第 6章 钢骨混凝土结构概 述
钢骨混凝土结构的特点第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
Steel Reinforced Concrete
型钢混凝土
劲性钢筋混凝土
Encased Concrete
内部钢骨与外包混凝土形成整体、共同受力,其受力性能优于这两种结构的简单叠加。
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
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%以上第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
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。
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
( a) SR C á1
( b ) SR C?ù
截面形式第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
应特别注意,SRC结构的 配筋构造 较为复杂,在工程设计阶段必须给予细致的考虑,否则将使得工程施工十分困难 。
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
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 ) 。
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
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( Encased Concrete) 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》。
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
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。
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
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》。
主要包括内含实腹式钢骨的钢骨混凝土梁、柱、
剪力墙及其连接的设计计算规定。
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述第六章 钢骨混凝土结构钢骨混凝土的应用 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
钢骨与混凝土的共同工作
在钢骨混凝土结构中,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。
第六章 钢骨混凝土结构
6.2 钢骨与混凝土的共同工作钢骨混凝土梁钢骨混凝土偏心受压构件第六章 钢骨混凝土结构
6.2 钢骨与混凝土的共同工作第六章 钢骨混凝土结构
6.2 钢骨与混凝土的共同工作
D?3?á á? 2ì
D D±á? 2ì
对于剪跨比较小的框架柱,当受剪较大时,易产生剪切粘结破坏,使钢骨与外包混凝土不能很好地共同工作,导致混凝土较大范围剥落,承载力下降,
影响破坏后的变形能力。
增加配箍可以提高粘结破坏承载力。
第六章 钢骨混凝土结构
6.2 钢骨与混凝土的共同工作
在配置一定纵筋和箍筋的情况下,钢骨与外包混凝土可较好地共同工作,在破坏阶段外包混凝土也不会不产生严重剥落,钢骨的塑性变形能力可以得到充分发挥,承载力不会显著下降。
因此,为保证外包混凝土与钢骨的共同工作,
必须在外包混凝土中配筋必要的钢筋 。
第六章 钢骨混凝土结构
6.2 钢骨与混凝土的共同工作一般构造要求
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%。
第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定钢骨板材宽厚比的限制值钢号
b / t
f
h
w
/ t
w
( 梁 )
h
w
/ t
w
( 柱 )
Q 2 3 5
Q 3 4 5
23
19
107
91
96
81
t w
h w
t w
b
h w
h w
b h w
t w
t f
t w
b
b
第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定第六章 钢骨混凝土结构钢骨混凝土的应用 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
SRC构件正截面承载力短柱,N0(= fcAc+ fssAss+ fyAs)
长柱:
2
2 )(
l
EIN
)(
)(
2
2
0
1
sysssscc
sssssscc
AfAfAfl
IEIEIE
N
Nk

sysssscc
sssssscc
cr AfAfAf
IEIEIEl

临界长度欧拉荷载等于理想轴压短柱承载力 N0时柱子的长度
轴心受压第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
221
1
)(
1

crll
k
=l/lcr— 相对长细比与 柱子截面的性质无关第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
SRC构件正截面承载力
轴心受压短柱,N0(= fcAc+ fssAss+ fyAs)
长柱:
2
2 )(
l
EIN
)(
)(
2
2
0
1
sysssscc
sssssscc
AfAfAfl
IEIEIE
N
Nk

第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
221
1
)(
1

crll
k
=l/lcr— 相对长细比与 柱子截面的性质无关第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
SRC构件正截面承载力
轴心受压短期
Ec= 500fcu
长期
Ec= 250fcu
短柱,N0(= fcAc+ fssAss+ fyAs)
长柱:
2
2 )(
l
EIN
)(
)(
2
2
0
1
sysssscc
sssssscc
AfAfAfl
IEIEIE
N
Nk

正截面压弯承载力第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
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 。
正截面压弯承载力第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
一般叠加方法
rc
cu
ss
cyu
rc
cu
ss
cyu
MMM
NNN

对于给定轴力 Nu,由第一式,任意分配 S部分 和 RC部分 所承担的轴力,并分别求得相应各部分承担的弯矩根据塑性理论下限定理,在任意轴力分配情况下得到的受弯承载力总是小于其真实解两部分受弯承载力之和的最大值,即为在轴力 Nu下 SRC构件承担的弯矩 Mu。
偏于安全第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
简单叠加方法 ——,规程》方法第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
0
0,2
1
N / N
0
M / f
c
bh
2
N
0
rccrct NNN 00 ssyMM 0?1.当,且 时

ss
y
rc
c
rc
c
MMM
NN
0
rccNN 0?2.当 时

MM
NNN
ss
c
rc
c
ss
c 0
3.当 时rc
tNN 0?

