型钢混凝土结构的研究现状及发展趋势

型钢混凝⼟（SteelReinforcedConcrete，以下简称SRC）结构是指在型钢周围布置钢筋，并浇筑混凝⼟的结构。

型钢分为实腹式和空腹式。

实腹式SRC构件具有较好的抗震性能，⽽空腹式SRC构件的抗震性能与普通混凝⼟（ReinforcedConcrete，以下简称RC）构件基本相同。

因此，⽬前在抗震结构中多采⽤实腹式SRC构件。

实腹式型钢可由钢板焊接拼制⽽成或直接采⽤轧制型钢。

SRC构件的内部型钢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，SRC 构件的外包混凝⼟可以防⽌钢构件的局部屈曲，并能提⾼钢构件的整体刚度，显著改善钢构件的平⾯扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。

此外，外包混凝⼟增加了结构的耐久性和耐⽕性。

与RC结构相⽐，由于配置了型钢，⼤⼤提⾼了构件的承载⼒，尤其是采⽤实腹型钢的SRC构件，其抗剪承载⼒有很⼤提⾼，并⼤⼤改善了受剪破坏时的脆性性质，提⾼了结构的抗震性能。

1　国外的研究
1.1　欧美地区SRC结构的应⽤与研究
20世纪初，欧美就开始对SRC柱进⾏了研究。

1908年Burr做了空腹式SRC柱的试验，发现混凝⼟的外壳能使柱的强度和刚度明显提⾼。

1923年加拿⼤开始做空腹式配钢的SRC梁的试验。

在1989年的美国钢筋混凝⼟设计规范ACI2318中，将型钢视为等值的钢筋，然后再以RC结构的设计⽅法进⾏SRC构件设计，这种⽅法的优点在于对SRC结构设计时考虑了构件的“变形协调”和“内⼒平衡”，但没有考虑型钢材料本⾝的残余应⼒和初始位移。

在1993年的钢结构设计规范C2LRFD中，采⽤极限强度设计法来设计SRC结构，将RC部分转换为等值型钢，再以纯钢结构的设计⽅法进⾏组合结构设计，并考虑了残余应⼒和初始位移。

英国在理论分析资料的基础上，于1969年将建筑中的SRC柱列⼊英国钢结构规范BS449的第三部分，随后将桥梁中的SRC柱列⼊英国标准BS5400的第五部分。

对SRC梁，英国钢结构设计规范按组合截⾯进⾏弹性设计，即取0.7倍型钢屈服强度⽤弹性⽅法计算型钢，然后按组合截⾯进⾏修正，忽略混凝⼟抗拉强度。

1.2　⽇本SRC结构的应⽤与研究
在⽇本，SRC结构与钢结构、⽊结构和RC结构并列为四⼤结构。

1923年在东京建成的30m⾼全SRC结构的⽇本兴业银⾏，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。

随着⼯程应⽤的实践及科学研究的深⼊进⾏，发现SRC结构还具有更多的优点。

在经历了1923年关东⼤地震、1968年⼗胜冲地震及1995年的阪神地震后，发现在地震中其他⼤量房屋建筑遭严重破坏的情况下，SRC结构⼏乎未遭破坏或仅有少量轻微破坏，这就推动了⽇本研究与应⽤SRC结构的热潮。

⽇本从1951年起开始对SRC结构进⾏了全⾯系统的研究，1958年制定了《钢⾻钢筋混凝⼟计算标准及其说明》，此标准的特点是在承载⼒计算⽅⾯采⽤了强度叠加理论。

从1963年到1987年，该标准先后进⾏了四次修订，最终成为SRC结构设计规范第三版（AIJ2SRC），基本形成较为完整的设计理论和⽅法。

该规范在忽略混凝⼟抗拉强度、遵从平截⾯假定及不考虑型钢与混凝⼟之间的粘结⼒等条件下，以“强度叠加法”作为理论基础。

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，在⽇本得到⼴泛应⽤。

2　我国SRC结构的应⽤与研究
20世纪50年代初，我国从前苏联引进了SRC结构，后由于⽚⾯追求节省钢材，于60年代末⼏乎停⽌使⽤。

80年代后，随着我国建筑业的迅猛发展，SRC结构在全国兴起，北京、上海、江苏等省市的⾼层建筑中应⽤了SRC和RC的混合结构，取得了良好的经济效果。

“劲性钢筋混凝⼟结构性能及设计⽅法”课题，⾃1987年开始，在查阅各国有关规范、研究成果、⼯程应⽤基础上，进⾏了系统的试验研究。

主要进⾏了以下⼯作：1）受压构件专题组中武汉⼯业⼤学共进⾏了三根配有⼯字型钢，5根配有⾓钢的型钢混凝⼟轴⼼受压柱的承载⼒试验；中国建筑科学研究院进⾏了10个压弯构件试验；冶⾦部建筑研究总院进⾏了18根偏⼼受压中长柱试验；武汉⼯业⼤学进⾏了5根偏压柱试验；西南交通⼤学进⾏了偏压构件试验；同济⼤学对配置⾓钢的格构式劲性钢性钢混凝⼟柱进⾏了试验。

