鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的概況及優(yōu)缺點(diǎn)

　　由混凝上包裹型鋼做成的結(jié)構(gòu)被稱為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。它的特征是在型鋼結(jié)構(gòu)的外面有一層混凝土的外殼。型鋼混凝土中的型鋼除采用軋制型鋼外，還廣泛使用焊接型鋼。此外還配合使用鋼筋和鋼箍。我國過去也采用勁性鋼筋混凝土這個名稱。

　　型鋼混凝土梁和柱是最基本的構(gòu)件。型鋼可以分為實(shí)腹式和空腹式兩大類。實(shí)腹式型鋼可由型鋼或鋼板焊成，常用的截面型式有I、H、工、T、槽形等和矩形及圓形鋼管�？崭故綐�(gòu)件的型鋼一般由綴板或綴條連接角鋼或槽鋼而組成。由型鋼混凝土柱和梁可以組成型鋼混凝土框架�？蚣芰嚎梢圆捎娩摿�、組合梁或鋼筋混凝土梁。在高層建筑中，型鋼混凝土框架中可以設(shè)置鋼筋混凝土剪力墻，在剪力墻中也可以設(shè)置型鋼支撐或者型鋼桁架，或在剪力墻中設(shè)置薄鋼板，這樣就組成了各種型式的型鋼混凝土剪力墻。型鋼混凝土剪力墻的抗剪能力和延性比鋼筋混凝土剪力墻好，可以在超高層建筑中發(fā)揮作用。

　　型鋼混凝土與鋼筋混凝土框架相比較具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：

　　1．型鋼混凝土的型鋼可不受含鋼率的限制，其承載能力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構(gòu)件的承載能力一倍以上；可以減小構(gòu)件的截面，對于高層建筑，可以增加使用面積和樓層靜高。

　　2．型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工工期比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工期大為縮短。型鋼混凝土中的型鋼在混凝土澆灌前已形成鋼結(jié)構(gòu)，具有相當(dāng)大的承載能力，能夠承受構(gòu)件自重和施工時的活荷載，并可將模板懸掛在型鋼上，而不必為模板設(shè)置支柱，因而減少了支模板的勞動力和材料。型鋼混凝土多層和高層建筑不必等待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度就可繼續(xù)施工上層。施工中不需架立臨時支柱，可留出設(shè)備安裝的工作面，讓土建和安裝設(shè)備的工序?qū)嵭衅叫辛魉�作業(yè)。

　　3．型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的延性比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)明顯提高，尤其是實(shí)腹式的構(gòu)件。因此在大地震中此種結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出優(yōu)良的抗震性能。日本抗震規(guī)范規(guī)定高度超過45m的建筑物不得使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。而型鋼混凝土結(jié)構(gòu)則不受此限制。

　　4．型鋼混凝土框架較鋼框架在耐久性、耐火度等方面均勝一籌。

　　我國在50年代就從前蘇聯(lián)引進(jìn)了勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；六十年代以后，由于片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約鋼材，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)就難于推廣應(yīng)用；八十年代以后，型鋼混凝土又一次在我國興起。日本為我國設(shè)計的北京國際貿(mào)中心、香格里拉飯店和京廣大廈等超高層建筑的底部幾層都是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。我國在八十年代中期開始興起對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)研究的熱潮。在上海、重慶等城市也建成了這種類型的建筑物，但型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用還剛剛開始，其建筑面積還不到建筑總面積的千分之一。七外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)的概況及優(yōu)缺點(diǎn)外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)（以下簡稱外包鋼結(jié)構(gòu)）是外部配型鋼的混凝土結(jié)構(gòu)。是在克服裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)某些缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，仿效鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式，是鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的一種新型式。外包鋼結(jié)構(gòu)由外包型鋼的桿件拼裝而成。桿件中受力主筋由角鋼代替并設(shè)置在桿件四角，角鋼的外表面與混凝土表面取平，或稍突出混凝土表面0.5—1.5mm.橫向箍筋與角鋼焊接成骨架，為了滿足箍筋的保護(hù)層厚度的要求，可將箍筋兩端墩成球狀再與角鋼內(nèi)側(cè)焊接。

　　外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

　　1．構(gòu)造簡單：外包鋼結(jié)構(gòu)取消了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的縱向柔性鋼筋以及預(yù)埋件，構(gòu)造簡單，有利于混凝土的搗實(shí)，也有利于采用高標(biāo)號混凝土，減小桿件截面，便于構(gòu)件規(guī)格化，簡化設(shè)計和施工。

　　2．連接方便：外包鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就在于能夠利用它的可焊性，桿件的連接可采用鋼板焊接的干式接頭。管道等的支吊架也可以直接與外包角鋼連接。和裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，可以避免大最鋼筋剖口焊和接頭的二次澆灌混凝土等工作。

　　3．使用靈活：外包角鋼和箍筋焊成骨架后，本身就有一定強(qiáng)度和剛度，在施工過程中可用來直接支承模板，承受一定的施工荷載。這樣施工方便、速度快，又節(jié)約了材料。

