組合結(jié)構(gòu)課件

組合結(jié)構(gòu)課件第一頁，編輯于星期日：一點四十九分。第1頁，共46頁。參考書目1.趙鴻鐵主編，《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》，高等教育出版社，北京，2005

2.聶建國等，《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)》，中國建筑工業(yè)出版社，北京，20053.薛建陽主編，《鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)》，華中科技大學(xué)出版社，武漢，2007教材林宗凡編著，《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)》，同濟(jì)大學(xué)出版社，2004

第二頁，編輯于星期日：一點四十九分。第2頁，共46頁。第三頁，編輯于星期日：一點四十九分。第3頁，共46頁。第四頁，編輯于星期日：一點四十九分。第4頁，共46頁。第五頁，編輯于星期日：一點四十九分。第5頁，共46頁。第六頁，編輯于星期日：一點四十九分。第6頁，共46頁。第一章緒論第二章壓型鋼板與混凝土組合板第三章鋼與混凝土組合梁第四章型鋼混凝土結(jié)構(gòu)第五章鋼管混凝土柱第六章混合結(jié)構(gòu)設(shè)計概論第七頁，編輯于星期日：一點四十九分。第7頁，共46頁。第一章

緒論1.1鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)及其分類由幾種不同受力性質(zhì)的建筑材料組成、在荷載作用下具有整體作用的結(jié)構(gòu)稱為組合結(jié)構(gòu)。根據(jù)組成材料的不同，組合結(jié)構(gòu)有諸多類型。目前，組合結(jié)構(gòu)一般是指由鋼材（包括軋制或焊接成型鋼、鋼筋）和混凝土的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)（Steel-concretecompositestructure）。組合結(jié)構(gòu)具有能發(fā)揮不同材料各自的優(yōu)良性能，鋼材、混凝土的利用比較充分，造價較低，抗震性能好以及施工方便等優(yōu)點。第八頁，編輯于星期日：一點四十九分。第8頁，共46頁。組合板組合梁組合柱鋼管混凝土組合墻第九頁，編輯于星期日：一點四十九分。第9頁，共46頁?；旌辖Y(jié)構(gòu)第十頁，編輯于星期日：一點四十九分。第10頁，共46頁。第十一頁，編輯于星期日：一點四十九分。第11頁，共46頁。第十二頁，編輯于星期日：一點四十九分。第12頁，共46頁。第十三頁，編輯于星期日：一點四十九分。第13頁，共46頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板在壓成各種形式的凹凸肋與各種形式槽紋的鋼板上澆注混凝土而制成的組合板，依靠凹凸肋及不同的槽紋使鋼板與混凝土組合在一起。在與混凝土共同工作性能較差的壓型鋼板上可焊接附加鋼筋或栓釘，以保證鋼材與混凝土的完全組合作用。

特點：利用混凝土造價低、抗壓強(qiáng)度高、剛度大等特點作為板的受壓區(qū)，而受拉性能好的鋼材放在受拉區(qū)，代替板中受拉鋼筋，使得兩種材料合理受力，各得其所，都能發(fā)揮各自的優(yōu)點。其突出的優(yōu)點還在于壓型鋼板在施工時先行安裝，可作為澆注混凝土的模板及施工平臺。第十四頁，編輯于星期日：一點四十九分。第14頁，共46頁。壓型鋼板-混凝土組合板由壓型鋼板、混凝土板、抗剪連接件等三部分組成，如圖所示?？辜暨B接件承受混凝土樓板和鋼梁交界面的縱向剪力，抵抗相對滑移，以保證二者共同工作。這種樓蓋主要應(yīng)用于高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)性能較好，綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于其他組合樓蓋。第十五頁，編輯于星期日：一點四十九分。第15頁，共46頁。壓型鋼板與混凝土組合樓板

壓型鋼板與混凝土組合樓板興起于20世紀(jì)九十年代，開始僅作為樓板的永久性模板。我國自二十世紀(jì)八十年代以來逐步推廣，主要在北京長富宮中心、京城大廈、香格里拉飯店，上海的錦江飯店、靜安飯店，深圳的發(fā)展中心大廈、深圳大學(xué)，沈陽沈海熱電廠的平臺等得到應(yīng)用。由于此種結(jié)構(gòu)的大量使用，帶動了相關(guān)理論的研究。

