工程建设强制性标准组合结构通用规范解读

工程建设强制性（全文）国家标准《组合结构通用规范》清华大学

丁

然内容提纲一、关于抗拔不抗剪连接技术二、关于外包钢板混凝土组合剪力墙三、关于组合结构的楼板空间作用第一章：关于抗拔不抗剪连接技术5.2.4

钢-混凝土组合梁负弯矩区段的混凝土板应采取局部释放组合作用的抗拔不抗剪连接等措施缓解混凝土开裂，且在正常使用极限状态下，按荷载准永久组合验算长期作用的最大裂缝宽度。组合结构负弯矩区抗裂—组合结构体系发展的关键难题之一负弯矩区负弯矩区负弯矩区负弯矩区混凝土板混凝土板钢主梁钢主梁墩柱栓钉栓钉负弯矩区截面负弯矩区截面连续组合梁负弯矩区组合刚构梁负弯矩区斜拉索混凝土板吊杆混凝土板钢横梁钢纵梁钢纵梁悬索桥桥面系吊杆附近钢横梁斜拉桥桥面系斜拉索附近4传统预应力技术—导入度低，增加钢梁上翼缘压应力，施工困难AAA-A预应力锚固位置预应力锚块预应力筋预埋管盖梁5负弯矩区抗裂新技术：抗拔不抗剪连接适用：框架梁负弯矩区、连续梁桥、刚构桥、斜拉桥吊点、悬索桥吊点、过渡区、桥面抗倾覆……传统负弯矩区抗拔抗剪连接低弹模材料新型负弯矩区抗拔不抗剪连接6负弯矩区抗裂新技术：抗拔不抗剪连接0.50.40.3.2栓钉连接件新型连接件0.10.0荷载

(kN)040080012001600最大裂缝宽度-荷载曲线低弹模材料抗拔不抗剪T型连接件/栓钉连接件特征荷载消压荷载开裂荷载屈服荷载极限荷载1.5031.8710.995抗拔抗剪1.0027负弯矩区抗裂新技术：抗拔不抗剪连接揭示新型连接件界面有限滑移的工作机理，优化了技术参数，建立了理论模型自然粘结面8004000-400-800-20-1001020滑移

(mm)8004000防腐漆脱粘-400-800-20-1001020滑移

(mm)塑料膜脱粘10005000-500-1000-20-1001020滑移

(mm)工作机理参数优化8负弯矩区抗裂新技术：抗拔不抗剪连接工程应用：天津海河吉兆桥9负弯矩区抗裂新技术：抗拔不抗剪连接工程应用：深圳国道107兴围—黄田立交桥10工程应用：清华大学北体育馆⚫

清华大学北体育馆

组合楼盖区域优化区为二层网球场，采用单向组合梁板体系，考虑整体结构抗震及舒适度要求，横向主梁与柱固接横次梁主梁-

固接节点主梁ZL7550组合梁方案ZL圈梁CL(固结)CL（铰接）梁高比值梁自重(t/根)自重比值平均用钢量（kg/m2）方案对比梁高

(m)跨长

(m)

跨高比原混凝土方案组合结构方案1.401.00121.621.615.421.645.49.51—9

2400=2160091.40.710.2111工程应用：清华大学北体育馆⚫

清华大学北体育馆

组合楼盖区域优化区为二层网球场，采用单向组合梁板体系，考虑整体结构抗震及舒适度要求，横向主梁与柱固接低弹模材料12工程应用：清华大学北体育馆⚫

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组合楼盖区域优化区为二层网球场，采用单向组合梁板体系，考虑整体结构抗震及舒适度要求，横向主梁与柱固接13第二章：关于外包钢板混凝土组合剪力墙5.6.1

外包钢板组合剪力墙的墙体外包钢板和内填混凝土之间应设置可靠的连接构造，连接件承载力除应满足钢板与混凝土之间剪力传递要求外，连接件的间距尚应保证钢板局部屈曲不削弱剪力墙的极限承载力。当采用栓钉或对拉螺栓的连接构造时，应验算单个栓钉或对拉螺栓的抗拉承载力。外包钢板混凝土组合剪力墙（栓钉+分布钢筋，面内压弯剪受力）滞回曲线-0.03750-0.02-0.0100.010.020.03q6004503001500分布钢筋钢板第二次部屈曲发生-150-300-450-600-750钢板钢板EN角部柱侧鼓曲局部屈曲钢管D

