钢混(型钢-混凝土)结构特点及发展

型钢混凝土组合结构

自古以来,人类习惯用多种材料来构筑能减轻自然界不利因素地结构物,实用项目很难见到完全采用单一材料建造地完整结构物.从广义上来说,用竹索和木板跨越山谷地吊桥也是一种组合结构,在土木结构中最普通地结构构件,钢筋混凝土构件就是典型地组合结构之一.这种组合构件中钢筋借助于混凝土地扶助,充分发挥其抗拉能力强地特长,帮助混凝土克服抗拉能力弱地缺点,又受到混凝土地保护而免受侵蚀,相辅相成,取长补短,是目前得到广泛应用地组合结构地成功典范.

目前,钢—混凝土组合结构在房屋建筑、桥梁、地下建筑、海洋项目、特殊容器等领域得到重视,并不断发展.新材料还在不断涌现,还会出现新地组合结构.但就目前来说,在土木项目领域内,从经济与实用地角度来看,钢和钢筋混凝土之间地搭配是最合适地.

2组合结构地形式和分类

在土木项目范围内组合结构应该指由两种或两种以上结构材料组成,并且材料之间能以某种方式有效传递内力,以整体地形式产生抗力地结构.一般来说,组合结构分为：

1、组合板：

(1)以下部压型钢板为配筋地混凝土板,其间用连接件使两者结合成整体.

(2)在箱型截面钢板内充填混凝土地组合板.

2、组合柱：将型钢埋人钢筋混凝土共同承受内力地柱构件,又称SRC柱.

3、钢管混凝土柱：将混凝土充填到钢管内部而形成地组合柱

4、组合梁：

(1)将钢筋混凝土板锚固在钢梁上形成地组合梁.

(2)将型钢或焊接钢骨架埋入钢筋混凝土而形成地梁

5、组合墙：由混凝土和平面钢板结合而成地墙板.

6、组合壳体：就是由混凝土和曲面钢板结合而成地壳体.

各类组合结构中,根据型钢或骨架地类型不同、型钢或骨架与混凝土部件相对位置地差别

又可分为若干不同地形式,例如SRC组合梁可分为实腹、空腹SRC组合梁,SRC组合柱又可分为实腹、空腹SRC组合柱,钢管混凝土组合柱又派生出充填型、外包型、充填外包型钢管混凝土柱.

3组合结构地特点

3.1组合板地特点

组合板又分为压型钢板组合板与混凝土组合板,压型钢板本身可作为屋面板以及墙板,与混凝土组合在一起有很多优点：

(1)压型钢板可作为混凝土地受拉加强部分,用以抵抗板面荷载产生地板底拉力,与混凝土共同抵抗剪力,除了在适当部位要设置钢筋减轻混凝土收缩以及温度变化地影响外,不必再另设钢筋.

(2)压型钢板相当平整,可直接作为混凝土楼层地顶棚,省工省料,增加了楼层地有效空间,可适当降低层高,节省投资.

(3)由压型钢板作为其永久性地模板,不再需要安装、拆模,方便施工.

(4)因为压型钢板本身具有相当地承载力,允许本层浇灌地混凝土尚未达到设定强度值前就可以继续进行上层混凝土地浇筑．使施工进度加快.

3.2组合梁地特点

组合梁首先从截面组成上充分发挥了型钢与混凝土材料各自地特长,与钢筋混凝土梁相比,还有以下优点：

(1)节约钢材,因为截面材料受力合理,混凝土替代部分钢材工作,使其用钢量大幅度下降.如采用塑性理论进行设计,还可降低造价.

(2)减小截面高度,因为相当宽地混凝土板参与抗压,组合梁地惯性矩比钢梁地大得多.可以达到降低梁高、增加层净高地效果.

(3)延性好,因为耗能能力强,整体稳定性又好,在实际地震中表现出良好地抗震性能.

(4)刚度好,混凝土板与钢梁共同工作,抗弯模量增大,致使挠度减小,刚度增大.

(5)抗冲击、抗疲劳性能好,实际项目表明用于梁桥、吊车梁地组合梁比钢梁具有更好地抗冲击、抗疲劳能力,引起地损伤较小,比起钢吊车梁使用寿命提高了.

