型钢混凝土柱设计应用实例探讨

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1、型钢混凝土柱设计应用实例探讨　　本文通过绿宝广场工程设计实例简介型钢混凝土柱结构设计，着重说明其在大跨度结构中应用的设计思路，以及节点构造和有关施工技术要求。　　一、工程概况　　由混凝土包裹型钢做成的结构被称为型钢混凝土结构，因为型钢混凝土的承载力高、刚性大并且具有良好的延性和耗能性能，在欧美和日本等国家被广泛应用。型钢混凝土结构被简称为SRC结构，现在已和钢结构、木结构、砌体结构以及钢筋混凝土结构并列为五大结构之一。其中实腹式型钢混凝土构件具有较好的抗震性能、节约钢材、提高混凝土利用系数、施工方便等优

2、点，在我国的工程建设中得到广泛应用。本文将主要介绍型钢混凝土柱的设计方法及构造要求，通过绿宝广场工程设计实例，具体说明其计算和使用，供类似工程设计时参考。　　绿宝广场位于苏州市高新区长江路与邓蔚路口，一期工程总建筑面积约万m2。该建筑通过设置抗震兼沉降缝分为结构相对独立的三部份，分别为不夜城商场、带酒店式公寓的商场及商场三部份。不夜城及商场为地下二层地上4～5层建筑，总高约为25m；带公寓的商场为地下二层地上商场4层，商场上公寓为9层，总高约为50m。在不夜城与商场之间设计了一个跨度31米的连廊，该连廊

3、由型钢混凝土柱、钢梁和组合楼板组成，平面布置见图1。　　　二、结构特点及理论计算方法　　型钢混凝土柱是钢柱和钢筋混凝土柱二者的组合结构，实腹式型钢通常采用工字形、口字形，截面材料的选用主要是依据现行国家标准“钢结构设计规范”和“高层民用建筑钢结构技术规程”，保证构件具有足够的塑性变形能力，其屈服强度不宜过大，伸长率应大于20%；钢筋混凝土按照“混凝土结构设计规范”要求实施。　　在型钢混凝土结构的设计方面，我国原冶金工业部和建设部分别于1998年和XX年制定了两部相应的行业标准。《钢骨混凝土结构设计规程》

4、的特点是以日本规范模式为基础，忽略了型钢和混凝土之间的粘结作用，按叠加原理建立承载能力和刚度的计算公式，工程实际应用比较方便，计算简单，可操作性强，带有浓厚的“设计”气息，但计算结果偏于保守，容易造成浪费。《型钢混凝土组合结构技术规程》的特点也是以钢筋混凝土理论为基础、以试验研究成果为依据建立的，在这套规程中引入了平截面假定，采用极限状态设计法设计，基本上反映了我国目前对型钢混凝土结构研究的最新成果，并且其设计思路基本上与我国钢筋混凝土结构的设计方法相一致，该规程理论依据较为充分、考虑因素全面、计算结果

5、比较准确，但计算公式复杂，带有较浓厚的“学院”气息。目前设计人员常用的结构设计软件是建研院开发的PKPM系列，它在型钢混凝土结构的计算中采用的是《型钢混凝土组合结构技术规程》中的公式和参数。　　　三、型钢混凝土结构的设计要点　　采用型钢混凝土是解决大跨度结构稳定的重要技术措施，绿宝广场设计采用型钢混凝土柱的截面为1200x800mm，在风荷载作用下的最大弹性层间位移角为1/649，如果采用钢筋混凝土柱，在满足规范最大弹性层间位移角1/550的前提下，计算柱截面需XXx1200mm，无法满足建筑设计的空间

6、要求。型钢柱的计算首先应确定型钢的截面形式，预定型钢柱的型钢含钢率，带入SATWE程序中进行整体计算，并根据计算结果调整含钢率。在型钢混凝土结构设计中需要注意的几个问题如下：　　、型钢的含钢率　　关于型钢混凝土构件的最小和最大含钢率，目前没有统一的认识，但当计算型钢含钢率小于2%时，可以采用钢筋混凝土构件，而没有必要采用型钢混凝土构件。当型钢含钢率太大时，型钢与混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全发挥，且混凝土浇注施工也有困难。因此，在冶金部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》中将型钢含钢率定为

7、2%～15%。一般说来，较为合理的含钢率为5%～8%。而在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》中将型钢含钢率定为4%～10%。在绿宝广场型钢混凝土柱的设计中，考虑到建设单位尽量节约钢材，控制造价的要求，经过反复计算，型钢柱的含钢率确定为5%。　　、型钢的宽厚比　　钢板的厚度不宜小于6mm，一般为翼缘板20mm以上，腹板16mm以上，但当钢板厚度大于36mm时，钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》中的Z15级的规定。这是因为厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性，由于在

8、焊缝附近常形成约束，焊接时容易引起层状撕裂，焊接质量不易保证。型钢的宽厚比应满足规范的要求，本设计中柱内型钢的断面尺寸如图2。　　、型钢的混凝土保护层厚度　　根据规范规定，对型钢柱，混凝土最小保护层厚度不宜小于120mm，对型钢梁则不宜小于100mm。　　、要重视型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁在构造连接上的配合协调问题　　绿宝广场设计中，因连廊下有两层混凝土结构地下室，型钢混凝土柱在地下室范围存在与钢筋混凝土梁的连接，梁内钢筋遇柱内型钢锚固需要