型钢混凝土设计效果的可靠性探究.doc

1、1型钢混凝土设计效果的可靠性探究【内容摘要】近年来，随着型钢混凝土构件研究的深入及计算伦理的逐步成熟，型钢混凝土的研究逐步有构件转向体系，普通混凝土转向高性能混凝土，由单一型钢混凝土体系转向型钢混凝土、混凝土、钢筋预应力技术相结合所产生的结构体系研究。本文首先介绍了型钢混凝土结构及特点，其次比较了型钢混凝土结构设计方法，最后探究了型钢混凝土设计效果优化并提出了建议。 【关键字】型钢混凝土，设计，SRC，结构 1.型钢混凝土结构及特点分析 型钢混凝土组合结构（SRC）是指在混凝土中主要配置型钢，并且配有一定的受力钢筋的结构，是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。钢型分为实腹式和空腹式。实腹式 SR

2、C 构件具有良好的抗震性能，而空腹式 SRC 的抗震性恩能与普通混凝土（RC）基本相同。在日本称之为钢骨筋混凝土结构，在欧美国家称之为混凝土包钢结构，在前苏联则被称为劲性钢筋混凝土结构。钢型混凝土结构承载力高、刚性大，并具有良好的延展性和耗能性，因而特别适用于地震区。 钢型混凝土结构是把型钢埋入钢筋混凝土中，型钢、钢筋、混凝土三位一体整体工作的一种独立结构形式。其受力性能优于这三种结构的简单叠加。与钢相比，SRC 构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，并能提高钢构件的整体刚度。该结构形式比传统的钢筋混凝土结构具有2承载力大、刚度大、抗震性能好的优点；与纯钢结构相比，具有防火性能好，结构局部

3、和整体稳定性能好，节省钢材的优点。 2.型钢混凝土结构设计方法比较 2.1 SRC 结构设计方法 美国的 SRC 结构设计规范均采用极限强度设计方法。对 SRC 构件道德设计方法主要依据换算截面法，对构件强度计算时需要考虑型钢与混凝土之间的剪力传递。日本 AU-SRC 设计规范采用二次设计法。一次设计按照正常使用极限状态设计，二次设计以极限强度验算保证有水平承载能力。这种方法主要以强度叠加为理论基础，忽略型钢与混凝土之间的握裹力。 2.2 SRC 结构强度设计 SRC 的结构强度包括受弯构件强度、受压构件强度、受弯构件抗剪强度、受压构件抗剪强度。美国的 NEHRP，对受弯构件强度与受压构造强度

4、均依据 AISC-LRFD 的规定采用换算截面法，并规定轴向的截面钢材面积不得低于 SRC 全截面面积的 4%。对于受弯构件抗剪强度，只计算型钢抗剪强度，忽略箍筋和混凝土的抗剪强度贡献。对于受压构件抗剪强度，同时考虑型钢和箍筋混凝土的抗剪强度，忽略混凝土剪力强度贡献。日本的 AIJ-SRC 对受弯构件强度与受压构造强度均依据强度叠加原理进行计算，并规定轴向的截面钢材面积不得低于 SRC 全截面面积的 0.8%。对于受弯构件抗剪强度，分别计算型钢和钢筋混凝土的抗剪强度，然后叠加计算。对于受压构件抗剪强度，分别考虑长期与短期荷载效应，即在长期荷载作用下，采用等值换算截面法；在短期荷载作用下分别计算

5、型3钢和钢筋混凝土的抗剪强度然后叠加计算。 3.型钢混凝土设计效果优化及建议 3.1 设计效果优化 在型钢混凝土设计过程中，保证梁节点性能，节点区纵向钢筋应具有可靠的锚固，纵向钢筋宜贯通节点区。构造设计应充分考虑现场施工可操作性，以保证施工质量。例如为减少柱、梁纵向钢筋根数，尽可能选用直径大的钢筋；柱箍筋布置及直径的选择应考虑现场施工的可能性；柱、梁纵向钢筋的排列应预留施工操作空间等。构件尺寸、型钢大小、钢筋排布规则应协调统一。 3.2 设计建议 型钢混凝土柱的结构形式归属于混凝土结构体系。这种结构形式中，型钢混凝土结构刚度发、承载力高、结构整体延性性能好、利于施工等特点不能充分发挥，柱-梁节

6、点构造设计复杂，在确定结构方案和体系时建议慎用。全型钢混凝土框架结构体系构造设计简单、可靠，结构整体性能高。该结构体系在国内外均有较完善的实验研究，其结构性能得到广泛的验证认可，可以充分利用成熟的设计方法及经验，是一种很多发展前景的结构形式。 其实，型钢混凝土结构构件中，型钢和混凝土通过相互粘结强度而协同工作。实验表明，当型钢含钢率较大时，型钢与混凝土之间粘性破坏特性更为显著，构件的极限承载力反而下降。型钢和混凝土的粘结破坏特性完全可以通过增加型钢与混凝土接触面抗剪能力来解决，例如型钢表面设置抗剪性栓钉。因此，建议设计中通过控制型钢截面与钢筋混4凝土截面轴心抗压承载能力比值 0.51.2 为宜

7、。型钢混凝土构件设计时，应充分发挥型钢作用，尽量减少普通钢筋量，普通纵向钢筋含钢率对于柱宜为 0.8%1.0%，对梁宜 0.4%0.6% 。 4.结论 优化后的型钢混凝土柱梁节点构造简单，并且充分考虑了施工可行性，值得在工程实践中推广应用。全钢混凝土框架结构体系能充分发挥型钢混凝土优势，是一种很有发展前景的结构形式。型钢含钢率控制建议型钢截面与钢筋混凝土截面轴心抗压承载力比值 0.51.2 为宜。随着我国经济建设的发展，钢产量不断上升，劳动力费用不断增长，采用型钢混凝土组合结构的优势将更加明显。目前，型钢混凝土结构在我国的应用时间较短，理论与试验研究相对滞后，工程实践中的应用又十分迫切。型钢混

8、凝土结构的研究与应用使土木工程研究焕发出新的生机。同时，型钢混凝土组合结构的研究与应用也会促使钢结构、混凝土结构不断得到发展和提高，从而推动相关学科的快速发展。 【参考文献】 1束天明.型钢混凝土结构构造设计优化与建议J.山西建筑，2012，6（16）. 2郑之俊，王杰光.国内外型钢混凝土结构设计方法比较J.2006（1）. 3吕会文，曲延增.浅谈型钢混凝土结构发展及设计方法的比较J.科技创新导报，2009 . 4练健飞.型钢混凝土组合结构的设计及优化研究现状J.广东建5材，2008（7） 5 于庆荣，姜维山，高永孚，徐天禄.型钢混凝土结构在我国的发展J.天津建设科技，2003， （5）：813. 6范涛.浅谈型钢混凝土结构的特点及应用.四川建筑科学研究J，2004，30（4）. 7王连广，刘之洋.型钢混凝土结构在国内外应用和研究的进展 J .东北大学学报（自然科学版） ，1995 ， （3） ：238. 8姜维山，赵世春，孙慧中，喻磊.型钢混凝土结构构件的研究J.建筑钢结构进展，2002，4（3）：4143.