二级结构专业辅导：轻钢-混凝土组合结构的发展前景

1、二级结构专业辅导:轻钢-混凝土组合结构的发展前景随着我国钢材产量的逐年增加和高强度、高性能建筑构造用钢的大量生产，我国已进入了大力进展钢构造建筑的新时期。目前，一般钢构造建筑的受力性能分析和设计方法已比拟成熟，轻型钢构造和一般钢-混凝土组合构造也处于进一步开发和完善阶段，而轻钢-混凝土组合构造的讨论还比拟少。轻钢-混凝土组合构造是一种由冷弯薄壁型钢和薄壁钢管与混凝土组合而成的新型构造体系。轻钢一混凝土组合构造具有轻钢构造的优点，同时由于混凝土的存在而提高了构造的刚度和稳定性，并增加了构造的防火性能。二、轻钢-混凝土组合构造体系一竖向承重构造构造竖向承重主要以薄壁钢管混凝土柱为主。由于冷成型薄壁

2、钢管的管壁较薄，管内部混凝土可防止钢管发生局部屈曲，还可依据其稳定性要求在管内纵向设肋，从而提高钢管的局部稳定承载力。同时钢管对混凝土有较强的约束作用，提高了混凝土的轴向抗压强度，因此，薄壁钢管混凝土柱的承载力高于钢管和混凝土的承载力之和。由于在钢管内浇筑了热容量较大的混凝土，发生火灾时能够汲取热量，从而延长了钢管的耐火极限。圆钢管轴向受力性能较好，其受弯性能及与其它构件的连接不如方钢管，但方钢管对混凝土的约束力量较差。因此可考虑采纳六边形及八边形钢管，以便为梁、柱连接供应便利和保证。楼面构造轻钢-混凝土组合建筑可选用多种楼面构造形式。它要求楼板必需有足够的刚度、强度和整体稳定性，同时应使楼板

3、自重轻、厚度小，并提高施工速度。楼面构造可选用如下形式：压型钢板和混凝土组合楼板；密肋轻钢一混凝土组合楼板；现浇预应力钢筋混凝土楼板；混凝土预制叠合楼板。其中优先选用1、2类型。其主要优点是：省去楼面模板支撑，节约投资，施工速度快；压型钢板与轻钢密肋中可布置设备管线，削减吊顶高度；平面刚度大，房屋有较强的整体性，抗震性能好。主、次梁可采纳矩形钢管、双槽钢、冷弯U型卷边槽钢或H型、I字型焊接或热轧型钢。I字型钢可以是实腹的也可是空腹的，也可选用卷边槽钢一混凝土组合梁。梁板组合构造通过栓钉及剪力连接件形成整体，共同来担当楼面荷载。目前压型钢板与混凝土组合楼面构造在国内进展已比拟成熟。支撑构造(1)

4、对于单层工业厂房轻钢一混凝土组合构造，由于采纳薄壁钢管混凝土柱承受竖向荷载及吊车荷载，屋架及支撑均可采纳轻型钢构件，因而其支撑布置方式与一般钢构造厂房类似。即采纳柱间支撑及屋盖水平、垂直支撑来保证厂房及屋盖的整体稳定性。2对于多、高层轻钢一混凝土组合构造体系，由于其侧向刚度较弱，为反抗水平地震作用，减小层间侧移，宜在相应位置采纳垂直支撑。为满意门窗开洞及其它方面需要，支撑的形式可以敏捷多样，如X型、M型、W型、V型、单斜杆型、人字型支撑等。对位于地震区的通常的钢一混凝土组合梁楼盖宜采纳偏心支撑，以便构造在地震作用下具有良好的延性及耗能性能。此外，假设采纳刚性梁柱节点，对于多层构造可以不设置支撑

5、构件。四维护构造轻钢-混凝土组合构造与其它钢构造一样，应采纳轻质维护材料。墙梁宜优先选用冷弯薄壁槽钢、卷边槽钢、卷边Z型钢。可采纳轻型组合墙体，如：压型钢板加轻型保温隔层墙体、压型钢板夹芯板、玻纤增加水泥外墙板、钢网塑料墙板等。至于屋盖构造，一般采纳有檩体系，亦可采纳拱形波浪屋顶或轻型网架、轻型桁架加铺轻质保温层和彩色压型钢板。其特点是生产工厂化，制作机械化，施工便利、速度快、工期短。三、轻钢-混凝土组合构造的进展现状一国外讨论现状国外一些学者已进展了薄壁型钢混凝土组合梁及薄壁钢管混凝土组合柱的试验讨论。组合梁中的薄壁型钢主要有冷弯U型型钢、百叶薄壁型钢和装配式薄壁型钢等形式。ch类型均能与混

