九組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第九章

高層鋼——砼組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容：9.1組合結(jié)構(gòu)概述8.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造8.3鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造8.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造9.1組合結(jié)構(gòu)概述9.1組合結(jié)構(gòu)概述組合結(jié)構(gòu)組合構(gòu)件型鋼混凝土梁、柱、鋼管混凝土柱、鋼與混凝土組合梁板混合結(jié)構(gòu)多種結(jié)構(gòu)體系磚混結(jié)構(gòu)、框架－核心筒結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比組合結(jié)構(gòu)承載能力高，剛度大組合結(jié)構(gòu)施工速度快，工期短3）組合結(jié)構(gòu)的延性好，抗震性能優(yōu)越用鋼量大、施工要求高與鋼結(jié)構(gòu)相比用鋼量少整體與局部剛度好耐久性和耐火性較優(yōu)增加了混凝土用量、結(jié)構(gòu)自重大9.1組合結(jié)構(gòu)概述9.1組合結(jié)構(gòu)概述應(yīng)用：復(fù)雜的高層建筑、帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換梁、框支柱、落地剪力墻合理選擇設(shè)計(jì)過(guò)程：原結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)化成計(jì)算簡(jiǎn)圖、根據(jù)力學(xué)分析計(jì)算構(gòu)件內(nèi)力、通過(guò)計(jì)算滿(mǎn)足承載力和正常使用極限狀態(tài)的要求計(jì)算原則：鋼和混凝土剛度疊加法、、常見(jiàn)的組合結(jié)構(gòu)：型鋼混凝土、鋼管混凝土、鋼－混凝土組合梁板結(jié)構(gòu)9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造型鋼混凝土構(gòu)件——由混凝土包裹型鋼而形成的構(gòu)件英，美日本前蘇聯(lián)混凝土包鋼結(jié)構(gòu)鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型鋼混凝土梁、柱實(shí)腹式受剪承載力大，抗震性能好，采用較多見(jiàn)圖空腹式受力性能與普通鋼筋混凝土構(gòu)件基本相同設(shè)計(jì)規(guī)程建設(shè)部頒發(fā)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ138-2001）冶金部頒發(fā)《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（YB9082-97）9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造圖9.2-1型鋼混凝土梁柱構(gòu)件截面形式(a)型鋼混凝土梁；(b)型鋼混凝土柱(a)(b)9.2.1型鋼混凝土梁9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造基本假定混凝土截面應(yīng)變保持平面；不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度；受壓邊緣混凝土極限壓應(yīng)變?nèi)?.003，相應(yīng)的最大壓應(yīng)力取混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，受壓區(qū)應(yīng)力圖形簡(jiǎn)化為等效的矩形應(yīng)力圖，其高度取按平截面假定所確定的中和軸高度乘以系數(shù)0.8，矩形應(yīng)力圖的應(yīng)力取為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；型鋼型鋼腹板的應(yīng)力圖形為拉、壓梯形應(yīng)力圖形。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，簡(jiǎn)化為等效的矩形應(yīng)力圖形；鋼筋鋼筋應(yīng)力取等于鋼筋應(yīng)變與其彈性模量的乘積，但不大于其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。受拉鋼筋和型鋼受拉翼緣的極限拉應(yīng)變?nèi)?.01。9.2.1型鋼混凝土梁9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造正截面上的應(yīng)力分布簡(jiǎn)圖9.2.1型鋼混凝土梁9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造《型鋼規(guī)程》中型鋼梁正截面的計(jì)算方法：非抗震設(shè)計(jì)：抗震設(shè)計(jì)：

