高等鋼結(jié)構(gòu)ch8組合

鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)CompositeStructuresofSteelandConcrete設(shè)計(jì)原則肖建莊

DepartmentofBuildingEngineeringTongjiUniversityTel:65982787E-mail:引子-T形梁、板、迭合梁

T形截面梁：受拉腹板（鋼筋混凝土）換為鋼（型鋼）組合梁

板：受拉鋼筋網(wǎng)的間距趨向于零（鋼板）組合板迭合梁板：特點(diǎn)？引子-鋼筋混凝土最大配筋率

梁----超筋超筋真的是不允許的嗎？超筋的問(wèn)題：破壞脆性（受拉鋼筋不屈服）柱----5%

超筋真的是不允許的嗎？超筋的問(wèn)題之一：粘結(jié)破壞柔性鋼筋勁性鋼筋（型鋼）引子-配螺旋箍筋柱

考慮螺旋箍筋的作用是以混凝土保護(hù)層剝落為代價(jià)的，故考慮螺旋箍筋計(jì)算承載力要大于不計(jì)約束作用的情況，但也不能超過(guò)1.5倍，以防混凝土保護(hù)層過(guò)早剝落；如果不怕保護(hù)層剝落，或沒有混凝土保護(hù)層-----鋼管混凝土。引子-鋼結(jié)構(gòu)外的混凝土保護(hù)層

鋼結(jié)構(gòu)抗火不好

外加混凝土保護(hù)層，只考慮抗火等作用，不考慮參與受力

如果考慮參與受力呢？引子-關(guān)于“組合”1混凝土？----組分（纖維？）鋼筋混凝土？Reinforcedconcrete

加筋土？配筋磚砌體？磚混結(jié)構(gòu)？2復(fù)合材料----fiberreinforcedplastic

組合構(gòu)件組合結(jié)構(gòu)3團(tuán)結(jié)、協(xié)作或合作引子-Design1“設(shè)計(jì)”----磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)、玻璃結(jié)構(gòu)、塑料結(jié)構(gòu)、冰結(jié)構(gòu)

-------組合？混合？“和諧”---技術(shù)美學(xué)第一部分:歷史第二部分:應(yīng)用&實(shí)例第三部分:材料特性第四部分:

設(shè)計(jì)原則Part1:HistoricaloverviewPart2:Application&CaseStudiesPart3:MaterialProperties,Synergyofdifferent

componentsPart4:DesignPhilosophyPart1:HistoricalOverview第一部分：歷史“Whatispastisprologue.”過(guò)去即為開始

WilliamShakespeare

國(guó)外發(fā)展簡(jiǎn)要情況國(guó)內(nèi)發(fā)展簡(jiǎn)要情況優(yōu)勢(shì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展（美觀，安全，經(jīng)濟(jì)）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)步（形式&材料)，以不斷挑戰(zhàn)高度和跨度的極限應(yīng)用不同材料間的組合是一種重要的解決問(wèn)題的思路。主要?dú)w因于材料組合后所帶來(lái)的在整體表現(xiàn)方面的顯著的進(jìn)步。鋼筋混凝土FRP：fiber-reinforcedplastics/polymer材料的組合鋼－混凝土組合構(gòu)件不同材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的組合材料組合/構(gòu)件協(xié)同（Combination/synergy）鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件（或體系）的組合混凝土組合柱組合樓板鋼柱組合梁組合桁架鋼筋混凝土筒體Source:.au/research/bridge/sem3.asp

Concrete-timbercompositeconstruction“Compositebridges”

和“compositebuildings”

兩個(gè)名詞同年出現(xiàn)，1894:

1.TheRockRapidsBridgeinRockRapids,Iowa,madeuseofcurvedsteelI-beamsembeddedinconcrete.2.TheMethodistBuildinginPittsburghhadconcrete-encasedfloorbeams.組合結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)鋼－混凝土組合梁

型鋼混凝土柱：抗火、防失穩(wěn)

