型钢混凝土组合结构设计

摘 要：组合结构的使用已经广泛，其中钢与混凝土的组合结构是最为常见的结构形式，而且相当成熟，已经自成独立的结构体系。在我国，组合结构仍属新的结构形式，随着大量建筑物的兴建，组合结构作为新兴结构得到越来越广泛的采用，应用前景越来越好。所以，对钢与混凝土组合结构的结构形式及性能特点有一定的了解是很有必要的。

关键词：型钢混凝土；组合结构；计算；要求

中图分类号：TU37文献标识码： A

引言

近年来，随着我国建筑业的快速发展，型钢混凝土组合结构在各种工程结构中得到了更为广泛的应用。在大跨度建筑、高层以及超高层建筑工程中，型钢混凝土组合结构体现出了比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越的特性。

一、型钢混凝土结构的概述

由混凝上包裹型钢做成的结构被称为型钢混凝土结构。它的特征是在型钢结构的外面有一层混凝土的外壳。型钢混凝土中的型钢除采用轧制型钢外，还广泛使用焊接型钢。此外还配合使用钢筋和钢箍。我国过去也采用劲性钢筋混凝土这个名称。

型钢混凝土梁和柱是最基本的构件。型钢可以分为实腹式和空腹式两大类。实腹式型钢可由型钢或钢板焊成，常用的截面型式有I、H、工、T、槽形等和矩形及圆形钢管。空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢而组成。型钢混凝土框架是由型钢混凝土柱以及梁构成的，框架的组合形式多样，有钢筋混凝土梁、组合梁以及钢梁。通常钢筋混凝土剪力墙在高层建筑型钢混凝土框架设置比较常见，此外型钢支撑或者型钢桁架也比较多见，由此型钢混凝土剪力墙的组合形式就比价多样，其抗剪性能也比一般的钢筋混凝土要好很多，其使用作用在建筑工程结构中会更好地发挥。

二、型钢混凝土结构的优点分析

1、型钢混凝土的型钢可不受含钢率的限制，其承载能力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力一倍以上；可以减小构件的截面，对于高层建筑，可以增加使用面积和楼层净高。

2、型钢混凝土结构的施工工期比钢筋混凝土结构的工期大为缩短。型钢混凝土中的型钢在混凝土浇灌前已形成钢结构，具有相当大的承载能力，能够承受构件自重和施工时的活荷载，并可将模板悬挂在型钢上，而不必为模板设置支柱，因而减少了支模板的劳动力和材料。型钢混凝土多层和高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层。施工中不需架立临时支柱，可留出设备安装的工作面，让土建和安装设备的工序实行平行流水作业。

3、型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，尤其是实腹式的构件。因此在大地震中此种结构呈现出优良的抗震性能。日本抗震规范规定高度超过45m的建筑物不得使用钢筋混凝土结构。而型钢混凝土结构则不受此限制。

4、型钢混凝土框架较钢框架在耐久性、耐火度等方面均胜一筹。我国在八十年代中期开始兴起对型钢混凝土结构研究的热潮。在上海、重庆等城市也建成了这种类型的建筑物，但型钢混凝土结构在我国的应用才刚刚开始，其建筑面积还不到建筑总面积的千分之一。其外包钢混凝土结构的概况及优缺点外包钢混凝土结构（以下简称外包钢结构）是外部配型钢的混凝土结构。是在克服装配式钢筋混凝土结构某些缺点的基础上发展起来的，仿效钢结构的构造方式，是钢与混凝土组合结构的一种新型式。外包钢结构由外包型钢的杆件拼装而成。杆件中受力主筋由角钢代替并设置在杆件四角，角钢的外表面与混凝土表面取平，或稍突出混凝土表面0.5―1.5mm.横向箍筋与角钢焊接成骨架，为了满足箍筋的保护层厚度的要求，可将箍筋两端墩成球状再与角钢内侧焊接。

