谈谈钢骨混凝土结构的特点

谈谈钢骨混凝土结构的特点! 杨 华 （贵阳铝镁设计研究院，贵州 贵阳 !!"""#） 摘 要：在承载力、刚度、抗震性能、耗材、耐久性、耐火性等方面，对钢骨混凝土结构 与钢筋混凝土结构进行了比较，从而阐明了钢骨混凝土的结构特点，以便在实践中更好地加以 应用。 关键词：钢骨混凝土结构；钢筋混凝土结构；承载力；刚度；抗震性能 中图分类号：$% !&’(!)* 文献标识码：+ 文章编号：*""# , &--"（&""#）"& , ""&* , ". /012311045 45 678 97:;:268;016021 4< =;4<0>8 ?805<4;28@ 9452;868 ABCD E3: （D30F:5G B>3H0503H , I:G58103H /810G5 J ?818:;27 K51606368，D30F:5G !!"""#，9705:） !"#$%&’$：$78 L:L8; @812;0M81 2>8:;>F 678 27:;:268;016021 4< 678 L;4<0>8 ;805<4;28@ 2452;868 16;3263;8 MF 24HL:;05G 678 16;323;8 4< L;4<0>8 ;805<4;28@ 2452;868 N067 67:6 4< 678 1688> ;805<4;28@ 2452;868 05 M8:;O 05G 2:L:206F，;0G0@06F :5@ :560O1801H02 L8;<4;H:528，H:68;0:> 24513HL6045，@3;:M0>06F :5@ <>:H8 ;8101O 6:528，6731 78>L05G F43 64 318 06 M8668; 05 :263:> 4L8;:6045 P ()* +,%-#：=;4<0>8 ;805<4;28@ 2452;868 16;3263;8；1688> ;805<4;28@ 2452;868 16;3263;8；M8:;05G 2:O L:206F；;0G0@06F；:560O1801H02 L8;<4;H:528 钢骨混凝土结构是钢筋混凝土结构与钢 结构的一种组合结构形式，它是在钢筋混凝 土中配置钢骨（型钢），并使钢骨与混凝土 组合成为一个整体共同工作。这种结构在各 国有不同的名称，日本称之为钢骨钢筋混凝 土结构，前苏联称之为劲性钢筋混凝土结 构，我国现统一称之为钢骨混凝土结构。 钢骨混凝土结构的结构性能，基本上是 属于钢筋混凝土结构范畴，在多、高层建筑 中，可以全部结构构件采用钢骨混凝土结 构，也可某几层或框支层或某局部部位采用 钢骨混凝土结构。目前，国内高层建筑 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中，都是有针对性地在需要发挥钢骨混凝土 承载力大、延性好、刚度大的特点的部位采 用，如在框架—剪力墙结构、框—筒结构、 框支剪力墙结构中的框支层采用钢骨混凝土 第 .*卷 第 &期 有色金属设计 Q4> P .* C4P & &""# CRCST??R%U IT$BVU /TUKDC &""# ! 收稿日期：&""# , "# , &" 作者简介：杨 华（*W)* ,），女，四川人，工程师，主要从事土建结构设计工作 P万方数据 框架柱；在跨度较大的框架结构中采用钢骨 混凝土梁；根据受力要求，在一般剪力墙和 筒体剪力墙中采用钢骨混凝土剪力墙。