/mm10

20

30

40

500.01

0.02

0.03抗剪件-50

-40

-30

-20

-100栓钉位移角1/120位移角1/75位移角1/50-0.03

-0.02

-0.010.001200900600300q第三次局部屈曲贯穿整个截面底部150mm高度范围压屈0-300-600-900D

/mm-1200-25

-20

-15

-10

-50510

15

20

25位移角1/40位移角1/40压剪破坏加载梁加载端板墙体钢板zyx矩形钢管基础梁有限元模型15外包钢板混凝土组合剪力墙（新型外包多腔组合剪力墙，面内压弯剪受力）t=35mmt=35mm端柱加劲肋Battenplate缀板1500150015150015001500栓钉9000钢板混凝土3000200010000180012006000-1000-2000-3000-600-1200-1800-60-40-200204060-20-100102016顶点位移/mm顶点位移/mm外包钢板混凝土组合剪力墙（面外受力性能研究）2400800sb-400-350-300-250-200-150-100-50saf

@1406顶钢板底钢板f6@160f6@160Bf6@

140saBsbPy(b)

试件SRCP-D1～SRCP-D3B-BD1D2D3底面钢板顶面钢板(mm)100试件编号d(mm)t(mm)Pcr(mm)80(mm)100(mm)80D1D2D3100%100%666343002040608080100%50%1602008050%25%挠度(mm)150150150D1-弯剪破坏D2-钢板屈曲、弯曲破坏D3-界面破坏、弯剪破坏17外包钢板混凝土组合剪力墙（面外受力性能研究）设计参数墙厚(mm)B-6-2.5330B-6-53306B-6-7.5330B-4-53304钢板厚度(mm)距厚比B/t6611.76@140C5511.711.717.53001500600450300150030015003001500拉筋直径@间距(mm)混凝土标号钢材标号6@140

6@140

6@140C55Q3455C55Q3457.5C55Q3455-150-300-450-600-150-300B-6-5B-6-2.5-150-300B-4-5-150-300B-6-7.5Q3452.540200-20-4040200-20-40-20-40-60-80

-10010080

60

40

200120

80400-40

-80

-120顶点位移(mm)顶点位移(mm)顶点位移(mm)顶点位移(mm)剪跨比B-6-5(弯剪破坏)B-6-2.5(剪切破坏)B-4-5(弯曲破坏)B-6-7.5(弯曲破坏)21355加载梁加载梁355加载梁加载梁140PP140穿过裂缝的对拉钢筋发生了屈服或拉断现象，说明其对于提高试件的面外抗剪能力起到了类似箍筋的作用，能够抑制斜裂缝的产生及开展。6mm钢板6mm钢板645@70栓钉6mm钢板6

45@

70

栓钉6@140对拉钢筋6@140

对拉钢筋1080@

70栓钉6mm或4mm钢板645@70

栓钉645@70栓钉6@140对拉钢筋6@140

对拉钢筋1080@

70栓钉33020mm钢板20mm钢板3306508009007001500200020mm钢板20mm钢板6507001500200080090011-12-2218外包钢板混凝土组合剪力墙（连接件研究）栓钉连接件拉拔性能研究试件设计加载装置试验现象荷载-位移曲线19外包钢板混凝土组合剪力墙（连接件研究）钢板屈曲研究4003002001000Akiyamaetal.(

1991)Usamietal.(

1995)Kanchietal.(

1996)-SM490Kanchietal.(

1996)-SS400Choietal.(

2013)-SM490Choietal.(

2013)-SM400K

1本文-方形布置试件K

0.72Escr

12K2/

(B

/

t)2150DSC4-150/300300DSC4-300/150DSC4-300XDSC-150/300DSC-300/150DSC-300X表面钢板水平屈曲带10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1100B

/

t12mm厚顶BBcr

栓钉

2Es12K2

/

(B

/

t)2fy2EsEsfy12mm厚侧板cr

B

/

t

0.91K

112

fyAA4mm或6mm厚面板Bf

235Mpa，最大距厚比为

B

/

t

26.9对于Q235钢，yB

/

t

22.2对于Q345钢，fy

345Mp，a

最大距厚比为屈曲前屈曲后栓钉拉断、栓钉拔出20第三章：关于组合结构的楼板空间作用4.2.1

建筑组合结构体系分析计算模型应模拟不同材料、

构件或体系进行组合时协同受力的特征。对于采用组合楼盖体系的结构

应将混凝土楼板和钢梁视为共同受力的组合梁板体系，

其中组合框架主梁应同时考虑竖向荷载、

水平地震作用和水平风荷载等作用下楼板与钢梁之间的组合效应。钢-混凝土组合框架体系：最基本的组合结构体系22组合框架结构体系

楼板组合作用提高刚度提高强度构件放大改变体系地震作用

破坏机制23楼板组合作用对

体系抗侧力性能

影响显著考虑楼板组合作用后计算效果1.