9.2.1型鋼混凝土梁9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造當(dāng)時(shí)條件：保證型鋼混凝土梁在破壞時(shí)，受拉鋼筋及型鋼受拉翼緣能夠達(dá)到屈服強(qiáng)度，且受壓鋼筋及型鋼受壓翼緣也能達(dá)到屈服強(qiáng)度《鋼骨規(guī)程》采用簡(jiǎn)單疊加方法計(jì)算其受彎承載力，即：9.2.1型鋼混凝土梁9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造2型鋼混凝土梁斜截面設(shè)計(jì)1）．斜截面受剪性能相似1、斜裂縫2、型鋼與箍筋屈服3、剪壓區(qū)混凝土破壞差異1、實(shí)腹式型鋼的抗剪作用，曲線(xiàn)沒(méi)有明顯轉(zhuǎn)折2、具有較好的延性3、受壓側(cè)保護(hù)層混凝土剝離范圍較大2）．型鋼混凝土梁斜截面承載力計(jì)算破壞形態(tài)斜壓破壞、剪壓破壞、剪切粘結(jié)破壞影響因素剪跨比、型鋼腹板含鋼率、配箍率、混凝土強(qiáng)度9.2.1型鋼混凝土梁9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造，《型鋼規(guī)程》方法抗剪承載力設(shè)計(jì)均布荷載作用下非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)集中荷載作用下非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)截面尺寸要求非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)《鋼骨規(guī)程》

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2002）計(jì)算9.2.2型鋼混凝土柱9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造1型鋼混凝土柱正截面計(jì)算界限破壞：型鋼受拉翼緣屈服同時(shí)受壓邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變正截面承載力計(jì)算：其中當(dāng)當(dāng)基本公式分情況計(jì)算9.2.2型鋼混凝土柱9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造當(dāng)當(dāng)，

和

的計(jì)算

時(shí)，為大偏壓

時(shí)，為小偏壓相對(duì)界限受壓區(qū)高度，計(jì)算同式軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受拉鋼筋和型鋼受拉翼緣的合力點(diǎn)之間的距離軸向壓力對(duì)截面重心的偏心矩，取考慮荷載位置不定性、材料不均勻、施工偏差等引起的附加偏心矩；其值取20mm和偏心方向截面尺寸1/30的較大值偏心受壓構(gòu)件考慮撓曲影響的軸向壓力偏心距增大系數(shù)，其計(jì)算可參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）的7.3.10條進(jìn)行9.2.2型鋼混凝土柱9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造2斜截面計(jì)算剪跨比小于1.5剪切斜壓破壞對(duì)角線(xiàn)斜裂縫，斜壓小柱體被壓潰剪跨比在1.5～2.5之間剪切粘結(jié)破壞粘結(jié)裂縫貫通，保護(hù)層剝落，承載能力下降剪跨比大于2.5正截面彎曲破壞軸壓比時(shí)，軸壓力的有利影響《型鋼規(guī)程》非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)《鋼骨規(guī)程》疊加法9.2.3型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造梁主筋貫通孔梁中型鋼柱箍筋貫通孔節(jié)點(diǎn)加勁肋柱中型鋼圖9.2-5節(jié)點(diǎn)連接形式設(shè)計(jì)目標(biāo)：“強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”節(jié)點(diǎn)的幾種形式：型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁組成的節(jié)點(diǎn)；型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁組成的節(jié)點(diǎn)；型鋼混凝土柱和與鋼梁組成的節(jié)點(diǎn)。9.2.3型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造柱內(nèi)型鋼的要求應(yīng)采用剛性連接宜采用貫通型設(shè)置水平加勁肋縱筋的設(shè)置應(yīng)伸入柱節(jié)點(diǎn)并滿(mǎn)足錨固要求1、應(yīng)減少縱筋穿過(guò)柱內(nèi)型鋼柱的數(shù)量2、不宜穿過(guò)型鋼翼緣3、不應(yīng)與柱內(nèi)型鋼直接焊接連接預(yù)留貫穿孔時(shí)，應(yīng)小于腹板面積的20％9.2.3型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造《型鋼規(guī)程》與《鋼骨規(guī)程》采用疊加方法來(lái)計(jì)算其受剪承載力，具體公式見(jiàn)相關(guān)規(guī)程。對(duì)于抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的要求，對(duì)節(jié)點(diǎn)的剪力設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)。9.2.4構(gòu)造要求9.2型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30縱筋直徑不宜小于16mm與型鋼凈距不宜小于30mm保護(hù)層厚度、最小錨固長(zhǎng)度、搭接長(zhǎng)度應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）的規(guī)定配筋率也不應(yīng)過(guò)大且配筋不宜超過(guò)兩排主筋的凈距主筋與軸向型鋼的間距型鋼制作、連接、削弱后的補(bǔ)強(qiáng)等均應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）的相關(guān)規(guī)定含鋼率不小于2%，也不宜大于15%保護(hù)層不應(yīng)小于50mm，對(duì)梁不宜小于100mm，對(duì)柱不宜小于120mm型鋼鋼板厚度不宜小于6mm，寬厚比應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定箍筋封閉箍筋，其末端應(yīng)有135度的彎鉤，彎鉤的直線(xiàn)長(zhǎng)度不應(yīng)小于10倍箍筋直徑箍筋配置應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2002）的規(guī)定地震區(qū)梁、柱的端頭應(yīng)設(shè)置箍筋加密區(qū)，加密區(qū)的長(zhǎng)度、箍筋最大間距和箍筋最小直徑應(yīng)滿(mǎn)足《型鋼規(guī)程》要求9.3.1鋼管混凝土的力學(xué)性能9.3鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造1鋼管混凝土的優(yōu)勢(shì)優(yōu)越性：承載力高、塑性和抗震性能好、使用功能和經(jīng)濟(jì)效果好、施工方便9.3.1鋼管混凝土的力學(xué)性能9.3鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造2鋼管混凝土柱承壓工作機(jī)理加載階段變形特點(diǎn)鋼管受力狀態(tài)混凝土受力狀態(tài)加載初始階段混凝土的泊桑比小于鋼的泊桑比兩者共同承擔(dān)軸力隨著軸壓力增大混凝土側(cè)向變形超過(guò)鋼管的變形鋼管處于縱向受壓、環(huán)向受拉的雙向應(yīng)力狀態(tài)混凝土處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài)隨著荷載繼續(xù)增大應(yīng)力重分布開(kāi)始塑性流動(dòng)，壓力減小而主要承受環(huán)向拉應(yīng)力混凝土因受到較大的約束緊箍力而具有更高的抗壓強(qiáng)度和更大的塑性變形能力達(dá)到鋼管混凝土的最大承載力破壞形態(tài)鋼管表面局部凸曲皺褶核心混凝土不會(huì)壓碎長(zhǎng)細(xì)比材料強(qiáng)度破壞受壓承載力隨長(zhǎng)細(xì)比的增加而減小彈性失穩(wěn)破壞9.3.2鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)9.3鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造，，基本公式鋼管混凝土單肢柱的承載力設(shè)計(jì)值偏心率影響當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)長(zhǎng)細(xì)比影響當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)等效計(jì)算長(zhǎng)度軸心受壓柱和桿件：無(wú)側(cè)移框架柱：有側(cè)移框架柱：1鋼管混凝土單肢柱承載力計(jì)算