在 多、高层建筑的各种体系中，钢骨混凝土结 构构件可以与钢筋混凝土结构构件组合，也 可与钢结构构件组合，不同结构发挥其各自 特点。 本文详细论述钢骨混凝土结构的几个特 点，以便在推广应用此类结构中准确把握。 ! 承载力比钢筋混凝土结构高 型钢的强度远高于混凝土的强度，因 此，与钢筋混凝土结构相比，钢骨混凝土结 构的承载力较高，约为钢筋混凝土结构的 !"# $ %"&倍。 在具体设计中，钢骨混凝土框架梁和钢 骨混凝土框架柱的型钢配置，多采用充满型 宽翼缘实腹型钢。充满型实腹型钢，是指型 钢上翼缘处于戴面受压区，下翼缘处于截面 受拉区，即设计中考虑在满足型钢混凝土保 护层要求和便于施工的前提下，型钢的上翼 缘和下翼缘尽量靠近混凝土截面的近边，这 无疑能提高型钢混凝土结构构件的承载力。 在设计剪力墙时，可在剪力墙两端或边 柱中，配置实腹型钢以提高剪力墙的抗侧 力，也在剪力墙腹板内加设斜向钢支撑。 为了充分发挥型钢混凝土组合结构中型 钢的作用，宜相应采用高强度混凝土，《型 钢混凝土组合结构技术规程》中规定了混凝 土强度等级不宜低于 ’(&。工程设计中钢骨 混凝土结构的混凝土强度等级采用 ’(& $ ’)&，比传统结构的 ’%& $ ’*#，混凝土强度 等级相差 !& $ !# +,-，这是钢骨混凝土结构 承载力高的又一个因素。 " 刚度比钢筋混凝土结构大 众所周知，钢材的弹性模量比混凝土高 得多，几乎高出一个数量级：钢材的弹性模 量 .为 %&) / !&( 0 1 22%，’%&混凝土的弹性 模量 .3为 %## / !&% 0 1 22%，. 1 .3 4 %&) &&& 1 %# #&& 4 5。因此，与钢筋混凝土结构相比， 钢骨混凝土结构的刚度得到了显著的增大。 # 抗震性能比钢筋混凝土结构好 钢材是塑性材料，且型钢对钢筋混凝土 还具约束作用（同时型钢也受混凝土和箍筋 的约束，不易发生局部压屈），因此，钢骨 混凝土结构的抗震性能比钢筋混凝土结构 好。下面从几个方面进行论述。 #$! 试验研究和设计计算方面 试验证明，配置实腹式型钢的钢骨混凝 土柱具有良好的变形性能和耗能能力，适用 于地震区采用。而配置空腹式型钢的钢骨混 凝土柱的变形性能及抗剪承载力相对差一 些，必须配置一定数量的斜腹杆，其变形性 能才可改善。《型钢混凝土组合结构技术规 程》规定空腹杆焊接型钢宜用于非地震区或 设防烈度为 )度地区的建筑。 对剪力墙，为提高其延性，宜在剪力墙 两端或边柱中配置实腹型钢。 钢骨混凝土框架柱轴压比限值的规定， 是保证框架柱具有较好的延性和耗能性能的 必要条件。通过在不同轴压比情况下，承受 低周反复荷载作用的钢骨混凝土压弯构件试 验表明，当轴压比相同时，钢骨混凝土柱比 钢筋混凝土柱具有更好的滞回特性和延性性 能，因此其轴压比计算中应考虑型钢的有力 作用。轴压比限值的确定，是在试验研究基 础上，规定二级抗震等级的框架结构柱的轴 压比限值为 &"6#，此控制值能保证框架柱 延性系数达到 (。对其他不同抗震等级、不 同结构体系（如框架—剪力墙结构、框架— 核心筒体结构等）的框架柱，其轴压比限值 相应进行调整。 #$" 理论分析和设计计算方面 钢骨混凝土结构是型钢和混凝土 %种材 料的组合体；在此组合体中，箍筋的作用尤 为突出，它除了增强截面抗剪承载力以避免 %% 有色金属设计 第 (!卷 万方数据 结构发生剪切脆性破坏外，还起到约束核心 混凝土以增强塑性铰区变形能力和耗能能力 的作用，对钢骨混凝土结构构件而言，更起 到保证混凝土和型钢、纵筋整体工作的重要 作用。