1、型钢混凝土结构构件的研究【摘要】在我国工程工业发展迅速的背景下，各种工程技术不断创新，不断拓展，在其各自领域都有了长足的进步。本文主要研究有关型钢混凝土结构的信息，型钢混凝土的研究国内外都以持续很久一段时间，特别是欧美国家的研究已相对成熟，我国该技术发展也已突破各个重大关卡，逐步迈向国际舞台。 【关键词】型钢混凝土；结构构件；研究；发展 中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号： 一、前言 我国国内的建筑大多采用的是钢筋混凝土结构，其优良特性使得各个工程施工中对混凝土青睐有加。而随着国家的发展，建筑技术的提升，原有的混凝土已不能满足需求，型钢混凝土作为强度较高的特点恰恰符合发展的需要
2、，在现代建筑中独树一帜，逐渐成为主流工程原料，下面我们来详细介绍一下型钢混凝土。 二、型钢混凝土结构构件研究 1.型钢混凝土结构是指在型钢外围配置钢筋并浇筑混凝土的结构, 是组合结构的一种形式。这种结构在各国有不同的名称, 在英、美等西方国家将这种结构叫做混凝土包钢结构。在日本则称为钢骨钢筋混凝土结构。在苏联则称为劲性钢筋混凝土。我国过去也采用劲性钢筋混凝土这个名称。与钢结构相比, 型钢混凝土结构不仅能节约钢材、降低造价; 而且混凝土对其中的型钢能提供很好的保护, 从而有利于防火、防腐和防锈。另一方面, 由于型钢混凝土构件比钢结构构件刚度大得多, 所以在超高层建筑和高耸结构中采用型钢混凝土结构
3、和在下部局部采用型钢混凝土结构, 可以克服高层及高耸钢结构变形过大的缺点。与钢筋混凝土结构相比, 型钢混凝土结构具有强度高、刚性大、延性好的特点, 因而特别适应于地震区的建筑, 尤其是高层及超高层建筑。 发展历史 尽管我国自上个世纪 50 年代已经开始应用型钢混凝土结构, 但是我国科技工作者对型钢混凝土结构的研究始于上个世纪 80 年代中期。冶金部建筑研究总院进行了型钢混凝土轴压短柱、偏压长柱和型钢混凝土梁的试验研究, 西安建筑科技大学组合结构研究所进行了型钢混凝土梁柱的抗剪和反复加载试验, 并进行了该种梁柱节点的试验研究。进行型钢混凝土结构研究的单位还有建设部建筑科学研究院、北京市建筑设计院
4、、同济大学、西南交通大学、清华大学、武汉工业大学等二十多个高等院校和科研院所。兴起了我国对型钢混凝土结构研究的第一次热潮。八十年代以后, 我国推行对外开放对内改革的政策, 建筑业呈现一片欣欣向荣的气象, 型钢混凝土又一次在我国兴起。 发展现状 目前, 我国高层建筑多采用钢筋混凝土框架、框架剪力墙、框架一筒体和筒中筒等形式。而且经常需要在底部若干层获得大空间, 例如布置大的商场、大的展厅等。随着建筑物高度、跨度的不断加大, 传统的建筑结构已不能完全适应这种发展的需要。同时传统建筑为了满足轴压比限值和抗震承载能力要求,底部楼层经常采用截面尺寸较大的/胖柱 0导致建筑使用空间明显减少, 影响室内观瞻
5、, 并容易形成短柱。型钢具有高强度和大变形的特点, 将型钢埋入高强混凝土的型钢混凝土结构, 型钢与混凝土之间通过粘结力和剪切粘结件使他们紧密地结合在一起, 充分发挥型钢的特点, 避免其缺点。型钢混凝土结构能极大的减小截面面积和自重。为了有效改善和优化钢筋混凝土结构抗震性能, 高层建筑采用型钢混凝土结构,还可以较好的实现建筑使用功能、结构抗震性能和结构经济指标三者之间的协调统一。型钢混凝土结构是我国建筑行业十项推广技术之一和建筑结构“十五”规划重点推广应用方向, 在我国未来的建筑领域具有良好的发展前景。 适应我国经济发展形势的需要, 应加快型钢高强混凝土结构的研究与应用。随着我国经济水平的发展及
