钢骨砼梁结构设计及应用

一.导言

用型钢包裹混凝土制成的结构称为型钢混凝土结构(也称刚性混凝土结构)，在日本应用广泛，研究和试验最多。这种结构简称SRC结构，现在被列为与钢结构、木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构并列的五大结构之一。其中，实腹式型钢混凝土构件具有抗震性能较好、节约钢材、提高混凝土利用系数、施工方便等优点，在工程建设中被广泛应用。本文将主要介绍型钢混凝土梁的设计方法和构造要求，并通过工程设计实例说明其计算和使用，可供类似工程设计参考。

二、结构特点及计算方法

型钢混凝土梁是钢梁和钢筋混凝土梁的组合结构。实腹式钢框架通常采用工字形和工字形。截面材料的选择主要依据现行国家标准《钢结构设计规范(GBJ17-88)》和《高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-98)》，以保证构件有足够的塑性变形能力，其屈服强度不宜过高，伸长率应大于20%。钢筋应按《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)的要求进行。钢骨混凝土梁正截面强度的计算方法在不同的国家有很大的不同。前苏联《刚性钢筋混凝土结构设计指南CN3-78》假设型钢和混凝土成为一个整体，可以均匀变形，几乎完全套用了钢筋混凝土结构的计算方法。日本《钢筋混凝土结构计算标准》将钢筋混凝土梁的抗弯承载力和型钢的抗弯承载力叠加，得到型钢混凝土梁的抗弯承载力。两种方法的区别在于成型钢梁能否与钢筋混凝土形成一个整体。现行的《型钢混凝土结构设计规范》YB9082-97在实腹式型钢混凝土梁的计算方法中主要参考了日本的计算标准。结合试验研究结果，型钢混凝土梁正截面受弯承载力对称分配，计算结果偏于保守。m≤msby+Mrcbum为弯矩设计值，msby为梁的钢筋加固部分的受弯承载力，MRC bu为梁的钢筋混凝土部分的受弯承载力。当受拉翼缘大于受压翼缘的非对称配筋截面时，受拉翼缘大于受压翼缘的面积可视为受拉钢筋，可考虑粘结滑移对截面承载力的影响，混凝土抗压设计强度为fc而非fcm。由力矩平衡公式σ m = 0和力平衡公式σ x = 0可得:fcac = fyas+NSS，mu≤fcac(hos+hoc)-NSS(hos-hos)+ms sac:受压区混凝土面积，hoc、hos和hos分别为受压区混凝土的合力点、钢骨架中心和受拉钢筋对截面的合力点。对于受拉区钢筋偏位的非对称截面，按照钢-混凝土组合梁的设计方法进行计算和处理。为了保证混凝土和钢筋的整体作用，在钢筋的翼缘上布置了剪力连接件。在设计中，值得注意的是，在计算型钢混凝土的局部抗弯承载力时，局部屈曲可以忽略。当受力构件达到抗弯承载力极限状态时，抗弯承载力高于弹性极限状态。采用截面的塑性发展系数γs。在实际应用中，根据构件的重要性，γs =1.0可以安全使用。根据承载力极限状态理论，V≤Vssy+Vrcbu，型钢混凝土梁的受剪承载力。v为梁的抗剪设计值，Vssy为梁的钢筋部分的抗剪承载力，Vrcbu为梁的钢筋混凝土部分的抗剪承载力。无地震作用组合时V≤0.4fcbbhbo，Vrcbu≤0.25fcbbhbo。《型钢混凝土结构设计规范》给出了型钢混凝土梁的裂缝宽度和抗弯刚度，非对称型钢混凝土截面的抗弯刚度可按下式计算。b = esashbo 2/[1.15ψ+0.9+6αeρ/(1+3.5γ′f)]+EssIss

三。工程实例

华天贵宾楼工程地下两层，地上二十八层。标准层高3.3米，总高度99.35米，总建筑面积4.8万平方米。沿高度由北向南倾斜7.08 ~ 7.91，顶部向外平面尺寸14米，向外面积7700平方米。倾斜部分采用倾斜型钢混凝土柱和水平型钢混凝土梁，受各专业层高和管道安装空限制。为了满足建筑网空的要求，轴线跨度为11。该建筑主体建筑整体结构采用“SATWE”进行分析计算。其顶部内力，正弯矩设计值m = 829.0kn m，剪力设计值V=331.6kN，轴力设计值n = 17.2kn，短期效用组合下弯矩标准值Mk = 637.7 kn·m。结合框架柱和梁的分析结果，假定梁截面尺寸为700×600(h)，钢骨架采用Q235级热轧H型钢HM450×300(440×300×11×18mm)，截面特性见表1，表1 essisswssssfssysfsv 2.06×105 MPa 56100×104mm 42550。(1)正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算表2名称公式计算结果:钢筋骨架受弯承载力Mssby = rswssfss 575.7 kn·m·m钢筋混凝土受弯承载力MRCB = m-MSS×253.3 kn·m钢筋混凝土受弯钢筋As=Mrcb/ Fsyγhco1504mm2钢骨受剪承载力Vssy=twhwfssv555.5kN钢筋混凝土受剪受弯承载力Vrcb=V-Vssyρminbh②选用13 ф 1 选取φ 8 @ 150(四脚箍)0.4 fcbhbo = 2373 kN > v = 331.6 kN 0.25 fcbhbo = 1483 kN > vrcb = 0满足要求(3)裂缝宽度查表3名称公式计算结果① ②受拉钢筋配筋率ρ= as/Bhbo 0.0040660.4080808075 Bhbo 0.80 . 8混凝土截面开裂弯矩MC = 0.235 bh2ft M118.4 kN。m钢筋混凝土在短期荷载效应组合下的弯矩MRCK = esashbo/{ esashbo+essiss/hos[0.2+6αeρ/(1+3.5γ′f)]×MK 421 kN M492 kN m钢筋应变不均匀系数ψ = 1.1 (1-MC/MRCK) 0.790.8352减小直径dc=4(As+Asf)/s29.9mm25.43受拉配筋率ρ te = (AS+ASF

通过本工程的结构设计，我们有以下经验:

1.在钢筋混凝土结构体系中，局部采用型钢混凝土结构构件是可行的，特别是在大跨度构件的设计中。与宽扁梁结合，可以提高梁的抗弯、抗拉和抗压刚度，减小竖向变形，降低梁高，其效果优于纯钢筋混凝土结构。

2.钢骨混凝土结构的设计与施工重点是钢骨构件及其节点的设计，结合设计图纸做好施工配合，注意钢筋与钢筋的连接，钢筋与混凝土柱的连接。