高层建筑结构设计课件10第十章高层建筑混合结构设计简介

第十章

高层建筑混合结构设计简介10.1概述1.概述（1）优点：

在钢筋混凝土结构基础上，充分发挥钢结构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能,进一步减轻结构重量，提高结构延性（2）类型a)用钢材加强钢筋混凝土构件钢骨钢筋混凝土构件钢管钢筋混凝土构件 b)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混

凝土结构）2.发展简况前苏联，劲性钢筋或承重钢筋，其原意为能承受一定施工荷载的钢筋。二战后，为加快恢复重建，采用劲性钢筋来承受悬挂模板和支撑等施工荷载，以加快施工速度。1949年，前苏联建筑科学技术研究所编制了《多层房屋劲性钢筋混凝土暂行设计技术条件(BTY-03-49)》50年代又进行了较全面的试验研究，1978年制订了《苏联劲性钢筋混凝土结构设计指南(СИ3-78)》。后来由于省钢目的，主要采用焊接钢桁架、钢构架和钢筋骨架等作为劲性钢筋（即空腹式钢骨）。

欧洲– 在20世纪20年代，西方国家的工程设计人员为满足钢结构的防火要求，在钢柱外面包上混凝土，称为包钢混凝土（EncasedConcrete)结构。

––起初,包钢混凝土柱仍按钢柱设计。40年代后开始意识到外包混凝土对提高钢柱刚度的有利作用,考虑折算刚度后仍继续沿用钢柱设计方法。该方法一直沿用,并编制到1985年欧洲统一规范EC4《组合结构》。

日本20世纪20年代,在一些工程中开始采用SRC结构。1923年在东京建成的30m高全SRC结构的

兴业银行,在关东大地震中几乎没有受到什么损坏,引起日本工程界的重视。1951年开始对SRC结构进行了全面系统的研究,1958年制订了《钢骨钢筋混凝土结构设计标准》。到1987年又经过三次修订,基本形成较为完整的设计理论和方法——叠加方法。日本持续研究和发展SRC结构,主要是由于日本是多地震国家。SRC结构以其优异的抗震性能,在日本得到广泛的应用。

我国我国因SRC结构的用钢量较大,20世纪80年代以前未进行广泛的应用和研究。20世纪80年代后期,随着我国超高层建筑的发展,SRC结构也越来越受到我

国工程界的重视,开始进行较为系统的研究,取得一系列研究成果,并在一些高层建筑工程采用了SRC结构。经过几年的研究和工程应用实践,参考日本标准,1998年我国冶金工业部颁布了我国第一部《钢骨混凝土结构设计规程YB9082-97》3.与钢结构相比外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能––使钢材的强度得以充分发挥比纯钢结构具有更大的刚度和阻尼,有利于控制结构的变形外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。最初,欧美国家发展钢骨混凝土结构主要就是出于对钢结构的防火和耐久性方面的考虑一般可比纯钢结构节约钢材达50％以上4.与钢筋混凝土结构相比使构件的承载力大为提高实腹式钢骨的钢骨混凝土构件，受剪承载力有很大提高，大大改善了结构的抗震性能。正是由于这一点，钢骨混凝土结构在日本得到广泛的应用。钢骨架本身具有一定的承载力，可以利用它承受施工阶段的荷载，并可将模板悬挂在钢骨架上，省去支撑，这有利于加快施工速度，缩短施工周期，如在多高层结构的施工中不必等待混凝土达到强度就可以继续进行上层施工。

11.2.钢骨混凝土构件设计1、钢骨混凝土的应用有哪些问题需要解决？共同工作受力性能与混凝土构件的异同轴压承载力计算正截面承载力计算斜截面承载力计算变形、裂缝计算节点、柱脚连接形式11.2.1.一般规定和要求1.考虑以下几方面问题

钢骨混凝土结构的配筋构造有其特殊之处，应给予特别的重视，在配筋构造设计中，应考虑以下几方面问题：钢骨与其他钢筋的相互关系及其配筋顺序；混凝土的浇筑密实性；结构的耐久性和耐火性；预期受力性能——塑性区和非塑性区。