9.3.2鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)9.3鋼鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造2局部受壓承載力計(jì)算承載力不夠時(shí)，可采取加厚鋼管管壁、增大局部受壓面積等措施

9.3.3鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)與構(gòu)造9.3鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造1鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)連接類(lèi)型與樓蓋梁連接、與基礎(chǔ)連接、與鋼筋混凝土柱連接、鋼管接長(zhǎng)的連接連接原則構(gòu)造簡(jiǎn)單、整體性好、傳力明確、安全可靠、節(jié)約材料、施工方便樓蓋梁的連接剪力傳遞鋼管外傳遞環(huán)形鋼牛腿鋼管內(nèi)傳遞彎矩傳遞井式雙梁見(jiàn)圖A變寬度梁見(jiàn)圖B環(huán)梁見(jiàn)圖C9.3.3鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)與構(gòu)造9.3鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造

ABC2鋼管混凝土的構(gòu)造要求鋼管外徑及管壁鋼管外徑與壁厚之比值套箍指標(biāo)長(zhǎng)細(xì)比和偏心程度的限制防火及散熱的要求9.4.1概述9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造

概念：通過(guò)剪力連接件將鋼梁與混凝土板連接起來(lái)而共同承受荷載、變形協(xié)調(diào)的一種梁優(yōu)點(diǎn)：提高了材料的利用效率、增強(qiáng)了鋼梁的側(cè)向剛度和穩(wěn)定性、節(jié)約模板，施工速度快

