型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

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型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

摘要：簡(jiǎn)要介紹型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的類型及優(yōu)越性，并對(duì)其在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展過程及應(yīng)用現(xiàn)狀做出評(píng)述，應(yīng)用具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)的耐火性和耐久性。

三、型鋼混凝土梁

1．正截面承載力計(jì)算：

空腹式型鋼混凝土梁的受彎性能與鋼筋混凝土梁基本一致，在進(jìn)行正截面承載力計(jì)算時(shí)，可分別將其上弦型鋼和下弦型鋼作為縱向鋼筋考慮，計(jì)算方法與鋼筋混凝土受彎構(gòu)件一致。其中斜腹桿承載力的豎向分力可作為受剪箍筋考慮。

實(shí)腹式型鋼混凝土梁的正截面受彎承載力計(jì)算（詳見公式（1）），是把型鋼翼緣作為縱向鋼筋的一部分，在平衡式中增加了型鋼腹板受彎承載力項(xiàng)Maw和型鋼腹板軸向承載力項(xiàng)Naw。Maw、Naw的確定是通過對(duì)型鋼腹板應(yīng)力分布積分，再做一定的簡(jiǎn)化得出的。

實(shí)腹式型鋼混凝土梁的破壞始于受壓區(qū)混凝土的壓碎，其保護(hù)層剝落的范圍和程度均大于鋼筋混凝土梁，延性好于鋼筋混凝土梁，荷載-撓度曲線進(jìn)入下降段后，可經(jīng)歷較大的變形，同時(shí)保存了相當(dāng)?shù)某休d力；未設(shè)臵剪力連接件的型鋼混凝土梁，在荷載達(dá)到極限荷載的80%以前，可以保證型鋼與混凝土整體共同工作，在荷載達(dá)到極限荷載的80%以后，型鋼與混凝土的變形不能協(xié)調(diào)一致。設(shè)有剪力連接件的梁方能保證型鋼與混凝土的整體共同工作。

2.斜截面承載力的計(jì)算：

型鋼混凝土梁在剪力作用下的破壞過程與鋼筋混凝土梁比較有以下特點(diǎn)：（1）由于實(shí)腹式型鋼具有較大的剛度，在梁中腹板又是連續(xù)分布的，所以能夠較好的抑制斜裂縫的開展。（2）由于實(shí)腹式型鋼對(duì)斜截面抗剪的貢獻(xiàn)，使型鋼混凝土梁的抗剪承載力明顯高于鋼筋混凝土梁。（3）型鋼混凝土梁在剪力作用下破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性。從型鋼腹板屈服至達(dá)到極限承載力，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的發(fā)展過程，達(dá)到極限承載力之后，承載力的下降過程也較緩慢，這與鋼筋混凝土梁的剪切脆性破壞是明顯不同的。

型鋼混凝土梁斜截面的破壞形態(tài)，有三種。（1）當(dāng)剪跨比較?。é?.5）或含鋼率較大時(shí)，發(fā)生斜壓破壞。防止斜壓破壞由截面控制條件來保證。通過集中荷載作用下斜截面受剪承載力試驗(yàn)，建立了控制斜壓破壞的截面控制條件，給出了型鋼混凝土梁受剪承載力的上限，此條件對(duì)均布荷載是偏于安全的（詳見公式

（2））。（2）當(dāng)剪跨比較大（λ2.0）且含鋼率較小時(shí)，型鋼混凝土梁發(fā)生剪壓破壞，防止剪壓破壞由受剪承載力計(jì)算來保證（詳見公式（3））。當(dāng)不配臵箍筋或箍筋很少而剪跨比較大時(shí)，發(fā)生剪切粘結(jié)破壞。

應(yīng)當(dāng)注意，由于對(duì)型鋼混凝土寬扁梁尚未進(jìn)行試驗(yàn)研究，為此，規(guī)程規(guī)定的框架梁受剪承載力計(jì)算公式對(duì)寬扁梁不能直接采用。

