课件_型钢混凝土组合结构

第三节 型钢混凝土框架柱
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3 柱的受力性能和破坏形态 • 无论哪种破坏，过了最大荷载点后，由于受压区保 护层混凝土被压碎而退出工作，截面弯矩有一较快 的衰减过程； • 此后，型钢以及受型钢翼缘和箍筋约束的混凝土部 分仍具有一定的承载力
与钢筋混凝土构件不同
第三节 型钢混凝土框架柱
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4框架柱的受剪破坏形态： • 注意：由于柱上作用较大的轴向力，其斜截面受 剪性能与梁不同：
欧美
• SRC结构在欧美的研究应用远不如日本广泛， 但是最早的型钢混凝土结构却是出现在欧洲。 • 1904年，在英国，为了提高建筑物内钢柱的耐 火性能而将其埋置于混凝土内，从而产生了世 界上最早的型钢混凝土柱。随后，欧美各国开 始了对这种新型结构的研究与应用。
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欧美
• • • • • 美国达拉斯第一国际大厦，72层，726m 休斯顿第一城市大楼，共49层，高207m 休斯顿得克斯商业中心大厦，79层，305m 休斯顿海湾大楼，52层，221m 澳大利亚悉尼堪特斯中心198m，采用钢筋混凝 土内筒，型钢混凝土外柱。 • 新加坡财政大楼，55层，242m，采用型钢混凝 土核心筒。 • 雅加达中心大厦，23层，84m，采用型钢混凝土 柱，钢筋混凝土梁及钢梁。
第四节 框架梁柱节点
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2、节点核心区的受力性能 • 开始受荷载后，节点区处于弹性阶段，型钢腹板、 混凝土的剪切变形基本一致； • 当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，沿节点区对
角线方向形成斜裂缝，但此时的剪切应变很小，
节点剪力主要由型钢腹板和混凝土承担
•
随着荷载增加，核心区斜裂缝不断增多并加宽，
剪切变形增大。主斜裂缝一旦形成，沿核心区对
第一节 一般要求和结构的整体作用
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3、型钢与混凝土共同作用 • 配置必要的纵筋和箍筋
▫ 箍筋除了增强截面抗剪承载力外，约束核 心混凝土的作用尤为突出，能够增强构件 塑性铰区的变形能力和耗能能力，是保证 混凝土和型钢、纵向钢筋共同工作的重要 因素（防止保护层在破坏阶段时严重剥落）
第三节 型钢混凝土框架柱
料的咬合作用和摩擦力，节点承载力还能有所提高，
但核心区剪切变形明显增大
▫
型钢混凝土节点具有相当的延性
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• 优点：
1）含钢率不受限制，承载力高，刚度大 可以减小构件截面，增加建筑物使用面 积和楼层高度； 与钢结构框架相比，节省钢材50％ 2）结构可以二次受力 施工阶段的第一阶段荷载 与硬化混凝土共同承担使用荷载 可以有效减小梁的变形和裂缝宽度。
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• 优点：
3）显著加快施工速度 4）结构延性与耗能能力较好
角线基本上贯通，型钢腹板开始屈服。
第四节 框架梁柱节点
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2、节点核心区的受力性能 • 此时，部分箍筋尚未屈服，节点区型钢翼缘边框 的应变很小，对核心区混凝土仍有较强的约束
▫ 即使在型钢腹板屈服后，由于箍筋和型钢翼缘的约 束，核心区混凝土仍能承受一定的剪力，而且因型 钢腹板屈服后进入强化阶段以及斜裂缝间混凝土骨
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
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• 钢与混凝土两种材料的组合体
▫ 型钢 ▫ 纵向钢筋和箍筋 ▫ 混凝土
• 从受力性能而言，其基本属于钢筋混 凝土结构的范畴
以实腹柱为最好
5）与钢结构相比，其耐久性和抗火性能较 好。
• 可以单独使用，也可以与钢筋混凝土 或钢结构组合使用
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• 关键技术：
1）与不同结构材料的连接节点 2）避免沿高度因结构类型改变引起的承载 力和刚度突变 应重视过渡层的设计
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1、型钢配置形式： 1）实腹式：良好的延性和耗能能力 2）空腹式：
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技术规程
• YB 9082－97（钢骨混凝土结构设计规程）
▫ 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
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• 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
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日本
• 1981 年至1985 年
▫ 多高层建筑中，六层以上占总数的45.2%，建筑 面积占总面积的62.8% , ▫ 10～15 层的高层建筑中，90% ▫ 16层以上的超高层建筑中，达到50 % ▫ 即使以钢结构为主体的高层建筑，其底部几层 也多采用型钢混凝土结构。
• 1995年1月，日本关西大地震倒塌和严重破坏 的建筑物中，钢筋混凝土结构占55%，钢结构 占38%，而SRC结构及其混合结构仅占7%，进 一步验证了SRC结构良好的抗震性能
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连接形式与构造
