鋼骨混凝土結構的概況及優(yōu)缺點

　　由混凝上包裹型鋼做成的結構被稱為型鋼混凝土結構。它的特征是在型鋼結構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件。型鋼可以分為實腹式和空腹式兩大類。實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�？崭故綐嫾�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。框架梁可以采用鋼梁、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置鋼筋混凝土剪力墻，在剪力墻中也可以設置型鋼支撐或者型鋼桁架，或在剪力墻中設置薄鋼板，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：

　　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件的承載能力一倍以上；可以減小構件的截面，對于高層建筑，可以增加使用面積和樓層靜高。

　　2．型鋼混凝土結構的施工工期比鋼筋混凝土結構的工期大為縮短。型鋼混凝土中的型鋼在混凝土澆灌前已形成鋼結構，具有相當大的承載能力，能夠承受構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到一定強度就可繼續(xù)施工上層。施工中不需架立臨時支柱，可留出設備安裝的工作面，讓土建和安裝設備的工序?qū)嵭衅叫辛魉�作業(yè)。

　　3．型鋼混凝土結構的延性比鋼筋混凝土結構明顯提高，尤其是實腹式的構件。因此在大地震中此種結構呈現(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構。而型鋼混凝土結構則不受此限制。

　　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)引進了勁性鋼筋混凝土結構；六十年代以后，由于片面強調(diào)節(jié)約鋼材，型鋼混凝土結構就難于推廣應用；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構。我國在八十年代中期開始興起對型鋼混凝土結構研究的熱潮。在上海、重慶等城市也建成了這種類型的建筑物，但型鋼混凝土結構在我國的應用還剛剛開始，其建筑面積還不到建筑總面積的千分之一。七外包鋼混凝土結構的概況及優(yōu)缺點外包鋼混凝土結構（以下簡稱外包鋼結構）是外部配型鋼的混凝土結構。是在克服裝配式鋼筋混凝土結構某些缺點的基礎上發(fā)展起來的，仿效鋼結構的構造方式，是鋼與混凝土組合結構的一種新型式。外包鋼結構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層厚度的要求，可將箍筋兩端墩成球狀再與角鋼內(nèi)側焊接。

　　外包鋼混凝土結構主要有以下幾點優(yōu)點：

　　1．構造簡單：外包鋼結構取消了鋼筋混凝土結構中的縱向柔性鋼筋以及預埋件，構造簡單，有利于混凝土的搗實，也有利于采用高標號混凝土，減小桿件截面，便于構件規(guī)格化，簡化設計和施工。

　　2．連接方便：外包鋼結構的特點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構相比，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．抗剪強度提高：雙面配置角鋼的桿件，極限抗剪強度與鋼筋混凝土結構相比提高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構相比要提高一倍以上。二、鋼骨混凝土結構鋼骨混凝土構件可應用于多、高層建筑及一般構筑物中，目前在我國主要應用于高層建筑中。

　　（一）鋼骨混凝土結構的特性

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

　　目前在抗震結構中多采用實腹式鋼骨混凝土構件。實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。

　　與鋼結構相比，鋼骨混凝土構件的外包混凝土可以防止鋼構件的局部屈曲．提高構件的整體剛度，改善鋼構件出平面扭轉(zhuǎn)屈曲性能，使鋼材的強度得以充分發(fā)揮。采用鋼骨混凝土結構，一般可比純鋼結構節(jié)約鋼材達50%以上。外包混凝土增加了結構的耐久性和耐火性。鋼骨混凝土結構比鋼結構具有更大的剛度和阻尼，有利于控制結構的變形和振動。鋼骨混凝土結構與鋼筋混凝土結構相比，由于配置了鋼骨，使構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。鋼骨混凝土結構的缺點是既要求鋼構件制造及安裝，又要求支模、綁鋼筋、澆筑混凝土；施工工序增加。

　　在鋼骨混凝土構件中，鋼骨與混凝土能否共同工作是構件設計理論的基礎。試驗表明，當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，截面應變分布基本上符合平戴面假定。但試驗也表明，除了要設置足夠箍筋，以約束混凝土，增強其粘結力外．在某些內(nèi)力傳遞較大的部位．如柱腳、構件類型轉(zhuǎn)換部位等．還要設置栓釘，防止鋼骨與混凝土之間的相對滑移。

　�。ǘ�）鋼骨混凝土結構的特性

　　1．結構類型和構件布置鋼骨混凝土構件可適用于全部采用鋼骨混凝土構件的鋼骨混凝土結構。也可適用于與其他類型（鋼或鋼筋混凝土）抗側力結構組成的混合結構中。而且不論什么結構體系，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、墻等構件均可采用鋼骨混凝土構件。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件。

