鋼骨混凝土梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

鋼骨砼梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用一、前言由砼包裹型鋼做成的結(jié)構(gòu)被稱為鋼骨砼結(jié)構(gòu)（也稱勁性砼結(jié)構(gòu)），在日本應(yīng)用最為廣泛，研究和試驗也最多。這種結(jié)構(gòu)被簡稱為SRC結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在已和鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)以及鋼筋砼結(jié)構(gòu)并列為五大結(jié)構(gòu)之一。其中實腹式鋼骨砼構(gòu)件具有較好的抗震性能、節(jié)約鋼材、提高砼利用系數(shù)、施工方便等優(yōu)點，在工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。本文將主要介紹鋼骨砼梁的設(shè)計方法及構(gòu)造要求，通過工程設(shè)計實例，具體說明其計算和使用，供類似工程設(shè)計時參考。二、結(jié)構(gòu)特點及計算方法鋼骨砼梁是鋼梁和鋼筋砼梁二者的組合結(jié)構(gòu)，實腹式鋼骨通常采用工字形、口字形，截面材料的選用主要是依據(jù)現(xiàn)行國家標準“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GBJ17-88）”和“高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ99-98）”，保證構(gòu)件具有足夠的塑性變形能力，其屈服強度不宜過大，伸長率應(yīng)大于20%；鋼筋砼按照“砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GBJ10-89）”要求實施。鋼骨砼梁的正截面強度各國的計算方法很不相同。前蘇聯(lián)“勁性鋼筋砼結(jié)構(gòu)設(shè)計指南CN3－78”假定型鋼和砼成為一個整體，能夠一致變形，幾乎完全套用鋼筋砼結(jié)構(gòu)的計算方法。日本“鋼筋砼結(jié)構(gòu)計算標準”把鋼筋砼梁的抗彎能力和型鋼的抗彎能力疊加得到鋼骨砼梁的抗彎能力，兩種方法不同之處在于型鋼梁能否與鋼筋砼形成一個整體?，F(xiàn)行“鋼骨砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程YB9082－97”在實腹式鋼骨砼梁的計算方法上主要參考了日本計算標準，結(jié)合試驗研究成果，對稱配置鋼骨砼梁正截面受彎承載力，計算結(jié)果偏于保守。M≤Mssby+MrcbuM為彎矩設(shè)計值，Mssby為梁中鋼骨部分的受彎承載力，Mrcbu為梁中鋼筋砼部分的受彎承載力。當(dāng)受拉翼緣大于受壓翼緣的非對稱鋼骨截面，則可將受拉翼緣大于受壓翼緣的面積作為受拉鋼筋考慮，考慮粘結(jié)滑移對截面承載力的影響，砼抗壓設(shè)計強度以fc代替fcm。由力矩平衡公式ΣM=0，力平衡公式ΣX=0可得：fA=fA+Nss,M≤fA(h+h)-Nss(h-h)+MssA：受壓區(qū)砼的面積，h、h、h分別為受壓區(qū)砼的合力點、鋼骨中心以及受拉鋼筋合力點至截面受壓邊緣的距離。對于鋼骨偏置在受拉區(qū)的非對稱截面，按鋼與砼組合梁的設(shè)計方法計算處理，為保證砼與鋼骨整體作用，在鋼骨上翼緣設(shè)置剪力連接件。在設(shè)計中值得注意的是，在鋼骨部分受彎承載力的計算中可不考慮局部壓屈，基于受力構(gòu)件達到受彎承載力極限狀態(tài)時，比彈性極限受彎承載力有所提高采用截面塑性發(fā)展系數(shù)γs，實際應(yīng)用中，根據(jù)構(gòu)件重要性可偏于安全取γs=1.0。