型钢混凝土结构（SRC）设计规程比较

型钢混凝土结构（SRC）设计规程比较
发布时间：2021-12-09T02:21:27.858Z 来源：《中国建设信息化》2021年8月15期作者：黄承梁
[导读] 结合深圳市宝安区老虎坑垃圾焚烧发电厂工程实例
黄承梁
中冶南方都市环保工程技术股份有限公司，湖北省武汉市，430000
摘要：结合深圳市宝安区老虎坑垃圾焚烧发电厂工程实例，对我国现有关于型钢混凝土(SRC) 结构的两部规程《钢骨混凝土结构设计规程》( YB 9082 - 2006) 及《型钢混凝土组合结构技术规程》(J GJ 138 - 2016) 中有关型钢混凝土梁的正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力的计算理论和计算方法进行了重点比较分析，对两部规程的应用方法、计算步骤和计算结果做了比较分析，为使用两部型钢混凝土结构设计规程提供参考。

关键词：型钢混凝土结构；承载能力；计算实例；设计规程；
1. 型钢混凝土结构概述及规范背景
型钢混凝土结构(简称SRC)是指在型钢（S）外包裹钢筋混凝土（RC）的一种独立的结构形式，这种结构体系在日本被称之为钢骨筋混凝土结构(SteelReinforeedConerete)，在英、美等西方国家称之为混凝土包钢结构(SteelEneasedConerete)，在前苏联则称之为劲性钢筋混凝土结构。

这种结构介于钢结构和混凝土结构之间。

由于在钢筋混凝土中增加了型钢，型钢固有的强度和延性，以及型钢、钢筋、混凝土的三为一体地工作使得型钢混凝土结构和传统的钢筋混凝土结构相比具有承载力高、刚度大、构件截面尺寸小、施工方便、良好的延性及抗震性能良好的优点；与钢结构相比，具有防火性能好，结构局部和整体稳定性好以及钢材用量少等优点。

推广和使用型钢混凝土结构，对于我国的多、高层建筑的发展，大型工业厂房设计优化和改善结构的抗震性能都有重要的意义。

型钢混凝土结构承载力高、刚度大、延性好,在日本欧美等国家,其应用已相当普遍，我国的应用亦日益广泛。

日本、美国和欧洲等都制定了型钢混凝土结构设计规范。

我国发改委和建设部分别于 2006年和 2016年制定了两部相应的行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》[2] ( YB9082 - 2006) (以下简称“YB规程”)及《型钢混凝土组合结构技术规程》[3] (JGJ138-2016)(以下简称“JGJ规程”)，但我国尚未形成统一的SRC结构的设计规范。

由于两部规程的编制依据和编制背景的不同 ,二者在SRC构件计算理论、计算方法和构造要求上均有一定的差异。

因此对型钢混凝土结构规程的差异和区别进行探讨分析,掌握两部规程的计算理论和设计方法,具有一定的实际意义。

2.工程概况
深圳市宝安区老虎坑垃圾焚烧发电厂的结构形式为钢筋混凝土框排架结构，主体单层，局部五层，总建筑面积为52426.8m2。

其中▽14.000平台部分框架梁需承担重型锅炉支腿荷载，跨度近16m，另外又受到梁底车间吊车系统净空约束，梁高最多只能做到2m高，经讨论决定采用型钢混凝土组合结构，型钢梁以承受集中荷载为主。

3.型钢混凝土梁的承载力计算理论
3.1正截面承载力计算理论
3.1.1．“YB规程”采用强度叠加理论，对于型钢为对称配置的SRC梁(图1a)，“YB规程”将其分为S部分(钢结构部分)和RC部分(钢筋混凝土结构部分)，然后按“钢结构的计算方法”和“混凝土结构的计算方法”分别计算S部分和RC部分的受弯承载力，最后采用简单叠加方法，认为型钢混凝土梁的承载力是型钢和钢筋混凝土两者承载力的叠加，即按式(1)进行叠加，此式不适合于型钢为非对称配置的SRC梁。

对于型钢受拉翼缘大于受压翼缘的非对称型钢混凝土梁(图1b)，规程在其条文说明中建议将受拉翼缘大于受压翼缘的面积作为受拉钢筋考虑后，按型钢为对称配置的SRC梁计算。

