型钢溷凝土组合结构的设计

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1、型钢混凝土组合结构的设计前言近年来，随着我国建筑业的快速发展，型钢混凝土组合结构在各种工程结构中得到了更为广泛的应用。在大跨度建筑、高层以及超高层建筑工程中，型钢混凝土组合结构体现出了比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越的特性。一、概述型钢混凝土组合结构的特性是在型钢结构的外面有一层混凝土的外壳，过去也采用劲性钢筋混凝土结构这个名称。型钢混凝土组合结构构件中除配置型钢外，一般还应配置普通纵向钢筋和箍筋。在型钢混凝土组合结构构件中型钢可以分为实腹式和空腹式两大类。空腹式型钢比较节省材料，但制作费用较多，实腹式型钢制作简便，承载能力大。型钢混凝土组合结构具有以下优

2、点：1.型钢混凝土组合结构承载力高，刚度大，截面小，更能满足高层及超高层建筑的要求。2.型钢混凝土组合结构施工速度快，工期短。3.型钢混凝土组合结构的延性好，抗震性能更加优越。4.型钢混凝土组合结构的耐久性和耐火性均好于钢结构。5.型钢混凝土组合结构与钢结构相比，可大大的节约钢材。型钢混凝土框架比钢框架可节省钢材达50%或者更多一些。二、型钢混凝土的材料性能和一般构造要求：1.型钢：型钢混凝土构件的型钢材料宜采用牌号Q235的碳素结构钢以及Q345的低合金高强度结构钢，其质量标准应符合现行国家标准，钢材性能要求应满足抗拉强度、伸长率、屈服点、硫磷含量、冷弯

3、实验、冲击韧性合格的要求。若用于地震区，应具有良好的延性，钢材的极限抗拉强度和屈服强度不能太接近，其强屈比不小于1.2。型钢混凝土组合结构构件中的型钢板厚不宜过薄，以利于焊接和满足局部稳定要求，厚度不宜小于6mm。由于型钢受混凝土和箍筋的约束，不易发生局部压屈，因此，钢板的宽厚比可大致比纯钢结构放松1.5~1.7倍，其宽厚比应满足表1的要求：表1.型钢钢板宽厚比限值钢号梁柱baf/tfhw/twbaf/tfhw/twQ235<23<107<23<96Q345<19<91<19<81满足宽厚比限值时，可不进行局部稳定验算。在型钢混凝土组合结构构件中，采用作为

4、抗剪连接件的栓钉，不得采用短钢筋代替。2.钢筋和混凝土：型钢混凝土组合结构中的纵向钢筋和箍筋宜采用延性较好的热轧钢筋，其纵向受力钢筋直径不宜小于16mm，纵筋与型钢的净间距不宜小于30mm，其他构造要求均应满足国标《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）的要求。为了充分发挥型钢混凝土组合结构中型钢的作用，混凝土强度等级不宜小于C30。为便于混凝土的浇筑，规定混凝土最大骨料直径小于型钢外侧混凝土保护层厚度的1/3，且不宜大于25mm。3.混凝土保护层厚度：型钢混凝土构件中对钢筋的混凝土保护层厚度要求与钢筋混凝土结构相同，对型钢也有一定的混凝土保护层

5、厚度的要求，这是为了防止型钢发生局部压屈变形，保证型钢、钢筋混凝土相互粘结而整体工作，也是为了提高型钢混凝土结构的耐火性和耐久性。具体构造见图1图1.型钢混凝土构件中混凝土保护层最小厚度三、型钢混凝土梁1．正截面承载力计算：空腹式型钢混凝土梁的受弯性能与钢筋混凝土梁基本相同，在进行正截面承载力计算时，可分别将其上弦型钢和下弦型钢作为纵向钢筋考虑，计算方法与钢筋混凝土受弯构件相同。其中斜腹杆承载力的竖向分力可作为受剪箍筋考虑。实腹式型钢混凝土梁的正截面受弯承载力计算（详见公式（1）），是把型钢翼缘作为纵向钢筋的一部分，在平衡式中增加了型钢腹板受弯承载力项Ma

6、w和型钢腹板轴向承载力项Naw。Maw、Naw的确定是通过对型钢腹板应力分布积分，再做一定的简化得出的。公式（1）：其中：、为型钢抗拉、抗压强度设计值。、为型钢受拉、受压翼缘截面的面积实腹式型钢混凝土梁的破坏始于受压区混凝土的压碎，其保护层剥落的范围和程度均大于钢筋混凝土梁，延性好于钢筋混凝土梁，荷载-挠度曲线进入下降段后，可经历较大的变形，同时保留了相当的承载力；未设置剪力连接件的型钢混凝土梁，在荷载达到极限荷载的80%以前，可以保证型钢与混凝土整体共同工作，在荷载达到极限荷载的80%以后，型钢与混凝土的变形不能协调一致。设有剪力连接件的梁方能保证型钢与

7、混凝土的整体共同工作。2.斜截面承载力的计算：型钢混凝土梁在剪力作用下的破坏过程与钢筋混凝土梁比较有以下特点：（1）由于实腹式型钢具有较大的刚度，在梁中腹板又是连续分布的，所以能够较好的抑制斜裂缝的开展。（2）由于实腹式型钢对斜截面抗剪的贡献，使型钢混凝土梁的抗剪承载力明显高于钢筋混凝土梁。（3）型钢混凝土梁在剪力作用下破坏时表现出较好的延性。从型钢腹板屈服至达到极限承载力，经历了较长的发展过程，达到极限承载力之后，承载力的下降过程也较缓慢，这与钢筋混凝土梁的剪切脆性破坏是明显不同的。型钢混凝土梁斜截面的破坏形态，有三种。（1）当剪跨比较小（λ<1.5）或

8、含钢率较大时，发生斜压破坏。防止斜压破坏由截面控制条件来保证。通过