第9章 钢骨混凝土结构

20.2 钢骨与混凝土的共同工作
在钢骨混凝土结构中，钢骨与外包混凝土能否协
调变形，是两者共同工作的条件。
对于钢骨混凝土梁，试验表明，当钢骨上翼缘处 于截面受压区，且配置一定构造钢筋时，钢骨与
混凝土能保持较好的共同工作，截面应变分布基
本上符合平截面假定。
钢骨混凝土梁
钢骨混凝土偏心受压构件
对于剪跨比较小的框架柱，当
1）截面应变分布符合平截面假定，型钢与混凝土之间无相
对滑移； 2）不考虑混凝土抗拉强度；
3）取受压边缘混凝土极限压应变0.003，相应的最大压应力
取混凝土轴心受压强度设计值 4）型钢腹板的应力图取为拉、压梯形应力图形。设计计算 时，简化为等效矩形应力。 5）钢筋应力等于其应变与弹性模量的乘积，但不大于其强 度设计值
大连远洋大厦
内筒为钢筋混凝土，
外框自下而上为RC-SRC-S结构。
大连远洋大厦
内筒为钢筋混凝土， 地上51层，地下4层， 外框自下而上为RC(6 层)-SRC-S结构，SRC 核心筒。
第20章 钢骨混凝土结构
20.1 概述
Steel Reinforced Concrete 型钢混凝土 劲性钢筋混凝土 Encased Concrete
（1）剪跨比 • 集中荷载作用下，剪跨比反映了梁中弯、剪应力之比 – 剪跨比较小时，剪跨段内正应力较小，剪应力起控制作 用。型钢腹板在近似纯剪应力状态下达到屈服强度，混 凝土短柱发生剪切斜压破坏。 – 剪跨比较大（1.5～2.5），剪跨段内正应力较大 剪压破坏、剪切粘结破坏 – 剪跨比（>2.5）时，梁的承载力往往由弯曲应力控制， 一般发生弯曲破坏 – 型钢混凝土梁不会发生斜拉破坏，型钢腹板可以有效阻 止斜拉裂缝的产生。
与钢筋混凝土结构相比
使构件的承载力大为提高； 实腹式钢骨的钢骨混凝土构件，受剪承载力有很大 提高，大大改善了结构的抗震性能。正是由于这一 点，钢骨混凝土结构在日本得到广泛的应用；
钢骨架本身具有一定的承载力，可以利用它承受施
工阶段的荷载，并可将模板悬挂在钢骨架上，省去 支撑，这有利于加快施工速度，缩短施工周期，如 在多高层结构的施工中不必等待混凝土达到强度就 可以继续进行上层施工。
我国
我国因SRC结构的用钢量较大，20世纪80年代以前 未进行广泛的应用和研究。 20世纪80年代后期，随着我国超高层建筑的发展， SRC结构也越来越受到我国工程界的重视，开始 进行较为系统的研究，取得一系列研究成果，并 在一些高层建筑工程采用了SRC结构。 经过几年的研究和工程应用实践，参考日本标 准，1998年我国冶金工业部颁布了我国第一部《钢 骨混凝土结构设计规程YB9082-97》。 主要包括内含实腹式钢骨的钢骨混凝土梁、柱、 剪力墙及其连接的设计计算规定。
第9章 钢骨混凝土结构
9.1 概 述
钢骨混凝土结构的特点
金茂大厦
核心筒体-钢巨型桁架-钢 骨混凝土巨型组合柱体系
19.1 组合梁的基本概念
金茂大厦
核心筒体-钢巨型桁架-钢 骨混凝土巨型组合柱体系
深圳地王大厦
钢骨混凝土核心筒结构； 外钢框架结构，26根箱型钢柱通过钢梁、 钢斜撑与核心墙连接。 楼面铺设压型钢板后浇筑砼。结构平面 尺寸68.25m×35.5m，结构高度303.75m。
欧洲
在20世纪20年代，西方国家的工程设计人员为满 足钢结构的防火要求，在钢柱外面包上混凝土， 称为包钢混凝土（Encased Concrete）结构。 起初，包钢混凝土柱仍按钢柱设计。 40年代后开始意识到外包混凝土对提高钢柱刚度 的有利作用，考虑折算刚度后仍继续沿用钢柱设 计方法。该方法一直沿用，并编制到1985年欧洲 统一规范EC4《组合结构》。
日本
20世纪20年代，在一些工程中开始采用SRC结构。 1923年在东京建成的30m高全SRC结构的兴业银 行，在关东大地震中几乎没有受到什么损坏，引 起日本工程界的重视。 1951年开始对SRC结构进行了全面系统的研究， 1958年制订了《钢骨钢筋混凝土结构设计标准》。 到1987年又经过三次修订，基本形成较为完整的设 计理论和方法——叠加方法。 日本持续研究和发展SRC结构，主要是由于日本 是多地震国家。SRC结构以其优异的抗震性能， 在日本得到广泛的应用。
内部钢骨与外包混凝土形成整体、共同受力，其受 力性能优于这两种结构的简单叠加。