壓型鋼板的形式：

（1）閉口形槽口的壓型鋼板；

（2）開口形槽口壓型鋼板，在其腹板翼緣上軋制凹凸槽紋

（3）開口形槽口壓型鋼板，在其翼緣上另焊附加鋼筋

（4）支撐在鋼梁上的壓型鋼板

第十六頁，編輯于星期日：一點四十九分。第16頁，共46頁。第十七頁，編輯于星期日：一點四十九分。第17頁，共46頁。壓型鋼板用冷軋鋼板或鍍鋅薄鋼板制作，宜采用后者，一般厚度為0.5-1.2mm。圖為部分國外、國產(chǎn)壓型鋼板的板型。第十八頁，編輯于星期日：一點四十九分。第18頁，共46頁。20世紀(jì)60年代前后，歐美、日本等國大量興建多層及高層建筑，采用壓型鋼板作為樓板的永久模板或用作施工作業(yè)平臺。隨后，工程師們認(rèn)識到，在壓型鋼板表面上做出凹凸不平的齒槽，使它和混凝土粘結(jié)成整體共同受力，可以作為或部分作為樓板的縱向受力鋼筋使用，各國對此作了許多試驗研究工作。20世紀(jì)80年代我國在組合樓板技術(shù)方面的研究和應(yīng)用發(fā)展迅速。1984年，冶金工業(yè)部冶金建筑研究總院對壓型鋼板的選型、加工工藝、抗剪連接件等配套技術(shù)進(jìn)行了大量的開發(fā)、研究與應(yīng)用工作，制定了冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼-混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》YB9238-92。國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼-混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》DL/T5085-1999等對壓型鋼板-混凝土組合樓蓋的設(shè)計作了規(guī)定。第十九頁，編輯于星期日：一點四十九分。第19頁，共46頁。2.鋼與混凝土組合梁將鋼梁與混凝土板組合在一起形成組合梁?；炷涟蹇梢允乾F(xiàn)澆混凝土板，也可以是預(yù)制混凝土板、壓型鋼板混凝土組合板或預(yù)應(yīng)力混凝土板。鋼梁可以用軋制或焊接鋼梁。鋼梁形式有工字鋼、槽鋼或箱形鋼梁?；炷涟迮c鋼梁之間用剪切連接件連接，使混凝土板作為梁的翼緣與鋼梁組合在一起，整體共同作用形成組合T形梁。特點：使混凝土受壓，鋼梁主要是受拉與受剪，受力合理強(qiáng)度與剛度顯著提高，充分利用了混凝土的有利作用。并且由于側(cè)向剛度大的混凝土板與鋼梁組合連接在一起，很大程度上比避免了鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)的弱點。第二十頁，編輯于星期日：一點四十九分。第20頁，共46頁。帶板托的組合梁無板托的組合梁組合梁的形式第二十一頁，編輯于星期日：一點四十九分。第21頁，共46頁。

鋼與混凝土組合梁由鋼梁鋼筋混凝土板以及兩者之間的剪切聯(lián)接件組成。

工程中常采用不對稱組合梁，主要有以下幾種形式：（1）三塊不同厚度與寬度的鋼板焊接而成；（2）將大型工字鋼割去寬厚的上翼緣加焊寬度較小的鋼板（3）將工字鋼沿腹板縱向割開然后將不同大小的半工字鋼對焊而成；（4）蜂窩梁（見下圖）。

第二十二頁，編輯于星期日：一點四十九分。第22頁，共46頁。組合梁中的剪切連接件

剪切連接件的作用（1）抵抗砼板與鋼梁疊合面上的縱向剪力，使二者不能自由滑移（2）抵抗使砼板與鋼梁具有分離趨勢的“掀起力”

剪切連接件的形式：分為柔性聯(lián)接件（帶頭栓釘、斜鋼筋、環(huán)形鋼筋、帶直角彎鉤的短鋼筋）和剛性聯(lián)接件（塊式聯(lián)接件)第二十三頁，編輯于星期日：一點四十九分。第23頁，共46頁。3.型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)

混凝土內(nèi)配置型鋼（軋制或焊接成型）和鋼筋的結(jié)構(gòu)稱為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。也稱其為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)或勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)除了用于框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)外，也可制作拱和殼體，在橋梁和原子能反應(yīng)堆保護(hù)殼等工程中使用。承載力高、構(gòu)件截面較小、可降低結(jié)構(gòu)層高；利用型鋼的承載力減少模板工程量、縮短工期；結(jié)構(gòu)延性好、抗震性能優(yōu)良；耐久性和防火性能均明顯優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。

第二十四頁，編輯于星期日：一點四十九分。第24頁，共46頁。型鋼混凝土構(gòu)件截面形式第二十五頁，編輯于星期日：一點四十九分。第25頁，共46頁。

我國從20世紀(jì)50年代開始應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，80年代中期以后進(jìn)行了大量的試驗研究工作，近年來應(yīng)用日漸增多。制定了建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)定》JG138-2001，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》DL/T5085-1999，冶金工業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》YB9058-97等。