　　結構可自下向上采用不同的結構材料，如混凝土→鋼骨混凝土→鋼，或鋼骨混凝土→混凝土等。即可在不同的抗側力單元中分別采用鋼骨混凝土、鋼或鋼筋混凝土結構，也可在同一抗側力結構中梁、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構。鋼骨混凝土應用于高層建筑，抗震設防的結構應特別注意結構在平面以及沿高度的剛度均勻。

　　2．抗風與抗震有鋼骨混凝士構件的高層建筑結構在進行抗風及抗震設計時，包括以下內(nèi)容： （1）風荷載計算；（2）地震作用計算；（3）側移控制；（4）風振控制等。

　　鋼骨混凝土構件的斷面較鋼筋混凝土構件小，但組成抗側力結構的剛變不一定小�？梢哉J為鋼骨混凝土結構的阻尼比、剛變、混凝土開裂等性能均與鋼筋混凝土結構接近。

　　在混合結構中．主要抗側力構件為鋼結構的建筑，抗風及抗震驗算宜按現(xiàn)行標準（高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程）進行。主要抗側力構件為鋼筋混凝土結構或鋼骨混凝土結構的建筑，抗風及抗震驗算宜按現(xiàn)行標準（鋼筋混凝土高層建筑設計與施工規(guī)程）進行計算。一般情況下，以鋼骨混凝土抗側力結構為主的結構宜按鋼筋混凝土結構的側移限制設計。

　　3．結構設計與計算在結構設計時，對結構內(nèi)力及位移進行的分析都是在彈性范圍內(nèi)，可分別參照高層鋼結構或鋼筋混凝土結構計算的一般原理及基本假設進行計算。

　　在進行結構整體內(nèi)力和變形分析時，鋼骨混凝土構件的剛度按下列方法確定：

　�。�1）在鋼骨混凝土梁柱構件中，鋼骨比鋼筋含鋼率大，對構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。

　　在設計混合結構時，按照不同設防烈度對鋼骨混凝土構件及鋼構件進行設計，結構中的鋼筋混凝土構件，可根據(jù)具體的結構體系，選擇結構中的鋼筋混凝土構件的抗震等級，并滿足相應的抗震設計要求。承載力驗算時，鋼骨混凝土構件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)rRE是參照混凝土構件系數(shù)制定的。

　�。ㄈ�）鋼骨混凝土梁柱節(jié)點構造

　　框架梁柱節(jié)點核心區(qū)設計時應保證傳為明確，安全可靠，施工方便。節(jié)點核心區(qū)不允許有過大的局部變形。梁、柱內(nèi)力通過節(jié)點傳遞，節(jié)點工作的安全可靠，是保證結構正常工作的前提。近年來，國內(nèi)外學者對型鋼混凝土節(jié)點進行了許多試驗研究，提出了各種理論分析與實用計算方法。根據(jù)梁、柱型式不同，其節(jié)點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)點一般柱寬梁窄的情況，梁中型鋼可在柱型鋼內(nèi)側穿過。

　　（2）配實腹工字鋼（或H型鋼）的梁柱節(jié)點一般柱中型鋼在節(jié)點中貫通，梁中型鋼在柱型鋼兩側斷開，并與柱型鋼翼緣用焊接或螺栓連接。在節(jié)點中柱型鋼翼緣之間，分別在梁型鋼上下翼緣水平處各設一道足夠剛強的柱加勁肋，以保證梁翼緣的拉力可靠地傳遞到節(jié)點，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)點中通過，而柱筋則在梁型鋼翼緣兩側及翼緣中通過，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，因此對梁翼緣應予加強。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斷開，但應與柱翼緣可靠焊接，并在柱型鋼翼緣之間，梁筋水平處設置足夠剛強的加勁肋。為便于澆灌節(jié)點核心區(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置。大多數(shù)情況下，節(jié)點區(qū)僅靠型鋼抗剪其強度已足夠，否則可增加節(jié)點區(qū)的加勁板來增強抗剪能力。型鋼混凝土框架的中間節(jié)點，有縱向梁的約束，提高抗剪能力，允許在節(jié)點范圍內(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)點區(qū)鋼骨部分的連接構造應與鋼結構的節(jié)點連接要求相一致。在柱鋼骨內(nèi)梁翼緣水平位置處應設置加勁肋，其構造應便于混凝土澆灌，并保證混凝土密實。