鋼管混凝土

鋼－混凝土組合樓蓋規(guī)程，規(guī)范：

(1)TheNewYorkCityBuildingCode(1930)(2)TheASSHO(州際公路協(xié)會(huì)）specifications(1944)(3)1946,U.S.：組合梁＝>《房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造安裝規(guī)范》

（4）1955，德國(guó)，《橋梁組合梁》(DIN1078)，1956《房屋建筑組合梁》(DIN4239)(5)1965,英國(guó)；1966，印度；1975，日本……EN1990Eurocode0:BasisofstructuraldesignEN1991Eurocode1:ActionsonstructuresEN1992Eurocode2:DesignofconcretestructuresEN1993Eurocode3:DesignofsteelstructuresEN1994Eurocode4:DesignofcompositesteelandconcretestructuresEN1995Eurocode5:DesignoftimberstructuresEN1996Eurocode6:DesignofmasonrystructuresEN1997Eurocode7:GeotechnicaldesignEN1998Eurocode8:Designofstructuresforearthquakeresistance.EN1999Eurocode9:Designofaluminiumstructures歐洲規(guī)范BSEN1990,英國(guó)

DINEN1990，德國(guó)BS5950:Part3,compositebeam我國(guó)從50年代初期開始研究組合梁板結(jié)構(gòu)，之后在公路、鐵路橋梁方面得到應(yīng)用，還編制了公路及鐵路組合梁橋的標(biāo)準(zhǔn)圖。1974年我國(guó)交通部頒布的《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，1986《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ025-86）（組合梁設(shè)計(jì)）冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼－混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》YB9238-92GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T5085-1999……

歷史（cont'd）組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

（Advantages)高承載力和剛度（梁、柱……)良好的延性和韌性，以及較好的阻尼特性（例如外包混凝土柱，梁—柱節(jié)點(diǎn)等）抗火性能良好的施工性能--------更應(yīng)了解缺點(diǎn)！Part2:Application&CaseStudy第二部分：應(yīng)用與實(shí)例鋼－混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)

（Compositesteel–concretepositefloorsystem）型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)

(steelreinforcedconcretecompositestructure)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)

(Concretefilledsteeltubularcompositestructure)外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)

(Steelencasedreinforcedconcretecompositestructure)1鋼－混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓蓋1鋼－混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)鋼－混凝土疊合樓板組合樓蓋1鋼－混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)壓型鋼板－混凝土組合樓蓋

（Compositebeamwithinsituconcreteslabontrapzoidalmetaldecking)Compositeslab單向板

Compositeplate雙向板組合樓板實(shí)例1鋼－混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)壓型鋼板－混凝土組合板優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需模板，并可作為施工平臺(tái)；施工時(shí)間短壓型鋼板的作用相當(dāng)于抗拉主筋；壓型鋼板可以疊放在一起，便于運(yùn)輸；整體重量減輕，節(jié)約基礎(chǔ)費(fèi)用可提供平整頂棚表面組合梁優(yōu)點(diǎn)節(jié)約鋼材；降低梁高；增強(qiáng)剛度；增強(qiáng)梁的承載力降低沖擊系數(shù)（鐵路、公路橋梁）抗震性能好；改善疲勞性能；局壓穩(wěn)定性好；使用壽命長(zhǎng)2型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)或勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：承載力高、構(gòu)件截面小、可降低結(jié)構(gòu)層高減少模板工作量，縮短工期結(jié)構(gòu)延性好、抗震性能優(yōu)良耐久性和防火性能優(yōu)于純鋼結(jié)構(gòu)深圳地王大廈2型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)2型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)金茂大廈混凝土組合柱組合樓板鋼柱組合梁組合桁架鋼筋混凝土筒體3鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是將水泥混凝土添入薄壁鋼管內(nèi)形成的組合結(jié)構(gòu)。應(yīng)用：

