第9章 钢骨混凝土结构..

=25mm
=10
dv
=25mm =1.5 粗骨料粒径 d=12mm =25mm，=1.5d =1.5 粗骨料粒径
dv
=30mm，=1.5d =1.5 粗骨料粒径
=50mm 一般取 100mm
第20章 钢骨混凝土结构
梁纵筋贯通孔 间距=2.5d
=50mm，=1.5d =1.5 粗骨料粒径 纵筋 d=12mm
1）截面应变分布符合平截面假定，型钢与混凝土之间无相
对滑移； 2）不考虑混凝土抗拉强度；
3）取受压边缘混凝土极限压应变0.003，相应的最大压应力
取混凝土轴心受压强度设计值 4）型钢腹板的应力图取为拉、压梯形应力图形。设计计算 时，简化为等效矩形应力。 5）钢筋应力等于其应变与弹性模量的乘积，但不大于其强 度设计值
20.2 钢骨与混凝土的共同工作
在钢骨混凝土结构中，钢骨与外包混凝土能否协
调变形，是两者共同工作的条件。
对于钢骨混凝土梁，试验表明，当钢骨上翼缘处 于截面受压区，且配置一定构造钢筋时，钢骨与
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。
钢骨混凝土梁
钢骨混凝土偏心受压构件
对于剪跨比较小的框架柱，当
（2）正截面受弯承载力：
• 把型钢翼缘作为纵向受力钢筋考虑，破坏时上、
下翼缘达到屈服强度fa和fa’
基于平截面假定的计算方法计算较为繁复，但能较好 反映钢材和混凝土的共同作用。简单叠加法计算简单， 但偏于保守
9.5 斜截面受剪承载力 9.5.1 斜截面受剪性能和破坏形态 • 破坏形态主要有三种类型：
梁纵筋
dv
=10 dv
=50m 一般取 150mm
=25mm
=25mm =1.5 粗骨料粒径
20.3 钢骨混凝土结构的一般规定
20.3 钢骨混凝土结构的一般规定
钢骨板材宽厚比的限制值 b /tf h w /t w h w /tw 钢号 (梁) (柱) Q235 Q345
b tf hw
23 19
第9章 钢骨混凝土结构
9.1 概 述
钢骨混凝土结构的特点
金茂大厦
核心筒体-钢巨型桁架-钢 骨混凝土巨型组合柱体系
19.1 组合梁的基本概念
金茂大厦
核心筒体-钢巨型桁架-钢 骨混凝土巨型组合柱体系
深圳地王大厦
钢骨混凝土核心筒结构； 外钢框架结构，26根箱型钢柱通过钢梁、 钢斜撑与核心墙连接。 楼面铺设压型钢板后浇筑砼。结构平面 尺寸68.25m×35.5m，结构高度303.75m。
• 完全粘结梁：
– 充满型型钢混凝土梁以及型钢虽然偏置在截面
受拉区、但设置了足够数量抗剪连接件的梁
• 非完全粘结梁：
– 型钢偏置在截面受拉区而未设置抗剪连接件的
梁
• 设计中应避免采用非完全粘结梁
9.4.2 受弯承载力计算的简化叠加法：
1）一般叠加方法：
• 型钢混凝土梁的受弯承载力由型钢截面承担的受
内部钢骨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
外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲； 提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件出平面扭 转屈曲性能； 使钢材的强度得以充分发挥； 比纯钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结 构的变形； 外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。最初， 欧美国家发展钢骨混凝土结构主要就是出于对钢结 构的防火和耐久性方面的考虑； 一般可比纯钢结构节约钢材达50％以上。
技术规程
• YB 9082－97（钢骨混凝土结构设计规程）
25
– 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
（1）斜压破坏 • 剪跨比<1.0，以及1.0~1.5
且含钢率较大的情况
（2）剪压破坏
• 剪跨比λ>1.5且含钢率较小的情况