3.裂縫和變形驗(yàn)算：

型鋼混凝土梁的裂縫寬度計(jì)算公式是基于把型鋼翼緣作為縱向受力鋼筋，且考慮部分型鋼腹板的影響，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)裂縫寬度計(jì)算公式的形式，建立了型鋼混凝土梁在短期效應(yīng)組合作用下并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合影響的最大裂縫寬度計(jì)算公式。

型鋼混凝土梁的開裂荷載約為極限荷載的10%~15%。裂縫會(huì)首先出現(xiàn)在彎距最大截面附近。

假定型鋼混凝土梁在加載過程中截面平均應(yīng)變符合平截面假定，且型鋼與混凝土截面變形的平均曲率一致，因此截面抗彎剛度可以采用鋼筋混凝土截面抗彎剛度和型鋼截面抗彎剛度疊加的原則來處理。

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

Bs=Brc+Ba

型鋼在使用階段采用彈性剛度：Ba=EaIa。長(zhǎng)期荷載作用下，梁截面剛度下降，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，引進(jìn)了荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合對(duì)撓度的增大系數(shù)θ，規(guī)定了長(zhǎng)期剛度的計(jì)算公式。

4.構(gòu)造要求：

型鋼混凝土梁中縱向受力鋼筋的排數(shù)、配筋率、直徑、間距，以及縱筋與型鋼凈距均做了相應(yīng)的規(guī)定。這樣一是保證梁底混凝土密實(shí)，二是保證混凝土與鋼筋和型鋼有良好的粘結(jié)力。對(duì)腰筋的設(shè)臵、抗震時(shí)的梁端箍筋的加密區(qū)等構(gòu)造要求規(guī)范也做了規(guī)定。

為保證框架梁對(duì)框架節(jié)點(diǎn)的約束作用，便于型鋼混凝土梁的澆筑，框架梁的截面寬度不宜小于300。為了利于梁抗扭和加強(qiáng)側(cè)向穩(wěn)定性，規(guī)定高寬比不宜大于4。型鋼混凝土梁在受有集中反力或集中力作用處，應(yīng)設(shè)臵對(duì)稱加勁肋，以助于承受剪力。對(duì)配臵桁架式型鋼的型鋼混凝土梁，為保證桁架壓桿的穩(wěn)定性，其長(zhǎng)細(xì)比宜小于120。

當(dāng)型鋼混凝土梁用做轉(zhuǎn)換層大梁和托柱梁時(shí)，荷載大、受力繁雜，為增加混凝土和剪壓區(qū)型鋼上翼緣的粘結(jié)剪切力，宜在梁端1.5倍梁高范圍內(nèi)，型鋼上翼緣增設(shè)栓釘

四、型鋼混凝土柱

1.正截面承載力計(jì)算：

型鋼混凝土軸心受壓柱從受力性能上來說，與鋼筋混凝土柱沒有原則區(qū)別。從柱的軸落試驗(yàn)中看出，混凝土和型鋼的變形基本協(xié)調(diào)一致，可以認(rèn)為混凝土與型鋼是能夠共同工作直到破壞的，所以其承載力可以采用疊加原理來計(jì)算。即：

型鋼混凝土偏心受壓構(gòu)件的受力性能與鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件基本一致，其破壞形態(tài)也分為受拉破壞（大偏心受壓破壞）和受壓破壞（小偏心受壓破壞）兩種。由于實(shí)腹式型鋼混凝土構(gòu)件的腹板在截面高度上是連續(xù)的，型鋼混凝土柱沒有典型的界限破壞。一般將型鋼受拉翼緣達(dá)到屈服強(qiáng)度與受壓邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變同時(shí)發(fā)生的狀況定義為界限破壞。

型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土柱的破壞形態(tài)的不同之處有：（1）沿保護(hù)層的縱向劈裂比較顯著；（2）喪失最大承載力后，表面混凝土破壞，截面承載力下降，但還能夠具有一定的承載力，且變形性能良好；（3）箍筋和橫向鋼筋對(duì)核心混凝土有約束作用，有助于型鋼和混凝土的共同作用。