对于型钢偏置在受拉区的非对称型钢混凝土梁(图1c、d)，规程在其条文说明中建议按钢与混凝土组合梁的
设计方法进行计算。

以上计算可以看出，“YB规程”由于计算时忽略了型钢和混凝土之间的粘结作用，因此设计计算简单、工程应用方便，但设计结果偏于保守，容易造成不经济。

这种过于保守的设计方法势必造成材料的巨大浪费，从而使钢骨混凝土梁这种组合结构的优越性无从体现。

而“JGJ 规程”采用了极限状态设计法设计，在修正的平截面假定基础上来考虑混凝土与钢骨的粘结滑移作用，该规程理论依据较为充分、考虑因素全面、计算结果比较准确，但计算公式比较复杂。

3.2斜截面承载力计算理论
“YB规程”中的型钢混凝土梁受剪承载力计算公式是直接将混凝土结构设计规范[5]中的受弯构件受剪承载力计算公式和钢结构设计规范[6]中塑性设计时的计算公式进行叠加而得到；而“JGJ 规程”的计算公式则是通过对已有试验数据的回归分析和可靠度分析得到。

对于非抗
震设计时集中荷载作用下的型钢混凝土梁的受剪承载力: “YB规程”按式(1)计算, “JGJ 规程”按式(2)计算。

由式(1)、式(2)可知,尽管两部规程的计算公式均由混凝土项的承载力Vc、箍筋项的承载力V s和型钢项的承载力V y三项叠加而成,但式(1)与式(2)仍存在以下三个方面的区别:(1)截面有效高度的概念不同。

一般情况下有h b0>h0.所以对于计算截面的剪跨比,也就有“YB规程”的
计算值小于“JGJ 规程”的计算值。

(2)箍筋项承载力V s前面的系数不同, “YB规程”中为1.25,而“JGJ 规程”为1.0。

(3)对于型钢项的承载力V y,“JGJ 规程”考虑了剪跨比对集中荷载作用下型钢部分抗剪能力的影响,而“YB规程”没有考虑。

因此,对于几何尺寸、箍筋配置、型钢配置等均
相同的梁,由于以上三方面的主要区别导致“YB规程”受剪承载力计算公式中三项(V c、V s和V y)的计算值均大于“JGJ 规程”相应项的计算值,其相差程度从本工程计算实例可见一般。

式(1)计算得V1=10625KN, 式(2)计算得V2=9113KN, 计算结果相差17%。

可见使用不同规程时的差别较大。

到底选用哪一本规程合适?为此笔者利用文献[7]的试验资料,将式(1)和式(2)的计算结果分别与试验结果进行了对比分析,最后应用文献[8]提供的结构可靠度分析的一次二阶矩法,对两部规程的受剪承载力计算公式进行了可靠度分析,并根据文献[9]的要求对计算公式进行了评价，得出结论为：
(1)型钢规程的斜截面受剪承载力计算公式符合偏下线的概念;当λ>2时,钢骨规程的计算公式已不符合偏下线的概念。

(2)型钢规程计算公式的可靠指标平均值为4.647,大于3.7,符合文献[12]的要求;而钢骨规程计算公式的可靠指标平均值为2.100,小于3.7,不符合文献[9]的要求。

(3)建议选用型钢规程的计算公式来设计计算集中荷载作用下型钢混凝土梁的斜截面受剪承载力。

4.构造要求
构造要求对型钢混凝土构件的受力性能尤其是抗震性能的影响很大 ,两部规程对型钢混凝土构件均提出了详细的构造要求 ,包括构件的纵筋配置、箍筋加密、保护层厚度、型钢的宽厚比要求和型钢含钢率以及体积配箍率的要求。

5.结语
“YB规程”以日本规程为基准 ,主要根据强度叠加原理建立构件承载力计算理论 ,计算简单方便 ,但计算结果偏于保守。

“J GJ 规程”以我国试验研究为依据 ,基本上以钢筋混凝土模式建立计算方法 ,计算过程和计算公式比较复杂但计算结果较为准确。

“JGJ规程”相对“YB规程”的构造要求更加严格和细化 ,与“YB规程” 比较相似 ,便于广大工程人员掌握和应用。

深信，随着科研工作的继续深入，计算理论的进一步完善，适用范围更宽广的设计规范和规程的建立，型钢混凝土结构将会得到广泛的应用，对推广我国高层建筑的发展、改善结构的抗震性能，优化结构设计将具有举足轻重的作用。

参考文献
[1] 徐飞略，PKPM中型钢混凝土、钢管混凝土、钢管混凝土叠合柱截面综述，2009
[2] 中华人民共和国行业标准. 钢骨混凝土设计结构设计规程. 冶金工业出版社,2015
[3] 中华人民共和国行业标准. 型钢混凝土组合结构技术规程. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016
[4] 施亮. 型钢高强高性能混凝土梁受力性能试验研究与刚度裂缝理论分析『学位论文』2007
[5] GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2015
[6] GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.。