与钢结构相比
外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲； 提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件出平面扭 转屈曲性能； 使钢材的强度得以充分发挥； 比纯钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结 构的变形； 外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。最初， 欧美国家发展钢骨混凝土结构主要就是出于对钢结 构的防火和耐久性方面的考虑； 一般可比纯钢结构节约钢材达50％以上。
范围大，设计中应通过配置必要的构造箍筋、增加型钢外
围混凝土厚度等措施来提高剪切粘结承载力。 （5）受力过程中，由于受混凝土的约束，在满足宽厚比的 条件下，型钢腹板不会发生局部屈曲，其强度能得以充分 发挥，同时，型钢本身可以承担相当大的剪力，型钢混凝
土梁的斜截面受剪承载力远比钢筋混凝土梁高。
9.5.2 影响斜截面受剪性能的因素
=25mm
=10
dv
=25mm =1.5 粗骨料粒径 d=12mm =25mm，=1.5d =1.5 粗骨料粒径
dv
=30mm，=1.5d =1.5 粗骨料粒径
=50mm 一般取 100mm
第20章 钢骨混凝土结构
梁纵筋贯通孔 间距=2.5d
=50mm，=1.5d =1.5 粗骨料粒径 纵筋 d=12mm
技术规程
• 欧美试验曲线模式（M-N经验曲线）
– 欧洲规范4 – 建设部蔡益燕教授
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• 粘结滑移
– 清华聂建国教授，郭彦林教授 – 西安建大赵鸿铁教授，郝际平教授，薛建阳、 杨勇等
钢骨混凝土的应用有哪些问题需要解决？ 共同工作 受力性能与混凝土构件的异同 轴压承载力计算 正截面承载力计算 斜截面承载力计算 变形、裂缝计算 节点、柱脚连接形式
梁纵筋
dv
=10 dv
=50m 一般取 150mm
=25mm
=25mm =1.5 粗骨料粒径
20.3 钢骨混凝土结构的一般规定
20.3 钢骨混凝土结构的一般规定
钢骨板材宽厚比的限制值 b /tf h w /t w h w /tw 钢号 (梁) (柱) Q235 Q345
b tf hw
23 19
应特别注意，SRC结构的配筋构造较为复杂，在 工程设计阶段必须给予细致的考虑，否则将使得 工程施工十分困难。
20.1 概述
发展简况 前苏联，劲性钢筋或承重钢筋，其原意为能承受
一定施工荷载的钢筋。 二战后，为加快恢复重建，采用劲性钢筋来承受悬 挂模板和支撑等施工荷载，以加快施工速度。 1949年，前苏联建筑科学技术研究所编制了《多层 房屋劲性钢筋混凝土暂行设计技术条件( BTY-0349)》。 前苏联50年代又进行了较全面的试验研究，1978年 制订了《苏联劲性钢筋混凝土结构设计指南(СИ378)》。 后来由于省钢目的，主要采用焊接钢桁架、钢构架 和钢筋骨架等作为劲性钢筋（即空腹式钢骨）。
技术规程
• YB 9082－97（钢骨混凝土结构设计规程）
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– 叶列平教授参考了日本和美国的规范
– 日本建筑学会《铁骨铁筋コンクリート计算规准.同解 说》 若林实
• JGJ138－2001（型钢混凝土组合结构技术规程）
– 西安建筑科技大学（姜维山、赵鸿铁、白国良）、西 南交大赵世春等 – 根据实验研究结果，在苏联模式上进行了修正
（2）正截面受弯承百度文库力：
• 把型钢翼缘作为纵向受力钢筋考虑，破坏时上、
下翼缘达到屈服强度fa和fa’
基于平截面假定的计算方法计算较为繁复，但能较好 反映钢材和混凝土的共同作用。简单叠加法计算简单， 但偏于保守
9.5 斜截面受剪承载力 9.5.1 斜截面受剪性能和破坏形态 • 破坏形态主要有三种类型：
b
107 91
96 81
hw
tw
b
hw
tw
tw
tw b
hw