鋼骨砼梁受剪承載力按照承載力極限狀態(tài)理論V≤Vssy+Vrcbu。V為梁的剪力設(shè)計值，Vssy為梁中鋼骨部分的受剪承載力，Vrcbu為梁中鋼筋砼部分受剪承載力，無地震作用組合時V≤0.4fcbbhbo，Vrcbu≤0.25fcbbhbo。鋼骨砼梁裂縫寬度和抗彎剛度，鋼骨砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程給出了計算公式，不對稱鋼骨砼截面抗彎剛度可按下式計算。B=EsAshbo2/[1.15Ψ+0.9+6αEρ/(1+3.5γf)]+EssIss三、工程實例謙****萌工程，地下二血層，地上二十糞八層，標準層從層高雖3.篇3花米灘，總高專99.3拿5拉米錢，總建筑面積布4800鬧0請平方米代。南北向沿高則度作內(nèi)茄外早7.08決°想～飲7.91培°厲傾斜，頂部最炸大外公傾平面謎尺寸達奧1紫4挽米魔，外傾面積粱770慧0藝平方米敵，其傾斜部分巧采用斜向鋼骨亦砼安柱與水平鋼骨答砼梁拉結(jié)，受套層高和各專業(yè)竊安管道安裝空維間的限制，為粗滿足建筑凈空匆使用要求，軸伯線跨度為卡11.95斧5娃米捎，橫向次梁梁遼高只能做成姻60和0螞毫米稠，高跨比接未近南1/2屠0賣，且位于外挑馬部位，梁身剛蓄度很難保證，可經(jīng)方案比較，須確定采用鋼骨糟砼寬扁梁。斗此建筑主樓結(jié)騎構(gòu)整體采季用閣“煎SATW屠E妙”郊進行分析計算張。其頂層內(nèi)力者最大，最大正倍彎矩設(shè)計努值云M=829.遞0kN·貓m乳，最大剪力設(shè)抗計耕值粉V=331.云6k歡N勻，軸向力設(shè)計者值密N飲＝燒17.2k賣N出，短期效用組葵合下彎矩標準敢值約M貞k刃=637.7樣kN·親m助。結(jié)合框架柱咳梁分析結(jié)果，飲假定梁截面尺勤寸珠700×60陪0默（系h俱），鋼骨采誕用津Q23袖5彎等包級宰C何的熱盲扎惡H蜂型番鋼換HM450×寸30塌0遺（宿440×30拍0×11×辨18mm供），截面特征恥見賽表長1挎表蓄1束綢E桂ss相I還ss栗W盲ss頂f熊ss諒f遺ssy損f蕉ssv演2.06×1辨0盛5意MPa陪56100×印10館4標mm笛4乞2550×拐10償3涂mm棍3例215MPa幼235MPa筐125MPa音混凝土強度等銀級絕C3睡0蝕，務(wù)f斗c證=15MP愿a遞，縱向鋼擱筋把f詞y被=310MP你a也，旬f糠sv鋸=210MP盾a尋。根（鍋1乳）正截面抗彎故、斜截面抗剪愁承載力計算受表宿2窯埋名稱急公式貿(mào)計算結(jié)果鋪鋼骨受彎承載姨力機Mssby=彎r承s煮w煤ss蒜f梨ss逐575.7k著N·m需鋼筋砼受彎承韻載力殃Mrcb=M挖-Mssby聰253.3k隨N·m猶鋼筋砼受彎配引筋達A姿s訊=Mrcb/蛙f房sy話γ他h夫co攻1504mm魚2獨鋼骨受剪承載猾力螺Vssy=t仙w馬h玻w喬f芹ssv化555.5k托N牙鋼筋砼剪彎承撕載力遵Vrcb=V攻-Vssy歉<0業(yè)專瞎（表爪中口a=貴35mm斷，鬼h悠bo和=h巡b向-a=600潛-35=躁565mm給）獅①近選索8闖Φ儉1勿6縱，磁A同s陪=羊1608mm郵2腸,A點s哨>惰ρ浸min般bh諒②怒選享1攪3曬Ф松1舞8甜，罰A鏈s芳=族3315mm間，壘箍筋按構(gòu)造工，冤ρ隊vmin泛=0.02f飛c證/f篩yv玩=0.14奴%悶，豈選悼φ豈8婚＠的15蒙0頑（四肢箍）掃0.4f肌c循b騙b泛h劇bo派=2373k添N>V=33腹1.6kN花0.25f皮c愧b比b剪h陶bo帶=1483k腎N>V蟻rc式b雄=0映陵壓驗滿足要求獄（寶3刷）裂縫寬度驗創(chuàng)算感表陜3輕軍名稱績公式遺計算結(jié)果歇①穿②傘受拉鋼筋配筋筍率匠ρ該=A牲S尿/bh謀bo暮0.0040股66的0.0083情82日受壓翼緣增強漿系數(shù)子裝′搜f依=(b妹′咳f率-b)h圖′芳f附/bh即bo撥0.8覆0.8荒砼截面開裂彎路矩晌M登C伴=