钢骨混凝土地特点与应用

1、深圳世贸中心一、 随着我国经济的发展和建筑技术的进步 ,高层建筑和 大跨度建筑成为建筑结构发展的主要方向之一。由混凝土包裹钢骨做 成的钢骨混凝土结构 ( SRC) , 充分发挥了钢与混凝土两种材料 的特点 , 虽然我国钢骨混凝土技术起步比国外晚一些 , 但在我国得到 了越来越多的应用。钢骨混凝土和钢结构、木结构、砌体结构以及钢筋混凝土结构并列为五大结构之一。其中实腹式钢骨混凝土构件具有较好的抗震性能、 节约钢材、提高混凝土利用系数、 施工方便等优点 ,在工程建设中得到广泛应用。 SRC 结构的特点 是在混凝土内配置钢骨 , 这些钢骨可以是轧制的 , 也可以是焊接 的。在大型建筑中经常配置焊接的

2、钢骨 , 可以根据构件截面大 小、受力特点 , 考虑到受力的合理性 , 灵活选择焊接钢骨各个板 件的宽度和厚度。所配置的钢骨的形式有角钢、工字钢、宽翼缘工字钢、双十字钢、双槽钢、十字形钢、箱形方钢管等 , 工程中常 用H形和十字形1 钢骨混凝土结构特点 钢骨混凝土结构的技术含量高 , 施工难度大 , 它具有以下几 个特点 :1）承载力高 ,钢材的强度远高于混凝土的强度 , 因此与钢 筋混凝土结构相比钢骨混凝土结构的承载力较高 , 约为钢筋混凝土 结构的 1520 倍。2） 刚度大 , 钢材的弹性模量比混凝土高出一个数量级。 3）抗震性能好。 4）节省钢材 , 与钢结构相比可节省大 量钢材。 5

3、） 耐久性与耐火性好 , 混凝土可以作为型钢的保护层 , 劲性混凝土结构的耐久性与耐火性都比钢结构好得多。2 钢骨混凝土设计要点 目前 , 我国有两本行业标准可供工程设计人员参考 : 其一是 建设部颁发的 JGJ 138 200113v 型钢混凝土组合结构技术规 程 ;其二是原冶金工业部颁发的 YA9052 20061381 型钢混凝土结设计规程。钢骨混凝土结构设计主要考虑的因素 : 1) 钢骨的含钢 率 3:关于钢骨混凝土构件的最小和最大含钢率 , 目前没有统一 的认识 ,但当钢骨含钢率小于 2%时, 可以采用钢筋混凝土构件 , 而没有必要采用钢骨混凝土构件。 当钢骨含钢率太大时 , 钢骨与

4、 混凝土不能有效地共同工作 , 混凝土的作用不能完全发挥 , 且混 凝土浇筑施工有困难。因此 , 在冶金部行业标准 YB9082 97 钢骨混凝土结构设计规程中将钢骨含钢率定为 2% 15% 。一般来 说,较为合理的含钢率为 5% 8% 。另在建设部行业标准 JGJ 138 2001 型钢混凝土组合结构技术规程中定为 4% 10% 。 在中广大厦钢骨混凝土柱的设计中 , 考虑到建设单位尽量节约钢材 , 节省资金的要求 , 经专家委员会认可 , 钢骨柱的含钢率确定为 3.5% 。2) 钢骨的宽厚比 :钢板的厚度不宜小于 6mm, 一般为翼 缘板 20mm 以上 , 腹板 16mm 以上 , 但当

5、钢板厚度大于 36mm 时,钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准 GB5313 厚 度方向性能钢板中的 Z15 级的规定。这是因为厚度较大的钢板 在轧制过程中存在各向异性 , 由于在焊缝附近常形成约束 , 焊接时容易引起层状撕裂 ,焊接质量不易保证。钢骨的宽厚比应满足规范的要求。 3) 钢骨的混凝土保护层厚度 : 根据规范规定 , 对钢 骨柱 ,混凝土最小保护层厚度不宜小于 120mm, 对钢骨梁则不 宜小于 100mm 。4) 要重视钢骨混凝土柱与钢筋混凝土梁在构造 连接上的配合协调问题。钢骨混凝土结构与普通钢筋混凝土结构 设计中不同且难度最大的是 :a. 需确定钢骨柱中每根钢筋的准

