组合结构设计原理课程收获与感想

组合结构设计原理课程收获

1.组合结构的定义和特点

有两种以上性质不同的材料组合成的整体并能共同工作的构件称为组合构件，由各种组合构件构成的结构称为组合结构。狭义的组合结构仅包括由钢和混凝土两种材料组成的组合柱、组合梁、组合板。自上世纪80年代以来，经济建设持续高速发展，随着大量建筑物的兴建，各种新的结构形式不断涌现，组合结构作为一种新兴结构得到越来越广泛的应用与推广，而且应用前景越来越好。组合结构将不同材料或构件组合在一起的结构形式，同时在设计时应将不同材料和构件的性能纳入整体进行考虑，以最有效地发挥各种材料和构件的优势，从而获得更好的结构性能和综合效益，其具有施工方便、节省材料、经济效果好等优点，因此，组合结构将成为继传统的四大结构（钢结构、钢筋混凝土结构、木结构及砌体结构）以后的第五大结构体系。

组合结构具有多种多样的组合方式和途径，如材料间的粘结力、机械连接件的抗剪抗拔力、构件或材料间的相互约束与支持等。合理运用各种组合方式，可以使各种材料扬长避短，获得一系列性能优越的组合构件或体系。例如，钢．混凝土组合梁通过抗剪连接件将钢梁与混凝土翼板组合，充分发挥了混凝土抗压强度高和钢材抗拉性能好的优点。而钢管混凝土将钢管与混凝土组合，钢管的约束作用使混凝土处于三向受压从而提高了混凝土的强度和延性，混凝土对钢管的约束则防止了钢管的屈曲。此外，钢板混凝土剪力墙、钢板混凝土组合井壁等也都使两种或多种结构材料通过不同的方式进行有效组合，可以获得更高的性能。

2.组合结构的优缺点

钢-混凝土组合结构，它是一种优于钢结构和钢筋混凝土结构的新型结构，它分别继承了钢结构和钢筋混凝土结构各自的优点，也克服了两者的缺点而产生的一种新型体系结构，可充分利用钢和混凝土的特点，按照最佳几何尺寸，组成最优的组合构件，使它具有构件刚度大，防火，防腐性能好，具有较大的抗扭及抗倾覆能力（与钢结构相比），而且具有重量轻，构件延性好，增加净空高度和使用面积，同时缩短施工周期，节约模板（以上与钢筋混凝土结构相比），特别在高层和超高层建筑用桥梁结构中，更加体现了它的承载能力和克服结构在施工技术难题的优点。

其缺点是结构需要特定的剪力连接件和专门焊接设备和专门焊接技术人员，与钢结构相比，还有一定量的二次抗火设计（指组合构件，而不是劲性构件），还有压型钢板混凝土组合析在施工期间，在混凝土初凝期，当混凝土厚度不够厚时（一般混凝土板厚应大于100mm）,易使混凝土出现临时裂缝，特别指高标号混凝土（由于压型钢板阻止混凝土收缩所致）。

下面，我会介绍几种常见的组合结构，和它们的特点。

3.压型钢板与混凝土组合楼板

压型钢板与混凝土组合楼板是将0.7—2mm的薄钢板压制成带凹凸肋及各种槽纹的波

形板，在压型钢板上浇筑混凝土，使其与压型钢板组合在一起，形成组合板整体共同工作。利用压型钢板代替板中的受拉钢筋，并且它可作为施工阶段中浇筑混凝土的模板，一般这

种模板为永久模板，施工完毕不用在拆除。因此压型钢板必须具有足够的强度和刚度，能

承受施工阶段湿混凝土的重量以及各种施工荷载，同时组合板高度的增加，使其在使用阶

段的强度和刚度大大提高。

另外，为了使混凝土与压型钢板能很好的结合成一个整体共同工作，在压型钢板上要压制出各种槽纹与花纹。目前生产的彩色钢板既美观又具有防腐作用，使之暴露于板底的

钢板不易锈蚀。组合板得特点是受压性能好，刚度大的混凝土主要分布在受压区，而受拉

区用受拉性能好的压型钢板代替受拉钢筋，所以受力合理。同时，由于压型钢板的工厂化

生产，减小了模板钢筋的制作安装工作，使其最突出的优点就是施工速度快，可以数个楼层、多工种同时立体化作业，使主体工程的施工进度缩短数倍。组合楼板可以作为楼板、

屋面板与工业厂房中的操作平台等，它已经越来越广泛的应用于高层、超高层民用建筑、

公共建筑以及工业建筑中。

4.钢-混凝土组合梁

钢与混凝土组合梁是将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。组合梁由于能充分发挥钢与混凝土两种材料的力学性能，在国内外获得广泛的发展与应用。

