倒T型钢混凝土梁设计计算方法初探

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1、倒T型钢混凝土梁设计计算方法初探李明伟，王泽云，罗述娟(西华大学建筑与土木工程学院，四川成都610039)摘要：利用钢骨混凝土梁的设计原理，在工字型钢骨混凝土梁计算理论的前提下，采用变形协调模型，推导了采用倒T型钢混凝土梁的正截面抗弯设计及斜截面抗剪设计。并通过具体的实例，对比倒T型钢梁与钢筋混凝土梁的总用钢量。表明倒T型钢混凝土梁受力较工字型钢混凝土粱及钢筋混凝土要好以及采用的理论公式的正确可行的，为组合结构设计提供参考。关键词：钢骨混凝土；倒T型钢；抗弯承栽力；抗剪承载力：总用钢量中图分类号：TU375文献标识码：B文章编号：1672—401l(2010)06—0038—03O前

2、言随着我国经济建设的快速发展，人们对物质生活得要求越来越高。传统的结构模式已经不能够完全满足人们日益增加的物质需要。这给我们建筑结构提出了新的挑战。在众多的结构模型下，钢骨混凝土因其承载力高，延性好，耐火性好，施工速度快等特点越来越受到关注。早在20世纪初，美国已经着手研究了，13本在1950年颁布的建筑基本法，要求6层以上的建筑物采用钢骨混凝土，1953年要求7层以上，1970年要求8层以上。我国在20世纪50年代从苏联引进钢骨混凝土结构，并在工业厂房中应用，后来一度因为钢材的原因而中断。在最近的20年里，随着经济的发展，这种结构又在建筑领域迅速的发展起来，1995年建成的北京香格

3、里拉饭店，便采用了这种结构；1992年建成的深圳八一大厦也采用了钢骨混凝土等等。钢骨混凝土在我国的迅速发展，离不开我国老一辈建筑结构专家们的潜心研究，刻苦专研，为我们钢骨混凝土发展提供了可靠地技术支持和规范要求。对于钢骨混凝土梁的研究，在我们的现行的结构设计手册中普遍采用的是工字型钢、热轧H型钢作为钢骨，并且具有了一套完整的设计理论。我们在分析理论中发现，无论采用工字型钢还是H型钢，其上翼缘对梁正截面抗弯及斜截面抗剪的贡献都不明显，而其用钢量却占用很大部分。因此本文在原有理论的前提下，利用变形协调模型，忽略工字型钢上翼缘形成倒T型钢梁进行了近一步的分析。1采用倒T型钢作钢骨混凝土梁抗

4、弯承载力设计1．1计算的基本假定首先明确计算理论的基本假设(采用极限状态时的应变和应力状态为依据)⋯：(1)截面符合平面假定。变形前截面为平面，变形后仍保持为平面，并不考虑钢骨与混凝土的滑移；(2)不考虑混凝土的抗拉强度；(3)混凝土受压区的应力曲线为抛物线分布，理论计算采用等效矩形图形，应力取最大压应力，应力块高度取实际的80％，混凝土极限应变取0．0033；(4)钢筋、钢骨的应力取其应变与弹性模量的乘积，考虑到钢骨的利用程度，可以取其设计强度的0．9倍折减系数；(5)钢骨混凝土梁的界限相对受压区高度可按混凝土结构设计规范计算。，一算6一一Q：墨“一7lo一，．0．眠，1+6丽霭式

5、中‰一界限受压高度；k一受拉钢骨和受拉钢筋合力作用点至混凝土受压区最外边距离；厶一钢骨受拉、受压设计强度。1．2抗弯承载力计算假设中和轴经过倒T型钢腹板，此中情况下，极限状态下认为钢骨屈服，受压混凝土达到极限应变值。受压混凝土C。=6玩Z。T型钢下翼缘受拉屈服％=A晡以钢骨腹板受拉L=(h。+a。一靠一tz)f。丘钢骨腹板受压C。=(‰一q)￡工受拉钢筋屈服z=ay,根据内力平衡条件秘=0，可算出中和轴高度c。+C。：％+L+rbkxZ。+(算。一att)t。厶=A驴■+(^。+口。一膏。一0)t。f，+aZ(6耄厶+2￡。，0)x。=EA矿+(h。+口。一tz)t。l厶+A，[A玎

6、+(h。+2a。一o，)t。l疋y+AZXn一(bkfc．+2‘工)备0可律盏士n百坐l图1§盯。；／目听。自O'tw目目因此在靠>q且茗。≤彘h。时，截面抗弯承载力为M≤(ho一0．5x。)bkf,．x。+(ho—o．鼠。一o．5口。)(％一a。)￡。／I如果靠<口。，考虑中和轴不经过型钢腹板则考虑型钢全部受拉，同样根据内力平衡条件班=0，可算出中和轴高度。C。=z0+L+zbkx，Z。=A蟮■+(h。一t，)￡一J0+AZ菇：垒厶±咝二生生厶±墨』4bkf．,在茗。矗ho时，取x。=彘

7、Ilo，计算

8、。止图2三≥a盯c=／目m-目目2采用倒T型钢作钢骨混凝土梁抗剪承载力设计2．1抗剪承载力公式型钢混凝土斜截面受剪承载力可由三部分构成，混凝土自身抗剪承载力，型钢腹板抗剪承载力(考虑型钢翼缘对抗剪的贡献不大，可忽略翼缘部分的抗剪承载力)，箍筋抗剪承载力。表达式如下：V=屹+矿．+吃式中E一混凝土自身抗剪承载力；K一型钢腹板抗剪承载力；·k一箍筋抗剪承载力。对于混凝土抗剪承载力E=q疋6^o对于腹板抗剪承载力(考虑腹板受剪全截面屈服)V．=毹t。h。·对于箍