• 斜裂缝端部剪压区混凝土在正应力和剪应力的共 同作用下被压碎
（3）剪切粘结破坏
• 不配箍筋或箍筋很少、且剪跨比较大的情况 • 型钢与混凝土的粘结力极易丧失，传递剪力的能力降低， 于是在型钢翼缘外侧的混凝土中产生应力集中 • 在型钢翼缘附加产生劈裂裂缝，沿型钢翼缘水平方向发展， 导致保护层脱落
9.3 钢骨混凝土结构的一般规定
钢骨混凝土结构的配筋构造有其特殊之处，应给 予特别的重视。 在配筋构造设计中，应考虑以下几方面问题：
钢骨与其他钢筋的相互关系及其配筋顺序； 混凝土的浇筑密实性； 结构的耐久性和耐火性； 预期受力性能——塑性区和非塑性区。
钢骨混凝土梁、柱构件中，钢骨的含钢率不小于 2%，也不宜大于15%，合理含钢率为5%~8%。
b
107 91
96 81
hw
tw
b
hw
tw
tw
tw b
hw
9.4 正截面受弯承载力 9.4.1 梁的受弯性能： • 在最大承载力之前，梁中型钢截面的应变分布与外包混凝土 截面的应变分布基本协调一致，中和轴重合，且接近于直线 分布，表明型钢与外包混凝土的粘结作用在最大荷载之前一 般不会被破坏。 • 仍可以假定梁截面中型钢与混凝土的应变符合平截面假定。 • 型钢偏置: – 交界面处可能发生相对滑移 – 接近破坏时交界面附近将产生较大的纵向裂缝 – 混凝土压碎高度较大，延性较差 – 应设置足够数量的抗剪连接件。 • 设置足够的抗剪连接件后，受力过程中基本上符合平截面假 定，破坏时型钢上翼缘与混凝土的交界面并无明显纵向裂缝。
范围大，设计中应通过配置必要的构造箍筋、增加型钢外
围混凝土厚度等措施来提高剪切粘结承载力。 （5）受力过程中，由于受混凝土的约束，在满足宽厚比的 条件下，型钢腹板不会发生局部屈曲，其强度能得以充分 发挥，同时，型钢本身可以承担相当大的剪力，型钢混凝
土梁的斜截面受剪承载力远比钢筋混凝土梁高。
9.5.2 影响斜截面受剪性能的因素
应特别注意，SRC结构的配筋构造较为复杂，在 工程设计阶段必须给予细致的考虑，否则将使得 工程施工十分困难。
20.1 概述
发展简况 前苏联，劲性钢筋或承重钢筋，其原意为能承受
一定施工荷载的钢筋。 二战后，为加快恢复重建，采用劲性钢筋来承受悬 挂模板和支撑等施工荷载，以加快施工速度。 1949年，前苏联建筑科学技术研究所编制了《多层 房屋劲性钢筋混凝土暂行设计技术条件( BTY-0349)》。 前苏联50年代又进行了较全面的试验研究，1978年 制订了《苏联劲性钢筋混凝土结构设计指南(СИ378)》。 后来由于省钢目的，主要采用焊接钢桁架、钢构架 和钢筋骨架等作为劲性钢筋（即空腹式钢骨）。
大连远洋大厦
内筒为钢筋混凝土，
外框自下而上为RC-SRC-S结构。
大连远洋大厦
内筒为钢筋混凝土， 地上51层，地下4层， 外框自下而上为RC(6 层)-SRC-S结构，SRC 核心筒。
第20章 钢骨混凝土结构
20.1 概述
Steel Reinforced Concrete 型钢混凝土 劲性钢筋混凝土 Encased Concrete
• 型钢混凝土与钢筋混凝土梁的受剪性能：
（1）斜裂缝出现时。实腹式型钢具有较大的抗剪刚度， 而且在梁中腹板是连续分布的，对斜裂缝的开展起着 较好的抑制作用。 （2）斜裂缝出现后，型钢腹板的贡献使梁的受剪承载
力大为提高。
（3）具有较好的延性破坏特征。
（4）可能会发生剪切粘结破坏。型钢与混凝土交界面粘结 强度较低，型钢混凝土梁破坏时受压侧保护层混凝土剥离
日本
20世纪20年代，在一些工程中开始采用SRC结构。 1923年在东京建成的30m高全SRC结构的兴业银 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。 1951年开始对SRC结构进行了全面系统的研究， 1958年制订了《钢骨钢筋混凝土结构设计标准》。 到1987年又经过三次修订，基本形成较为完整的设 计理论和方法——叠加方法。 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， 在日本得到广泛的应用。
