组合结构第二讲 型钢混凝土组合结构.ppt

第三章 型钢混凝土组合结构,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,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,型钢混凝土组合结构构件是钢和混凝土两种材料的组合体，其中配置型钢（轧制或焊接成型型钢），纵向钢筋和箍筋。,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,型钢混凝土结构的优点： 1、含钢率不受限制，承载力高，刚度大。 2、结构可以二次受力。 3、显著加快施工速度。 4、与钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土 结构的延性和耗能明显提高，尤其是 实腹式构件。 5、与钢结构相比，型钢混凝土组合结构 的耐久性，耐火性能等均胜一筹。,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,型钢的配置形式 分为实腹式和空腹式两大类： 1、实腹式型钢主要有工字钢、槽钢、H型型钢等，制作简便，承载力大，应用较为普遍。 2、空腹式型钢的骨架是由角钢， 缀板或缀条连接构成的空间桁 架，材料比较节省，但制作工 序较多。,型钢混凝土框架梁和框架柱中宜采用充满型宽翼缘实腹型钢。所谓充满型实腹型钢，是指实腹型钢的上翼缘处于截面受压区，下翼缘处于截面受拉区。为了提高剪力墙的承载力和延性，宜在剪力墙两端或边柱中配置实腹型钢。,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,下图为不同形式的型钢混凝土梁，柱，剪力墙截面。,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,2、一般要求 型钢混凝土组合结构的混凝土强度等级不宜低于C30。纵向受力钢筋直径不宜小于16mm,与型钢的净间距不宜小于30mm。箍筋应做成封闭箍筋。而且混凝土保护层最小厚度应符合混凝土结构设计规范。 型钢混凝土构件中的型钢钢板厚度不宜小于6mm，而且为保证型钢和混凝土的共同作用需要设置 抗剪连接件（栓钉）。,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,3 、型钢与混凝土的共同作用 钢筋混凝土结构中型钢的表面积与截面积之比较小，且表面平整，粘结强度比较小，二者之间容易产生滑移。所以，仅仅依靠粘结强度来保证型钢与混凝土的共同工作是不够的。 型钢与混凝土共同工作的标志是二者之间仅存在可以忽略的相对滑移。,为保证型钢与混凝土共同作用，应采用如下相应措施： 1 、配置充满型实腹型钢。 2 、在型钢上翼缘处焊接抗剪连接件。 3 、加强对混凝土的约束，配置必要的 纵向钢筋和箍筋。 4 、限制型钢板材的厚度比。,第三章 型钢混凝土组合结构 第一节 一般要求和结构的整体结构,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,一、 截面形式和构造 1 、截面形式有矩形，T形等。 2 、构造要求 （1）截面宽度不宜小于300mm,截面高宽比不宜大于4。 （2）梁中纵向受拉钢筋不宜超过两排，如需超过两排，施工上应采取分层浇筑等措施，以保证粱底混凝土的密实。,（3）梁的截面高度大于或等于500mm时，应在梁的两侧沿高度方向每隔200mm设置一根纵向附加钢筋。 （4）在梁支座处和上翼缘承受较大固定集中荷载处，应于型钢腹板两侧对称设置支撑加劲肋，以利于承受剪力。 （5）梁中箍筋的配置应符合混凝土结构设计规范的规定。,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,（6）在转换层大梁或托柱梁等主要承受竖向重力荷载的梁中，梁端部型钢上翼缘宜增设栓钉抗剪连接件。 （7）型钢混凝土框架梁中配置桁架式型钢的，桁架压杆的长细比宜小于120。 （8）开孔型钢混凝土框架梁中的孔位宜设置在剪力较小截面附近，且宜采用圆形。,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,二 、正截面受弯承载力 1、梁的受弯性能 2、受弯承载力计算的简化叠加法 目前，实腹式型钢混凝土构件正截面 受弯承载力的计算方法可分为三种： （1）一般叠加法。 （2）以平截面假定为基础的计算方法。 （3）采用钢筋混凝土的矩形应力图方法。,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,3、基于平截面假定的受弯承载力计算 （1）基本假设 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）不考虑受压边缘混凝土极限压应变 相应的最大压应力取混凝土轴心受压强度设计值 3）型钢腹板的应力图形取为拉，压梯形应力图形。 4）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。,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,（2）正截面受弯承载力,非抗震设计,（3.2.8）,抗震设计,（3.2.9）,（3.2.10）,（3.2.11）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,其中，,当 时,（3.2.12）,（3.2.13）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,根据平截面假定，可以推得截面的界限相对受压区高度,(3.2.14),为了保证梁具有较好的 塑性变形性能，即梁的破坏形态为型钢下翼缘和受拉纵向钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎，截面受压区高度X应满足,（3.2.15）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,为保证梁的型钢上翼缘和受压纵向钢筋在混凝土被压碎前屈服，应满足：,（3.2.16）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,三、斜截面受剪承载力 1、斜截面受剪性能和破坏形态 斜压破坏 剪压破坏 剪切粘结破坏 型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁的受 剪性能有很大差异。