2.斜截面承載力計(jì)算：

型鋼混凝土柱的剪切破壞形態(tài)可歸納為三種：剪切斜壓破壞（λ1.5）,剪切粘結(jié)破壞（1.5λ2.5），正截面彎曲破壞（λ2.5）。型鋼混凝土柱的斜截面受剪承載力可由鋼筋混凝土和型鋼兩部分的斜截面受剪承載力組成，壓力對(duì)受剪承載力也有有利的影響。型鋼部分對(duì)受剪承載力的貢獻(xiàn)只考慮型鋼腹板部分的受剪承載力。

與鋼筋混凝土柱的受剪脆性破壞不同，型鋼混凝土柱受剪破壞時(shí)，由于型鋼的存在，一般很難形成主斜裂縫，破壞過程較緩慢，具有一定的延性。

3.構(gòu)造要求：在一致的軸壓比狀況下，型鋼混凝土柱比鋼筋混凝土柱具有更好的滯回特性和延性性能，因此其軸壓比計(jì)算中應(yīng)考慮型鋼的有利作用

五、型鋼混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)：

1.承載力計(jì)算：

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)，包括型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁組成的節(jié)點(diǎn)、與鋼筋混凝土梁組成的節(jié)點(diǎn)和與鋼梁組成的節(jié)點(diǎn)三種狀況。其受剪承載力由混凝土、箍筋和型鋼組成，由于型鋼的約束作用，混凝土所承受的受剪承載力增大。混凝土部分受剪機(jī)理，可視為斜壓桿受力，該斜壓桿截面面積，隨柱端軸力增加而增大。但其軸壓力有利作用，限制在0.5fcbchc范圍內(nèi)（一級(jí)抗震等級(jí)，不考慮軸壓力的有利影響）。型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)具有比鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)更好的延性。規(guī)范規(guī)定了節(jié)點(diǎn)截面限制條件（詳見公式（4）），是為了防止混凝土截面過小，造成節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土承受過大的斜壓應(yīng)力，以致使節(jié)點(diǎn)混凝土被壓碎。公式（4）：

其中：框架節(jié)點(diǎn)水平截面的寬度、高度。

基于型鋼混凝土柱與各種不同類型的梁形成的節(jié)點(diǎn)，其梁端內(nèi)力傳遞到柱的途徑有差異，規(guī)范給出了不同的梁柱節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算公式。公式中還考慮了中節(jié)點(diǎn)、邊節(jié)點(diǎn)、頂節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)位臵的影響系數(shù)。

為了充分發(fā)揮型鋼混凝土柱中型鋼、混凝土的抗彎承載力，規(guī)定了節(jié)點(diǎn)的梁端、柱端型鋼和鋼筋混凝土各自承受的受彎承載力之和的限值。

2.構(gòu)造要求：

梁柱的縱向受力鋼筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固和搭接均應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)其受剪承載力和變形能力優(yōu)于鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的箍筋體積配筋率比鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)可相應(yīng)減少。

六、型鋼混凝土剪力墻：

型鋼混凝土剪力墻是在剪力墻端部配臵型鋼，與周邊配臵的縱向鋼筋和箍筋形成暗柱。腹板部分宜采用混凝土墻板，內(nèi)含鋼支撐混凝土墻板或內(nèi)含鋼板混凝土墻板。剪力墻端部的型鋼可采用工字形鋼或槽鋼等以保證型鋼與混凝土的粘結(jié)，其慣性矩較大的形心軸應(yīng)與墻面平行。

1.正截面承載力：

計(jì)算時(shí)可把端部配臵的型鋼作為縱向受力鋼筋一部分考慮，采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中沿截面腹部均勻配臵縱向鋼筋的偏心受壓構(gòu)件的正截面受壓承載力計(jì)算公式計(jì)算。與鋼筋混凝土剪力墻相比，型鋼混凝土剪力墻在暗柱中配臵了型鋼，提高了剪力墻的平面外剛度。