（1）剪跨比 • 集中荷载作用下，剪跨比反映了梁中弯、剪应力之比 – 剪跨比较小时，剪跨段内正应力较小，剪应力起控制作 用。型钢腹板在近似纯剪应力状态下达到屈服强度，混 凝土短柱发生剪切斜压破坏。 – 剪跨比较大（1.5～2.5），剪跨段内正应力较大 剪压破坏、剪切粘结破坏 – 剪跨比（>2.5）时，梁的承载力往往由弯曲应力控制， 一般发生弯曲破坏 – 型钢混凝土梁不会发生斜拉破坏，型钢腹板可以有效阻 止斜拉裂缝的产生。
欧洲
在20世纪20年代，西方国家的工程设计人员为满 足钢结构的防火要求，在钢柱外面包上混凝土， 称为包钢混凝土（Encased Concrete）结构。 起初，包钢混凝土柱仍按钢柱设计。 40年代后开始意识到外包混凝土对提高钢柱刚度 的有利作用，考虑折算刚度后仍继续沿用钢柱设 计方法。该方法一直沿用，并编制到1985年欧洲 统一规范EC4《组合结构》。
技术规程
• YB 9082－97（钢骨混凝土结构设计规程）
24
– 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
• 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
我国
我国因SRC结构的用钢量较大，20世纪80年代以前 未进行广泛的应用和研究。 20世纪80年代后期，随着我国超高层建筑的发展， SRC结构也越来越受到我国工程界的重视，开始 进行较为系统的研究，取得一系列研究成果，并 在一些高层建筑工程采用了SRC结构。 经过几年的研究和工程应用实践，参考日本标 准，1998年我国冶金工业部颁布了我国第一部《钢 骨混凝土结构设计规程YB9082-97》。 主要包括内含实腹式钢骨的钢骨混凝土梁、柱、 剪力墙及其连接的设计计算规定。
弯承载力Ma和钢筋混凝土部分承担的受弯承载力
MRC叠加，取Ma ＋MRC最大值 • 该叠加法是根据塑性理论下限定理建立的，没有 考虑型钢和混凝土的共同工作，而且直接应用较 为困难。
• 对于对称截面，可采用简化叠加方法。
2）以平截面假定为基础的计算方法：
• 型钢混凝土梁从开始承受荷载直到破坏其正截面
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
钢骨混凝土的应用有哪些问题需来自百度文库解决？ 共同工作 受力性能与混凝土构件的异同 轴压承载力计算 正截面承载力计算 斜截面承载力计算 变形、裂缝计算 节点、柱脚连接形式
应变符合平截面假定，承载力可采用混凝土结构
的计算方法； 3）采用钢筋混凝土的矩形应力图方法： • 取受压区混凝土的应力分布为等效矩形应力图， 型钢的应力图按全塑性假定简化为双矩形应力图，
同时又考虑到其误差，计算中型钢的设计强度乘
以折减系数（0.9）。
9.4.3 以平截面假定为基础的计算方法： （1）基本假定：
与钢筋混凝土结构相比
使构件的承载力大为提高； 实腹式钢骨的钢骨混凝土构件，受剪承载力有很大 提高，大大改善了结构的抗震性能。正是由于这一 点，钢骨混凝土结构在日本得到广泛的应用；
钢骨架本身具有一定的承载力，可以利用它承受施
工阶段的荷载，并可将模板悬挂在钢骨架上，省去 支撑，这有利于加快施工速度，缩短施工周期，如 在多高层结构的施工中不必等待混凝土达到强度就 可以继续进行上层施工。
（2）型钢腹板含钢率 • 含钢率：ρ＝Aw/bh0
• 由于型钢腹板的刚度较大，斜裂缝出现前，其剪应变与混凝
剪切斜裂缝
受剪较大时，易产生剪切粘结
破坏，使钢骨与外包混凝土不
能很好地共同工作，导致混凝 土较大范围剥落，承载力下
剪切粘结裂缝
降，影响破坏后的变形能力。
增加配箍可以提高粘结破坏承
载力。
在配置一定纵筋和箍筋的情况下，钢骨与外 包混凝土可较好地共同工作，在破坏阶段外 包混凝土也不会产生严重剥落，钢骨的塑 性变形能力可以得到充分发挥，承载力不会 显著下降。 因此，为保证外包混凝土与钢骨的共同工 作，必须在外包混凝土中配置必要的钢筋。