1、型钢混凝土结构概述型钢混凝土结构概述型钢混凝土梁型钢混凝土梁 在欧美，在欧美，1908年年Burr做了空腹式型钢混凝土柱做了空腹式型钢混凝土柱试验，发现混凝土外壳能使柱的强度和刚度明显提试验，发现混凝土外壳能使柱的强度和刚度明显提高。高。1923年加拿大的学者开始作空腹式型钢混凝土年加拿大的学者开始作空腹式型钢混凝土梁试验。在日本，梁试验。在日本，1928年齐田时太郎做了轴心受压年齐田时太郎做了轴心受压柱试验，柱试验，1929年滨田念做了偏心受压柱试验，年滨田念做了偏心受压柱试验，1932年内藤多仲做了梁柱节点试验。年内藤多仲做了梁柱节点试验。 我国起步于我国起步于20世纪世纪80年代初，首先
2、是西安建筑年代初，首先是西安建筑科技大学和北京冶金建筑研究总院进行研究和推广，科技大学和北京冶金建筑研究总院进行研究和推广，其后有西南交大、重大、中建院、华南理工、东南其后有西南交大、重大、中建院、华南理工、东南大学、同济和清华等展开研究大学、同济和清华等展开研究，在自己试验研究的在自己试验研究的基础上，制定了一套较完整的设计理论，现已步入基础上，制定了一套较完整的设计理论，现已步入国际先进行列。国际先进行列。5.1.1 型钢混凝土结构的概念型钢混凝土结构的概念基本构件截面形式基本构件截面形式5.1.2 型钢混凝土结构的特点型钢混凝土结构的特点承载能力高承载能力高抗震性能好抗震性能好施工速度快
3、施工速度快与钢结构相比与钢结构相比 刚度大，刚度大，防火、防锈蚀能力好，稳定性好。防火、防锈蚀能力好，稳定性好。5.1.3 在我国的研究和应用在我国的研究和应用 型钢混凝土在我国始于型钢混凝土在我国始于2020世纪世纪5050年代前苏联援建年代前苏联援建项目。项目。 国内试验研究和设计理论建立始于国内试验研究和设计理论建立始于2020世纪世纪8080年代。年代。 19971997参考日本规程，原冶金部编制行业标准参考日本规程，原冶金部编制行业标准钢钢骨混凝土结构技术规程骨混凝土结构技术规程（ 2006 2006 修编）。修编）。 20022002年建设部编制年建设部编制型钢混凝土组合结构技术规
4、型钢混凝土组合结构技术规程程，并相继在上海金茂大厦、北京京广中心等项目，并相继在上海金茂大厦、北京京广中心等项目得到应用。得到应用。 美国芝加哥美国芝加哥SOM设计设计事务所事务所 上海建工集团总承包上海建工集团总承包19981998年建成，投资年建成，投资5.65.6亿美亿美元，主体高元，主体高372.1m372.1m，总高，总高421m421m，地下，地下3 3、主体、主体8888、屋、屋顶顶2 2层层，高宽比高宽比6.96.9（核心筒（核心筒12.412.4），），8 8根外柱：根外柱：1.51.5m m5m1m5m1m3.5m3.5m筒壁厚筒壁厚800mm800mm450mm450mm
5、7 7度地震作用下度地震作用下/ /H=1/845H=1/845， /h=1/750/h=1/750风荷载作用下风荷载作用下/ /H=1/760H=1/760， /h=1/730/h=1/730上海中心大夏上海中心大夏 由美国由美国GenslerGensler公司与公司与同济大学建筑设计研究院同济大学建筑设计研究院联合设计联合设计, , 前者是一家位前者是一家位于旧金山的建筑、设计、于旧金山的建筑、设计、规划与咨询公司。规划与咨询公司。 建筑高度高达建筑高度高达632632米，米，结构高度结构高度565.6565.6米米 。巨型。巨型框架框架- -核心筒核心筒- -伸臂桁架抗伸臂桁架抗侧力结构