9.4 正截面受弯承载力 9.4.1 梁的受弯性能： • 在最大承载力之前，梁中型钢截面的应变分布与外包混凝土 截面的应变分布基本协调一致，中和轴重合，且接近于直线 分布，表明型钢与外包混凝土的粘结作用在最大荷载之前一 般不会被破坏。 • 仍可以假定梁截面中型钢与混凝土的应变符合平截面假定。 • 型钢偏置: – 交界面处可能发生相对滑移 – 接近破坏时交界面附近将产生较大的纵向裂缝 – 混凝土压碎高度较大，延性较差 – 应设置足够数量的抗剪连接件。 • 设置足够的抗剪连接件后，受力过程中基本上符合平截面假 定，破坏时型钢上翼缘与混凝土的交界面并无明显纵向裂缝。
应变符合平截面假定，承载力可采用混凝土结构
的计算方法； 3）采用钢筋混凝土的矩形应力图方法： • 取受压区混凝土的应力分布为等效矩形应力图， 型钢的应力图按全塑性假定简化为双矩形应力图，
同时又考虑到其误差，计算中型钢的设计强度乘
以折减系数（0.9）。
9.4.3 以平截面假定为基础的计算方法： （1）基本假定：
9.3 钢骨混凝土结构的一般规定
钢骨混凝土结构的配筋构造有其特殊之处，应给 予特别的重视。 在配筋构造设计中，应考虑以下几方面问题：
钢骨与其他钢筋的相互关系及其配筋顺序； 混凝土的浇筑密实性； 结构的耐久性和耐火性； 预期受力性能——塑性区和非塑性区。
钢骨混凝土梁、柱构件中，钢骨的含钢率不小于 2%，也不宜大于15%，合理含钢率为5%~8%。
剪切斜裂缝
受剪较大时，易产生剪切粘结
破坏，使钢骨与外包混凝土不
能很好地共同工作，导致混凝 土较大范围剥落，承载力下
剪切粘结裂缝
降，影响破坏后的变形能力。
增加配箍可以提高粘结破坏承
载力。
在配置一定纵筋和箍筋的情况下，钢骨与外 包混凝土可较好地共同工作，在破坏阶段外 包混凝土也不会产生严重剥落，钢骨的塑 性变形能力可以得到充分发挥，承载力不会 显著下降。 因此，为保证外包混凝土与钢骨的共同工 作，必须在外包混凝土中配置必要的钢筋。
• 型钢混凝土与钢筋混凝土梁的受剪性能：
（1）斜裂缝出现时。实腹式型钢具有较大的抗剪刚度， 而且在梁中腹板是连续分布的，对斜裂缝的开展起着 较好的抑制作用。 （2）斜裂缝出现后，型钢腹板的贡献使梁的受剪承载
力大为提高。
（3）具有较好的延性破坏特征。
（4）可能会发生剪切粘结破坏。型钢与混凝土交界面粘结 强度较低，型钢混凝土梁破坏时受压侧保护层混凝土剥离
（2）型钢腹板含钢率 • 含钢率：ρ＝Aw/bh0
• 由于型钢腹板的刚度较大，斜裂缝出现前，其剪应变与混凝
（1）斜压破坏 • 剪跨比<1.0，以及1.0~1.5
且含钢率较大的情况
（2）剪压破坏
• 剪跨比λ>1.5且含钢率较小的情况
• 斜裂缝端部剪压区混凝土在正应力和剪应力的共 同作用下被压碎
（3）剪切粘结破坏
• 不配箍筋或箍筋很少、且剪跨比较大的情况 • 型钢与混凝土的粘结力极易丧失，传递剪力的能力降低， 于是在型钢翼缘外侧的混凝土中产生应力集中 • 在型钢翼缘附加产生劈裂裂缝，沿型钢翼缘水平方向发展， 导致保护层脱落
技术规程
• YB 9082－97（钢骨混凝土结构设计规程）
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– 忽略型钢与混凝土之间的粘结作用，认为二者独立工
作，并考虑混凝土主要承受轴压力，型钢主要抗弯， 承载力叠加计算
– 计算结果偏小,不适合我国国情
• JGJ138－2001（型钢混凝土组合结构技术规程） – 假定是沿用钢筋混凝土构件计算中的钢筋与混凝土变 形协调假定 – 刚度可以简单叠加法 – 承载力计算复杂
弯承载力Ma和钢筋混凝土部分承担的受弯承载力
MRC叠加，取Ma ＋MRC最大值 • 该叠加法是根据塑性理论下限定理建立的，没有 考虑型钢和混凝土的共同工作，而且直接应用较 为困难。
• 对于对称截面，可采用简化叠加方法。
2）以平截面假定为基础的计算方法：
• 型钢混凝土梁从开始承受荷载直到破坏其正截面
• 完全粘结梁：
– 充满型型钢混凝土梁以及型钢虽然偏置在截面
受拉区、但设置了足够数量抗剪连接件的梁
• 非完全粘结梁：
– 型钢偏置在截面受拉区而未设置抗剪连接件的
梁
• 设计中应避免采用非完全粘结梁
9.4.2 受弯承载力计算的简化叠加法：
1）一般叠加方法：
• 型钢混凝土梁的受弯承载力由型钢截面承担的受