,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,2 、影响斜截面受剪性能的因素,剪跨比 型钢腹板含钢率 配箍筋 型钢翼缘宽度与梁宽度的比值 混凝土强度等级,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力计算,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； 剪力分配计算方法； 叠加方法。,主要计算方法,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,（1）计算公式,实腹式型钢混凝土框架梁的斜截面受剪承载力应按下列公式计算,非抗震设计,（3.2.22）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,抗震设计,（3.2.23）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,当以集中荷载为主时，型钢混凝土独立梁的斜截面受剪承载力应按下列公式,非抗震设计,（3.2.24）,抗震设计,（3.2.25）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,（2）剪力设计值,1）非抗震设计 2）抗震设计 一级抗震 二级抗震 三级抗震,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,（3）截面限制条件,非抗震设计,要求同时满足,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,抗震设计,应符合下列条件,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,四、变形和裂缝宽度演算,1、 刚度计算 2、 裂缝宽度演算 型钢混凝土框架最大裂缝宽度应按荷载标准组合并考虑长期荷载作用的影响计算，其最大值 应不大于裂缝宽度极限值,（3.2.38）,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,裂缝宽度计算,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,第三章 型钢混凝土组合结构 第二节 型钢混凝土框架梁,一、柱的轴压比,规定型钢混凝土框架柱的轴压比限值是保证框架柱延性性能和耗能能力的必要条件。 另外,延性系数随剪跨比的增大而增大,大致成线型关系。,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,二、构造要求,1、箍筋,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,矩形箍筋的体积配筋率计算公式,螺旋箍筋的体积配筋率计算公式,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,加密区长度以外,箍筋的体积配筋率不 宜小于加密区配筋率的一半,并且要求一,二 级抗震等级柱中箍筋间距不应大于10d,三级 抗震等级柱中不宜大于15d(d为纵向钢筋直 径).框架节点核心区的箍筋最小体积配筋率 不宜小于 (抗震等级一级), (二级) 及 (三级) 。,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,2、型钢,柱中受力型钢的含钢率不宜小于4%且不宜大于10%。,3、纵向受力钢筋,柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不宜小于0.8%。,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,三、正截面受压承载力,1、柱的受力性能和破坏形态 受拉破坏 受压破坏,2、简单叠加法计算正截面偏心受压承载力,对于常用的对称配钢截面,可采用简化叠加方法。,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,简化叠加方法的基本思路:,配置型钢后截面承载力不足的部分由钢筋混凝土截面承担,或反之钢筋混凝土截面承载力不足的部分由型钢截面承担.计算时,先设定型钢(或钢筋)面积,然后,按下列两种情况计算钢筋混凝土部分或型钢承受的轴力和弯矩设计值.用两种情况得到的轴力和弯矩设计值分别进行钢筋(或型钢)截面设计及承载力计算,取钢材截面较小者为计算结果.以下公式中,当轴力为压力时取正,当轴力为拉力时取负号。,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,3、基于平截面假定的简化计算方法,(1) 偏心距增大系数和初时偏心矩,其中,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,其取值20mm和偏心方向截面尺寸的1/30二者之间的较大值.,所以,截面的初始偏心矩 应为:,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,(2) 偏心受压承载力计算,非抗震设计,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,抗震设计,当 , 时,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,当 , 时,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,式中,型钢混凝土柱截面受压界限破坏时的相对受压区高度:,当 时,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,(3) 框架柱内力设计值,非抗震设计 抗震设计,A 节点上下柱端的弯矩设计值 一级抗震等级 二级抗震等级,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,按一二级抗震等级设计的框架结构底层柱根 和框支层柱两端截面的弯矩设计值应 分别乘以增大系数1.5,1.25,B 一,二,三级抗震等级的节点上,下柱端的轴向压力设计值,取地震作用组合下各自的轴向压力设计值,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,四、斜截面受剪承载力,1、框架柱的受剪破坏形态 剪切破坏形态主要有两种:剪切斜压破坏和剪切粘结破坏. 