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1、连接形式与构造 • 节点为梁柱的重叠区域，是保证结构承载力 和刚度的重要部位； • 连接形式： ▫ 型钢混凝土柱与型钢混凝土梁 ▫ 型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁 ▫ 型钢混凝土柱与钢梁 • 连接要求： ▫ 构造简单 ▫ 传力明确 ▫ 便于混凝土的浇捣和配筋
第四节 框架梁柱节点
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2、型钢与混凝土共同作用 • 型钢混凝土组合结构中，型钢表面积 与截面面积之比较小，且表面平整， 粘结强度小，二者之间容易产生滑移， 仅靠粘结强度是无法实现共同工作的。 • 共同工作的标志：忽略的相对滑移 • 措施：
▫ 配置充满型实腹型钢 ▫ 抗剪连接件，配置必要的纵筋和箍筋 ▫ 限制型钢板材的宽厚比
▫ ▫ ▫ ▫ 轴压力有利于抑制斜裂缝的出现和开展，并提高极 限受剪承载力 当轴压比小于0.5，柱的斜截面受剪承载力基本上 随轴压力的增加呈线性增加 轴向压力较大时，易出现剪切粘结破坏；轴向力很 大时，柱的承载力将受压破坏 由于实腹式型钢的作用，混凝土很难形成主斜裂缝， 破坏过程比钢筋混凝土较为缓慢
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1、连接形式与构造 • 三种连接形式中，柱内型钢宜贯通 • 沿高度方向，在型钢柱对应于型钢梁的上下翼缘 处或钢筋混凝土梁的上下边缘处设置水平加劲肋
▫ 加劲肋形式宜便于混凝土浇筑，水平加劲肋应与梁 端型钢翼缘等厚，且其厚度不宜小于12mm
第四节 框架梁柱节点
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第四节 框架梁柱节点
1、连接形式与构造 • 应采用刚性连接构造； • 梁的纵向钢筋应伸入柱节点，且应满足钢筋锚固 要求； • 各种连接中，应便于梁纵向钢筋贯穿节点，尽可 能减少纵向钢筋穿过柱型钢的数量，且不宜穿过 型钢翼缘，因为在有梁约束的节点区，柱型钢的 承载能力较大。
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日本
• 起源于1910年代。当时，从欧洲传入日本的护 墙结构将型钢作为骨架埋入石护墙，这就是日 本型钢混凝土结构的起源。
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日本
• 1918年，内田祥三
▫ 旧东京海上大楼中(地上7层) ▫ 柱和内部大梁用钢筋混凝土外包型钢代替型钢 周围的砖石，现代意义上的型钢混凝土结构就 这样在日本诞生了。
• 1921年，内藤多仲
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ห้องสมุดไป่ตู้3、型钢与混凝土共同作用 • 配置充满型实腹型钢
▫ 当梁上翼缘处于截面受压区，且配置一定 的构造钢筋时，型钢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
第一节 一般要求和结构的整体作用
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3、型钢与混凝土共同作用 • 抗剪连接件
▫ 当钢梁全截面受拉且未在钢梁上翼缘配置 抗剪连接件，则当截面拉应力较大时，型 钢上翼缘与混凝土交界面处的较大剪力将 使交界面发生粘结破坏，出现纵向裂缝。
▫ 日本兴业银行，是一座总面积约14000m2、高 约30m的型钢混凝土建筑，经受了1923 年的关 东大地震而几乎没有破坏。
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日本
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日本
• 1978年，宫城县冲绳地震
▫ 在调查的95栋型钢混凝土建筑中，仅有17栋发 生主体轻微破坏。
• 20 世纪30 年代至60 年代日本的型钢混凝土以 空腹式配钢为主，70 年代以来以实腹式配钢 为主要形式。
技术规程
• YB 9082－97（钢骨混凝土结构设计规程）
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▫ 正截面承载力计算某些情况计算结果小得离谱（相 比试验值）。而且，正截面计算偏小，相对来说容 易造成事实上的强梁弱柱，抗震不利。所以不是结 果偏小就好
• JGJ138－2001（型钢混凝土组合结构技术规程）
▫ 正截面承载力基本上可以说不能用，漏洞百出，结 果离谱（相比试验值） ▫ 节点连接；柱脚计算不合理；抗弯计算
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2、构造要求 2.1 箍筋 • 截面的配箍率越高，柱的延性越好 2.2 型钢 • 受力型钢的含钢率不宜小于4％，且不宜大于10％； • 一定数量的型钢才能使其具有比钢筋混凝土柱更 高的承载力和更好的延性 • 若按构造要求配置型钢，可不受这一规定
第三节 型钢混凝土框架柱
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2、构造要求 2.3 纵向受力钢筋 • 全部纵向受力钢筋的配筋率不宜小于0.8％，以使 型钢能在混凝土、纵向钢筋和箍筋的约束下发挥其 强度和塑性性能； • 由于框架柱承受的弯矩和轴力较大，因此柱内纵向 受力钢筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于 60mm，以便浇注混凝土 • 纵向钢筋截断不应在中间各层节点处，其框架节点 区的锚固和搭接应符合《混凝土规范》
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
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型钢混凝土组合结构
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简介
• 型钢混凝土结构是以型钢为钢骨并在型钢周围配 置钢筋和浇筑混凝土的埋入式组合结构体系。 • 日本：钢骨混凝土结构(Steel Reinforced Concrete)。 • 英、美等西方国家称之为混凝土包钢结构(Steel Encased Concrete) • 前苏联称之为劲性钢筋混凝土结构。