钢-混凝土组合概述.ppt

1、钢混凝土组合结构,钢-混凝土组合结构是由钢材和混凝土两种不同性质的材料经组合而成的一种新型结构。它是钢和混凝土两种材料的合理组合，充分发挥了钢材抗拉强度高、塑性好和混凝土抗压性能好的优点，弥补彼此各自的缺点。同混凝土结构相比，可以减轻自重，减小构件截面尺寸，减轻地震作用。同钢结构相比，可以减少用钢量，降低结构造价，增加结构的稳定性，增强结构的防火性和耐久性。二者结合在一起，甚至可以发挥出比二者简单叠加要强的多的效果1。已被广泛的应用在高层超高层建筑、重工业建筑、桥梁结构、大跨度和高耸结构中，并逐渐形成了与传统四大结构(钢结构、混凝土结构、木结构、砌体结构)并列的第五大结构。我国自80年代以来开

2、始系统研究钢-混凝土组合结构，并在实际工程中得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。可以说，钢-混凝土组合结构是一种非常有前景的结构形式，在21世纪必将得到更全面的应用。,体系的基本构成,钢钢筋混凝土组合结构住宅体系建筑是由钢管砼柱、抗侧力支撑、双向轻钢密肋组合楼盖、复合外墙板等构件组成的钢结构框撑结构体系。 钢管砼柱是在螺旋焊接钢管内灌注高强度等级砼，形成两种材料相辅相成共同工作的机理。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特点，一般每三层为一个制作安装单元，整根钢管柱一次吊装就位，为主体结构安装创造了流水作业的条件。 钢骨砼梁是在钢梁周围配置钢筋，浇注砼后使钢骨与砼成为一体共同工

3、作的组合结构构件。由于钢骨的存在使得构件延性得到很大改善，其变形能力强，抗震性能好，承载力高。混凝土对钢骨的包裹解决了钢结构的防腐、防火问题。施工时钢梁骨架有较大的承载力，可大大节省模板工作量。 抗侧力支撑是由钢管斜撑杆与钢管柱、钢框架梁焊接组成的抗侧力架体。考虑建筑专业的门窗布置，在不影响建筑功能的前提下，支撑可以采用X型、单斜杆型、人字型、W型等形式，还可采用偏心耗能支撑。采用抗侧力支撑取代了传统的砼剪力墙，不仅减轻了结构自重，而且提高了结构延性，对于优化抗侧刚度，改善抗震性能起到了积极抗震的作用。,双向轻钢密肋组合楼盖是由钢筋或小型钢焊接的单榀珩架正交成的平板网架，并在网格内嵌入五面体无

4、机玻璃钢模壳而形成双向轻钢密肋楼板。施工时利用平板网架自身的强度、刚度，并配合临时支撑即可完成无模板浇注砼作业。钢框梁、轻钢珩架被砼包裹形成双向组合楼盖，不仅增加了楼板的刚度，而且其防火、防腐问题也迎刃而解。利用模壳内形成的空腔，既可以暗敷各种水平设备管线，也可作为改善楼盖隔音的有效措施。复合外墙板是由陶粒砼与轻钢龙骨构成的组合结构外墙，内浇发泡砼保温，并敷内墙面板而组成。该墙板工厂化预制生产，现场安装，基本取消了湿作业。 这类结构中的典型的组合是外框架采用钢结构，内筒或剪力墙采用钢筋混凝土结构，形成钢框架混凝土内筒体系。有一些超高层建筑中的钢框架是由钢管混凝土柱及钢梁组成，有的还设置整层楼高

5、的外伸刚性桁架（刚臂），加强芯筒与外圈钢柱的连接，让外圈钢柱与芯筒连成一个整体抗弯构件，以加大整个结构体系的抗推刚度和抗倾覆力矩的能力，减少结构的顶点侧移值和最大层间侧移值，形成带伸臂桁架的钢框架混凝土内筒体系。也有一些超高层建筑中的钢框架，对部分主要柱采用钢骨混凝土巨型柱使结构侧向刚度得以进一步提高，其余钢柱及钢梁组合成外框架，形成巨柱框架混凝土内筒体系。 钢钢筋混凝土组合结构可形成优势互补。钢构件具有材料强度高、延性好、截面尺寸小、能跨越较大跨度等优点；但用作竖向构件时，其抗推刚度相对较小。钢筋混凝土墙体或芯筒，则具有较大的抗推刚度和较高的受剪承载力。高层建筑采用钢构件和钢筋混凝土的构件两

