談型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)

高 八 一

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

1 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，簡稱：src。在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼材的主要作用是抗拉，混凝土的主要作用是抗壓，二者互相作用。但在復(fù)雜力學(xué)結(jié)構(gòu)中，由于作用力眾多，不能完全發(fā)揮出各自的優(yōu)勢與性能，同時，鋼筋與混凝土的結(jié)合，在某些程度上甚至?xí)憩F(xiàn)出應(yīng)力方向不一致、作用不同步、不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象，如肥梁、胖柱等，不但起不到應(yīng)有的效果反而會影響工程質(zhì)量，造成人力、物力的浪費。相比之下，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)能夠按照型鋼與鋼筋、混凝土的特點，較大程度發(fā)揮各自構(gòu)建的特點與優(yōu)勢，滿足力學(xué)要求、結(jié)構(gòu)要求、改善結(jié)構(gòu)的工作性能，使結(jié)構(gòu)得到充分的利用，提升技術(shù)經(jīng)濟效益。近年來，越來越多的建筑工程采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)，使得該項技術(shù)取得了長足的發(fā)展，積累了眾多寶貴的行業(yè)經(jīng)驗，但由于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)需要經(jīng)驗支撐，有些設(shè)計人員的經(jīng)驗不足，不考慮施工時的可行性，造成了技術(shù)應(yīng)用的缺陷、推廣的不便。因此，既要在技術(shù)層面加大推廣力度，又要在理論研究層面大力創(chuàng)新，增強型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)層面與實際應(yīng)用層面的銜接，使其更好地服務(wù)于建筑領(lǐng)域發(fā)展與國民經(jīng)濟建設(shè)。

2 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的特征

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種特殊類型的結(jié)構(gòu)，它是將鋼筋置于型鋼周圍并澆筑混凝土[1]，具有承載力高、彈塑性好、剛度大、斷面尺寸小等特點。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)主要為：全部結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，適用于框架結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)不僅具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力高、延展性高等特性，又具備有鋼結(jié)構(gòu)受力性能好、抗拉等的優(yōu)點,使得越來越多的學(xué)者、機構(gòu)對型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時，在實際施工層面也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

3 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

和傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)相比，型鋼受到周圍混凝土的共同載荷,提升了型鋼受壓穩(wěn)定性，同時也提升了型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的耐火性，因此型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有以下幾個方面:優(yōu)良的耐久性和耐火性；結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性好。

與普通鋼筋—混凝土結(jié)構(gòu)相比，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)由于同混凝土相互作用受力，增加了混凝土的強度和型鋼的強度，改善了混凝土本身不利于抗震的特性,增加了組合結(jié)構(gòu)的抗震性能；由于在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中，型鋼和鋼筋混凝土共同作用，利用其型鋼固有的強度和延性，使型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)具備了承載力大、剛度大、抗震性能好的優(yōu)點。同時，采用型鋼混凝土梁柱的高層建筑在施工過程中，能夠不必等待混凝土完全凝固就可以繼續(xù)上層施工，這大大縮短了施工周期，節(jié)約了成本。因此型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)又具有:1)承載力高;2)施工周期短;3)抗震性能好等優(yōu)點。

同時，就經(jīng)濟效益而言，型鋼截面面積小，建筑物可以設(shè)計的跨度更大，使用面積和層高均可相應(yīng)增加；型鋼和混凝土共同受載荷，相對來說節(jié)省鋼材，有分析證明：型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)能節(jié)約30%以上的鋼材；可以不必為模板設(shè)置支柱，減少支模板的勞動消耗，有效縮短高層建筑的施工工期。因此，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在建筑工程方面有廣闊的發(fā)展前景[2]對建筑施工領(lǐng)域的發(fā)展以及改善升級建筑結(jié)構(gòu)性能都具有重要的意義。

日本是位于環(huán)太平洋火山地震頻發(fā)地帶，由于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)具有抗震性能，因此國內(nèi)建筑工程領(lǐng)域尤其重視對其的研究應(yīng)用?？偛课挥跂|京的興業(yè)銀行，也稱株式會社日本興業(yè)銀行，它是20世紀(jì)上半葉世界最大的銀行之一，其總部大樓也是日本早期典型的全型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，高30 m，在1923年9月1日日本關(guān)東地區(qū)7.9級強烈地震中，因自身幾乎沒有受到損害，引起了日本工程界乃至世界工程界的重視，從而為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的大范圍推廣奠定了堅實基礎(chǔ)。位于南美洲西南部的國家——智利，也是地震多發(fā)國家，發(fā)生在1960年的智利大地震，是世界地震史上震級最高、烈度最強的地震，震級達9.5級，因此，智利國家也尤其重視型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的性能研究以及工程應(yīng)用[3]。