2）受弯构件专题组6个单位总共进⾏了35个构件的试验（郑州⼯学院8个T型截⾯简⽀梁试验；中国建筑科学研究院3个矩形截⾯梁；西安冶⾦建筑学院12个；西南交通⼤学12个；华南理⼯⼤学2个；南京建筑⼯程学院4个）。

3）短柱受⼒性能专题组三个单位共进⾏了58个试件的试验（其中，西南交通⼤学32个，西安建筑学院18个，东南⼤学8个）。

通过以上系统研究，取得了⼀系列的研究成果，并在⼀些⾼层建筑⼯程中应⽤。

经过⼏年的研究和⼯程实践，参考⽇本钢⾻混凝⼟设计标准[1]，1998年我国冶⾦部颁布了我国第⼀部YB9082297钢⾻混凝⼟结构设计规程。

此规程基本沿⽤了⽇本标准的设计⽅法，包括其名称在内。

将型钢作为等效钢筋，参照我国的混凝⼟规范及国外有关规范，2002年建设部颁布了
JGJ3822001型钢混凝⼟组合结构技术规程。

此规程中的设计⽅法与我国的混凝⼟规范相近。

3　我国的设计⽅法
在试验及理论研究的基础上，对于SRC结构的设计⽅法，我国学者也提出了多种计算⽅法，反映在规范规程上，有冶⾦部的YB9082297钢⾻混凝⼟结构设计规程（以下简称《钢⾻规程》）和建设部的JGJ13822001型钢混凝⼟组合结构技术规程（以下简称《型钢规程》）。

《钢⾻规程》参照⽇本规范的叠加⽅法，进⼀步提出了较为准确的轴⼒分配⽅法，称为改进简单叠加法。

改进简单叠加⽅法与理论⽅法和⼀般叠加法基本吻合。

在《钢⾻规程》中，⽆论是构件的承载⼒计算还是刚度、裂缝验算，均采⽤叠加原理，原理清晰，计算简单。

在《型钢规程》中，构件的承载⼒计算采⽤平截⾯假定，钢⾻与混凝⼟变形协调，通过构件内⾥平衡⽅程求解构件承载⼒。

在承载⼒计算中，公式复杂，适合于已知各配筋条件的承载⼒验算，⽽已知内⼒求配筋则计算复杂。

刚度计算采⽤钢筋混凝⼟与型钢钢⾻两部分刚度叠加的⽅法，与《钢⾻规程》相近，计算公式有差异，在
长期刚度的计算中，混凝⼟收缩、徐变的影响仅考虑混凝⼟部分的影响，但《型钢规程》中没有区分钢⾻部分和型钢部分，公式中⽤的是整体刚度。

受弯构件裂缝计算两者也不⼀致《型钢规程》中将型钢受拉翼缘简化为等效钢筋，并考虑型钢腹板的部分影响；《钢⾻规程》中采⽤叠加原理，通过弯矩分配，计算混凝⼟部分承担的弯矩，在考虑型钢受拉翼缘影响的基础上，计算裂缝宽度。

综上所述，两者在计算原理上存在差别《钢⾻规程》采⽤的是叠加原理，⽽《型钢规程》中除刚度计算、抗剪计算也采⽤叠加原理外，压弯承载⼒计算和裂缝计算是将型钢受拉翼缘等效为钢筋，按平截⾯假定计算。

随着型钢混凝⼟构件研究的深⼊及计算理论的逐步成熟，近年来，型钢混凝⼟的研究逐步由构件转向体系，由普通混凝⼟转向⾼性能混凝⼟，由单⼀型钢混凝⼟体系的研究转向型钢混凝⼟与混凝⼟、钢及预应⼒技术相组合所产⽣的新结构体系的研究，预应⼒型钢混凝⼟技术也由此发展起来。

（考试⼤注册结构⼯程师编辑整理）。