高層建筑

工業(yè)建筑

橋梁廣州合銀廣場(chǎng)鋼管柱施工鋼管柱施工3鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)高層建筑中鋼管砼的特征與優(yōu)勢(shì)如下鋼管砼柱的抗壓和抗剪承載力高，相當(dāng)于鋼管和混凝土二者之和的2倍以上；鋼管砼柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積；柱子截面減小，自重減小，有利于結(jié)構(gòu)抗震；鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應(yīng)降低了地基基礎(chǔ)造價(jià)；鋼管壁薄便于選材、制造與現(xiàn)場(chǎng)焊接，是施工最為快捷的建筑結(jié)構(gòu)；鋼管砼柱內(nèi)的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優(yōu)于鋼柱，從而比鋼柱可節(jié)省耐火涂料50%以上；鋼管砼具有的核心混凝土三向受壓特性，利于利用高強(qiáng)混凝土。3鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)來(lái)源：國(guó)內(nèi)采用鋼管混凝土建造的高層建筑一覽表深圳賽格廣場(chǎng)3鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)中鋼管砼的特色拱橋，充分發(fā)揮混凝土和鋼材的抗壓能力。施工方便廣州丫髻沙大橋全長(zhǎng)1084米，主橋采用三跨連續(xù)自錨中承式鋼管混凝土拱橋橋型，其主跨以360米一跨跨過(guò)珠江的主航道。大橋建成后，橋面是雙向６車道。該橋98年7月動(dòng)工，2000年6月建成。橋面橫桿連接肋使用馬鋼熱軋H型鋼Q345材質(zhì)H390*300*10*16規(guī)格8米定尺等共400余噸。丫髻沙大橋是三跨連續(xù)自錨中承式鋼管混凝土拱橋。共創(chuàng)下4項(xiàng)全國(guó)乃至世界第一：大橋跨度第一，主跨達(dá)到360米，為當(dāng)今世界鋼管混凝土拱橋中主跨度最長(zhǎng)；大橋平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體每側(cè)重量達(dá)13680噸，不僅居國(guó)內(nèi)第一，也是世界同類型第一座萬(wàn)噸轉(zhuǎn)體橋梁；豎轉(zhuǎn)加平轉(zhuǎn)相結(jié)合的施工方法世界領(lǐng)先；大橋極限承載力和抗風(fēng)力國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。4外包鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)外部配置鋼的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)－－外包鋼結(jié)構(gòu)外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，連接方便，使用靈活，用于一般工業(yè)廠房框架和排架結(jié)構(gòu)。角鋼對(duì)混凝土有約束作用，有利于提高抗剪承載力和延性性能Part3:Materialproperties第三部分：材料特性在組合結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）中所涉及的材料特性主要包括以下內(nèi)容：結(jié)構(gòu)鋼(structuralsteel)混凝土(concrete)鋼筋(reinforcingsteel)壓型鋼板(profiledsteelsheeting)剪力連接件(shear

connector)等。材料：混凝土基本特性：受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（數(shù)學(xué)模型），三向受壓狀態(tài)下的特點(diǎn)，徐變……。用于組合結(jié)構(gòu)的一些要求：高強(qiáng)混凝土施工要求：例如，對(duì)于鋼管混凝土，為了盡可能減少管內(nèi)混凝土的游離水分，一般塑性混凝土的水灰比不宜大于0.4。112=3=fLu=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc共同工作的機(jī)理組合結(jié)構(gòu)中鋼材和混凝土材料的共同工作機(jī)理，是由兩者之間的粘結(jié)力、抗剪連接件及鋼材對(duì)混凝土的約束作用實(shí)現(xiàn)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的共同工作則主要是依靠箍筋的約束作用和抗剪連接件鋼管混凝土結(jié)構(gòu)主要依靠鋼管和混凝土的相互約束、層間橫隔板等。Part4:Designphilosophy第四部分：設(shè)計(jì)原則

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（LimitStateDesign）根據(jù)結(jié)構(gòu)功能的不同，極限狀態(tài)可分為兩類承載力極限狀態(tài)（ultimate）正常使用極限狀態(tài)（serviceability）永久荷載可變荷載S偶然荷載結(jié)構(gòu)承載力

RZ=R-S,按照可靠性指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。采用荷載和材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值以及相應(yīng)的“分項(xiàng)系數(shù)”進(jìn)行表示目的、方