6、体系侧力结构体系, ,为钢为钢- -混凝混凝土混合结构。土混合结构。 2014年竣工。年竣工。标准层平面标准层平面实腹式钢骨实腹式钢骨混凝土巨型柱混凝土巨型柱5.1.4 一般规定和构造要求一般规定和构造要求混凝土保护层最小厚度混凝土保护层最小厚度b1b2100b100型钢混凝土梁型钢混凝土梁型钢混凝土柱型钢混凝土柱120120b1+b2b/3P1015.1.4 一般规定和构造要求一般规定和构造要求型钢钢板宽厚比限值型钢钢板宽厚比限值5.2.1 试验研究试验研究M/Muf（mm）试件加载图试件加载图M-f曲线曲线破坏过程破坏过程型钢位置影响型钢位置影响应变计应变计分配梁分配梁位移计位移计PuPP
7、u沿梁全高配置型钢沿梁全高配置型钢仅在受拉区配置型钢仅在受拉区配置型钢5.2.1 试验研究试验研究实测截面应变实测截面应变h实测截面应变实测截面应变实际实际修正修正5.2.2 正截面承载力计算正截面承载力计算1.基本假定基本假定截面应变符合平截面假定截面应变符合平截面假定不考虑混凝土的抗拉强度不考虑混凝土的抗拉强度混凝土混凝土cu=0.003，相应的压应力为相应的压应力为fc矩形等效混凝土压应力矩形等效混凝土压应力，有效高度有效高度x=0.8xc钢梁腹板应力简化为等效矩形应力钢梁腹板应力简化为等效矩形应力,其值为其值为fa钢筋应力钢筋应力s= =Essfy，s0.01saybE.ff.0030
8、2180 由平截面假定由平截面假定5.2.2 正截面承载力计算正截面承载力计算003. 0 cu a y 2ay hh0axcb cusaasyybbcbcbcucuEfEfhxxhx ,8 . 08 . 000saybE.ff.00302180 5.2.2 正截面承载力计算正截面承载力计算2.受弯承载力计算受弯承载力计算 awaaassyuawaasyaasycMahAfahAfxhbxMMNAfAfAfAfbxf000115 . 00 公式条件公式条件fabtaxhx 0 cf1 syAf aaAf aaAfsyAfMasaaaA sA aAsAbafaf xhh02h01h0据极限平衡方
9、程据极限平衡方程x/0.8a截面应变截面应变P105图图5-10有误有误5.2.2 正截面承载力计算正截面承载力计算2.受弯承载力计算受弯承载力计算 awawawawfht.Mfht.N202212221021251525052 时时当当00200125125125180h.h,h.x.xxhc awfht 0125. 1 awfht0225. 1 afaf 2h01h01.25h0wt0hx h05.2.2 正截面承载力计算正截面承载力计算2.受弯承载力计算受弯承载力计算 awaaassyuawaasyaasycMahAfahAfxhbxMMNAfAfAfAfbxf000115 . 00 公
10、式条件公式条件fabtaxhx 0 问题：问题：1.如何应用公式？如何应用公式？2.当为当为T形截面时如何处理？形截面时如何处理？【例题【例题5-1】P105saybE.ff.00302180 据对称性据对称性0hx awawfht.N02152 awawfht.M2022122212515250 awaafassyuMahAfahAfx.hbxMM 000150 01 awaasyaasycNAfAfAfAfbxf 结论结论x.xhc25101 假定假定校核假定条件，且校核假定条件，且b 5.2.3 斜截面承载力计算斜截面承载力计算斜压破坏斜压破坏剪粘破坏剪粘破坏剪压破坏剪压破坏1.破坏形态
11、破坏形态51. uPuPuP2.051. 2.0 保护层过小保护层过小过薄过薄wt5.2.3 斜截面承载力计算斜截面承载力计算2.影响因素影响因素剪跨比剪跨比加载方式加载方式含钢率及型钢强度含钢率及型钢强度配箍率配箍率混凝土混凝土1.00.80.60.40.2012346剪跨比影响剪跨比影响 Vu/fcbh0bhAAasw 含钢率含钢率5.2.3 斜截面承载力计算斜截面承载力计算3.计算公式计算公式排除斜压破坏条件排除斜压破坏条件 1045000.bhfhtfbhf.Vcwwacb均布荷载均布荷载集中荷载集中荷载wwasvyvcbhtf.hsAfbhf.V58008000 wwasvyvcbh
