型钢混凝土结构

③经济性较好。节省钢材达50％以上，降低了造价。
二、型钢混凝土梁柱节点
1.型钢混凝土梁柱节点构造 节点是连接梁、柱的关键部位。梁的内力要通 过节点传递给柱, 同时从强调“强柱弱梁、强剪 弱弯、强节点弱构件”的抗震设计原则中也应看 出节点构造的重要性。框架结构体系中不同类型 梁柱的3种节点构造形式分别为: 钢筋混凝土梁与 型钢混凝土柱的节点连接、钢梁与型钢混凝土柱 的节点连接、型钢混凝土梁与型钢混凝土柱的节 点连接。
ηj为梁对节点的约束影响系数：对两个正交方向有梁 约束的中间节点，当梁的截面宽度均大于柱截面宽度的 1/2．且框架次梁的截面高度不小于主梁截面高度的3/4时， 取ηj=1.5；其他情况的节点，取ηj=1.0； fc为型钢的抗拉强度设计值；bj、hj为节点核心区水 平截面的宽度和高度，hj= hc；当梁截面宽度bb≥bc/2时， 取bj= bc ；当bb < bc/2时，取bj=bb+0.5hc。和取bj= bc二 者中的较小值。抗震等级为1级时，不考虑轴压力的有利 影响；抗震等级为2级时，将轴压力对节点抗剪承载力的 提高综合在混凝土抗剪系数中：当抗震等级为3、4级 时．此规程未给出相应的计算公式。
2.型钢混凝土梁柱节点的受力分析
2.1 混凝土
试件开裂前，节点区混凝土起主要抗剪作用，随着荷 载增加，沿节点对角线方向产生斜裂缝，形成斜压杆，由 于箍筋和翼缘框的约束作用，混凝土还有一定的抗剪能力， 通过计算发现，混凝土的强度对节点的开裂荷载和极限荷 载有较明显的影响。随其强度的提高，滞回曲线形态趋于 饱满，说明节点的耗能能力有所增强，若强度较低则裂缝 出现较早且开展快，核心区混凝土应力发展快，裂缝及压 碎数量都明显增多，所以混凝土的强度等级不宜低于C30， 也不宜过高，否则对结构延性不利。
3.1 钢桁架机理
柱型钢翼缘框与水平加劲肋及节点外围的混凝土构成 一个刚性矩形框，刚性框中的斜压腹杆主要是由混凝土和 型钢翼缘组成，同样斜拉腹杆主要由混凝土、型钢翼缘以 及梁柱纵筋组成，所有这些腹杆只承受轴向力，不承受弯 矩。其中，受拉腹杆以混凝土应变控制其极限承载力，当 腹杆应变超过混凝土的极限拉应变，受拉腹杆断开退出工 作。
表2-1不同腹板厚度下的屈服应力
2.3纵筋和箍筋
要保证型钢混凝土优越性能的发挥，首要前提就是要 使型钢和混凝土有个非常好的整体性，尽量减少粘结滑移， 这样也使有限元分析更接近实际结果，所以配置一定的纵 筋和箍筋是必要的也是必须的。纵筋和箍筋不但分别用于 抗弯和抗剪，还形成骨架，约束型钢之外的外包混凝土， 而且还加强了对核心区混凝土的约束，能增强构件塑性铰 区的变形能力和耗能能力，以确保混凝土、型钢能更好的 共同工作。纵筋直径不宜小于16mm，且也不应过强，以免 使结构产生较大的变形和裂缝，箍筋直径不宜小于8mm， 且应做成封闭箍筋，末端设135度弯钩。
4.2 YB9082—1997设计方法 YB规程主要是以日本规范为基础、结合我国的试验和 理论研究成果而提出的设计计算方法。节点核心区的极限 抗剪承载能力以地震作用下核心区不发生剪切破坏为原则。 其抗剪承载力主要由节点核心区混凝土、箍筋和型钢腹板 3部分组成。其规定：在地震作用组合下，梁柱节点受剪 应满足：
4.抗剪承载力计算 目前节点抗剪承载力计算方法有许多种。现就几个典 型代表的进行对比分析。 4.1 JGJ138—2001规程设计方法 JGJ138—2001规程关于型钢混凝土节点核心区抗剪承 载力计算，根据框架节点的抗震等级和结构形式。在地震 作用组合下满足： 1级抗震等级
Asv fa 1 Vj tw hw j j b j h j c f c s ho as f yv RE 3
百度文库
2级抗震等级
Asv fa 1 N Vj 0.05 j j b j h j c f c ho as f yv tw hw RE f cbc hc s 3