0.235銜bh非2鈴f嘩tk隨118.4k浮N·m襪118.4k魄N·m左短期荷載效應(yīng)匙組合下鋼筋砼簡部分所承擔(dān)的衛(wèi)彎矩陷Mrck=憲E殃s石A封S是h浙bo爽/池侍潤盲忍嫁掀冠俘融旋奇粥行按現(xiàn)井裝距宰酷躁駁袖}×M憑繭421kN·爽m飛492kN齒·m靠鋼筋應(yīng)變不均顫勻系數(shù)河Ψ擇=1.1(1森-M期C暫/Mrck)牌0.79捷0.8352敢折算直徑塔d喊c戲=顯似踏馬綱邀29.9mm凡25.43均受拉鋼筋和鋼稍骨受拉翼緣配慢筋率腫ρ新te同=種（辟A緣s鞋+A肥sf豆）夕/0.5bh敘0.0333暴7格0.0415姜短期荷載效應(yīng)壓組合下受拉鋼新筋的應(yīng)力茶δ刺騾=Mrck/逃0.87A架s串h節(jié)bo纏532.6M哈pa畫>310MP鷹a瘦301.9M遣pa昨<310MP雞（表脂中六E類s低=2.0×1壤0氧5精MPaE舉c爭=3.0×1專0富4城MpaX則e顯=E般S糖/E演C逆=6.67捐h煎′頁f策=0.2h律bo壩=柴113mm冤）賴梁最大裂縫寬皇度涼W拒max文=2.賭1蟲Ψ蛾(查δ奔sk妨)/(E汪s但)×(2.7北0+0.1d砌e篩/聾ρ眼te納)經(jīng)γ繭=2.黃1×0.83林52×301陶.87/(2禿.0×10牲5鼻)×(2.7析×25+0.狗1×25.4橋3/0.04餡15)×0.滅7患=店0.24mm痛<米0.3mm瑞平均裂縫寬毫度蝦W異m督=W著max晉（凱1.66×1基.宵5僚）飲=胸0.096m乎m辮（窩4?。隙茸冃斡嫏谒氵@近似取鋼骨砼揪梁荷載為均勻杏分布。董表蹄4幣臥名稱且公式燈計算結(jié)果惱短期荷載效應(yīng)敬組合下截面抗粒彎剛度蒜B=E什s辟A棉s展h系bo陳2貪/[1.1綿5嫌Ψ旱+0.2+扇6純α愈E宵ρ士/(1+3.槳5宜γ氧′興f摧)]+E勇ss徑I享ss從2.851×話10扯14借N·mm班2孕長期荷載效應(yīng)強組合下鋼筋砼拖部分所承擔(dān)的跨彎矩拔Mrclk=瓶(M萍lk菌/M再k殊)Mrck穩(wěn)446.0k林N·m困長期荷載效應(yīng)罵組合下梁的抗儲彎剛度螺B蓋l節(jié)=Mrck/貢(Mrck+尼0.6Mrc丙lk)×E設(shè)s爪A或s芒h逗bo籍2夜/[1.1捉5態(tài)Ψ輔+0.2+喪6缸γ謎E訓(xùn)ρ面/(1+3.錘5梳γ恭′振f菊)]+E擾ss比I漢ss翠

宿2.254×掌10孟14毅N·mm深2葛（表中砼保護各層厚勾度合c=書25mm亮,扣鋼筋表面形狀灣系趕數(shù)添γ輩=0.怠7形）浸Δ勻s=5/48參×M般lk較l陽2敵/B攻l跳=5/48×脾(578.2養(yǎng)×10廣6湊)/(2.2輕54×10海14寸)×1195知5脹2燃=汽38.2mm捧Δ惜s/l=38群.2/119凡55=0.0射032=3.漠2半‰偶，理論上滿足保要求。藝設(shè)計中，分析稿外挑結(jié)構(gòu)在荷監(jiān)載及地震作用鳳下推力或拉力償對梁不利影響慚，計算過程中翻梁端假定為簡漁支，為平衡鋼缸骨產(chǎn)生的拉力蜂，需加配鋼骨栽梁受力負筋；應(yīng)另受梁高限制庭，鋼骨砼保護干層厚度小于臨蓋界厚型度蜘c鍛cr扭=0.25b旺f碌t潮1/21/2止=迅106.1m兇m盆，設(shè)置錨固連魚接件（通常采凍用圓柱頭焊釘炎，按鋼－砼組隔合梁要求驗算巾，以增強型鋼姨與砼連接面上桶的粘接強度，汪限篇幅，從略跑）艷。定然梁端節(jié)點因凝按隨“猾鋼骨規(guī)掩程悟”謎對鋼骨梁與鋼饅骨梁暫無明確古規(guī)定，遵循鋼養(yǎng)骨腹板部分設(shè)繭置鋼筋貫穿孔嶼時，截面缺損賓率不應(yīng)超過腹網(wǎng)板面積坊的惜20安%心，主筋不得與疤鋼骨直接焊接辱的要求。索此工程于攻二名OO康O舟年十月開工，滑二畝O騾O石一年八月封頂緊、并主體驗收瓣，殖二站O灶O害二年五月投入易使用，建筑從過建設(shè)至今，經(jīng)蹈觀測，鋼骨梁房柱無裂縫，撓超