因此为保证在大变性情况下能维持箍 筋对混凝土的约束，箍筋应做成封闭箍筋， 其末端应有 !"#$弯钩，弯钩平直段也应有一 定长度，当采用拉结箍筋时，至少一端应有 !"#$弯钩。 钢骨混凝土结构的框架梁，为保证其对框 架节点的约束作用，为便于型钢混凝土梁的混 凝土浇筑，框架梁的截面宽度不宜过小；《型 钢混凝土组合结构技术规程》考虑到截面高度 与宽度比值过大会对梁抗扭和侧向稳定不利， 因此，对框架梁的高宽比作了规定。 当梁的荷载较大，因而需要的截面高度 较高时，为节省钢材和减少自重，可采用桁 架式空腹型钢的钢骨混凝土梁，其承载力计 算可把上、下弦型钢作为纵向受力钢筋，斜 腹杆承载力的竖向分力作为受剪箍筋考虑。 对配置桁架式型钢的钢骨混凝土梁，为保证 桁架压杆的稳定性，其细长比宜小于 !%&。 考虑地震作用的框架梁端应设置箍筋加密 区，是从构造上增强对梁端混凝土的约束，且 保证梁端塑性铰区“强剪弱弯”的要求。 框架柱的受剪截面控制条件与框架梁一 致。钢骨混凝土框架柱的斜截面受剪承载力 可由钢筋混凝土和型钢两部分的斜截面受剪 承载力组成，压力对受剪承载力也有有利的 影响。计算公式中型钢部分对受剪承载力的 贡献只考虑型钢腹板部分的受剪承载力。为 保证框架柱柱端塑性铰区有足够的箍筋约束 混凝土，使框架柱有一定的变形能力，柱端 必须从构造上设置箍筋加密区，同时，满足 一定的箍筋体积配筋率要求。 基于钢骨混凝土组合结构构件具有比钢 筋混凝土结构构件更好的延性和耗能特性， 因此其房屋最大高度可以比钢筋混凝土结构 提高，对于全部结构构件均采用型钢混凝土 结构时，房屋高度可提高 "&’ ( )&’。 !"! 事实证明方面 据日本 !*+, 年的地震灾害统计，在调 查的 *# 座 + ( !+ 层的钢骨混凝土结构建筑 中，仅有 !%座（占 !%-.’）发生轻微破坏。 更有说服力的事实是：!**# 年 ! 月 !+ 日，日本中部神户大阪地区发生 +-%级强震 （地震烈度!*度），死亡. )%)人，而钢骨混 凝土结构的建筑物则可称“安然无恙”，经 受住大地震的严峻考验。 # 耗用钢材比钢结构少 与钢结构相比，钢骨混凝土结构可节省很 多钢材。通过设计多个全钢结构的多层厂房， 得知钢结构厂房的用钢量在 %%& /0 1 2% 以上； 同样的厂房如果做成钢骨混凝土结构，测算其 用钢量不超过 !.& /0 1 2%，就是说每平方米建 筑面积的用钢量可减少近 "&’。 $ 耐久性和耐火性比钢结构好 由于混凝土可以作为型钢的保护层，劲 性混凝土结构的耐久性、耐火性，无疑要比 钢结构好得多。 综合上述，钢骨混凝土结构由于在钢筋 混凝土中增加了型钢，型钢以其固有的强度 和延性，以及型钢、钢筋、混凝土三位一体 地工作使钢骨混凝土结构具备了比传统的钢 筋混凝土结构承载力大、刚度大、抗震性能 好的特点；与钢结构相比，具有防火性能 好，结构局部稳定和整体稳定性好以及钢材 用钢量少的优点。有针对性地推广此类结 构，对我国多、高层建筑的发展，优化和改 善结构抗震性能都具有极其重要的意义。 参考文献： 〔!〕343!", 5 %&&!，型钢混凝土组合结构技术规程 6 〔%〕47#&&!& 5 %&&%，混凝土结构设计规范 6 〔"〕47#&&!+ 5 %&&"，钢结构设计规范 6 〔)〕47#&&!! 5 %&&!，建筑抗震设计规范 6 〔#〕李慧民 6 土木工程施工技术〔8〕6 北京：中国计划 出版社，%&&!6 "%第 %期 杨 华：谈谈钢骨混凝土结构的特点 万方数据