6、确 位置 ;b. 根据钢骨这种型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度 ;c. 确定框 架梁中每根钢筋的位置 ;d. 根据柱梁钢筋的位置确定钢骨穿孔的位置;e.钢骨中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定，一般比钢筋 直径大 4mm 6mm; f. 钢骨中纵横两方向穿钢筋孔的位置至少 应错开一个孔径。4 钢骨混凝土的应用钢骨混凝土由于在截面中配置了型钢 ,可使构件承载力、 刚度大大提高 , 因而 大大减小了构件的截面尺寸 ,可增加房屋的有效使用面积。 此外 , 型钢混凝土具有 很好的延性和耗能能力 , 适于在地震区应用。 钢骨混凝土结构的研究和应用在国 外开始较早 , 我国因国情的限制 , 起步较晚,工程应用就更少

7、 ,我国从 20 世纪 50 年代开始应用型钢混凝土结构 , 主要用于工业厂房 , 如包头电厂主厂房和鞍山钢 铁公司的混铁炉基础。直到 1997 年11 月冶金工业部正式发布了有关规程 , 并 于 1998 年 5 月 1 日起施行。 20 世纪 80 年代初期 , 随着我国建筑业的迅猛发 展 ,SRC 结构在我国迅速兴起。近年来 ,型钢混凝土在上海、广州、武汉、深圳、 大连等地的高层建筑中都有所应用。 型钢混凝土最初在欧美和日本的研究和应用比较多。 20 世纪初 ,西方国家为提高钢结构的防火 性能 , 应用了型钢外包混凝土的型钢混凝土柱。随后不久 , 人们 认识到这种组合柱比纯钢柱的刚度要高

8、。 1908 年 Burr 做了空 腹式型钢混凝土柱的试验 ,发现型钢外包混凝土后强度和刚度都有 大大提高。从 1920 年开始 ,美国、英国和欧洲一些国家相继开 展了型钢混凝土的研究。 1948 年出版的英国 BS449 规范认为将 钢柱埋置在混凝土中增加了截面的最小回转半径 , 它是最早认为 混凝土中的型钢增加了柱刚性的标准 1。目前钢骨混凝土应用需要解决的问题 主要有:1) 钢骨与混凝土的共同工作 ; 2) 受力性 能与混凝土结构的异同 ;3) 轴压承载力的计算 ; 4) 正截面承载力计 算 ;5) 斜截面承载力计算 ;6) 变形和裂缝计算 ; 7) 节点和柱脚的链接 形式。2 钢骨混凝

9、土结构的特点在型钢混凝土组合结构中 ,型钢部分与外包钢筋混凝土部分能够形成一个统一的整体 , 共同承担外部荷载的作用 , 可以充分 发挥两种材料的性能。与其他结构形式相比 , 有其巨大的优越性,简述如下。2. 1 承载力大为提高配置了型钢的构件 , 尤其是配置实腹式型钢的梁、柱的抗剪承载力有很大提高 , 这是因为 , 一方面型钢本身就可以承担相当 大的剪力 ,再受到混凝土的约束 , 型钢腹板不易发生局部屈曲 , 其强 度更能得到充分发挥 ,另一方面混凝土自身的力学性能也得到改善。由于承载力的提高 , 可使构件截面尺寸减小 , 利于减轻结 构的自重 , 增加使用空间 , 且由于自重的减轻 , 也

10、可减少基础负 担 ,降低基础造价 , 间接带来经济利益。2. 2 变形能力好混凝土与型钢相互制约 ,使其在使用阶段的变形能力大为改 善。外包混凝土提高了结构的耐久性 , 具有更大的刚度和阻尼 , 有利于控制结构的变形 ; 外包混凝土还可以防止钢骨的局部屈 曲 ,增强了型钢的稳定性 , 也利于提高构件的整体刚度。型钢具 有较大的延性 , 能吸收更大的能量 , 因而抗震性能也好于混凝土构 件。2. 3 防火能力好 钢骨混凝土结构的防火性能比钢结构和混凝土结构均要优 越 ,这主要是由于外包混凝土减慢了型钢的升温速度 , 延缓了结 构倒塌 ,提高了结构的耐火性。2. 4 施工便利钢骨本身是劲性承重骨架 , 在施工阶段可以起钢骨架的作 用 ,焊接工作量远小于一般钢结构 ; 可以利用钢骨承受施工阶段 的荷载 ,并可将模板悬挂在钢骨架上 , 省去支撑 ,加快施工速度。 2. 5 经济效果显著与钢结构相比 , 钢骨混凝土组合结构在保持自身承载力相同的情况下可节约钢材 , 并可节省大量的焊接工作 ; 与普通钢筋混 凝土结构相比 , 钢骨混凝土结构构件的横截面积大大减小 , 从而加大 了建筑空间面积 , 而且温度变形和噪音都较小 , 施工中人工 成本降低。3 结语正是基于上述钢骨