钢骨混凝土梁的力学性能及计算原理

（浙江东南建筑设计有限公司 310000）

摘 要：高层建筑越来越多，带转换层的建筑也比较普遍。转换层的存在使竖向刚度发生突变导致力的传递发生改变，在转换层处受力变得复杂，在考虑地震情况下，更是复杂。所以对转换层的研究是非常必要的。

关键词：钢骨；梁；计算原理

1、钢骨混凝土梁的性能

钢骨混凝土（SRC）构件和普通钢筋混凝土（RC）构件相比，其受力性能的差别主要表现如下：1、SRC构件的含钢量比RC构件的含钢量大得多，所以SRC构件比RC构件的刚度明显提高。这为在风荷载和地震作用下控制结构的水平位移提供了有利的条件。2、SRC构件的强度、刚度和延性较好，采用SRC结构不仅具有足够的抗震能力，而且可以使得梁、柱等构件截面大大减小，因此能减少构件的面积，降低建筑物高度，在改善房间功能、降低造价和能耗及结构抗震方面都极为有利，可获得较好的综合效益。3、SRC构件的混凝土有利于提高型钢的整体稳定性，防止发生局部屈曲、弯曲失稳及梁发生侧向失稳的不利现象。4、SRC构件的耗能性能好。从试验中得到SRC柱滞回曲线饱满，所围的面积较大，这说明其耗能性能好。

2、钢骨混凝土梁计算的基本假定

我国冶金部颁布的《钢骨混凝土结构设计规程》Isl（YBgo82一97）中规定：型钢混凝土框架梁的正截面受弯承载力应按下列基本假定进行计算；

（1）截面应变分布符合平截面假定；

（2）不考虑混凝土的抗拉强度；

（3）受压边缘混凝土极限压应变气取0.003，相应韵最大压应力取混凝土轴心抗压强度设计值关，受压区应力图形简化为等效的矩形应力图，其高度取按平截面假定所确定的中和轴高度乘以系数0.8，矩形应力图的应力取为混凝土轴心抗压强度设计值；

（4）型钢腹板的应力图形为拉、压梯形应力图形。设计计算时，简化为等效矩形应力图形；

（5）钢筋应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值。受拉钢筋和型钢受拉翼缘的极限拉应变气取0.01。

（6）在计算钢骨混凝土构件的刚度时，可以认为钢骨混凝土构件的刚度是型钢刚度与混凝土部分刚度的叠加。即：

（4―1）

（4―2）

（4―2）

式中：E、I、A――等效截面的材料弹性模量、惯性矩、截面积； 、 、 ――钢骨的材料弹性模量、惯性矩、截面积； 、 、 ――混凝土的材料弹性模量、惯性矩、截面积。

严格的讲（4一1）、（4一2）、（4一3）式应同时满足，但各软件的条件不同，要求输入的参数不同，有时很难同时满足。采用哪个公式得到的结果和实际较符合，还没有发现相关的研究。本文针对通用软件ANSYS要求输入的参数，对钢骨混凝土构件的弹性模量进行研究。

3、钢骨混凝土梁承载力的计算

3.1正截面抗弯承载力

充满型钢骨混凝土框架梁是以“适筋梁”破坏作为其抗弯承载力的极限状态，充满型实腹式钢骨混凝土框架矩形截面梁达到抗弯承载力极限状态时，钢骨混凝土梁中型钢上、下翼缘达到屈服强度设计值 、 。计算时把上、下翼缘分别作为纵向受力钢筋考虑，型钢腹板并没有完全屈服。此时，腹板承担了弯矩 、轴向力 。对型钢腹的应力分布进行积分，并作一些简化就可以得到 和 。简化的条件是 ，表示型钢腹板上端处于受压区，同时 ，表示型钢腹板处于受拉区。

其正截面受弯承载力按下列公式计算：抗震设计时

（4―4）

（4―5）

――型钢混凝土梁正截面承载力抗震调整系数， =0.75

、 ――混凝土等效矩形应力的图形系数，仅与混凝土应力应变曲线有关。当混凝土等级部超过C50时 取1.0， 取0.8。

――型钢受拉翼缘和纵向受拉钢筋合力点至混凝土受压外边缘的距离， ；

――为型钢混凝土梁截面高度， 为型钢受拉翼缘与纵向受拉钢筋合力点至混凝土受拉边缘的距离；

――充满型实腹式型钢混凝土梁矩形截面的宽度；

――混凝土受压区高度；

、 ――分别为型钢受拉、受压翼缘截面行心至混凝土截面边的距离；

、 ――分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至混凝土截面边的距离；

、 ―分别为梁中型钢受拉、受压翼缘的截面面积；

、 ――分别为梁中钢筋受拉、受压钢筋的截面面积；

、 ――分别为纵向受拉、受压钢筋的强度设计值；

、 ――分别为型钢抗拉、抗压强度设计值；

――混凝土的轴心抗压强度设计值；

――型钢腹板承担的轴向合力；

――型钢腹板承担的轴向合力对型钢受拉翼缘和纵向受拉钢筋合力点的力矩；

当满足 ， 条件时，型钢混凝土梁内型钢腹板的抗弯承载力 ，、轴向承载力 ，分别按以下公式计算：

（4―6）

（4―7）

――混凝土相对受压区高度， ；

――型钢腹板厚度；

――型钢翼缘厚度；

――型钢翼缘高度；

――型钢腹板上端至梁截面上边缘距离与 的比值；

――型钢腹板下端至梁截面上边缘距离与 的比值。

3.2钢骨混凝土梁的抗剪承载力计算

目前，钢骨混凝土构件受剪承载力的计算主要有三种方法：前苏联将型钢腹板看作连续分布的箍筋，采用钢筋混凝土梁的计算方法；日本采用剪力分配计算方法，认为剪力由型钢部分和钢筋混凝土部分一起承担，而型钢部分和钢筋混凝土部分的受剪承载力分别不低于各自承担的剪力；我国两个规则在梁的抗剪承载力计算时采用同样的计算原理；采用叠加计算方法，认为型钢部分与钢筋混凝土部分受剪承载力之和作为钢骨混凝土构件的受剪承载力。当型钢含量较少时采用钢筋混凝土梁的计算方法得到的结果比较符合实际，剪力分配计算方法理论上较为合理，但计算复杂，剪力的分配也不易准确。

截面受剪承载力试验表明，当 超过一定值后，剪压破坏时型钢不会达到屈服，箍筋也有可能不屈服，因此，钢骨混凝土梁的受剪截面应符合下列条件：

（4―8）

――梁斜截面受剪的承载力抗震调整系数， =0.85；

――混凝土强度影响系数，当混凝土强度不超过C50时， 取1.0；当混凝土强度为C80时， 取0.8，其间按线性内插法确定。

《型钢混凝土组合结构技术规程》中，在均布荷载作用下，实腹式型钢混凝土框架梁的斜截面受剪承载力按下列公式计算

（4―9）

式中： ――计算截面剪跨比，可取元 ， 为计算截面至支座截面或节点边缘的距离。计算截面取集中荷载作用点处的截面。当 3时取 =3。

――配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积； ――沿构件长度方向箍筋的间距

4、结束语

综上所述，由于钢骨混凝土构件的力学性能在强度、刚度和延性上都明显优于普通混凝土构件，所以在抗震区建高层建筑或者在短柱较多、结构的平面和竖向刚度变化较大的结构（转换层）中，采用SRC结构是较佳的选择。