混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮溫度作用組合問題研究

鐘晉

摘要：組合結(jié)構(gòu)的使用已經(jīng)廣泛，其中鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)是最為常見的結(jié)構(gòu)形式，而且相當(dāng)成熟，已經(jīng)自成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系。在我國(guó)，組合結(jié)構(gòu)仍屬新的結(jié)構(gòu)形式，隨著大量建筑物的興建，組合結(jié)構(gòu)作為新興結(jié)構(gòu)得到越來越廣泛的采用，應(yīng)用前景越來越好。所以，對(duì)鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及性能特點(diǎn)有一定的了解是很有必要的。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土；組合結(jié)構(gòu)；計(jì)算要求

近年來，隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在各種工程結(jié)構(gòu)中得到了更為廣泛的應(yīng)用。在大跨度建筑、高層以及超高層建筑工程中，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出了比鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越的特性。

1、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的概述

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(guó)過去也采用勁性鋼筋混凝土這個(gè)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。型鋼混凝土框架是由型鋼混凝土柱以及梁構(gòu)成的，框架的組合形式多樣，有鋼筋混凝土梁、組合梁以及鋼梁。通常鋼筋混凝土剪力墻在高層建筑型鋼混凝土框架設(shè)置比較常見，此外型鋼支撐或者型鋼桁架也比較多見，由此型鋼混凝土剪力墻的組合形式就比價(jià)多樣，其抗剪性能也比一般的鋼筋混凝土要好很多，其使用作用在建筑工程結(jié)構(gòu)中會(huì)更好地發(fā)揮。

2、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)分析

2.1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(duì)于高層建筑，可以增加使用面積和樓層凈高。

2.2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(shí)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(dòng)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(shí)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鳂I(yè)。

2.3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。

2.4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(guó)在八十年代中期開始興起對(duì)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(guó)的應(yīng)用才剛剛開始，其建筑面積還不到建筑總面積的千分之一。其外包鋼混凝土結(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(jiǎn)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。

3、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算

3.1來說明梁的兩種類型的計(jì)算理論。配置實(shí)腹鋼的型鋼混凝土梁正截面受彎計(jì)算時(shí)根據(jù)中和軸位置不同，分為三種情況，因此計(jì)算時(shí)應(yīng)先由x值判斷屬于何種情況，然后按照相應(yīng)的應(yīng)力圖形進(jìn)行計(jì)算。配置角鋼骨架的空腹式型鋼混凝土梁，本身具有較大的強(qiáng)度與剛度，并對(duì)核心混凝土約束較好，相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度、剛度及延性有顯著的改善；在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，可以通過試驗(yàn)用一強(qiáng)度提高系數(shù)來考慮正截面承載能力的提高，這樣計(jì)算比較簡(jiǎn)單實(shí)用。

3.2型鋼混凝土梁柱剪切性能受諸多因素影響，其中剪跨比與軸壓比的影響明顯。剪切破壞主要有三種破壞形態(tài)，由于粘結(jié)滑移的影響，容易發(fā)生剪切粘結(jié)破壞。通過試驗(yàn)，去三種破壞形態(tài)中剪切強(qiáng)度較低的破壞形態(tài)作為梁柱剪切強(qiáng)度的計(jì)算依據(jù)而得出型鋼混凝土梁柱斜截面剪切承載能力計(jì)算公式。

3.3由于偏心距是影響型鋼混凝土柱的強(qiáng)度的主要因素，有大偏心和小偏心受壓，按照這兩種破壞形態(tài)各自的應(yīng)力圖得出型鋼混凝土柱正截面承載能力的計(jì)算公式。節(jié)點(diǎn)時(shí)連接框架梁柱的關(guān)鍵部位，受力復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)十分重視節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和構(gòu)造，尤其是地震區(qū)的建筑物。

4、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

4.1型鋼。型鋼混凝土構(gòu)件的型鋼材料宜采用牌號(hào)Q235的碳素結(jié)構(gòu)鋼以及Q345的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鋼材性能要求應(yīng)滿足抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服點(diǎn)、硫磷含量、冷彎實(shí)驗(yàn)、沖擊韌性合格的要求。若用于地震區(qū)，應(yīng)具有良好的延性，鋼材的極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度不能太接近，其強(qiáng)屈比不小于1.2。

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的型鋼板厚不宜過薄，以利于焊接和滿足局部穩(wěn)定要求，厚度不宜小于6mm。由于型鋼受混凝土和箍筋的約束，不易發(fā)生局部壓屈，因此，鋼板的寬厚比可大致比純鋼結(jié)構(gòu)放松1.5-1.7倍，其寬厚比應(yīng)滿足表1的要求：滿足寬厚比限值時(shí)，可不進(jìn)行局部穩(wěn)定驗(yàn)算。在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，采用作為抗剪連接件的栓釘，不得采用短鋼筋代替。

4.2混凝土與鋼筋。熱軋鋼筋的延性比較好，因而型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中的箍筋和縱向鋼筋較多采用，同時(shí)對(duì)于它的縱向受力直徑有一定的規(guī)定，通常是不小于16毫米，凈間距也是在30毫米以內(nèi)的范圍，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于其他構(gòu)造都有相關(guān)的要求。總之，施工中針對(duì)這些一定要熟練掌握規(guī)范的規(guī)定。再者，混凝土強(qiáng)度不能小于C30，這主要是為了能夠充分發(fā)揮鋼混凝土中型鋼的作用，同時(shí)澆筑起來也比較方便。

4.3混凝土保護(hù)層厚度。與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣，型鋼混凝土的保護(hù)層厚度都是有一定要求的，對(duì)保護(hù)層的要求主要是為了防止發(fā)生形變導(dǎo)致的鋼筋混凝土粘結(jié)，對(duì)型鋼混凝土耐久性與耐火性都是一種有效提高。

5、結(jié)束語

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)僅是鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)中的一種類型，即在型鋼的四周澆灌混凝土，使混凝土與鋼材形成整體共同受力的結(jié)構(gòu)。若在型鋼上或內(nèi)部澆灌混凝土則形成另兩種鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，鋼板-混凝土組合梁（板）及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)具有節(jié)約鋼材，充分利用材料性能，抗震性能好，施工較方便，降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，冶金行業(yè)的不斷進(jìn)步，鋼材產(chǎn)量和品質(zhì)都在逐步提高，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)必將得到迅速發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。

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