三、型钢混凝土结构的计算

型钢混凝土构件中，型钢与混凝土的粘结力较小，滑移较大，对强度、变形及裂缝均有影响，不可忽略，尤其是再配置实腹钢的型钢混凝土结构计算时，应当考虑粘结滑移的影响。由于粘结滑移的影响，对配置实腹钢的型钢混凝土构件而言，平截面假定已经不再成立，但是进行梁柱正截面承载力能力计算时，可以采用修正的平截面假定与减小了的混凝土极限压应变来考虑粘结滑移的影响，这样使计算大为简化。

1、来说明梁的两种类型的计算理论。配置实腹钢的型钢混凝土梁正截面受弯计算时根据中和轴位置不同，分为三种情况，因此计算时应先由x值判断属于何种情况，然后按照相应的应力图形进行计算。配置角钢骨架的空腹式型钢混凝土梁，本身具有较大的强度与刚度，并对核心混凝土约束较好，相比于钢筋混凝土结构，强度、刚度及延性有显著的改善；在强度计算时，可以通过试验用一强度提高系数来考虑正截面承载能力的提高，这样计算比较简单实用。

2、型钢混凝土梁柱剪切性能受诸多因素影响，其中剪跨比与轴压比的影响明显。剪切破坏主要有三种破坏形态，由于粘结滑移的影响，容易发生剪切粘结破坏。通过试验，去三种破坏形态中剪切强度较低的破坏形态作为梁柱剪切强度的计算依据而得出型钢混凝土梁柱斜截面剪切承载能力计算公式。

3、由于偏心距是影响型钢混凝土柱的强度的主要因素，有大偏心和小偏心受压，按照这两种破坏形态各自的应力图得出型钢混凝土柱正截面承载能力的计算公式。节点时连接框架梁柱的关键部位，受力复杂，应当十分重视节点的计算和构造，尤其是地震区的建筑物。

四、型钢混凝土组合结构设计的要求

1、型钢。型钢混凝土构件的型钢材料宜采用牌号Q235的碳素结构钢以及Q345的低合金高强度结构钢，其质量标准应符合现行国家标准，钢材性能要求应满足抗拉强度、伸长率、屈服点、硫磷含量、冷弯实验、冲击韧性合格的要求。若用于地震区，应具有良好的延性，钢材的极限抗拉强度和屈服强度不能太接近，其强屈比不小于1.2。

型钢混凝土组合结构构件中的型钢板厚不宜过薄，以利于焊接和满足局部稳定要求，厚度不宜小于6mm。由于型钢受混凝土和箍筋的约束，不易发生局部压屈，因此，钢板的宽厚比可大致比纯钢结构放松1.5-1.7倍，其宽厚比应满足表1的要求：满足宽厚比限值时，可不进行局部稳定验算。在型钢混凝土组合结构构件中，采用作为抗剪连接件的栓钉，不得采用短钢筋代替。

2、混凝土与钢筋。热轧钢筋的延性比较好，因而型钢混凝土组合结构中的箍筋和纵向钢筋较多采用，同时对于它的纵向受力直径有一定的规定，通常是不小于16毫米，净间距也是在30毫米以内的范围，《混凝土结构设计规范》中对于其他构造都有相关的要求。总之，施工中针对这些一定要熟练掌握规范的规定。再者，混凝土强度不能小于C30，这主要是为了能够充分发挥钢混凝土中型钢的作用，同时浇筑起来也比较方便。

3、混凝土保护层厚度。与普通钢筋混凝土结构一样，型钢混凝土的保护层厚度都是有一定要求的，对保护层的要求主要是为了防止发生形变导致的钢筋混凝土粘结，对型钢混凝土耐久性与耐火性都是一种有效提高。

结束语

型钢混凝土组合结构仅是钢-混凝土组合结构中的一种类型，即在型钢的四周浇灌混凝土，使混凝土与钢材形成整体共同受力的结构。若在型钢上或内部浇灌混凝土则形成另两种钢-混凝土组合结构，钢板-混凝土组合梁（板）及钢管混凝土结构。钢-混凝土组合结构具有节约钢材，充分利用材料性能，抗震性能好，施工较方便，降低造价等优点。随着我国经济的快速发展，冶金行业的不断进步，钢材产量和品质都在逐步提高，钢-混凝土组合结构必将得到迅速发展，应用前景广阔。

参考文献

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