MM
NNN
ss
c
rc
t
ss
c 0
1.当,且 时
sscsst NNN 00 rcuMM 0?

rc
u
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c
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NN
0

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2.当 时ss
cNN 0?
3.当 时ss
tNN 0?

MM
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rc
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0
0,2
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0
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c
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0
0
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1
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c
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2
N
0
0
0,2
1
N / N
0
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c
bh
2
N
0
简单叠加方法一 简单叠加方法二第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
0
0,2
1
N / N
0
M / f
c
bh
2
N
0
第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
ss
sss
ss
c
ss
ss
c f
W
M
A
N?
ss
sss
ss
c
ss
ss
c f
W
M
A
N
sscN 为压力时:
sscN 为拉力时:
钢骨部分的压弯承载力
Ass为钢骨截面面积,当有孔洞时应扣除孔洞的面积;
s 为截面塑性发展系数,
绕强轴弯曲工字形钢骨截面,?s = 1.05;
绕弱轴弯曲工字形钢骨截面,?s = 1.1;
十字形及箱形钢骨截面,?s = 1.05。
第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算轴心受压时:
0NN? sscss NN 0?
中和轴通过截面形心时:
bhfNN cb 4.0 0?ssN
改进简单叠加方法 ——,规程》修订方法第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
b
b
ss
c
ss
NN
NN
N
N
00
轴心受压时:
0NN? sscss NN 0?
中和轴通过截面形心时:
bhfNN cb 4.0 0?ssN
改进简单叠加方法 ——,规程》修订方法第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算钢骨轴力近似值钢骨截面
N
N
s
so
M
M
s
so
钢骨截面
M s
M
so
N s
N
so
N s
N so
M s
M so
钢骨截面钢骨部分的压弯承载力
1
00

m
ss
c
ss
cy
ss
y
ss
cy
N
N
M
M
N
cy
ss
- M cy
ss
相关曲线形状系数钢骨形式绕强轴弯曲工字形钢骨绕弱轴弯曲工字形钢骨十字形钢骨箱形钢骨
N ≥ N
b
1,0 1,5 1,3
N < N
b
1,3 3,0 2,6
第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
0,5
0 0,1 0,2 0,3
1
N / N
0
àíà?×?ú
òo °? μt?ó 2? 2¨
μ¥ μt?ó 2? 2¨òo
μ¥ μt?ó 2? 2¨?t
· μ¥ μt?ó 2? 2¨
M / f
c
bh
2
N
0
第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算理论算法 N - M 曲线理论算法 N
rc
- M
rc
曲线理论算法 N
ss
- M
ss
曲线一般叠加方法简化叠加方法
0,1 0,2 0,3
- 0,4
- 0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0
/NN
2
/ ( )
c
M f b h
一般叠加方法
N
ss
N
rc A
B
M
rc
M
ss
+
by
by
bu
bu
o
RC
S
F
一般叠加方法
N
rc
c 0
N
rc
t 0
N
ss
c 0
N
ss
t 0
M
ss
by
M
rc
bu
+
简单叠加方法 (a) 式
A
B
C
M
ss
by
M
ss
y 0
=
M
rc
bu
M
rc
u 0
=
简单叠加方法 ( b) 式简单叠加方法 (c) 式
D
E F
RC
S
第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算受弯承载力计算
M M Mbyss burc
P
f
o
a
b
c
d
e
b'
P
2
P
2
f
0
0
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2
0
2
02 10
11 llf

s?
310)67(
hs

h
l 00 2 6.03.1 1.0≥ζ≥0.7
420
0
10)()67(1
h
l
he

b
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c
ss
NN
NN
N
N

00
偏心距增大系数第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算