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1、第三章 型钢混凝土组合结构,1,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人式组合结构体系。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。,2,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。,3,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
2、年，内藤多仲日本兴业银行，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。,4,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。,5,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% , 1015 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
3、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,6,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。,7,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
4、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。,8,技术规程,YB 908297（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计算规准.同解说 若林实JGJ1382001（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,9,技术规程,YB 908297（钢骨混凝土结构设计规程）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
5、力叠加计算计算结果偏小,不适合我国国情JGJ1382001（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,10,技术规程,YB 908297（钢骨混凝土结构设计规程）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JGJ1382001（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,11,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
6、燕教授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,12,第一节 一般要求和结构的整体作用第二节 型钢混凝土框架梁第三节 型钢混凝土框架柱第四节 框架梁柱节点第五节 型钢混凝土剪力墙第六节 连接构造,13,第一节 一般要求和结构的整体作用,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,14,第一节 一般要求和结构的整体作用,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502）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
7、荷载可以有效减小梁的变形和裂缝宽度。,15,第一节 一般要求和结构的整体作用,优点：3）显著加快施工速度可平行流水施工4）结构延性与耗能能力较好以实腹柱为最好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,16,第一节 一般要求和结构的整体作用,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,17,第一节 一般要求和结构的整体作用,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：,18,第一节 一般要求和结构的整体作用,3、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
8、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,19,第一节 一般要求和结构的整体作用,3、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,20,第一节 一般要求和结构的整体作用,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
9、粘结破坏，出现纵向裂缝。,21,第一节 一般要求和结构的整体作用,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）,22,第二节 型钢混凝土框架梁,1、截面形式和构造2、正截面受弯承载力3、斜截面受剪承载力4、变形和裂缝宽度验算,23,第二节 型钢混凝土框架梁,1、截面形式和构造1.2 构造要求：1）截面尺寸，相应的配筋要求；2）保证刚度的措施；3）转换层设计要求；4）保证“强剪弱弯”；5）其他特殊要求；,24,第二节
10、 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.1 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。,25,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.1 梁的受弯性能：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。,2
11、6,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.1 梁的受弯性能：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,27,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.2 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。,
12、28,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.2 受弯承载力计算的简化叠加法：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；,29,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.2 受弯承载力计算的简化叠加法：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）。,30,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.3 以平截面假定为基础的计算方法：（1）基本假定
13、：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。,31,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.3 以平截面假定为基础的计算方法：（1）基本假定：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,32,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力2.3 以平截面假定为基础的计算方法：（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f
14、a,33,第二节 型钢混凝土框架梁,34,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,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力3.1 斜截面受剪性能和破坏形态破坏形态主要有三种类型：,35,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力3.1 斜截面受剪性能和破坏形态破坏形态主要有三种类型：（1）斜压破坏剪跨比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,37,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力3.1 斜截面受剪性能和破坏形态破坏形态主要有三种类型：（3）剪切粘结破坏不配箍筋或箍
15、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,38,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力3.1 斜截面受剪性能和破坏形态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。,39,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力3.1 斜截面受剪性能和破坏形态型钢混凝土与钢筋混凝土梁的受剪性能：（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。,40,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力3.1 斜截面受剪性能和破坏形态型钢混凝土与钢筋混凝土梁的受剪性能：（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。,