6、凝土有效地结合，来共同承受外界弯矩和剪力。其中h类型为装配式截面，布置较为敏捷，可适用于不同截面尺寸的轻钢组合梁，并可作为标准型材批量生产，但在浇混凝土之前必需用框架固定其外形。a、b类型为箱形薄壁型钢截面，与混凝土的粘结性能较差，一般只起到模板的作用。此外，还可依据实际需要，在薄壁型钢混凝土梁中配置肯定数量的纵向钢筋，以进一步提高其抗弯刚度和极限承载力。国外讨论说明，薄壁型钢混凝土组合梁的承载力大小，取决于薄壁型钢与混凝土间的粘结力性能。粘结性能好才能使钢和混凝土两种材料共同工作，充分发挥材料的强度。而薄壁型钢的截面外形及外表有无刻痕是影响粘结力的主要因素。ch类型，在充分咬合状况下，钢板与

7、混凝土处于完全粘结状态，其应变一样，几乎没有滑移发生。对于不同外形的薄壁钢板，可取用不同的粘结系数，详细数值需要由试验确定。目前，轻钢-混凝土组合梁还正处于讨论开发阶段。薄壁钢管混凝土柱的讨论目前主要集中在短柱上，重点讨论圆形和方形截面短柱在轴压荷载作用下的力学性能，包括钢壁板的局部屈曲性能，而对于长柱构件在轴压和压弯荷载作用下的性能讨论还未见相关报导二国内讨论现状在国内，清华大学和哈尔滨工业大学正在进展轻钢-混凝土组合构件的讨论工作。哈尔滨工业大学近期进展了薄壁型钢混凝土组合梁和短柱的试验讨论。共对6根梁和22个短柱构件进展了静载试验观测，取得了较为抱负的结果。下面对其组合梁、柱试验状况分别

8、加以介绍。薄壁型钢混凝土组合梁试验薄壁型钢组合梁采纳了 3种截面类型。试验中所采纳的6根梁跨度均为3m,截面尺寸为，梯形截面混凝土翼缘宽为550mm，翼缘高为80mm.每一种截面类型做两个试件，一个为素混凝土组合梁，另一个在下部配有钢筋。在试验中，采纳三分点加载，使组合梁中部受纯弯作用。试验结果说明，其中b、c两种类型的粘结性能优于a种，而c种。组合梁到达受弯极限承载力时，梁顶部混凝土根本上到达或接近极限压应变，同时梁下部钢板也到达了极限拉应变。这说明该种梁截面类型薄壁型钢与混凝土的粘结性能能够满意受弯承载力要求。构件破坏时，粘结力的丢失与薄壁型钢和混凝土的屈服几乎同时发生。在钢与混凝土界面粘

9、结破坏之前，构件处于弹性阶段。随着粘结的破坏，构件刚度逐步下降，但并不显着；当粘结全部破坏时，外包薄壁型钢与混凝土之间消失了滑移，刚度很快下降。随着滑移的增加，混凝土翼缘板开裂未配筋试件或梁腹部的混凝土被剪坏配筋试件，最终导致构件破坏。由此可见，相对于配筋试件，未配筋试件具有更好的延性，说明薄壁型钢与混凝土间的粘结力对组合梁的承载力起掌握作用。薄壁钢管混凝土组合柱试验在薄壁钢管混凝土短柱试验中，共选用圆柱、方形柱、和八边形柱三种截面类型，同时转变截面尺寸及钢材和混凝土强度进展构件的正交试验设计。钢管壁厚选用1mm和1.5mm，管径圆形截面及边长方形、八边形截面分别采纳100mm、150mm和2

10、00mm，试件高度为400mm1000m；混凝土标号采纳C20C30.试验结果说明，圆柱的受力性能，八边形柱次之，方形柱的受力性能最差。这主要是由于圆形钢管对混凝土的约束力量强于其他两种类型的原因。圆形薄壁钢管混凝土短柱随着荷载的渐渐增大，柱中部首先突起，钢管到达屈服强度，进而消失褶皱，发生较大塑性变形，此时钢管与混凝土均到达极限强度，最终破坏现象为斜向剪切破坏。由于管壁较薄，方形钢管对混凝土的约束作用较小，强度较低。八边形钢管混凝土柱的承载力介于圆形和方形构件之间。比拟之下，薄壁钢管混凝土组合柱宜优先选用圆形及八边形截面。节点构造在轻钢-混凝土组合构造体系中，最关键的部位就是节点。只有节点的