6、者兼有的混合结构，利用钢筋混凝土墙筒提供抗推刚度和水平承载力，利用钢构件承担竖向荷载，则兼备钢结构和混凝土结构的优点。其侧向刚度大于钢结构，而结构造价介于钢结构和钢筋混凝土结构之间。施工速度比钢筋混凝土结构有所加快，结构面积小于钢筋混凝土结构，发挥钢管混凝土柱的强度和刚度作用。,钢-混凝土组合结构的类型及特点 1.1压型钢板与混凝土组合板,压型钢板与混凝土组合板是在压型钢板上浇筑混凝土，依靠钢板上凹凸肋及不同的糟纹使钢板与混凝土结合在一起而制成的组合板。压型钢板按其在组合楼板中的作用可分为三类：第一类，以压型钢板作为楼板的主要承重构件，混凝土只是作为楼板的面层以形成平整的表面及起到分布荷载的作

7、用；第二类，压型钢板只作为浇筑混凝土的永久性模板，并作为施工时的操作平台；第三类考虑组合作用的压型钢板混凝土组合楼板。第一类与第二类属于非组合楼板。,压型钢板与混凝土组合板具有以下优点：1)由于压型钢板作为浇注混凝土的模板，节省了大量木模板及其支撑；2)由于压型钢板非常轻便，因此堆放、运输及安装都非常方便；3)压型钢板在使用阶段因其和混凝土的组合作用，还可代替受拉钢筋，因此减少了钢筋的制作与安装工作；4)由压型钢板组合楼板的几何形状所决定，组合楼板具有较大的刚度，且省去了许多受拉区混凝土(因为在混凝土结构的承载能力计算中不考虑混凝土的受拉作用)，使组合楼板的自重减轻；5)便于敷设通信、电力、采

8、暖等管线；6)由于压型钢板作为浇注混凝土的模板直接支承于钢梁上，为各种工种作业提供了宽广的工作平台，大大加快了施工进度，缩短了工期；7)压型钢板可直接作顶棚；8)与木模板相比，压型钢板组合楼板施工时，减少了发生火灾的可能性。,1.2 钢-混凝土组合梁,钢-混凝土组合梁是将钢筋混凝土板放置于钢梁的上部，通过剪切连接件连接，使混凝土板作为梁的翼缘与钢梁组合在一起，整体共同工作而形成的组合梁。在组合梁中，混凝土位于受压区，钢梁主要位于受拉区，充分利用混凝土抗压和钢材抗拉的优点，发挥了两种材料的强度，钢梁位于受拉区，腹板不会发生局部屈曲，并且由于混凝土作为梁翼缘的一部分，很大程度上避免了钢梁结构容易整

9、体失稳和局部失稳的弱点。 组合梁比非组合梁的强度、刚度都明显提高，使得同等条件下组合梁截面大小及高度比非组合梁小，可以有效降低结构高度，这将增加净空，降低工程造价，提高了工程的经济效益，在大跨度的楼盖结构中应用具有较大优势。,钢与混凝土组合梁首先从截面组成上充分发挥了混凝土与型钢材料各自的特点，除此以外，与普通钢筋混凝土梁相比，具有以下优点：1)将钢筋混凝土板与钢梁组合成整体，使钢筋混凝土板成为组合梁的一部分(翼缘)，因此按非组合梁考虑，承载能力显著提高；2)钢筋混凝土板组合成为全梁的一部分，因此在同样大小钢梁的情况下，组合梁比非组合梁竖向刚度明显提高；3)混凝土处于受压区(正弯矩区段)，钢梁

10、主要处于受拉区，两种不同材料都能充分发挥各自的长处，受力合理，节约材料；4)由于处于受压区的钢筋混凝土板刚度较大，对避免钢梁的整体与局部失稳有明显的作用； 5)降低梁高与房屋总高；6)组合梁可大量节约钢材以致降低工程造价。,1.3 型钢混凝土,型钢混凝土结构是把型钢置入钢筋混凝土中，使型钢、钢筋(纵筋和箍筋)、混凝土三种材料元件协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种作用。它是钢-混凝土组合结构的一种形式，其截面组成特征是型钢钢筋混凝土的钢材全部被包在混凝土内部，型钢与钢筋骨架的外面有一层混凝土外壳(外包钢钢筋混凝土结构和钢管混凝土结构的型钢是外露的)。型钢混凝土中的型钢除采用轧制型钢外，还广泛使