降低

一阶周期

10%2.

改变

主振型方向3.

减小

最大层间位移角

18%4.

改变

设计控制工况唐山某组合结构住宅24•

对楼板组合作用考虑不足高估自振周期、低估地震作用低估外框剪力分担率、错判强柱弱梁错判薄弱层位置、错判结构损伤机制……汶川地震震害强柱弱梁？日本某足尺多层钢框架振动台试验25现有方法对楼板组合作用的考虑26刚度是结构内力计算的基础，放大系数法是普遍做法27组合框架梁刚度放大系数公式28非对称钢梁截面组合框架梁刚度放大系数公式29组合框架梁刚度放大系数验证对比30•

组合框架梁强度：准确计算梁端极限抗弯承载力，确保

强柱弱梁c现状：弹性最大压应力等效xbecdx−

bbce

c,max+-b

bee新定义：极限弯矩等效cdxyrdx+e−ebbfcfyrM

+

M

-uu31•

组合框架梁强度：极限状态梁端塑性有效宽度公式32•

组合框架梁强度：极限状态梁端塑性有效宽度公式和已有规范和文献公式精度的对比3000160012008004000建议公式duPlessis&Daniels建议公式欧洲规范欧洲规范4+10%25002000150010005008+10%Lee&LuTagawaetal.欧洲规范4欧洲规范8-10%-10%00500100015002000250030000400800be+(数值结果)(mm)12001600be-(数值结果)(mm)负弯矩有效宽度正弯矩有效宽度33•

组合框架梁地震作用全过程分析：弹塑性全过程楼板作用始终非常显著钢管混凝土柱-钢梁框架钢管混凝土柱-组合梁框架6004002000P=400kN-200钢框架-400-600组合框架最终破坏-150

-100

-50050

100

150顶位移/mm34•

组合框架梁地震作用全过程分析：弹塑性全过程组合作用始终非常显著杆系模型精细模型钢筋纤维刚性杆混凝土纤维忽略滑移效应(n=)钢纤维钢筋纤维混凝土纤维钢纤维P,D•

精确模拟楼板组合作用•

计算效率低••计算效率高无法准确模拟楼板作用考虑楼板组合作用的杆系模型35•

组合框架梁地震作用全过程分析：体系应用组合框架体系4002000梁壳精细改进纤维X方向输入地震-200-40005101520253035时间

(s)400300200100045度方向输入地震Y6400

6400

6400

6400

6400

6400X3840005101520253035时间

(s)建议纤维模型

(梁单元数

4550,壳单元数

0000,机时

0875s)梁壳精细模型

(梁单元数

4550,壳单元数

7500,机时

8877s)•

在平面和空间地震输入下，建议的杆系模型和精细模型计算精度相当，但计算效率提高10倍Z36X•

组合框架梁地震作用全过程分析：体系应用组合框架体系1.00.51.61.20.80.42.41.81.20.6KOBE

SHIN-OSAKA规则框架A规则框架梁-壳混合模型组合梁框架全杆系模型纯钢梁框架全杆系模型B梁-壳混合模型0.0组合梁框架全杆系模型纯钢梁框架全杆系模型-0.5-1.0051015202530350.01.60.02.412345678910非规则框架A梁-壳混合模型12345678910时间

(s)周期阶数周期阶数非规则框架B梁-壳混合模型543210543210阻尼比3.5%阻尼比3.5%1.20.80.40.01.81.20.60.0组合梁框架全杆系模型组合梁框架全杆系模型纯钢梁框架全杆系模型纯钢梁框架全杆系模型2阶周期-X平动

(组合)2阶周期-X平动

(纯钢)1阶周期-Y平动

(组合)1阶周期-Y平动

(纯钢)1234567891012345678910周期阶数周期阶数01234560123周期456周期

T

(s)T

(s)•

楼板组合作用放大地震作用近

1倍•

楼板组合作用缩短自振周期

16.6%37•

组合框架梁地震作用全过程分析：体系应用108108大震X大震Y组合框架体系

•

楼板组合作用改变破坏机制66考虑组合作用忽略组合作用442200-1.6-0.80.00.81.6-1.6-0.8层间位移角0.00.81.6层间位移角

(×10-2rad)(×10-2rad)纯钢梁框架模型组合梁框架模型108108小震X小震Y66442200-3.0

-1.50.01.53.0-3.0

-1.5