N/mm2)牌號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度設(shè)計(jì)值抗拉、抗壓、抗彎

fak抗拉、抗壓、抗彎

fa抗剪

favS250250205120S350350290170S5504703952302.2材料性能

壓型鋼板質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用壓型鋼板》GB/T12755的規(guī)定，壓型鋼板的基板應(yīng)選用熱浸鍍鋅鋼板，不宜選用鍍鋁鋅板。鍍鋅層應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板及鋼帶》GB/T2518的規(guī)定。

壓型鋼板宜采用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板及鋼帶》GB/T2518規(guī)定的S250(S250GD+Z、S250GD+ZF)、S350(S350GD+Z、S350GD+ZF)、S550(S550GD+Z、S550GD+ZF)牌號(hào)的結(jié)構(gòu)用鋼，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值應(yīng)按表2-6的規(guī)定采用。2.2.1鋼材手工焊接用焊條應(yīng)與主體金屬力學(xué)性能相適應(yīng)，且應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條)GB/T5117、《熱強(qiáng)鋼焊條》GB/T5118的規(guī)定。選擇的焊條應(yīng)。自動(dòng)焊接或半自動(dòng)焊接采用的焊絲和焊劑，應(yīng)與主體金屬力學(xué)性能相適應(yīng)，且應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》GB/T5293、《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》GB/T12470、《氣體保護(hù)電弧焊用嵌鋼、低合金鋼焊絲》GB/T8110的規(guī)定。焊縫質(zhì)量等級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205的規(guī)定，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按表2-7的規(guī)定采用。2.2材料性能2.2.2焊接材料表2-7焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）焊接方法鋼材牌號(hào)鋼板厚度（mm）對(duì)接焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值焊條型號(hào)抗壓抗拉

抗剪抗拉、抗壓、抗剪

一級(jí)、二級(jí)三級(jí)自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和E43××型焊條的手工焊Q235≤16215215185125160（140）>16~40205205175120>40~60200200170115>60~100190190160110自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和E50××型焊條的手工焊Q345≤16310310265180200（195）>16~35295295250170>35~50265265225155>50~100250250210145自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和E55型焊條的手工焊Q390≤16350350300205220>16~35335335285190>35~50315315270180>50~100295295250170Q420≤16380380320220220>16~35360360305210>35~50340340290195>50~100325325275185注:1.表中所列一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)指焊縫質(zhì)量等級(jí)；2.括號(hào)中的數(shù)值用于冷成型薄壁型鋼。2.2材料性能2.2.2焊接材料鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)中鋼構(gòu)件連接使用的螺栓、錨栓材料應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）普通螺栓應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《六角頭螺栓》GB/T5782和《六角頭螺栓—C級(jí)GB/T5780的規(guī)定；A、B級(jí)螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C級(jí)螺栓孔的允許偏差和孔壁表面粗糙度，均應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205的規(guī)定。（2）高強(qiáng)度螺栓應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈與技術(shù)條件》GB/T1228或《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副》(GB/T3632)、《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副技術(shù)條件》(GB/T3633)的規(guī)定；（3）普通螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按表2-8采用;高強(qiáng)度螺栓連接的鋼材摩擦面抗滑移系數(shù)值應(yīng)按表2-9采用;高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)預(yù)拉力應(yīng)按表2-10采用。（4）錨栓可采用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/700、《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591規(guī)定的Q235鋼、Q345鋼。2.2材料性能2.2.3螺栓和錨栓表2-8螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）螺拴的性能等級(jí)、錨栓和構(gòu)件鋼材的牌號(hào)普通螺栓錨栓承壓型連接高強(qiáng)度螺栓C級(jí)螺栓A級(jí)、B級(jí)螺栓抗拉抗剪承壓抗拉抗剪承壓抗拉抗拉抗剪承壓普通螺栓4.6級(jí)、4.8級(jí)170140－－－－－－－－5.6級(jí)－－－210190－－－－－8.8級(jí)－－－400320－－－－－錨栓（C級(jí)普通螺栓）Q235（165）（125）－－－－140－－－Q345－－－－－－180－－－承壓型連接高強(qiáng)度螺栓8.8級(jí)－－－－－－－400250－10.9級(jí)－－－－－－－500310－承壓構(gòu)件Q235－－305（295）－－405－－－470Q345－－385（370）－－510－－－590Q390－－400－－530－－－615Q420－－425－－560－－－655注：1.A級(jí)螺栓于d≤24mm和l≤10d或l≤150mm（按較小值）的螺拴；B級(jí)螺栓于d>24mm或l>10d或l>150mm（按較小值）的螺栓。d為公稱直徑，l為螺桿公稱長(zhǎng)度。2.表中帶括號(hào)的數(shù)值用于冷成型薄壁型鋼。2.2材料性能2.2.3螺栓和錨栓表2-9摩擦面的抗滑移系數(shù)表2-10一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力(kN)

鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)中采用的栓釘應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》GB/T10433的規(guī)定，其材料及力學(xué)性能應(yīng)符合表2-11規(guī)定。表2-11栓釘材料及力學(xué)性能連接處構(gòu)件接觸面的構(gòu)件的鋼號(hào)構(gòu)件的鋼號(hào)Q235Q345、Q390Q420噴砂(丸)0.450.500.50噴砂(丸)后涂元機(jī)富鋅漆0.350.400.40噴砂(丸)后生赤銹0.450.500.50鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面0.300.350.40螺栓的性能等級(jí)螺栓公稱直徑(mm)M16M20M22M24M27M308.8級(jí)8012515017523028010.9級(jí)100155190225290355材料極限抗拉強(qiáng)度(N/mm2)屈服強(qiáng)度(N/mm2)伸長(zhǎng)率(%)ML15、ML15Al

400

320≥142.2材料性能2.2.3螺栓和錨栓2.2.4栓釘鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)中應(yīng)優(yōu)先采用具有較好延性、韌性和可焊性的鋼筋。縱向受力鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRB335熱軋鋼筋；箍筋宜采用HRB400、HRB335、HPB300、HRB500熱軋鋼筋。其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值應(yīng)按表2-12的規(guī)定采用。表2-12鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值(N/mm2)種類符號(hào)公稱直徑d/mm屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

最大拉力下總伸長(zhǎng)率

(%)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

HPB3006~22300420不小于10270270HRB3356~50335455不小于7.5300300HRB4006~50400540360360HRB5006~50500630435410注：1.當(dāng)采用直徑