钢与砼的组合构件

1、钢与砼的组合构件    摘要：本文简要介绍了钢与砼结构的竖向组合和水平组合，并比较不同材料、相同跨度梁的受力状态和造价。 关键词：钢结构组合体组合楼板 自改革开放我国的钢产量有了大幅度的提高，近几年钢产量已经连续超过亿吨，但我国建筑钢仅占钢材产量比例的20%，而美国发达国家已达到50%以上；钢结构建筑在整个建筑中所占比重，只占我国建筑用钢量的10%20%，而如日本的钢结构建筑占建筑总面积的50%左右，韩国约占20%，差距十分巨大。这与我国作为产钢大国的地位是很不相称的，为此，我国有关部委已经在大力推广钢结构体系，建设部将钢结构住宅体系的开发和应用作为我国

2、建筑业用钢的突破点。 钢结构的显著特点是强度高、自重轻、良好的抗震性能、梁柱截面较小、施工周期较短等优点，尤其是钢材属于可回收的绿色环保材料，推广钢结构尤为必要。钢结构既使用于高层、超高层的建筑，大跨度大荷载的工业与民用建筑，也可用于多层和高层住宅中。我国已建成了上海金茂大厦、北京财富中心、哈尔滨联通大厦等一大批组合结构的超高层建筑，也建成了一批纯钢结构的住宅。 钢结构体系的构成： 竖向抗侧力体系分为混凝土剪力墙-钢框架体系和支撑-钢框架两种，前种一般用于高层中，后者在多层和高层中均有应用。混凝土剪力墙-钢框架体系中混凝土剪力墙承担了大部分水平力，但框架部分分担的底部剪力不得小于结构底的20%

3、。这种结构在混凝土墙体与钢梁的连接部位最易遭受破坏，设计时应予加强。这种体系的不足之处是内筒为混凝土上，重量减少不多，现场浇捣混凝土的量也比较大。钢支撑可以采用X型、单斜杆型、人字型、倒人字型、W型、倒W型等形式，还可以采用偏心支撑。在不影响建筑功能的前提下，在平面上支撑应均匀布置。偏心支撑的优点是在较小或中等的水平荷载作用下有足够的刚度，而在严重超载（如大地震）时具有良好的延性，是一种较好的抗剪支撑。 钢框架柱有工字形柱，箱形截面柱等等几种，钢混凝土框架柱有钢管砼柱，外包混凝土的型钢混凝土柱等几种。钢管砼柱，是在钢管内灌注高强度等级砼，形成两种材料相辅相成共同工作的机理。钢管混凝土由于钢管与

4、核心混凝土之间相互作用力紧箍力的存在，使钢管和核心混凝土都处于三向应力状态下。在轴压作用下，钢管纵向，径向受压而环向受拉，而混凝土三向受压。混凝土的抗压强度提高，由脆性材料变为塑性材料，基本性能起了质的变化。它具有承载力高，抗震性能好，施工简捷的特点，整根钢管柱一次吊装就位，为主体结构安装创造了流水作业的条件。与钢结构柱子相比，可节约钢材50%左右；与钢筋混凝土相比，节约混凝土50%以上，减轻结构自重50%以上，结构断面面积减小60%70%以上。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。钢管混凝土节点可以分为两种；钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接点和钢管混凝土柱与钢

5、梁的连接节点。钢梁与钢管混凝土柱直接连接，是在钢梁上下翼缘处的钢管柱内焊接内加强环，以消除钢梁翼缘对钢管壁的撕裂力，该加强环亦兼具钢管与核混凝土界面抗剪连接件的功能。最近在钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接方式上，中国建筑科学研究院已经有了最新成果，有待于推广。外包混凝土的型钢混凝土柱分为实腹式和空腹式两种，实腹式型钢混凝土有L形、T形、十字形的型钢，空腹式一般由角钢或T形钢作为纵向受力杆件。型钢混凝土柱中设置纵向钢筋和箍筋是必要的。型钢混凝土柱的长细比不宜小于30。外包混凝土的型钢混凝土柱相对混凝土柱有截面小、省去了防腐、防火涂料层的优点。 钢混凝土混合结构可形成优势互补。钢构件具有材料强度高

