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，發(fā)現(xiàn)混凝土外殼能使柱的強度和剛度明顯提試驗，發(fā)現(xiàn)混凝土外殼能使柱的強度和剛度明顯提高。高。1923年加拿大的學者開始作空腹式型鋼混凝土年加拿大的學者開始作空腹式型鋼混凝土梁試驗。在日本，梁試驗。在日本，1928年齊田時太郎做了軸心受壓年齊田時太郎做了軸心受壓柱試驗，柱試驗，1929年濱田念做了偏心受壓柱試驗，年濱田念做了偏心受壓柱試驗，1932年內(nèi)藤多仲做了梁柱節(jié)點試驗。年內(nèi)藤多仲做了梁柱節(jié)點試驗。 我國起步于我國起步于20世紀世紀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和北京冶金建筑研究總院進行研究和推廣，科技大學和北京冶金建筑研究總院進行研究和推廣，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、同濟和清華等展開研究大學、同濟和清華等展開研究，在自己試驗研究的在自己試驗研究的基礎上，制定了一套較完整的設計理論，現(xiàn)已步入基礎上，制定了一套較完整的設計理論，現(xiàn)已步入國際先進行列。國際先進行列。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)的特點型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點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 在我國的研究和應用在我國的研究和應用 型鋼混凝土在我國始于型鋼混凝土在我國始于2020世紀世紀5050年代前蘇聯(lián)援建年代前蘇聯(lián)援建項目。項目。 國內(nèi)試驗研究和設計理論建立始于國內(nèi)試驗研究和設計理論建立始于2020世紀世紀8080年代。年代。 19971997參考日本規(guī)程，原冶金部編制行業(yè)標準參考日本規(guī)程，原冶金部編制行業(yè)標準鋼鋼骨混凝土結(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年建設部編制年建設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、北京京廣中心等項目，并相繼在上海金茂大廈、北京京廣中心等項目得到應用。得到應用。 美國芝加哥美國芝加哥SOM設計設計事務所事務所 上海建工集團總承包上海建工集團總承包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風荷載作用下風荷載作用下/ /H=1/760H=1/760， /h=1/730/h=1/730上海中心大夏上海中心大夏 由美國由美國GenslerGensler公司與公司與同濟大學建筑設計研究院同濟大學建筑設計研究院聯(lián)合設計聯(lián)合設計, , 前者是一家位前者是一家位于舊金山的建筑、設計、于舊金山的建筑、設計、規(guī)劃與咨詢公司。規(guī)劃與咨詢公司。 建筑高度高達建筑高度高達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。標準層平面標準層平面實腹式鋼骨實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)造要求混凝土保護層最小厚度混凝土保護層最小厚度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 試驗研究試驗研究M/Muf（mm）試件加載圖試件加載圖M-f曲線曲線破壞過程破壞過程型鋼位置影響型鋼位置影響應變計應變計分配梁分配梁位移計位移計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 試驗研究試驗研究實測截面應變實測截面應變h實測截面應變實測截面應變實際實際修正修正5.2.2 正截面承載力計算正截面承載力計算1.基本假定基本假定截面應變符合平截面假定截面應變符合平截面假定不考慮混凝土的抗拉強度不考慮混凝土的抗拉強度混凝土混凝土cu=0.003，相應的壓應力為相應的壓應力為fc矩形等效混凝土壓應力矩形等效混凝土壓應力，有效高度有效高度x=0.8xc鋼梁腹板應力簡化為等效矩形應力鋼梁腹板應力簡化為等效矩形應力,其值為其值為fa鋼筋應力鋼筋應力s= =Essfy，s0.01saybE.ff.0030

8、2180 由平截面假定由平截面假定5.2.2 正截面承載力計算正截面承載力計算003. 0 cu a y 2ay hh0axcb cusaasyybbcbcbcucuEfEfhxxhx ,8 . 08 . 000saybE.ff.00302180 5.2.2 正截面承載力計算正截面承載力計算2.受彎承載力計算受彎承載力計算 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截面應變截面應變P105圖圖5-10有誤有誤5.2.2 正截面承載力計算正截面承載力計算2.受彎承載力計算受彎承載力計算 awawawawfht.Mfht.N202212221021251525052 時時當當00200125125125180h.h,h.x.xxhc awfht 0125. 1 awfht0225. 1 afaf 2h01h01.25h0wt0hx h05.2.2 正截面承載力計算正截面承載力計算2.受彎承載力計算受彎承載力計算 awaaassyuawaasyaasycMahAfahAfxhbxMMNAfAfAfAfbxf000115 . 00 公

10、式條件公式條件fabtaxhx 0 問題：問題：1.如何應用公式？如何應用公式？2.當為當為T形截面時如何處理？形截面時如何處理？【例題【例題5-1】P105saybE.ff.00302180 據(jù)對稱性據(jù)對稱性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 斜截面承載力計算斜截面承載力計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 保護層過小保護層過小過薄過薄wt5.2.3 斜截面承載力計算斜截面承載力計算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度含鋼率及型鋼強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 斜截面承載力計算斜截面承載力計算3.計算公式計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 腹部開孔型鋼混凝土梁腹部開孔型鋼混凝土梁 孔位宜設在剪力較小處，最好為圓孔孔位宜設在剪力較小處，最好為圓孔。圓孔直圓孔直徑：當孔位于距支座徑：當孔位于距支座l/4l/4跨度以外時，不宜大于跨度以外時，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；當孔位于距支座倍；當孔位于距支座1/41/4跨度以內(nèi)時，不宜大于跨度以內(nèi)時，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。孔洞周邊宜設鋼套管，且孔邊應加設構(gòu)孔洞周邊宜設鋼套管

13、，且孔邊應加設構(gòu)造箍筋和水平筋造箍筋和水平筋。在此基礎上作承載力驗算。在此基礎上作承載力驗算。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算型鋼混凝土梁的撓度驗算 型鋼混凝土梁加載開裂時，荷載型鋼混凝土梁加載開裂時，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，這表明型鋼對剛度有明顯的提高作用，土梁有明顯的轉(zhuǎn)折點，這表明型鋼對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。貢獻。 對型鋼混凝土梁，當梁的縱向受拉鋼筋配筋率為對型鋼混凝土梁，當梁的縱向受拉鋼筋配筋率

14、為0.30.31.51.5范圍時，據(jù)試驗研究，荷載效應的標準組合作用下，構(gòu)范圍時，據(jù)試驗研究，荷載效應的標準組合作用下，構(gòu)件的剛度可按下式計算。件的剛度可按下式計算。aaccscasIEIEEE.B 753220短期剛度短期剛度“長期剛度長期剛度” skqkBMMMB 1 fBlMfk 2 撓度驗算撓度驗算P112表表5-2標準組合標準組合5.2.6 型鋼混凝土梁的裂縫寬度驗算型鋼混凝土梁的裂縫寬度驗算 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。縱向受拉鋼筋不宜超過兩排，配筋率宜縱向受拉鋼筋不宜超過兩排，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向腰筋的設置要求按混凝土梁的規(guī)定?？v向腰筋的設置要求按混凝土梁的規(guī)定。框架梁在支座處和上翼緣受有較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