基于型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析

基于型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析
摘要：型钢混凝土组合结构结合了钢结构与钢筋混凝土结构）的优点，具有构
件截面小、良好的抗震性能、耐久性及耐火性好等优点，越来越多地应用在大跨
度及高层建筑中；但在具体施工中在存在许多难点，通过优化设计方案，采用适
宜的施工方法，解决了型钢与钢筋相交的施工难题。

关键词：组合结构；型钢混凝土结构；钢结构；受力特点
型钢混凝土的组合机构是一种结构行驶，将型钢埋入到钢筋混凝土中，形成
了构建的三位一体的工作态势，包括型钢的延性，钢筋的耗能能力和混凝土的结构。

这种新型结构比传统的钢筋混凝土的结构，在承载力上较高，在刚都上较大，在构建的截面面积上减小，工程构造的功能得到很好的改善，钢结构的抗震性能
得到了加强。

因此整体的稳定性较好，刚才的结构能够不断在侧移中得到减小，
施工过程中的施工何在被减轻，因此不需要大量的模板材料，工期能够得到缩短，经济效益被大大提高。

1、型钢混凝土结构的种类和特点
1.1型钢混凝土结构的种类
通常情况下，型钢混凝土结构按配钢形式的不同可分为实腹式和空腹式（如
图1所示）。

实腹式型钢混凝土组合结构中的型钢主要是工字钢、槽钢、H型钢
或者由型钢和钢板焊接而成。

空腹式型钢混凝土组合结构中的型钢则主要是由角
钢或槽钢构成的空间桁架式骨架。

实腹式型钢混凝土结构构件的强度、刚度和延
性较高，应用广泛，一般用于大中型建筑和高层建筑。

1.2型钢混凝土结构的特点
1）充分利用材料的受力性能，承载力高；2）稳定性好、延性及抗震性能良好；3）施工方便，安全度高，施工周期短；4）经济效益好；5）良好的可塑性
及韧性，有利于采用高强混凝土技术。

2、SRC结构梁柱节点常用施工方法及优缺点
2.1穿孔法
采用型钢穿孔方式，梁纵向钢筋可直接贯通SRC柱，施工简单方便，但钢骨
柱翼缘不宜穿孔且型钢腹板穿孔截面损失率不宜大于腹板面积的25%，当穿孔造
成型钢截面损失不能满足承载力要求时，应采取补强措施；型钢穿孔必须在加工
厂钻孔预留，穿孔直径比钢筋直径大5 ～ 8mm，穿孔精度要求高、节点钢筋密集且穿孔位置不易确定，常因孔位不准确而无法穿筋。

2.2钢筋连接器连接法
钢筋连接器一般采用钢筋套筒，套筒按钢筋数量及间隔排布，占位小，可以
保证柱纵向钢筋上、下贯通。

套筒应在加工厂焊接，定位精度要求高、焊接位置
不易确定，当梁纵向钢筋两端均采用套筒与钢骨柱连接时，钢筋两端不能同时扭
入套筒，需先将梁纵向钢筋在中间截断，分别扭入套筒后通过焊接、套筒冷挤压
等方法进行二次连接。

2.3短钢梁搭接法
在SRC柱与RC梁连接梁端设置短钢梁，RC梁纵向钢筋与短钢梁搭接；短钢
梁的高度不宜小于0.7倍RC梁高，其长度不宜小于RC梁截面高度的2倍且应满
足梁纵筋搭接长度要求。

设置短钢梁施工简便，但在短钢梁末端，RC梁截面承载力和刚度突变，容易发生混凝土挤压破坏；设置短钢梁不但造价较高而且影响柱
纵向钢筋上、下贯通，需在短钢梁翼缘开孔穿筋或采用柱纵向钢筋移位避让措施。

3、型钢混凝土结构与大跨钢结构组合应用分析
3.1工程简介
本文在分析组合应用型钢混凝土结构与大跨钢结构方法时，选取的工程实例
为某学校的文化活动中心，共2层，高度14 m，第1层为餐饮中心，为师生提供饮食、饮料等，第2层为文化活动中心，主要举办篮球比赛等活动。

该工程采用
桩基础作为基础的结构形式，7度抗震防裂，设计时，以0．1 g作为基本的地震
加速度，场地特征周期0．4 S。

由于第2层用途较为特殊，再加上层高，竖向与
水平方向上采用的承载荷载的构件为型钢混凝土柱，顶部钢梁利用钢结构，利用
螺栓连接型钢和钢梁，并进行适当的焊接，以使结构稳定性满足要求。

3.2建立计算模型
建立和计算结构模型时，利用PKPM软件，具体使用的模块包含两个，一个
为钢结构一框架模块，一个为结构一SATWE模块。

为使计算分析工作简便的开展，并且对第2层中间存在的夹层做出充分的考虑后，建立的模型共包含3层，
3.3汁算结果及分析
(1)地震力
计算地震力时，共设计了两种条件，一种为仅考虑水平方向地震作用，一种
为仅考虑竖向地震作用，经结算，结果显示：①仅考虑水平方向地震作用时，1
层地震反应力为608．7 kN、楼层剪力为1i58．9 kN、剪重比为2．9％、弯矩为
13 258．9 kN／m，2层地震反应力为365．8 kN、楼层剪力为840．2 kN、剪重比为4．1％、弯矩为6 874．8 kN／m，3层地震反应力为584．7 kN、楼层剪力为584．7 kN、剪重比为5．6％、弯矩为2 985．9 kN／m。

②仅考虑竖向地震作用时，1、2、3层的地震反应力分别为843．7 kN、552．9 kN、782．5l(N，楼层剪
力分别为1 398．8 kN、1 089．7 kN、782．5 l(N，剪重比分别为3。

5％、5．5％、7．6％，弯矩分别为16 555．7 kN／m、8 945．7 kN／m、3 999．6kN／m。

通过
以上数据可知，地震作用下，最大的剪力及弯矩均发生在楼底层，剪重比也处于
规范范围内。

(2)位移
在水平方向偶然偏心地震作用下，最大位移出074现在楼层中，而竖向双向
地震作用下，最大位移也出现在楼层中，这其中，与地震作用相比，风荷载作用
比较小，因此分析位移时未将其作为考虑因素。

经计算，在水平方向上，l、2、3
层最大层间位移分别为3．7mm、4．6mill、4．3mm，平均层间位移分别为1．9 inm、3．0 into、3．1 film，最大层间位移角均为1／1 059；在竖向方向上，1、2、3层最大层间位移分别为1．9mm、2．6mm、3．1inm，平均层间位移分别为
0．9 mm、2．5lllIIl、3．0 mm，最大层间位移角均为1／1 579。

以上数据显示，
本工程的位移值均在规定范围内，符合工程要求。

4、详细构造
工程实际施工过程中，为使结构具有良好的安全性及稳定性，必须要可靠的
连接型钢混凝土柱与钢梁，本工程实际施工时，采取的连接方式主要包含三种：
型钢混凝土中柱连接钢梁；型钢混凝土角柱连接钢梁；型钢混凝土边柱连接钢梁，采用上述三种连接方式后，均能保证连接的可靠性，并将工程的抗震能力明显提升，达到工程要求。

5、结语
型钢混凝土结构作为一种新型的结构形式，具有诸多的优点，广泛的应用于
建筑工程当中，提升了建筑工程施工的质量，组合应用型钢混凝土结构与大跨钢
结构时，应以实际的工程要求为依据，科学的设计具体的型钢混凝土结构与钢梁
的连接形式，以将建筑物的抗风抗震能力提升，减少建筑物使用时发生的位移，
保证建筑物的使用安全。

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