钢骨混凝土梁、柱构件中，钢骨的含钢率不小于2%，也不宜大于15%，合理含钢率为5~8%。

4.钢骨与混凝土的共同工作在骨混凝土结构中，钢骨与外包混凝土能否协调变形，是两者共同工作的条件。对于钢骨混凝土梁，试验表明，当钢骨上翼缘处于截面受压区，且配置一定

构造钢筋时，钢骨与混凝土能保持较好的共同工作，截面应变分布基本上符合平截面假定。

11.2.2钢骨混凝土构件的受力性能和特点1.SRC构件与RC构件的受剪性能的差异：1）在斜裂缝出现时，荷载－挠度曲线没有明显转折。 2）斜裂缝出现以后，由于钢骨腹板的受剪作用，受剪承载力可以增加很多。钢骨腹板受混凝土的约束不会发生局部屈曲，腹板的强度得以充分发挥。 3）虽然最终是由于混凝土破坏而达到最大承载力，但从钢骨腹板屈服到最大承载力之前有一个较长的过程，特别是剪压破坏的梁。而且最大承载力之后，承载力的衰减要比钢筋混凝土构件缓慢得多，表现出较好的延性。这是与一般RC构件受剪的脆性破坏特征的最大差别。 4）由于钢骨与混凝土界面粘结强度较低，破坏时受压侧保护层混凝土剥离范围较大，有时产生剪切粘结破坏，这在设计中应予以防止。通过配置必要的构造箍筋，增加钢骨外围混凝土厚度等来提高剪切粘结破坏承载力。

3.正截面压弯承载力基于平截面假定的理论计算方法基本假定⑴

截面应变分布符合平截面假定；⑵

选择合理混凝土受压应力-应变关系；⑶

钢材采用理想弹塑性应力-应变关系；⑷

不考虑砼的抗拉强度；⑸

钢骨不发生局部屈曲。

8、SRC构件受剪承载力计算方法主要有三种方法：

第一种是将钢骨腹板作为连续分布的箍筋，采用钢筋混凝土的计算方法。这类方法只有在钢骨含量较少时才符合实际。前苏联规范采用这方法;第二种是剪力分配计算方法：

即不考虑钢骨与混凝土之间的粘结，认为在剪力作用下各自独立工作，分别计算各自所承担的剪力后，再按钢结构和混凝土结构的抗剪计算方法计算其承载力。该方法剪力分配的确定也不易准确，计算也较为复杂。日本规范采用该方法;第三种是简单叠加方法：

即采用钢骨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承载力。该方法计算较为简便，且偏于安全，《规程YB9082-97》即采用该方法。

11.2.5钢骨混凝土剪力墙设计要点

为增强剪力墙的抗震性能,以及为与钢骨混凝士梁或钢梁的可靠连接,常在剪力墙(筒)的端部、转角或与钢骨混凝土梁和钢梁的连接处设置坚向钢骨,形成无边框钢骨混凝土剪力墙。无边框钢骨混凝土剪力墙中一般应使钢骨强轴与墙轴线平行,以增强墙板的平面外刚度,改善剪力墙的平面外性能。当剪力墙设置于两钢骨混凝土柱或钢骨棍凝土梁柱框架之间时,则成为有边框钢骨混凝土剪力墙。

11.2.6节点设计要点SRC梁－SRC柱节点钢梁－SRC柱节点RC梁－SRC柱节点

前两种节点,钢骨部分的连接构造要求原则上应与钢结构一致,但考虑到混凝土浇筑密实性,应在节点连接板上设置浇筑孔和出气孔,并应注意节点部位钢筋交错纵横对构造施工细节的影响,这一点在初步设计中就应给予较为细致的考虑。

钢管混凝土柱的构造要求(1)管壁厚不宜小于8mm; (2)为了防止钢管壁局部失稳，钢管的外径与壁厚的比值D/t不大于90(235/)ayf，D/t也不宜小于20。ayf为管材的屈服。钢管普通混凝土柱的D/t可以取70左右;