剪跨比小于1.5的框架柱往往发生剪切斜压破坏. 剪跨比在1.52.5之间的实腹式型钢柱较易发生剪切粘结破坏.,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,当2.5时,柱往往发生正截面弯曲破坏,2、反复荷载下框架柱的性能 实腹式型钢混凝土框架柱试件的滞回曲线为略成S型的纺锤型, 空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线则有明显的剪切 “捏缩”,3、斜截面受剪承载力计算 受剪承载力按下列公式计算,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,非抗震设计,抗震设计,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,-框架柱的计算机剪跨比,其值取上,下端较大弯矩设计值M与对应的剪力设计值V和柱截面有效高度 的比值,即 当框架结构中柱的反弯点在柱层高范围内时,柱的剪跨比也可以采用1/2柱净高与柱截面有效高度的比值 .当计算值3时,取=3; N-框架柱轴向压力设计值(抗震设计时应为考虑地震作用组合的轴向压力设计值)当 时,取 ; -承载力抗震调整系数,受剪时,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,(2) 剪力设计值,非抗震设计 抗震设计 一级抗震等级 二级抗震等级 三级抗震等级,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱, -框架柱上下端采用实配钢筋和实配型钢数量,材料强度标准值,且考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯载力所对应的弯矩值;,-考虑地震作用组合的框架柱上下端弯矩设计值,-柱的净高度,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,在公式中, 和 之和应分别按顺时针和逆时针方向计算,并取其较大值.每端 可按公式(3.3.25)和式(3.3.26)确定,此时,应将不等式改为等式,对于对称配筋截面住,将Ne以 代替,其中,将 以 代替,将 以实配的截面面积代替 在公式(3.3.40)至公式(3.3.41)中, 之和应分别按顺时针和逆时针方向计算,并取其较大值. 与 的取值应符合公式(3.3.35)和(3.3.36)的规定,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,(3) 截面限制条件,柱的受剪截面限制条件与梁相同 非抗震设计 抗震设计,当按计算不需要箍筋时,箍筋按混凝土结构设计规范的构造要求配置。,第三章 型钢混凝土组合结构 第三节 型钢混凝土框架柱,一、连接形式与构造 型钢混凝土组合结构中的梁柱连接有型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的连接,型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接以及型钢混凝土柱与钢梁的连接。,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,型钢混凝土柱与型钢混凝土梁节点连接内柱贯通的几种形式,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,二、节点核心区的受力性能,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,三、节点承载力计算 型钢混凝土框架梁柱节点剪力设计值 （1）型钢混凝土土柱与型钢混凝土梁或钢筋混凝土梁连接的梁柱节点。 1）一级抗震等级 顶层中间节 （3.4.1) 其他层中间节点和端点 (3.4.2),第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,1）一级抗震等级 顶层中间节点 (3.4.3) 其他层中间节点和端点 (3.4.4),第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,式中 框架节点左、右两侧型钢混凝土梁或钢筋混凝土的梁端考虑承载力对应的弯距值，对于型钢混凝土梁，其值应按式（3.2.10)、式（3.2.26)计算； 考虑地震作用组合的框架节点左、右两侧型钢混凝土梁或钢筋混凝土梁的梁端弯矩设计值 节点上柱和下柱反弯点之间的离； 梁端上部和下部钢筋合力点或梁上部钢筋加型钢上翼缘和梁下部筋加型钢下翼缘钢合力点、或型钢上下翼缘合力点之间的距离； 梁截面高度。当节点两侧梁高不同时，取二者平均值,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,（2）型钢混凝土柱与钢梁连接的梁柱节点 一级抗震等级 顶层中间节点 (3.4.5) 其他层中间节点和端点 (3.4.6),第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,二级抗震等级 顶层中间节点 (3.4.7) 其他层中间节点和端点 (3.4.8),第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,式中 框架节点左、右两侧钢梁的正截面受弯承载力所对应的弯矩值，其值应按实际型钢面积和材料强度标准值计算； 框架节点左、右两侧钢梁的梁端弯矩设计值； 型钢截面高度。当节点两侧取不同时，取两者的平均值。,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,框架节点水平受剪截面限制条件 考虑地震作用组合时应符合下式要求： (3.4.9),第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,式中 框架节点水平截面的高度，可取h=h，h为框架柱的截面高度； 框架节点水平截面的高度，高度b不小于b/2时，可取b;当b小于b/2时，可去（b+0.5b)和二者的较小值。B为梁的截面高度,b为柱的截面宽度; 梁对节点的约束影响系数：对两个正交方向有梁的中间节点，当梁的截面3/4时，可取 =1.5;对其他节点可取 =1.0。,第三章 型钢混凝土组合结构 第四节 框架梁柱节点,3.一二级抗震抗震等级节点的受剪承载力 型钢混凝土柱与型钢混凝土梁连接的梁柱节点 1 一级抗震等级 (3.4.10) 2 二级抗震等级 (3.4.11),第三章 型钢混凝土组合结