9.4.1概述9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造

截面形式特點(diǎn)示意圖工字鋼承受較小荷載不對(duì)稱(chēng)的工字形截面荷載稍大箱形鋼梁抗扭剛度大，可用于大跨的偏心轉(zhuǎn)換梁有承托的組合梁增大了截面慣性矩，提高了剛度和承載力，應(yīng)用較少9.4.1概述9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造

、，翼板的有效寬度當(dāng)板托傾角小于45度時(shí)，板托頂部寬度應(yīng)按等于45度計(jì)算當(dāng)無(wú)板托時(shí)，取鋼梁的上翼緣寬度無(wú)翼板時(shí)，取9.4.1概述9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造

設(shè)計(jì)和計(jì)算內(nèi)容9.4.2截面分析9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造

1組合梁彈性設(shè)計(jì)基本假定理想的線(xiàn)彈性體忽略其相對(duì)滑移平截面假定混凝土翼板不考慮混凝土翼板中鋼筋的受力作用換算截面法合力以及應(yīng)變相等的原則，混凝土→鋼材面積重心高度保持不變翼板厚度不變而寬度換算長(zhǎng)期荷載徐變變形未穩(wěn)定

采用割線(xiàn)模量徐變完全且趨于穩(wěn)定可取2組合梁的計(jì)算彎曲正應(yīng)力鋼梁：混凝土：剪應(yīng)力鋼材：混凝土：9.4.2截面分析9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造

2組合梁塑性設(shè)計(jì)特點(diǎn)直接承受動(dòng)力荷載和板件寬厚比較大以外的一般情況不需要區(qū)分荷載的作用階段和性質(zhì)承載力較彈性高節(jié)約材料，降低造價(jià)基本假定混凝土翼板與鋼梁為完全剪力連接組合；不考慮位于塑性中和軸以下混凝土的抗拉強(qiáng)度；在混凝土的受壓區(qū)為均勻受壓，并達(dá)到抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；在鋼梁的受壓區(qū)為均勻受壓，在鋼梁的受拉區(qū)為均勻受拉，并分別達(dá)到塑性設(shè)計(jì)抗壓及抗拉強(qiáng)度，其值為鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的0.9倍混凝土板托及鋼筋混凝土翼板內(nèi)的鋼筋忽略不計(jì)塑性承載力計(jì)算中和軸位于混凝土板內(nèi)如圖A中和軸位于鋼梁截面內(nèi)如圖B抗剪承載力，可按全部由鋼梁的腹板承擔(dān)9.4.2截面分析9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造AB9.4.3抗剪連接件9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造

1連接件的計(jì)算與布置作用保證整體工作承擔(dān)縱向剪力抵抗相對(duì)滑移防止掀起形式剛性連接件較少采用柔性連接件較大荷載下會(huì)發(fā)生滑移變形，交界面上發(fā)生內(nèi)力重分配，可采用塑性方法計(jì)算—栓釘連接件設(shè)計(jì)確定數(shù)量和布置，保證彎曲先于剪切破壞方法彈性與塑性計(jì)算思路確定總的縱向剪力1、劃分為若干剪跨區(qū)段2、計(jì)算剪力a、位于正彎矩區(qū)段的剪跨，取和中的較小值；b、位于負(fù)彎矩區(qū)段的剪跨，確定單個(gè)剪力連接件的抗剪承載力計(jì)算連接件的數(shù)量9.4.3抗剪連接件9.4鋼——混凝土組合梁板設(shè)計(jì)與構(gòu)造2構(gòu)造要求一般要求連接件抗掀起端頭的底面位置（如錨環(huán)內(nèi)側(cè)、栓釘端頭底面、槽鋼上翼緣內(nèi)側(cè)等）應(yīng)高于混凝土板內(nèi)底部鋼筋以上30mm；連接件的最大間距不大于混凝土翼板厚度的4倍，也不大于600mm；連接件的外側(cè)邊到鋼梁翼緣邊之間的距離應(yīng)不小于20mm；連接件的外側(cè)邊到混凝土翼板邊之間的距離應(yīng)不小于100mm；連接件頂面的混凝土保護(hù)層厚度不小于10～1