2.斜截面承載力：

考慮地震作用的型鋼混凝土剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值的確定和受剪截面控制條件與《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》一致。由于端部型鋼的暗銷抗剪作用和對(duì)墻體的約束作用，受剪承載力大于鋼筋混凝土剪力墻。在計(jì)算公式中，參與了端部型鋼的暗銷抗剪和約束作用這一項(xiàng)。有邊框的型鋼混凝土剪力墻，計(jì)算中考慮了周邊柱對(duì)混凝土墻體的約束系數(shù)βr。

3.構(gòu)造要求：

型鋼混凝土剪力墻的厚度、水平和豎向分布鋼筋的最小配筋率以及暗柱、翼柱的箍筋和拉筋等構(gòu)造要求，均應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，但為了保證混凝土對(duì)型鋼的約束作用，其端部型鋼的混凝土保護(hù)層厚度宜50mm。

對(duì)于無邊框型鋼混凝土剪力墻，其腹板水平分布鋼筋應(yīng)繞過或穿過端部型鋼；對(duì)于有邊框型鋼混凝土剪力墻，其墻板水平分布鋼筋應(yīng)繞過或穿過周邊柱中的型鋼，當(dāng)采用間隔穿過時(shí)，宜另加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。

七、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造：

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

1.梁柱節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造：

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造應(yīng)做到構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳力明確，便于混凝土澆搗和配筋。型鋼柱的加勁肋布臵，除了按鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造配臵以外，為了保證梁端內(nèi)力更好的傳遞，型鋼混凝土柱應(yīng)在梁上、下邊緣位臵處設(shè)臵水平加勁肋。在構(gòu)造連接時(shí)應(yīng)考慮到便于梁內(nèi)縱向鋼筋貫穿節(jié)點(diǎn)，減少縱向鋼筋穿過柱型鋼的數(shù)量，盡量使梁內(nèi)鋼筋穿過型鋼腹板，而不穿過型鋼翼緣。由于，在有梁約束狀況下的節(jié)點(diǎn)區(qū)，其抗剪承載力的儲(chǔ)存較大，為此規(guī)程規(guī)定了型鋼腹板損失率的限值。

型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁或鋼梁的連接，應(yīng)采用剛性連接，且滿足鋼結(jié)構(gòu)焊接要求。

當(dāng)梁采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，而柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，若梁柱節(jié)點(diǎn)為剛性連接，則必需對(duì)梁內(nèi)型鋼在支座處采取可靠的支承和錨固措施，以保證粱柱剛性節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力傳遞。在鋼筋混凝土的框架柱中設(shè)臵型鋼構(gòu)造柱是一種較好的方式。

2.柱與柱連接構(gòu)造：

結(jié)構(gòu)豎向布臵中，如下部若干層采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)上部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮避免這兩種結(jié)構(gòu)的剛度和承載力的突變，設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)臵過渡層，避免形成薄弱層。

型鋼混凝土柱中，當(dāng)型鋼某層需改變截面時(shí)，宜考慮型鋼截面承載力和剛度的逐步過渡，且需考慮施工便利。宜保持型鋼截面高度不變或逐步過渡。

3.梁與梁的連接構(gòu)造：

梁與梁的連接，當(dāng)兩跨全是型鋼混凝土梁時(shí)，則型鋼梁的連接應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)要求；對(duì)一側(cè)為型鋼混凝土梁，另一側(cè)為鋼筋混凝土梁時(shí)，為保證型鋼的錨固和傳遞，應(yīng)滿足一定的構(gòu)造措施要求。

為保證鋼筋混凝土次梁和型鋼混凝土主梁連接的整體性，其次梁中的鋼筋的錨固和傳遞也應(yīng)滿足相應(yīng)構(gòu)造措施。

4.梁與墻的連接構(gòu)造：

型鋼混凝土梁垂直于現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻的連接，應(yīng)保證其內(nèi)力傳遞。梁深入墻內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可以形成鉸接和剛接，都應(yīng)滿足相應(yīng)的構(gòu)造要求。

5.柱腳構(gòu)造：

為了保證柱腳的嵌固，宜采用埋入式柱腳