12、tf.hsAfbhf.V 580512000 3410 ha. 【例题【例题5-25-2】P1095.2.4 腹部开孔型钢混凝土梁腹部开孔型钢混凝土梁 孔位宜设在剪力较小处，最好为圆孔孔位宜设在剪力较小处，最好为圆孔。圆孔直圆孔直径：当孔位于距支座径：当孔位于距支座l/4l/4跨度以外时，不宜大于跨度以外时，不宜大于0.40.4倍梁高和型钢截面高度的倍梁高和型钢截面高度的0.70.7倍；当孔位于距支座倍；当孔位于距支座1/41/4跨度以内时，不宜大于跨度以内时，不宜大于0.30.3倍梁高和型钢截面高倍梁高和型钢截面高度的度的0.50.5倍倍。孔洞周边宜设钢套管，且孔边应加设构孔洞周边宜设钢套管
13、，且孔边应加设构造箍筋和水平筋造箍筋和水平筋。在此基础上作承载力验算。在此基础上作承载力验算。h2h2h构造措施示意图构造措施示意图5.2.5 型钢混凝土梁的挠度验算型钢混凝土梁的挠度验算 型钢混凝土梁加载开裂时，荷载型钢混凝土梁加载开裂时，荷载- -挠度曲线不像钢筋混凝挠度曲线不像钢筋混凝土梁有明显的转折点，这表明型钢对刚度有明显的提高作用，土梁有明显的转折点，这表明型钢对刚度有明显的提高作用，含钢率越大，提高愈加明显。因此，截面刚度需考虑型钢的含钢率越大，提高愈加明显。因此，截面刚度需考虑型钢的贡献。贡献。 对型钢混凝土梁，当梁的纵向受拉钢筋配筋率为对型钢混凝土梁，当梁的纵向受拉钢筋配筋率
14、为0.30.31.51.5范围时，据试验研究，荷载效应的标准组合作用下，构范围时，据试验研究，荷载效应的标准组合作用下，构件的刚度可按下式计算。件的刚度可按下式计算。aaccscasIEIEEE.B 753220短期刚度短期刚度“长期刚度长期刚度” skqkBMMMB 1 fBlMfk 2 挠度验算挠度验算P112表表5-2标准组合标准组合5.2.6 型钢混凝土梁的裂缝宽度验算型钢混凝土梁的裂缝宽度验算 tkckclinteessamaxfbh.M.MM.wd.c.E.w2235001111400809112 P113表表5-3h0sh0h0fh0wbfbhhwkhwtfh/4as【例题【例题
15、5-3P113 bh.kAAAhkAhAhA.Mawafstewawfafssksa50870000 7 . 0222 awffskhtbdnu ukAAAdawafse 45.2.7 型钢混凝土梁的构造要求型钢混凝土梁的构造要求框架梁截面宽度宜框架梁截面宽度宜300mm300mm，截面高宽比宜，截面高宽比宜4 4。纵向受拉钢筋不宜超过两排，配筋率宜纵向受拉钢筋不宜超过两排，配筋率宜0.30.3， 直径宜取直径宜取161625mm25mm，净距和锚固要求按混凝土梁的，净距和锚固要求按混凝土梁的 规定。规定。纵向腰筋的设置要求按混凝土梁的规定。纵向腰筋的设置要求按混凝土梁的规定。框架梁在支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载框架梁在支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载 处，应在型钢腹板两侧对称设置支承加劲肋。处，应在型钢腹板两侧对称设置支承加劲肋。框架梁中箍筋的配置一般按混凝土梁的规定，但框架梁中箍筋的配置一般按混凝土梁的规定，但 抗震加密区宜为复合箍。抗震加密区宜为复合箍。对于转换层大梁或托柱梁等主要承受竖向荷载的对于转换层大梁或托柱梁等主要承受竖向荷载的 梁，梁端型钢上翼缘宜增设栓钉。梁，梁端型钢上翼缘宜增设栓钉。梁中为桁架式型钢时，压杆的长细比宜梁中为桁架式型钢时，压杆的长细比宜120120。作业作业 P137思考题思考题13习题习题1