3.3组合楼盖地特点

组合板与钢梁相结合而成地组合楼盖,不但满足了结构地功能要求技术经济指标,其主要优点如下：

(1)钢—混凝土组合楼盖合理地利用了材料,充分发挥了钢和混凝土各自地材料特性,与钢结构方案相比,通常可节约钢材20％～40％.

(2)在钢—混凝土组合楼盖中,混凝土板成为组合梁截面地受压翼缘,与采用钢结构方案地钢梁相比,组合梁地承载力可提高20％～30％.

(3)因为混凝土板成为组合梁截面地一部分,使截面地高度增大,提高了梁地刚度.因此.对于同样刚度要求地楼盖结构来说,采用钢—混凝土组合楼盖,梁地挠度可减少约20％,楼盖结构高度可降低约15％～20％,不但节约了竖向结构材料,而且大大减轻地基荷载.

(4)组合梁截面地上翼缘为宽大地混凝土板,增强了组合梁截面中钢梁地侧向刚度,可以防止钢梁在使用荷载下发生扭曲失稳.

(5)与钢结构方案相比,钢—混凝土组合楼盖地整体性强,抗剪性能好,耐震性能大大提高.

(6)可利用钢梁作为混凝土板地模板支撑,并承担作用在钢梁上地混凝土板重和施工荷载,无需从地面搭设满堂红脚手架,加快了施工进度.

(7)与混凝土楼盖相比,钢—混凝土组合楼盖可以在钢梁上焊接托架或牛腿,供支撑室内所敷设地管线,不必像混凝土梁那样需在混凝土中埋设预埋件.

因为钢—混凝土组合楼盖具有上述—系列优点,在国际上特别是西方工业国家得到了迅速地发展和应用.在我国,钢—混凝土组合楼盖地应用面还不大,这主要是受到了下述国情地制约：

(1)与混凝土楼盖相比,钢—混凝土组合楼盖地用钢量要大一些.不过,随着我国经济建设地不断发展和钢产量地不断增加,这将不再会成为制约因素.

(2)钢—混凝土组合楼盖地防火性能不如钢筋混凝上楼盖,特别是在高层建筑中,结构地防火问题尤为突出.国内已有单位研制了防火涂料,但价格较高.

（3）钢—混凝土组合楼盖需要进行防锈蚀处理.因为我国地钢结构应用相对较少,对钢材地防锈蚀问题研究得不多,在防锈蚀处理时多采用防锈蚀油漆,而在西方工业国家一般采用在钢材中加入抗腐蚀成分.这种钢材表面锈蚀后形成保护层,锈蚀不会向内部发展.

(4)在我国,对钢—混凝土组合楼盖地理论研究还不够深入,因而影响了钢—混凝土组合楼盖在我国地推广和应用o

4组合柱地特点

实际上组合梁所具有地优点,组合柱大部分都具备,但钢管混凝土柱却具有更多地优点：

(1)组合柱尤其是钢管混凝土组合祝中地混凝土,具有良好地承压性能,可以较大幅度地减少钢材地用量.

(2)组合柱地承载能力普遍较高,自重轻,变形能力强,耐疲劳,抗冲击性能好.

(3)组合柱地施工可减少工序,因为准确定位地钢骨可为设置模板提供方便,尤其是钢管混凝土组合柱地外包钢管直接为混凝土地浇筑提供了模板.

4 组合结构地发展与应用

1、组合结构地发展历史

组合结构早在19世纪末已经存在,尽管当时并没有意识到要利用两种材料组合以后新增地强度和刚度,单纯地想要减轻钢管内部地锈蚀而灌入混凝土,为了改善钢结构地耐火性能而在其外围包裹混凝土,就这样开创了组合结构地实际应用地历史.1879年英国地SEVERN

在铁路桥地钢管桥墩中充填了混凝土,便形成了钢管混凝土结构.英、美等国在钢梁与钢柱外围包上了混凝土形成组合梁、组合柱,用以防火.20世纪初,有人为了提高钢管祝地刚度,在方钢管中注入混凝土.在日本,1905年白石直治设计地和田岬地旧东京仓库地柱,采用地也是型钢与混凝土并用地形式.1918年,旧东京海上大厦地梁也采用钢与钢筋混凝土地组合形式.