6、城市人口的增长, 高层与超高层建筑在我国的发展越来越快。对于这样的高层与超高层建筑, 若采用传统的钢筋混凝土结构与型钢混凝土结构, 必然会加大构件断面, 增加结构自重, 从而减少房间的有效使用面积并不利于结构抗震。若采用型钢高强混凝土结构, 就能使这些不利因素得以改善。因为后者比前者具有更高的承载力, 在相同的情况下,构件的断面可以大大减小, 从而更加经济实用。而且, 采用高强混凝土还有不利的一面, 即与普通混凝土相比, 高强混凝土脆性性质更加突出, 在地震作用下的延性不如前者。因此, 如何在保证型钢高强混凝土结构承载力的同时, 采取有效措施, 来提高其在地震作用下的变形能力, 就是我国科技工
7、作者需要研究的课题。 4.我国型钢混凝土设计方法 在试验及理论研究的基础上，对于 SRC 结构的设计方法，我国学者也提出了多种计算方法，反映在规范规程上，有冶金部的 YB9082297 钢骨混凝土结构设计规程（以下简称钢骨规程 ）和建设部的JGJ13822001 型钢混凝土组合结构技术规程（以下简称型钢规程 ） 。钢骨规程参照日本规范的叠加方法，进一步提出了较为准确的轴力分配方法，称为改进简单叠加法。改进简单叠加方法与理论方法和一般叠加法基本吻合。在钢骨规程中，无论是构件的承载力计算还是刚度、裂缝验算，均采用叠加原理，原理清晰，计算简单。在型钢规程中，构件的承载力计算采用平截面假定，钢骨与混凝
8、土变形协调，通过构件内里平衡方程求解构件承载力。在承载力计算中，公式复杂，适合于已知各配筋条件的承载力验算，而已知内力求配筋则计算复杂。刚度计算采用钢筋混凝土与型钢钢骨两部分刚度叠加的方法，与钢骨规程相近，计算公式有差异，在长期刚度的计算中，混凝土收缩、徐变的影响仅考虑混凝土部分的影响，但型钢规程中没有区分钢骨部分和型钢部分，公式中用的是整体刚度。受弯构件裂缝计算两者也不一致型钢规程中将型钢受拉翼缘简化为等效钢筋，并考虑型钢腹板的部分影响；钢骨规程中采用叠加原理，通过弯矩分配，计算混凝土部分承担的弯矩，在考虑型钢受拉翼缘影响的基础上，计算裂缝宽度。综上所述，两者在计算原理上存在差别钢骨规程采用
9、的是叠加原理，而型钢规程中除刚度计算、抗剪计算也采用叠加原理外，压弯承载力计算和裂缝计算是将型钢受拉翼缘等效为钢筋，按平截面假定计算。 5.型钢混凝土的优点 在相联同的截面积尺寸下, 型钢混凝土结构构件的承载力可高于钢筋混凝土构件的一倍以上, 在高层建筑中, 构件截面的减少可以增加建筑的使用面积和层高, 同时也减轻了自重, 经济效益可观。型钢混凝土结构韧性大, 延性好, 抗震性能较钢筋混凝土结构大为提高。框架梁柱节点抗震性能得到显著改善。稳定性好, 外包混凝土对型钢有较强的约束作用, 可以防止型钢的局部屈曲, 提高型钢骨架的整体刚度和抗扭能力。对大气温度变化感觉迟钝, 温度变形小。型钢埋置于混
10、凝土内, 增加了截面的最小回转半径及整体稳定性。型钢混凝土结构较之钢结构框架可以节省钢材约 50%。 6.发展要求 无论是用传统方法还是优化方法对型钢混凝土结构进行设计，都要求设计具有丰富的工程经验。这些经验从结构选型到确定初始截面都会很有帮助。根据设计者的经验选取合适的初始点，会因其对收敛速度的影响，使计算的工作量减少，从而加收敛过程。对于型钢混凝土框架梁，由于沿梁长度的内力有较大的差别，故对其进行分段优化，但是其变截面点的位置和变截面节点的构造及其受力性能还需进一步研究。 三、结束语 型钢混凝土结构构件的研究还有一段很长的路要走，还需要做出更多的努力，不断优化，不断创新。为了准确对型钢混凝土结构进行分析，要借助数学以及物理模型，建立合适的刚度、强度研究函数，对已有经验进行验证和创新。随着混凝土在建筑中应用度的不断提升，混凝土的研究逐渐走向了系统化，科学化，由单一型研究转变为混合多变型研究，逐步走向成熟。 参考文献： 1中国建筑科学研究院主编型钢混凝土组合结构技术规程 2006 2劲性钢筋混凝土结构设计指南 苏联电力部出版社 2009 3钢骨混凝土结构设计规程冶金工业出版社 2007 4赵鸿铁 潘泰华 姜维山 周起敬 型钢混凝土构件的强度计算建筑结构学报 20091