6、、延性好、截面尺寸小、能跨越较大跨度等优点；但用作竖向构件时，其抗侧刚度相对较小。钢筋混凝土墙体或核心筒，则具有较大的抗侧刚度和较高的受剪承载力。高层建筑采用钢构件和钢筋混凝土的构件两者兼有的混合结构，利用钢筋混凝土墙筒提供抗侧刚度和水平承载力，利用钢构件承担竖向荷载，则兼备钢结构和混凝土结构的优点。其侧向刚度大于钢结构，而结构造价介于钢结构和钢筋混凝土结构之间。施工速度比钢筋混凝土结构有所加快，结构面积小于钢筋混凝土结构。所以钢混凝土混合结构是目前适应我国国情的良好方案。 2） 水平楼盖体系 楼面结构可选用如下形式：（1）压型钢板和混凝土组合楼板；（2）密肋轻钢混凝土组合楼板；（3）现浇预应

7、力钢筋混凝土楼板；（4）混凝土预制叠合楼板。其中优先选用1、2类型。其主要优点是：（1）省去楼面模板支撑，节省投资，施工速度快； （2）压型钢板与轻钢密肋中可布置设备管线，减少吊顶高度；（3）平面刚度大，房屋有较强的整体性，抗震性能好。主、次梁可采用矩型钢管、双槽钢、冷弯U型卷边槽钢或H型、I字型焊接或热轧型钢。I字型钢可以是实腹的也可是空腹的，也可选用卷边槽钢混凝土组合梁。梁板组合结构通过栓钉及剪力连接件形成整体，共同来承担楼面荷载。当前较常采用的是在钢梁上铺设压型钢板，再浇筑80150mm的钢筋混凝土板，即压型钢板组合楼板，压型钢板与钢梁之间用栓钉连接。另外还可以用预应力薄板加混凝土现浇层

8、或一般钢筋混凝土楼板，此时应保证楼板和钢梁之间的可靠连接。钢结构规范规定，对于有密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接、能阻止梁受压翼缘的测向位移时，可不计算梁的整体稳定性。设计时如考虑钢梁和楼板的组合作用，还可显著提高梁的承载力和整体稳定性，并有效降低梁高。主梁与次梁的连接一般为简支等高连接，有时也做成不等高连接，如采用压型钢板组合楼板时，为便于铺设压型钢板，主次梁顶面相差压型钢板厚度，同时还可以增大建筑净层高。多层、高层房屋钢结构的楼板必须有足够的承载力、钢度和整体性，为了楼板的水平剪力能够有效的传递，压型钢板与钢梁之间应设置足够的栓钉，规范中有详细的规定。对于用压型钢板作底模的组合梁，直接照

9、部分抗剪连接组合梁设计。这种楼盖的不足之处，如单向受力、平面适应性差、极限跨度小、经济技术指标不够显著等。 现以某连接结构的连接体为算例，比较混凝土梁、钢梁和组合梁的截面、内力、含钢量、变形等指标。连接体部分为屋顶花园，跨度为15米，每根梁承担3.0宽的楼板荷载，按照简支梁计算。 荷载计算： 屋顶花园恒载 250厚种植土0.25×16=4.0KN/ 聚酯无纺布滤水层 0.01KN/ 80厚陶料排水层0.08×18=1.44KN/ 40厚钢筋砼保护层0.04×25=1.00KN/ 防水层0.50KN/ 20厚砂浆找平层0.02×20=0.40KN/ 304

10、70厚水泥粉煤灰页岩陶料找坡层0.3×20=6.0KN/ 40厚细石砼 0.04×22=0.88KN/ 90厚挤压法生产的聚苯板0.09×0.5=0.05KN/          20厚砂浆找平层 0.02×20=0.40KN/ 150厚钢筋砼楼板0.15×25=3.75KN/ 1.2厚压型钢板 0.20KN/ 铝合金板吊顶 0.15KN/ =18.78KN/ 屋顶花园活载：3.0 KN/ 暖通风管吊架：0.5 KN/ 楼板产生的线荷载：恒载：18.78×

11、3.0=56.3 KN/， 活载：3.5×3.0=10.5 KN/ 混凝土梁：截面选为500×1300计算结果如下： 跨长=15000 B×H=500×1300 左 中 右 弯矩（ ）： 0000 3044.039 0.000 弯矩（-）： 0.000 0.000 -0.000 剪力 811.744 0.002 -811.744 上部纵筋 1300 1300 1300 下部纵筋 1300 8176 1300 箍筋 817 817 817 上纵实配: 4E221521 4B221521 4E221521 下纵实配: 7E32 6E289324 7E32 6E289324 7E32 6E289324 箍筋实配: 4d8240838 4d8240838 4d8240838 腰筋实配: 8E16（1608） 8E16（1608） 8E16（1608） 裂缝: 0.000 0.291 0.000 挠度: 0.000 65.929 0.000 最大裂缝:0.2910.300 满足要求 最大挠度：65.929>37.515000/400不满足要求,通过支模时起拱3%即45,以满足规范要求。 钢梁：截