型鋼混凝土技術(shù)介紹及其在工程樓中的應(yīng)用

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【摘要】本文基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系這兩基本層面，就型鋼混凝土技術(shù)在我國(guó)的研究歷史和發(fā)展做了簡(jiǎn)要的介紹。并通過(guò)該技術(shù)在常熟科技城科技商務(wù)樓工程中應(yīng)用，總結(jié)出該工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)要點(diǎn)，供當(dāng)?shù)毓こ碳夹g(shù)人員參考。
 
1 前言
型鋼混凝土又稱鋼骨混凝土(Steel Reinforced Concrete，簡(jiǎn)稱SRC)，是指在鋼骨周圍配置鋼筋，并澆筑混凝土的結(jié)構(gòu)。SRC結(jié)構(gòu)屬于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的一種，該體系充分發(fā)揮了鋼和混凝土各自的優(yōu)勢(shì)，協(xié)調(diào)變形，共同同受力，可以在滿足承載力的同時(shí)大幅度減小構(gòu)件尺寸，從而減輕自重，獲得更大的建筑實(shí)用空間。同時(shí)它具有抗震性能好、承載力高、耐火性和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛用于高層、超高層、大跨度結(jié)構(gòu)等重要建筑中。

2 SRC結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
SRC結(jié)構(gòu)在英國(guó)、美國(guó)等西方國(guó)家稱之為“Concrete-Encased Steelwork”，或簡(jiǎn)稱“Encased Beams”，“Encased Columns”等，日本則稱為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，前蘇聯(lián)則稱之為勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，將置于混凝土中的型鋼稱為勁性鋼；把配置的鋼筋稱為柔性鋼。受到英、美、蘇、日等國(guó)的影響，我國(guó)對(duì)這種結(jié)構(gòu)的名稱叫法亦很不一致。后在中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的編制過(guò)程中，組織專家就命名進(jìn)行討論，最后確定名稱“型鋼混凝土”簡(jiǎn)稱“SRC”。
SRC構(gòu)件是在混凝土中主要配置型鋼，也配有構(gòu)造鋼筋及少量受力鋼筋。SRC構(gòu)件與RC（鋼筋混凝土）構(gòu)件相比含鋼率較高，因此對(duì)于同等截面而言，SRC 構(gòu)件比RC構(gòu)件的承載能力大大提高?；炷林信渲眯弯撘院?，混凝土與型鋼兩者有著互相約束的作用。一方面混凝土包裹型鋼，在構(gòu)件達(dá)到承載能力前，型鋼很少發(fā)生局部屈曲，所以一般在構(gòu)件中配置的型鋼不需要加設(shè)加勁板。另一方面，型鋼又對(duì)核心混凝土起著約束作用，尤其是配置方鋼管的閉口型鋼時(shí)，約束作用更為顯著。同時(shí)因?yàn)檎w的型鋼比鋼筋混凝土中分散的鋼筋剛度大得多，所以SRC 構(gòu)件比RC構(gòu)件的剛度明顯提高。
與普通的RC結(jié)構(gòu)相比，SRC結(jié)構(gòu)具有許多顯著的特點(diǎn)：
(1) 變形性能強(qiáng)、抗震性能好。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于混凝土材料的脆性特征，特別是當(dāng)同一層中的柱剛度相差較大、擔(dān)負(fù)剪力不均衡或是當(dāng)結(jié)構(gòu)存在較大的偏心扭轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)件容易發(fā)生剪切破壞，結(jié)構(gòu)的延性較差。鋼骨混凝土由于鋼骨的存在，構(gòu)件延性得到很大改善。
(2) 在截面尺寸相同的條件下，可以合理配置較多的鋼材。
(3) 當(dāng)基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、上部為鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)作為過(guò)渡層可以使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力傳遞更為合理。
(4) 在施工時(shí)，型鋼骨架有較大的承載力，可以作為腳手架使用，如果再利用壓型鋼板作為混凝土樓板的模板的話，可以大大節(jié)省模板工作量。
(5) 由于在構(gòu)件中同時(shí)存在鋼骨和鋼筋，澆筑起來(lái)比較困難。
(6) 鋼材較多，建設(shè)費(fèi)用較高。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的用鋼量為80～180/m2 其中鋼骨占總用鋼量的20－50％。
與純鋼結(jié)構(gòu)相比，SRC結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 混凝土兼有參與構(gòu)件受力與保護(hù)層的功能，經(jīng)濟(jì)性較好。
(2) 結(jié)構(gòu)剛度大，外力作用下變形小，在風(fēng)荷載和地震作用下，結(jié)構(gòu)的水平位移可嚴(yán)格控制。
(3) 混凝土有利于提高型鋼的整體穩(wěn)定性，鋼板的局部屈曲、桿件彎曲失穩(wěn)及梁的側(cè)向失穩(wěn)不易發(fā)生，如果結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)合理，就能保證良好的延性。
(4)使用的型鋼規(guī)格較小，鋼板厚度較薄，比較符合目前我國(guó)鋼材軋制的實(shí)際情況。
 
3 基于規(guī)程的SRC結(jié)構(gòu)構(gòu)件（柱、梁和節(jié)點(diǎn)）的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)方法介紹
《型鋼規(guī)程》采用基于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論，采用的是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)。
該規(guī)程的主要依據(jù)是我國(guó)近20年來(lái)的試驗(yàn)研究成果，與鋼筋混凝土梁的計(jì)算類似，在作了截面應(yīng)變保持平面等基本假定的基礎(chǔ)上，將型鋼翼緣視為縱向鋼筋的一部分，同時(shí)考慮到加載后期粘結(jié)滑移的客觀存在，取混凝土的極限壓應(yīng)變?yōu)?．003，從而建立了型鋼混凝土梁正截面受彎承載力的計(jì)算公式。基于平截面假定的計(jì)算理論其計(jì)算依據(jù)是：SRC壓彎構(gòu)件受力達(dá)到極限承載力時(shí)，截面的平均應(yīng)變基本上為平面，且型鋼截面與混凝土截面的變形基本一致，即兩者變形基本上是協(xié)調(diào)的，得到的是精確計(jì)算結(jié)果。但計(jì)算公式和計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜。由于該規(guī)程主要針對(duì)的是抗震設(shè)計(jì)，因此給出的是充滿型對(duì)稱配置實(shí)腹式型鋼的SRC梁。對(duì)于非充滿型實(shí)腹型鋼的SRC梁規(guī)程沒(méi)有給出計(jì)算方法。