节点的受剪承载力由混凝土、箍筋和型钢腹板3部分组 成。式中，α β 是考虑型钢混凝土柱与各种不同类型的梁形 成节点时，梁端内力传递到柱的途径有差异的梁的形式系数。 型钢混凝土柱与型钢混凝土梁连接的梁节点,α =0.3, β =1.0; 与钢筋混凝土粱连接的梁柱节点,α =0.14,β =0.35;与钢梁连 接的梁柱节点，α =0.25,β=1.0； Φj为节点位置影响系数，对中柱节点取Φj =1.0 ；边柱节 点及顶层中间节点取Φj =0.7;顶层边节点Φj =0.4 ；
2.2 型钢
型钢腹板是型钢混凝土节点抗剪的主要因素之一，由 于型钢周围混凝土对其的约束作用，在构件达到极限承载 力的过程中，节点型钢一般不发生局部屈曲，始终能保证 其强度的发挥。表2-1显示了不同厚度对节点抗剪性能的 影响，由表可知，相同条件下，型钢混凝土节点的抗剪能 力随腹板厚度的增大而提高。一般腹板厚度不宜小于6mm。
一、型钢混凝土结构
1、概念
型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete简 称SRC)结构是指在混凝土中主要配置型钢(轧制 或焊接成型)，并配有一定的构造钢筋及受力筋的 结构，是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。 根据不同的配钢形式，型钢混凝土结构可以 分为实腹式和空腹式两大类，实腹式所配型钢的 形式主要有角钢、工字钢、双工字钢、十字型钢、 槽钢、方钢管等，而空腹式型钢一般由缀板或缀 条连接角钢和槽钢而成。
图1 节点钢桁架模型
3.2 钢“框架一剪力墙”机理
混凝土部分的抗剪．可视为由混凝土斜压杆加桁架的 抗剪机理，斜压杆主要承受梁端、柱端之压应力，如图2 所示．钢筋与斜压混凝土构成的桁架主要承受梁端、柱端 之拉应力及剪力。
图2 节点中混凝土部分受力机理
应当说明．由于柱型钢翼缘与水平加劲肋构成的“翼 缘框”对混凝土斜压杆有一定的约束作用，故型钢混凝土 节点的混凝土所承担的剪力比在普通钢筋混凝土节点中更 大。型钢部分的抗剪．可视作由柱中型钢翼缘与腹板加劲 肋构成的板式封闭钢框梁和型钢腹板作为“剪力墙”形成 的“框架一剪力墙”体系来承担。如图3所示。
3.型钢混凝土梁柱节点的受力机理
框架受到外荷载作用后，作用在节点处的有弯矩、剪 力、轴力，这些荷载效应在节点内分配和传递使节点核心 区发挥其作用，根据节点的受力过程和破坏类型，较准确 地描绘这些效应的分配大小和传递途径。给出合理的理论 假设和计算模式，就是节点的受力机理。节点的受力机理 受诸因素的影响，包括混凝土强度、钢材的性能、节点内 的配筋构造及梁、柱主筋的锚固状况等等。
图3 节点中型钢的“框架一剪力墙”受力机理
这个“框架一剪力墙”体系在剪力作用下，将按照两 者的抗侧刚度比例来分配。由于柱型钢翼缘抗侧刚度往往 比腹板抗侧刚度小很多，因此主要是腹板起到抗剪作用。 如果忽略翼缘的抗剪，则型钢分担的剪力全由腹板来承受。 当柱上无压应力时，这个框剪体系基本处纯剪的状态，当 有轴压力作用时，型钢构成的框剪体系则处于压应力与剪 应力共同作用的状态。当达到极限状态时，首先是型钢腹 板剪切屈服．继而翼缘框的四角形成4个塑性铰，成为机 动体系，最后钢筋桁架屈服，混凝土斜压杆达到极限压应 变而压碎，此时节点即告破坏。

与钢结构相比优点
①耐久性、耐火性好。型钢外包混凝土既可作为保护层 防止钢材锈蚀又可参与构件的爱力，防止了钢材的锈蚀， 减轻了火灾的危害，具有良好的耐久性和耐火性。
②结构刚度大。在风荷载和地震作用下，结构的变形小， 水平位移能够得到较好的控制。型钢外包混凝土有利于防 止钢构件的局部屈曲，提高了构件的整体刚度，不易发生 杆件的侧向失稳和屈曲失稳，显著改善钢构件的出平面扭 转屈曲性能，使钢材的强度得到充分的发挥。
纯钢节点P-△滞回曲线
型钢混凝土节点P-△滞回曲线
钢筋混凝土节点P-△滞回曲线
