PKPM中型钢混凝土、钢管混凝土、叠合柱截面综述

PKPM中型钢混凝土、钢管混凝土、钢管混凝土叠合柱截面综述

徐飞略

中国建筑科学研究院PKPM工程部深圳分部

2009年7月

一、型钢混凝土截面

型钢混凝土截面在高层建筑中的使用越来越多，型钢混凝土柱常见于框架-核心筒结构的外框架柱，用来增强结构的抗侧刚度。型钢混凝土梁可被用作跨度较大的梁，如转换梁、连体结构中连接两侧主体结构的梁等。桁架的腹杆及带有斜柱的结构中也常见型钢混凝土斜杆的使用。

一、截面类型

PMCAD、STS中可定义的型钢混凝土柱、斜杆截面

一、截面类型

截面默认的混凝土强度等级与PMCAD 中“本层信息”中一致，钢号与“设计参数”中钢材型号一致，可通过“材料强度”对每个构件的强度进行修改。

PMCAD 、STS

中可定义的型钢混凝土梁截面

二、截面设计

PMCAD、STS中定义的型钢混凝土截面都可使用TAT、SATWE或PMSAP进行计算。以上所介绍的型钢混凝土截面的设计均按照《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001）执行。

按照《型钢规程》4.2.2条的规定，采用刚度叠加的方法计算组合截面的抗弯、抗剪和轴向刚度，代入到结构的内力及变形计算中。

二、截面设计

型钢混凝土梁、柱、斜杆的抗震等级即是计算软件中定义的框架的抗震等级，可单独修改。整体计算后，按照《型钢规程》，对梁、柱、斜杆进行强柱弱梁、强剪弱弯的内力放大，作为设计内力。同时按《型钢规程》对构件进行剪压比、轴压比（对柱）、型钢与混凝土抗剪承载力比值等验算。

二、截面设计

型钢混凝土梁、柱的受弯及受剪承载力按照《型钢规程》进行计算，各种截面都等效为配置单独工字钢的截面进行计算，计算中考虑了最小配筋率和配箍率的要求。对内部为十字钢的截面，没有采用《型钢规程》附录A查表法，而是分别计算两个方向的配筋，在计算某一方向时，不考虑另一方向工字钢的作用。斜杆的承载力计算同柱。对一二级抗震等级带有型钢混凝土柱的框架节点，还进行节点受剪承载力计算。

二、截面设计

根据截面计算配筋给出每个型钢混凝土柱及斜杆的抗剪承载力，为楼层受剪承载力的一部分。

PKPM梁柱施工图可以按照《型钢规程》计算型钢混凝土梁的挠度及裂缝，型钢梁柱的配筋详图目前需由设计人员自行设计。

二、截面设计

常见型钢混凝土配筋截面

二、截面设计

型钢混凝土组合结构经过计算后，STS三维框架节点设计可以给出梁柱节点内型钢的连接详图，型钢可以是工字钢、矩形、圆形等各种截面。由于梁、柱内实配钢筋未知，目前软件在进行梁柱节点、柱脚的焊缝和螺栓设计时，没有扣除截面内混凝土和钢筋承担的内力，计算结果偏于保守。

二、截面设计

STS绘制的型钢节点详图

二、钢管混凝土截面

钢管混凝土结构延性高，用钢量较一般型钢混凝土柱少，与钢筋混凝土柱相比又可节省混凝土，同时施工方便。常用的钢管混凝土截面有圆形和矩形，圆形钢管混凝土应用较早，相对于圆形钢管混凝土，矩形钢管混凝土具有较大的惯性矩和抗侧刚度，节点构造相对简单，目前工程中应用也很多。

一、截面类型

PMCAD和STS（钢结构）的三维框架建模中都提供了两种钢管混凝土截面。下图左侧为圆形钢管混凝土截面，右侧为矩形钢管混凝土截面。

PMCAD、STS中可定义的钢管混凝土梁、柱、斜杆截面

二、截面设计

PMCAD、STS中定义的钢管混凝土截面都可使用TAT、SATWE或PMSAP进行计算。其中圆形钢管混凝土截面的设计按照《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS 28:90执行，矩形钢管混凝土截面设计按照《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159:2004执行。

二、截面设计

根据用户输入的截面尺寸，按照相应规程进行截面的抗弯、抗剪和轴向刚度计算，代入到结构的内力及变形计算中。

圆形钢管混凝土：计算柱及斜撑的轴向受压承载力，给出构件长度与外径的比值。

矩形钢管混凝土：对柱和斜撑，计算其轴压比（仅对柱）、同时进行承载力及两个方向的稳定验算，柱节点域的强柱弱梁验算，截面承担系数、剪切强度验算，长细比、矩形钢管宽厚比验算。对矩形钢管混凝土梁验算抗弯、抗剪强度和整体稳定。

二、截面设计

与型钢混凝土截面一样，STS钢结构可以进行钢管与钢梁节点设计并给出连接详图。

矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点示意详图

三、钢管混凝土叠合柱截面

PKPM提供了如下两种钢管混凝土叠合柱截面，即由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土叠合而成。该类截面的刚度采用钢管里混凝土、钢管外混凝土和钢管三种截面的刚度叠加，配筋计算目前近似按型钢混凝土截面处理。

PMCAD、STS中可定义的钢管混凝土叠合柱截面

谢谢