　　4．抗剪強(qiáng)度提高：雙面配置角鋼的桿件，極限抗剪強(qiáng)度與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比提高22%左右。

　　5．延性提高：剪切破壞的外包鋼桿件，具有很好的變形能力，剪切延性系數(shù)和條件相同的鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)相比要提高一倍以上。二、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土構(gòu)件可應(yīng)用于多、高層建筑及一般構(gòu)筑物中，目前在我國主要應(yīng)用于高層建筑中。

　�。ㄒ唬╀摴腔炷�土結(jié)構(gòu)的特性

　　鋼骨混凝土構(gòu)件是指鋼骨與外包鋼筋混凝土共同承受荷載的梁、柱、墻構(gòu)件。實(shí)腹式鋼骨混凝土構(gòu)件具有較好的抗震性能，空腹式鋼骨混凝土構(gòu)件的抗震性能與普通鋼筋混凝土構(gòu)件基本相同。

　　目前在抗震結(jié)構(gòu)中多采用實(shí)腹式鋼骨混凝土構(gòu)件。實(shí)腹式鋼骨通常采用由鋼板焊接拼制成或直接軋制而成的工字形、口字形、十字形截面。

　　與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼骨混凝土構(gòu)件的外包混凝土可以防止鋼構(gòu)件的局部屈曲．提高構(gòu)件的整體剛度，改善鋼構(gòu)件出平面扭轉(zhuǎn)屈曲性能，使鋼材的強(qiáng)度得以充分發(fā)揮。采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，一般可比純鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材達(dá)50%以上。外包混凝土增加了結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)具有更大的剛度和阻尼，有利于控制結(jié)構(gòu)的變形和振動。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，由于配置了鋼骨，使構(gòu)件的承載力大大提高，減小梁、柱截面，尤其是抗剪承載力提高和延性加大，可顯著改善抗震性能。鋼骨架本身具有一定承載能力，可以利用它承受施工階段荷載，將模板懸掛在鋼骨架上，省去支模，有利于流水作業(yè)．縮短施工工期。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是既要求鋼構(gòu)件制造及安裝，又要求支模、綁鋼筋、澆筑混凝土；施工工序增加。

　　在鋼骨混凝土構(gòu)件中，鋼骨與混凝土能否共同工作是構(gòu)件設(shè)計理論的基礎(chǔ)。試驗(yàn)表明，當(dāng)鋼骨翼緣位于截面受壓區(qū)．且配置一定數(shù)量鋼筋和鋼箍，鋼骨與外包混凝土能保持較好地共同工作，截面應(yīng)變分布基本上符合平戴面假定。但試驗(yàn)也表明，除了要設(shè)置足夠箍筋，以約束混凝土，增強(qiáng)其粘結(jié)力外．在某些內(nèi)力傳遞較大的部位．如柱腳、構(gòu)件類型轉(zhuǎn)換部位等．還要設(shè)置栓釘，防止鋼骨與混凝土之間的相對滑移。

　　（二）鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特性

　　1．結(jié)構(gòu)類型和構(gòu)件布置鋼骨混凝土構(gòu)件可適用于全部采用鋼骨混凝土構(gòu)件的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。也可適用于與其他類型（鋼或鋼筋混凝土）抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成的混合結(jié)構(gòu)中。而且不論什么結(jié)構(gòu)體系，如框架、剪力墻、框架-剪力墻、框架-核心筒、框架-支撐、簡中簡、巨型框架等。其中的梁、柱、墻等構(gòu)件均可采用鋼骨混凝土構(gòu)件。在多數(shù)情況下高層建筑中只在少數(shù)層或局部區(qū)域中采用鋼骨混凝土構(gòu)件。

　　結(jié)構(gòu)可自下向上采用不同的結(jié)構(gòu)材料，如混凝土→鋼骨混凝土→鋼，或鋼骨混凝土→混凝土等。即可在不同的抗側(cè)力單元中分別采用鋼骨混凝土、鋼或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也可在同一抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中梁、柱（或墻）分別采用不同材料。

　　鋼骨混凝土剪力墻可采用有邊框剪力墻及無邊框剪力墻兩種形式。無邊框鋼骨混凝土剪力墻由設(shè)置于暗注中的鋼骨與鋼筋混凝土剪力墻組成．可用于剪力墻及核心筒結(jié)構(gòu)。鋼骨混凝土應(yīng)用于高層建筑，抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)在平面以及沿高度的剛度均勻。

　　2．抗風(fēng)與抗震有鋼骨混凝士構(gòu)件的高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗風(fēng)及抗震設(shè)計時，包括以下內(nèi)容： （1）風(fēng)荷載計算；（2）地震作用計算；（3）側(cè)移控制；（4）風(fēng)振控制等。

　　鋼骨混凝土構(gòu)件的斷面較鋼筋混凝土構(gòu)件小，但組成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛變不一定小。可以認(rèn)為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比、剛變、混凝土開裂等性能均與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)接近。