组合梁结构除了能充分发挥钢材和混凝土两种材料受力特点外，与非组合梁结构比较，具有下列一系列的优点：①节约钢材。由于截面材料受力合理，混凝土替代部分钢材

工作，使其用钢量大幅度下降，如果采用塑性理论设计，还可以降低造价。②减少截面高度。由于相当宽的混凝土板参与抗压，组合梁的惯性矩比钢梁大的多，可以达到降低梁高

增加层高的效果。③延性好。由于耗能能力强，整体稳定性好，在实际地震中表现出良好

的抗震性能。④刚度好。混凝土板与钢梁共同作用，抗弯模量增大，致使挠度减小，刚度

增大。⑤抗冲击、抗疲劳性好。实际工程表明用于梁桥、吊车梁的组合梁比钢梁具有更好

的抗冲击、抗疲劳能力。⑥稳定性好。由于组合梁上翼缘侧向钢度大，所以整体稳定性好；加上钢梁的受压翼缘受到混凝土板的约束，其翼缘与腹板的局部稳定性都得到改善。⑦使

用期延长。由于混凝土板的存在，使得钢梁上翼缘的应力水平降低，由于裂缝引起的损伤

减小，比起钢吊车梁的使用寿命提高了许多。

5.钢管混凝土结构

钢管混凝土结构通常指的是圆钢管混凝土结构，即在圆钢管中浇筑混凝土。由于混凝土受压时受到钢管的约束，将使混凝土由单向受压改变为三向受压，混凝土约束受压强度

将比单向受压强度提高很多，这样能充分发挥混凝土的受压能力，在混凝土外包裹的钢管，虽然也受纵向压力与环向力，但与其强度相比，应力较小，儿钢管主要承受环向拉力。这

样便能充分发挥混凝土受压、钢管受拉的长处。由于混凝土填充在钢管中，同时钢管受压

应力有较小，所以钢管不容易失稳，这对薄壁钢管来说具有重要的意义。因为钢管混凝土

改变了一半受压构件的受力性能，混凝土钢材两种材料各自扬长避短，受力合理，所以使

钢管混凝土受压构件的截面减小，不仅减少了混凝土用量，也减轻了自重，比钢结构节约

钢材50%。钢管混凝土的另一特点是其延性大为提高。一方面是因为外围为钢管，其本身

延性较好，另一方面因为管内的混凝土在手里后处于三向约束状态，延性大大提高。

钢管混凝土邮件受压破坏属于脆性破坏，而钢管混凝土柱的破坏是延性破坏。即使混凝土被压坏，由于它被约束在钢管内，一次不可能产生溃散、塌落现象，这对防止地震区

建筑倒塌具有特殊意义。由于圆断面惯性矩较同样截面积的矩形惯性矩要小，同时当构件

受弯时，较薄的钢管壁处于受弯构件的受压区，容易失稳，因此钢管混凝土主要适用于做

柱子等轴心受压和小偏心受压构件。钢管混凝土的浇筑不需另用模板，所以省去了全部模

板工程。而且，目前钢管混凝土结构中一般不配钢筋，有一也省去了钢筋与其制作安装工作。在应用钢管混凝土是，因为梁一般要用矩形截面的钢梁、钢筋混凝土梁或组合梁，而

钢管混凝土为圆形截面，因此其节点构造一般比较复杂，同时要耗费一点的钢材，这是钢

管混凝土结构的致命弱点。目前钢管混凝土结构已经广泛应用于高层的下部数层。如地铁

站台、城市立交桥、过街人行桥以及公路桥梁等多采用钢管混凝土；一些展馆等大跨建筑

也采用钢管混凝土；工业厂房中采用单肢及多肢钢管混凝土柱，也有将密排的钢管混凝土

柱构成刚度很大的筒体用于超高层建筑中；钢管混凝土柱还广泛用于构筑物或大型设备的

支架中。

6.型钢混凝土结构

型钢混凝土结构是指在混凝土中配置或以配置型钢为主的结构，型钢混凝土既可以做柱又可以作梁，也可以浇筑成抗震墙与筒体，应用范围更为广泛。由于在混凝土中配置了

整体的型钢骨架，因此其强度、刚度、延性大大提高，显著改善了构件与结构的抗震性能。

采用型钢混凝土构建可以明显减小构件的截面面积，这不仅使得结构所占面积减小，增大了建筑的使用面积，而且减少了梁的高度，使净空增加或者建筑物层高和总高减小。

由于我国大部分城市都处于地震区，因此在高层、超高层建筑中，采用钢筋混凝土结构，

将使柱子截面过大，实际上不可能采用，其延性和安全性已近不足。在超高层建筑或高耸

结构中采用钢结构，虽然强度高、延性好，但往往因其抗侧刚度小而使侧移过；或在风振

作用下，发生过大的颤动。如若采用型钢混凝土结构或在下面数层采用型钢混凝土结构即

可避免发生过大的侧移和颤动。在型钢混凝土结构中，型钢被混凝土包裹，避免了钢结构

的防火、防腐性能差的缺点，同时克服了钢结构中容易发生整体或局部失稳的弱点。型钢

混凝土结构根据其配置的型钢不同分为两大类，即配置空腹的角钢骨架和配置实腹型钢。

前者均由角钢构成，不可再配钢筋与钢箍，而其刚度、强度、延性均较差，一般用于中小

型建筑中；后者可配工字钢、H型钢、槽钢、双工字型钢、双槽钢等，其板厚、宽度可根

据强度、刚度和延性要求选择，焊接而成，适用于大型、高层、超高层、大跨、重载的建

筑物，尤其是地震区建筑物中。由于型钢混凝土结构有很高的强度、刚度以及良好的抗震

性能，因此在一些大跨、重载的接哦股中采用型钢混凝土结构是合适的。型钢混凝土中的

型钢骨架的制作在工厂中完成，工地连接无特殊要求，而在钢骨架形成后自身可以为施工

中的承重结构，可以供滑模、挂模及承受施工荷载。因此也大大方便了施工。