1987年，日本《鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算標(biāo)準(zhǔn)》第五次修訂出版。英、美國和其他國家西歐國家，加拿大，前蘇聯(lián)都有大量的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)研究成果和應(yīng)用實踐。歐洲統(tǒng)一規(guī)范《組合結(jié)構(gòu)規(guī)范》中包括型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)定。第二十六頁，編輯于星期日：一點四十九分。第26頁，共46頁。北京香格里拉飯店采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，2層以上為型鋼混凝土柱、組合梁組成的剛接框架，柱內(nèi)配置軋制H型鋼。上海金茂大廈（88層，高420.5m）周邊采用8根截面尺寸為1.5m×5.0m的巨型型鋼混凝土柱，柱中配有兩根焊接H型鋼。深圳地王大廈（81層，高325m）在58層以下采用型鋼混凝土柱。第二十七頁，編輯于星期日：一點四十九分。第27頁，共46頁。4.鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是用混凝土填入薄壁鋼管內(nèi)形成的組合結(jié)構(gòu)，通常不必配置鋼筋。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮混凝土和鋼材各自的優(yōu)點，受力合理，節(jié)省材料。其基本原理有二：一是借助核心混凝土增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性，二是借助鋼管對核心混凝土的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高混凝土的強(qiáng)度和變形能力。

第二十八頁，編輯于星期日：一點四十九分。第28頁，共46頁。

鋼管混凝土柱可分為（圓）鋼管混凝土柱和方鋼管混凝土柱。一般在鋼管中澆注混凝土，并不另配鋼筋。（1）圓鋼管混凝土柱的特點：利用鋼管約束混凝土，將混凝土由單向受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚴軌骸ｄ摴芑炷两Y(jié)構(gòu)充分發(fā)揮混凝土和鋼材各自的優(yōu)點，避免了鋼材特別是薄壁鋼材容易失穩(wěn)的缺點，所以受力合理，大大節(jié)省材料由于其是圓形截面，而且斷面高度較小，所以在受彎矩作用時顯然并無優(yōu)越可言，而且是不利的，因此常常將其作為高層建筑中的下面數(shù)層的柱是最合適的。圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的最大弱點是圓形截面的柱與矩形截面的梁連接比較復(fù)雜，是推廣圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的一大障礙。第二十九頁，編輯于星期日：一點四十九分。第29頁，共46頁。圓鋼管混凝土方鋼管混凝土矩形鋼管混凝土

鋼管混凝土截面形式第三十頁，編輯于星期日：一點四十九分。第30頁，共46頁。

(2)方鋼管混凝土柱的特點：克服了圓鋼管混凝土柱的一些缺點?？梢杂米髌氖軌褐?，房屋的外觀較好；連接面為平面，節(jié)點構(gòu)造比較簡單；方鋼管構(gòu)成封閉截面，自身剛度較大；由于鋼材都分布于截面外邊，抗彎承載力較高；鋼板為連續(xù)配置，提高了對混凝土的約束作用，故構(gòu)件的延性比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)明顯提高；省去模板，方便施工。第三十一頁，編輯于星期日：一點四十九分。第31頁，共46頁。鋼管混凝土節(jié)點形式第三十二頁，編輯于星期日：一點四十九分。第32頁，共46頁。圓空夾層鋼管混凝土截面形式第三十三頁，編輯于星期日：一點四十九分。第33頁，共46頁。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、配螺旋箍筋混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。20世紀(jì)80年代后期，先進(jìn)的泵送混凝土工藝的應(yīng)用，解決了在現(xiàn)場澆灌鋼管內(nèi)混凝土的技術(shù)難關(guān)，同時高強(qiáng)、高性能混凝土技術(shù)的可喜進(jìn)展為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展注入的新的活力。自20世紀(jì)60-70年代以來，前蘇聯(lián)、日本、英國、美國等國相繼繼制定頒發(fā)了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程，或?qū)⑵湓O(shè)計部分納入國家設(shè)計規(guī)范。第三十四頁，編輯于星期日：一點四十九分。第34頁，共46頁。我國鋼管混凝土技術(shù)的開發(fā)利用已有近40年的歷史，1966年首次應(yīng)用于北京地鐵車站。系統(tǒng)的研究工作始于20世紀(jì)80年代，主要研究其受力性能和設(shè)計計算方法，研究成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。1990年國家建材工業(yè)局頒發(fā)《鋼管混凝土設(shè)計與施工規(guī)程》CJ101-89。1991年中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會制定了《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》CECS28：90。1999年電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》DL/T5085-1999發(fā)布，促進(jìn)了鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展。

2004年中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會制定了《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS159-2004