11、用焊接型钢，此外还配合使用钢筋和钢箍。钢骨混凝土配置的型钢形式可以分为实腹式与空腹式两大类。前者的强度、刚度、延性均较好，远比后者优越。研究表明，它在抗震时吸收能量是空腹式的2倍2。,同传统的钢结构相比，型钢混凝土结构有更大的刚度和强度，更好的局部和整体稳定性，防腐蚀和防火性能好，经济效果好，型钢混凝土结构用钢量大幅度减少。资料表明，型钢混凝土全框架结构较之钢框架结构可减少钢材用量50%或者更多一些。同钢筋混凝土结构相比，这种结构承载力大、刚度大具有良好的变形能力和延性，抗震性能优越。尤其在大跨度、超高层、重荷载的土木工程结构中，较单独采用钢筋混凝土结构有更好的适用性减小构件截面、增大使用空间

12、、节省混凝土用量、减轻地基荷载、减小构件挠度、节省模板和支撑，可免除构件中的预埋件,有更好的抗震性能等3。,1.4钢管混凝土,钢管混凝土结构是在型钢混凝土结构、配螺旋箍混凝土结构以及钢管结构的基础上发展起来的。钢管混凝土是将普通混凝土填入薄壁圆型钢管内而形成的组合结构。按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土可借助于内填混凝土增强钢管壁的稳定性；借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用，而使混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。 钢管混凝土结构由于其受力性能及结构特点使其具有以下的优点： 1)受力合理，能充分发挥混凝土与钢材

13、的特长，从而使构件的承载能力大大提高；,2)具有塑性好、强度高，良好的抗疲劳、耐冲击性能； 3) 钢管作为劲性承重骨架，省去了通常的混凝土支模、拆模和支撑工作量，省工、省时，施工简单，缩短工期，宜于保证质量； 4)获得了很好的经济效果；与钢结构相比，节约了大量钢材。大量工程实践表明：采用钢管混凝土的承压构件比普通钢筋混凝土承压构件约可节约混凝土50%，减轻结构自重50%左右，钢材用量略高或约略相等；和钢结构相比，可节约钢材50%左右。 5)具有良好的抗震性能(良好的延性)；钢管混凝土在提高结构整体抗震性能的同时，有效地减小了结构尺寸，增加了使用面积。用于高层建筑的柱子时，可以作到不限制轴压比而

14、控制长细比。 6)具有美好的造型与最小的受风面积； 7)耐火性能较好，由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，这种结构具有较好的耐火性能。与钢结构相比，一般可节约2/3防火涂料，因而降低工程造价。,体系的基本特点,（1）符合发展住宅产业化的方向钢钢筋混凝土组合结构住宅体系从根本上改变了传统建筑业以手工作业为主的小生产方式，基本实现了构配件生产的工厂化，施工的机械化。能够进行标准化的设计、系列化的开发、集约化的生产、社会化的供应，为住宅产业现代化探索出一条途径。（2）经济效益显著经测算该体系住宅建筑的造价仅为11001200元/平方米。其结构含钢量一般为4

15、045kg/m2。结构自重轻，一般为650kg/m2。施工周期短，一般可缩短30%50%。3 钢钢筋混凝土组合结构在住宅应用中有待研究的问题,3.1目前一些对混合结构的静力、动力和弹塑性分析方法都是建立在楼板绝对刚性和结构规则布置无扭转的假设前提下用简化平面法进行分析。随着住宅建筑个性化发展，经常遇到考虑楼板变形和扭转问题，要求我们建立一种新的分析模型和计算格式。3.2组合体系中剪力在钢框架和剪力墙之间的分配比例和要求，关系到该体系的安全和经济问题，现行国家有关规范只有一个笼统的不区分抗震等级对钢框架剪力值的要求。应研究不同抗震等级和抗风要求的钢框架和混凝土核心筒的剪力合理分配比例。3.3对于

16、工程设计特别关心的层间位移限值，与结构布置、使用材料性能以及建筑高度等有关，尤其是强震作用下的弹塑性位移，还没有规范提出相应的限值规定。钢框架和混凝土墙体的连接方式，对结构体系的分析、设计和施工等有重要的影响，值得研究并通过一定的试验和理论确定。,3.4就结构的稳定性、合理性、经济性来说，对于钢钢筋混凝土组合结构，应考虑地基基础上部结构共同作用，探索出一套合理的分析方法和设计技术，并通过实际工程检验。3.5确定适宜的层间位移限值。我国有关混合结构的规程正在修编，高层住宅建筑钢结构规程没有列出对钢钢筋混凝土结构的设计规定，但对以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的结构，高层建筑混凝土规程则提出其侧移限值的要求，规定为等同于相当高度的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。确定适宜的层间位移和顶点位移限值是该结构体系规程的重要内容之一。 3.6高层钢钢筋混凝土组合结构住宅，由于自身特性与公共建筑有较大区别。要实现国家建筑科技计划使钢结构在建筑业有所发展，必须从占