11、构造措施和受力性能得到了解决，才有可能进展构造体系的讨论。原哈尔滨建筑工程学院做过大量厚壁钢管混凝土柱节点的试验讨论，并在实践中得到了应用，且编入了标准，取得了很好的成果。但是由于薄壁钢管的管壁较薄，易于变形，因此节点构造较难处理。临时可以将薄壁钢管混凝土梁、柱节点分为刚接和铰接两种形式，对其进展尝试性的理论分析及试验讨论，以确定节点的合理形式和局部构造。对薄壁钢管混凝土柱与钢梁相连接的状况，可在节点处的柱子局部局部采纳厚壁钢管，上、下分别与薄壁钢管相焊接，这样钢梁与厚壁钢管的连接便可以采纳标准中的传统形式进展设计。薄壁型钢混凝土组合梁与其他构件的连接则比拟难以处理，可以考虑在混凝土中采纳预埋

12、型钢或钢筋来实现连接，但是该种连接形式的抗弯、抗剪等力学性能还有待于讨论。依据以上设想，组合梁和八边形柱节点的刚接形式，其它截面柱可实行类似构造。其中，组合梁外的薄壁钢板与柱上外套厚壁钢管焊接，内穿双角钢，并且上部纵向钢筋穿过柱子，梁外钢板与厚壁钢管焊接，薄壁钢管混凝土柱内不配钢筋或少量配筋。组合梁截面可以采纳各种截面类型。铰接节点为柱子中只有角钢穿过，组合梁支承于角钢之上，梁柱间既不焊接，也没有钢筋通过，但需设置柱间支撑以承受水平荷载。除轻钢混凝土组合梁、柱体系外，还可以采纳薄壁钢管混凝土柱与I字形钢梁体系及钢筋混凝土柱与薄壁型钢组合梁体系，后两者节点连接则更为简单。四、轻钢-混凝土组合构造

13、进展的几个问题一轻钢-混凝土组合构件的讨论。除压型钢板与混凝土组合板技术比拟成熟外，其他轻钢一混凝土组合构件的讨论目前仍较少。需对薄壁钢管混凝土柱的极限承载力及薄壁钢管的局部屈曲和不同类型冷弯薄壁型钢混凝土组合梁的受弯、受剪状况及整体、局部稳定性能进展理论分析和试验讨论。二轻钢-混凝土组合构造体系及构造措施的讨论。一般的钢一混凝土组合构造及轻钢构造都已进展了大量的科学讨论，取得了丰硕的成果及丰富的实践阅历，并制订了相应的标准和规程，我们可以借鉴以上两者的成果及阅历进一步进展讨论。其中梁柱节点的讨论是关键。可进展薄壁钢管混凝土柱与冷弯薄壁型钢混凝土组合梁节点及薄壁钢管混凝土柱与热轧型钢、冷弯型钢

14、梁节点的理论分析及试验讨论。由于轻钢壁厚较小，一般只有几毫米，可考虑局部构件工厂焊接，局部构件采纳现场螺栓连接。三轻钢-混凝土住宅建筑的开发。在大多数多、高层钢构造建筑中，均采纳压型钢板一混凝土组合楼盖。假如同时采纳薄壁钢管混凝土柱及轻钢混凝土组合梁作为主框架，则必将使构造的受力性能及防火性能得到改善，因此可考虑在钢构造及轻钢构造建筑中尽量多采纳组合构件。可重点讨论给排水管线及供电、供热管线与构造相协调问题，同时讨论防火、保温、隔声及室内外装修等问题。四轻钢-混凝土组合构造计算理论的讨论。在轻钢混凝土组合构件试验讨论的根底上，可考虑进展轻钢一混凝土组合构造体系的受力性能与稳定性分析并同时对构造的抗震、防火性能进展讨论。计算方法上，可由试验及理论分析所得各构件的力学指标及截面模量、参数，运用现有的通用计算软件对构造进展计算分析及设计。五施工荷载及围护构造蒙皮效应的讨论。混凝土浇注前，施工荷载对薄壁钢构件变形的影响较大。可考虑在尽可能少设或不设脚手架，使薄壁钢构件的刚度足