2.5延性和耗能能力 滞回曲线表明,无论是延性还是耗能性能,型钢混凝土 节点都优于钢筋混凝土节点。钢筋混凝土节点在承载能力 达到极限后便急剧下降, 滞回环呈“捏缩”现象,位移延 性系数仅为2.0 左右;而型钢混凝土节点由于型钢的塑化 作用, 达到极限荷载后承载力下降速度缓慢,滞回环很丰 满, 位移延性系数均大于4.0,具有良好的延性和耗能性能。 2.6刚度及刚度退化 型钢混凝土节点的刚度明显大于钢筋混凝土节点，而 且型钢混凝土节点的刚度退化减慢。由于轴压力的存在， 能抑制裂缝的产生和发展，所以轴压比越大，节点裂缝出 现较晚，裂缝宽度较小，所以节点刚度越大。

与钢筋混凝土结构相比优点：
①承载能力高:型钢混凝土结构因其内部型钢的存在，承 载力比同样尺寸的钢筋混凝土构件有很大的提高(一般高 出一倍以上)，因此更有利于节约材料，减小构件的截面 尺寸，避免形成“肥梁胖柱”，尤其是对于高层、超高层 建筑，减小了构件的截面，增大了结构的净高和总使用面 积，从而在很大程度上增加了经济效益。
1.2 钢梁与型钢混凝土柱的节点连接
这种结构的梁柱节点构造类似于钢筋混凝土梁与型钢 混凝土柱的节点构造, 钢梁在型钢混凝土柱的两侧断开, 型钢混凝土柱内型钢与型钢梁的连接也应采用刚性连接, 且钢梁翼缘与柱内型钢翼缘应采用全熔透焊缝连接, 梁腹 板与柱宜采用摩擦型高强度螺栓连接, 悬臂梁段与柱应采 用全焊接连接。
2.4轴压比影响
与钢筋混凝土节点相似， 柱轴压力对型钢混凝土节 点的抗裂度和极限承载力均有一定的影响。特别是轴压力 对节点抗裂度的提高作用比较明显，这是因为轴压力对核 心区混凝土增加了一个方向的约束，抑制了节点区裂缝的 出现与开展。试验表明，开裂剪力和极限剪力随轴压比的 增大而提高，大致呈线性关系。但是轴压比对型钢来说， 反而使型钢的抗剪能力有所降低。当轴压比很大时，节点 的破坏形态可能由梁铰型转化为节点核心区的剪切型破坏， 对于弱节点还有可能发生脆性受压破坏。从滞回曲线我们 也可以看出，随轴压比的增大，一定范围内承载力是有所 提高，但滞回曲线下降段也越来越快，包围的面积越小， 耗能能力和变形能力下降，延性系数减小。
1.1 钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的节点连接
钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的梁柱节点应采用刚性 连接, 梁的纵筋应伸入柱节点, 且应满足钢筋锚固要求。 柱内型钢的截面形式和纵筋的配置, 要便于梁纵筋的贯穿, 设计上应减少梁纵筋穿过柱内型钢的数量, 且不宜穿过型 钢翼缘, 也不应与柱内型钢直接焊接连接。但在实际情况 中, 有时必须在柱内型钢腹板上预留贯穿孔或必须在型钢 翼缘上预留贯穿孔, 就应按相关规定进行设计计算, 必要 时应采取补强措施。
②变形能力强。同样是因为型钢的存在，型钢混凝土结构 比钢筋混凝土结构的延性好，在地震中能呈现出较好的抗 震性能。一般情况下钢筋混凝土柱截面尺寸受轴压比限制， 往往需要选取的截面很大，因此型钢混凝土构件的优势就 显现出来了。在多次地震中型钢混凝土结构都表现出了较 好的抗震性能。 ③施工周期短。在施工时，型钢混凝土中的型钢在混凝土 未浇筑以前就已形成钢结构骨架，型钢骨架自身具有一定 的承载能力，可以作自承重结构体系，利用型钢骨架承受 施工阶段的荷载，省去了支模板而设置的支撑柱，从而加 快了施工速度，大大缩短了施工时间。
1.3 型钢混凝土梁与型钢混凝土柱的节点连接
对于型钢混凝土梁与型钢混凝土柱的节点构造, 一般 柱中型钢在节点中贯穿, 梁中型钢在柱型钢两侧断开, 并 与柱型钢翼缘用焊接或螺栓连接。柱中型钢沿高度方向, 在对应于梁中型钢的上下翼缘处应设置水平加劲肋, 为了 便于浇筑节点核心区的混凝土, 加劲肋可以不是通长的, 仅在柱型钢翼缘处局部设置。
2、分类
目前在抗震结构中多采用实腹式型钢混凝土 构件，常用的构件截面形式见图1和图2。
3、型钢混凝土结构性能
受力比较合理，型钢和混凝土这两种不同的材料得到 了充分的利用。承载能力高、稳定性好，抗震、抗风性能 良好。建造成本降低，可获得良好的综合经济效益。在施 工上具有良好的施工性能，且施工周期短。