4 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的缺陷

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)施工過程中，應(yīng)注意統(tǒng)一標(biāo)高，注意混凝土梁與型鋼混凝土柱的連接，注意鋼筋孔周圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的工程項目大量采用鋼結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)鋼筋密布密集，型鋼預(yù)埋件多且截面面積大，節(jié)點復(fù)雜，綁扎困難，混凝土澆筑也需要重點注意；鋼筋穿孔難度較大，鋼柱定位及垂直度要求高，型鋼拼裝復(fù)雜，需要特定的連接構(gòu)件和專業(yè)焊接設(shè)備、人員；在澆筑完混凝土的初凝期，若厚度小于100 mm,易出現(xiàn)裂縫，尤其是高標(biāo)號混凝土；型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計都要求設(shè)計者具有豐富的工作經(jīng)驗，根據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗選取合適的結(jié)構(gòu)選型和初始截面對后續(xù)的結(jié)構(gòu)計算的減少有很大的幫助。對于型鋼混凝土框架構(gòu)件，由于內(nèi)力有較大的差別，故對其需要進行分段優(yōu)化，尤其是變截面節(jié)點的位置以及構(gòu)造和受力性能。

5 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用的注意事項

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)框架梁柱節(jié)點核心區(qū)保障梁柱內(nèi)力傳遞，必須杜絕過大的局部変形，必須安全穩(wěn)定，節(jié)點有以下幾種類型：1)鋼骨混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接，配鋼桁架、實腹工字鋼(H型鋼)的梁柱節(jié)點；2)鋼骨混凝土梁—鋼筋混凝土柱的連接；3)鋼筋混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接；4)鋼梁—鋼骨混凝土柱的連接。

采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)柱后，既能夠不增加框架柱截面，又能夠解決普通混凝土結(jié)構(gòu)抗剪不足等問題，應(yīng)用于體育館、工廠廠房等空間大、結(jié)構(gòu)布置大、柱較少、混凝土等級較高的工程項目中，需要注意結(jié)構(gòu)延性的改善，一般采用三種方法:一種是將箍筋加密，改善高強混凝土構(gòu)件的延性,但會給現(xiàn)場施工帶來較大的難度;二是采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu);三是采用鋼管—混凝土結(jié)構(gòu)，使用混凝土填充鋼管結(jié)構(gòu)，但用鋼量大，且需要防火處理。

當(dāng)遇到跨度、荷載更大的結(jié)構(gòu)，由于極限條件的限制而制約型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的作用，可以借助預(yù)應(yīng)力技術(shù)，提高承載極限能力，實現(xiàn)構(gòu)件受力區(qū)域的應(yīng)力控制，改善正常使用階段的使用性能。

在現(xiàn)場質(zhì)量控制方面，型鋼腹板及牛腿腹板開孔時，應(yīng)預(yù)先由工廠或采用專業(yè)設(shè)備制孔，嚴(yán)禁現(xiàn)場切割開孔；鋼筋接頭連接的施工應(yīng)先安裝鋼柱，再進行箍筋綁扎；全部終擰高強螺栓；對正相鄰壓型鋼板，使現(xiàn)澆疊合層的鋼筋順利通過。剪力墻墻腳有鋼筋密集區(qū)域，可以采用人工進料，避免出現(xiàn)空洞。隨時復(fù)查鋼筋位置，保證鋼筋位置的精確性。采用插入式振動器振搗混凝土，快插慢拔。拆除模板后及時進行澆水養(yǎng)護。

6 結(jié)語

隨著城鎮(zhèn)化的步伐加快，大型、超大型建筑越來越多地出現(xiàn)在城市的版圖中，這些巨型建筑有著向大跨度、超高層及高聳建筑發(fā)展的趨勢，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)以其抗拉、抗壓、抗震、剛度大等特點，發(fā)揮著不同材料的共有特性，迎合著建筑領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，在建筑領(lǐng)域的發(fā)展中擁有廣闊的前景。

參考文獻：

[1] 鄭山鎖，孫龍飛，司 楠，等.型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)失效模式的識別和優(yōu)化[J].振動與沖擊，2014，15(4)：167-172.

[2] 王秋維，史慶軒，侯 煒，等.型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)基于增量動力分析的抗震性能評估[J].世界地震工程，2011，27(1)：34-40.

[3] 干 洪，汪 偉.隔震技術(shù)在型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，21(1)：112，1002-1005.