第三十五頁，編輯于星期日：一點四十九分。第35頁，共46頁。

鋼管混凝土在我國高層建筑中的應(yīng)用發(fā)展很快，自20世紀(jì)90年代以來，經(jīng)歷了由局部采用、大部分采用到全部采用鋼管混凝土柱的過程。已建成有北京的世界金融大廈（36層，高度120m，1998年）、深圳的賽格大廈（76層，高度291.6m,1999年）等。美國雙聯(lián)大廈（TwoUnionSquare）56層，高度220m，于1989年建成，鋼管混凝土柱截面1400×25，內(nèi)灌混凝土強(qiáng)度等級高達(dá)C130。深圳賽格大廈第三十六頁，編輯于星期日：一點四十九分。第36頁，共46頁。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用形式如圖所示。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)第三十七頁，編輯于星期日：一點四十九分。第37頁，共46頁。鋼管混凝土拱肋結(jié)構(gòu)截面形式四川省旺蒼東河大橋圖為鋼管混凝土拱肋的截面形式。1990年，鋼管混凝土技術(shù)首次成功應(yīng)用于跨度115m的四川省旺蒼東河大橋。

第三十八頁，編輯于星期日：一點四十九分。第38頁，共46頁。5.外包鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)是指外部配鋼的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，簡稱外包鋼結(jié)構(gòu)。應(yīng)用較多的是四角配置角鋼的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，角鋼的外表面與混凝土表面取平或稍突出表面0.5-1.5mm。橫向箍筋與角鋼焊接成骨架，為了滿足箍筋保護(hù)層的要求，可將箍筋兩端墩成球狀再與角鋼內(nèi)側(cè)焊接。外包鋼構(gòu)件第三十九頁，編輯于星期日：一點四十九分。第39頁，共46頁。外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，連接方便，使用靈活，用于一般工業(yè)廠房框架和排架結(jié)構(gòu)，目前在電力以及石油工業(yè)部門的應(yīng)用較多。角鋼對混凝土的約束作用，有利于提高抗剪承載力和延性性能。

第四十頁，編輯于星期日：一點四十九分。第40頁，共46頁。組合結(jié)構(gòu)中鋼材與混凝土材料的共同工作機(jī)理，是由二者之間的粘結(jié)力、抗剪連接件及鋼材對混凝土的約束作用實現(xiàn)的。壓型鋼板與混凝土組合樓板的共同工作，主要依靠鋼板上壓制的齒槽、穿過壓型鋼板焊在鋼梁上的抗剪連接件或焊在壓型鋼板端部的橫向鋼筋的作用。鋼-混凝土組合梁中二者的共同工作主要依靠抗剪連接件形成。所以，抗剪連接件設(shè)計是工程關(guān)鍵之一，計算和構(gòu)造都應(yīng)滿足規(guī)定的要求。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的共同工作則主要依靠箍筋的約束作用，有時也設(shè)置抗剪連接件。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的共同工作主要依靠鋼管與混凝土的相互約束、層間橫隔板等形成。

6.組合結(jié)構(gòu)的共同工作

第四十一頁，編輯于星期日：一點四十九分。第41頁，共46頁。1.2組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用由于組合結(jié)構(gòu)的一系列優(yōu)點，所以歐美國家及日本等國在20世紀(jì)初即開始應(yīng)用。壓型鋼板混凝土組合樓板開始應(yīng)用于歐美國家。組合板的設(shè)計計算的關(guān)鍵問題是解決壓型鋼板與混凝土的組合剪切計算。美國的Porter等教授等首先在實驗的基礎(chǔ)上，提出了組合面縱向剪切承載能力的計算方法，使得組合板的設(shè)計計算理論推進(jìn)一步，并逐步推廣到世界其他國家。冶金部建筑研究總院在對大量國產(chǎn)壓型鋼板組合板實驗研究的基礎(chǔ)上，提出了我國自己的計算公式。

第四十二頁，編輯于星期日：一點四十九分。第42頁，共46頁。

我國從20世紀(jì)50年代開始，首先在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了組合梁，并進(jìn)行過少量實驗。組合梁的計算與應(yīng)用中的一個關(guān)鍵問題是連接問題。美國、英國等首先用推出實驗得出剪切連接件強(qiáng)度計算公式，并納入英國規(guī)范CP110；我國的鄭州工學(xué)院、哈爾濱建工學(xué)院、清華大學(xué)等先后開展了研究工作?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ17-88)首次將組合梁的設(shè)計方法納入規(guī)范。關(guān)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計算理論，國際上主要有三種類型：①歐美的計算理論基于鋼結(jié)構(gòu)的計算方法，考慮混凝土的作用，在實驗基礎(chǔ)上將實驗曲線進(jìn)行修正，突出反映在組合柱的計算上。②前蘇聯(lián)關(guān)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計算理論是基于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計算方法，認(rèn)為型鋼與混凝土是完全共同作用的，因此實驗證明前蘇聯(lián)計算方法在某些方面偏于不安全。③第三種類型是日本建立在疊加理論基礎(chǔ)上的方法，認(rèn)為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力是型鋼與混凝土兩者承載力的疊加。比較證明，日本的計算方法