　　在混合結(jié)構(gòu)中．主要抗側(cè)力構(gòu)件為鋼結(jié)構(gòu)的建筑，抗風(fēng)及抗震驗(yàn)算宜按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程）進(jìn)行。主要抗側(cè)力構(gòu)件為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的建筑，抗風(fēng)及抗震驗(yàn)算宜按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程）進(jìn)行計算。一般情況下，以鋼骨混凝土抗側(cè)力結(jié)構(gòu)為主的結(jié)構(gòu)宜按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的側(cè)移限制設(shè)計。

　　3．結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移進(jìn)行的分析都是在彈性范圍內(nèi)，可分別參照高層鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算的一般原理及基本假設(shè)進(jìn)行計算。

　　在進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力和變形分析時，鋼骨混凝土構(gòu)件的剛度按下列方法確定：

　�。�1）在鋼骨混凝土梁柱構(gòu)件中，鋼骨比鋼筋含鋼率大，對構(gòu)件剛度的影響不能忽略，可采用疊加方法計算鋼骨混凝土梁、柱構(gòu)件的剛度，軸向剛度、抗彎剛度和抗剪剛度可采用鋼骨部分剛度與鋼筋混凝土部分的剛度之和。

　�。�2）在剪力墻中，一般無邊框剪力墻配置的鋼骨相對較小，與剪力墻整個截面的面積與慣性矩相比，它占的比例較小，為簡化計算可以忽略。

　　而有邊框剪力墻中，往往邊框柱內(nèi)鋼骨含鋼率較大，它處于剪力墻兩端，因此采用將鋼骨折算為等效混凝土面積、按工字形面積計算其軸向及抗彎剛度。

　　在設(shè)計混合結(jié)構(gòu)時，按照不同設(shè)防烈度對鋼骨混凝土構(gòu)件及鋼構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土構(gòu)件，可根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)體系，選擇結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土構(gòu)件的抗震等級，并滿足相應(yīng)的抗震設(shè)計要求。承載力驗(yàn)算時，鋼骨混凝土構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)rRE是參照混凝土構(gòu)件系數(shù)制定的。

　　（三）鋼骨混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

　　框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)設(shè)計時應(yīng)保證傳為明確，安全可靠，施工方便。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)不允許有過大的局部變形。梁、柱內(nèi)力通過節(jié)點(diǎn)傳遞，節(jié)點(diǎn)工作的安全可靠，是保證結(jié)構(gòu)正常工作的前提。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了許多試驗(yàn)研究，提出了各種理論分析與實(shí)用計算方法。根據(jù)梁、柱型式不同，其節(jié)點(diǎn)大致有以下幾種類型。

　　1．鋼骨混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接

　�。�1）配角鋼桁架的梁、柱節(jié)點(diǎn)一般柱寬梁窄的情況，梁中型鋼可在柱型鋼內(nèi)側(cè)穿過。

　�。�2）配實(shí)腹工字鋼（或H型鋼）的梁柱節(jié)點(diǎn)一般柱中型鋼在節(jié)點(diǎn)中貫通，梁中型鋼在柱型鋼兩側(cè)斷開，并與柱型鋼翼緣用焊接或螺栓連接。在節(jié)點(diǎn)中柱型鋼翼緣之間，分別在梁型鋼上下翼緣水平處各設(shè)一道足夠剛強(qiáng)的柱加勁肋，以保證梁翼緣的拉力可靠地傳遞到節(jié)點(diǎn)，并防止柱型鋼翼緣板發(fā)生局部彎曲。

　　2．鋼骨混凝土梁—鋼筋混凝土柱的連接梁中型鋼可在節(jié)點(diǎn)中通過，而柱筋則在梁型鋼翼緣兩側(cè)及翼緣中通過，保持貫通。若柱筋在梁翼緣中穿過，梁翼緣因柱筋穿孔而被削弱，因此對梁翼緣應(yīng)予加強(qiáng)。使其不低于未削弱時梁型鋼的抗彎能力。

　　3．鋼筋混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接梁筋在柱兩側(cè)斷開，但應(yīng)與柱翼緣可靠焊接，并在柱型鋼翼緣之間，梁筋水平處設(shè)置足夠剛強(qiáng)的加勁肋。為便于澆灌節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土，加勁肋可以不是通長的，僅在柱型鋼翼緣處局部設(shè)置。大多數(shù)情況下，節(jié)點(diǎn)區(qū)僅靠型鋼抗剪其強(qiáng)度已足夠，否則可增加節(jié)點(diǎn)區(qū)的加勁板來增強(qiáng)抗剪能力。型鋼混凝土框架的中間節(jié)點(diǎn)，有縱向梁的約束，提高抗剪能力，允許在節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)不配置箍筋，有利簡化施工。

　　4．鋼梁—鋼骨混凝土柱的連接節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼骨部分的連接構(gòu)造應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接要求相一致。在柱鋼骨內(nèi)梁翼緣水平位置處應(yīng)設(shè)置加勁肋，其構(gòu)造應(yīng)便于混凝土澆灌，并保證混凝土密實(shí)。