第五章 型钢混凝土结构
型钢混凝土组合结构特点
型钢混凝土组合结构特点
型钢混凝土组合结构是一种将型钢和混凝土组合在一起形成的结
构体系。
与传统的混凝土结构相比，它具有许多独特的特点，以下是
其主要特点：
1. 高强度和刚性：型钢混凝土组合结构采用钢材和混凝土进行组合，充分利用了两种材料的优点，使结构具有更高的强度和刚性。
同时，它也能够有效地抵抗天气和地震等外力的影响。
2. 轻量化：与纯钢结构相比，型钢混凝土组合结构可以减轻重量，降低成本。
这不仅减轻了建筑物的荷载，还可以减少施工所需的人力
和材料成本。
3. 节能环保：使用型钢和混凝土结合的方式，可以降低建筑物的
建造能耗和使用成本。
同时，该结构具有良好的隔热性能和耐久性，
可以大大减少室内空调的使用频率和建筑物的维修成本。
4. 建造速度快：型钢混凝土组合结构的施工速度较快，建筑物也
更加耐用。
这些优点使得它成为了现代建筑工程中的常见选择。
在使用型钢混凝土组合结构时，需要注意以下几点：
1. 设计结构时应根据结构负荷条件和建筑物用途等因素，考虑型
钢和混凝土的组合方式和比例，并合理调整。
2. 施工时需要注意型钢和混凝土之间的粘结性能，以及钢材和混
凝土在施工过程中的膨胀及收缩性能。
3. 建筑结构的维护和维修需要严格遵守有关标准和规定，正确使用和保护钢材和混凝土。
总之，型钢混凝土组合结构具有许多优点和特点，是建筑领域中不可或缺的现代建筑工程技术之一。
在未来的建筑设施建设中，它将继续得到广泛应用，并为我们的城市发展做出贡献。
型钢混凝土
型钢混凝土1. 引言型钢混凝土是一种结构材料，它结合了型钢和混凝土的优点，具有良好的抗拉性能和耐久性。
本文将介绍型钢混凝土的概念、特点、制作方法和应用领域。
2. 概念型钢混凝土是将型钢与混凝土组合在一起形成的复合结构，通过型钢的抗拉性能和混凝土的抗压性能，提高整体结构的抗震性能和承载能力。
型钢混凝土可以用于各种建筑结构中，如桥梁、楼房、厂房等。
3. 特点3.1 抗拉性能相比传统的混凝土结构，型钢混凝土由于引入了型钢材料，在抗拉方面具有较好的性能。
型钢可以承受和分散荷载，有效提高整体结构的抗震能力和承载能力。
3.2 耐久性混凝土具有较好的耐久性，可以抵御自然环境和外界因素的侵蚀，而型钢能有效增加结构的强度和稳定性。
因此，型钢混凝土具有较长的使用寿命和较低的维护成本。
3.3 施工便利性型钢混凝土的制作过程相对简单，施工方便。
可以利用现有的钢模具进行浇筑，使得施工效率高，减少了施工周期和成本。
4. 制作方法型钢混凝土的制作方法主要包括以下几个步骤：4.1 准备工作首先需要准备好型钢和混凝土。
型钢可以选择不同形状和规格的型材，如H形钢、I形钢等。
混凝土应选择质量稳定、强度高的材料。
4.2 钢模具的制作根据设计要求和结构需求，制作相应形状和尺寸的钢模具。
4.3 钢筋的安装根据设计要求，在钢模具内安装好预先加工好的钢筋，确保钢筋的正确位置和间距。
4.4 混凝土的浇筑在钢模具内浇筑混凝土，确保混凝土充分填满模具，并且使用振动器进行振动，以排除空气和提高混凝土的密实度。
4.5 养护过程混凝土浇筑完成后，要进行养护，包括保持适宜的湿度和温度，以促进混凝土的硬化和强度的提升。
5. 应用领域型钢混凝土因其优异的性能特点，在建筑工程中具有广泛的应用。
以下为几个常见的应用领域：5.1 桥梁型钢混凝土可以用于桥梁的桥面板、桥墩和墩座等部位。
它可以增加桥梁的承载能力和抗震性能，提高桥梁的使用寿命。
5.2 楼房型钢混凝土可以用于楼房的楼板、柱、梁等部位。
型钢混凝土结构介绍
型钢混凝土结构介绍一、型钢混凝土结构的构造型钢混凝土结构主要由型钢构件和混凝土构件组成。
型钢构件是承受荷载的主要受力构件，可以采用H型钢、工字钢、方管等。
型钢构件的连接方式有焊接、螺栓连接、粘结等，可以根据具体的工程需求进行选择。
混凝土构件主要用于提供刚性和抗压能力，一般采用预应力混凝土或钢筋混凝土。
混凝土与型钢的连接方式主要有粘结连接和预制连接两种。
二、型钢混凝土结构的优点1.强度高:型钢构件具有很高的抗拉强度和抗压强度，而混凝土具有很高的抗压强度，两者相互组合可以形成一种强度非常高的结构体系。
2.刚度大:型钢构件的横向抗弯刚度和纵向弯矩刚度都很大，混凝土构件的纵向抗弯刚度和纵向弯矩刚度也很大。
组合后的型钢混凝土结构具有较大的整体刚度，能够有效地抵抗外部荷载的作用。
3.稳定性好:型钢构件具有很好的抗侧扭和抗局部稳定的能力，能够有效地提高整体结构的稳定性。
4.施工方便:型钢构件和混凝土构件可以分别预制，在现场进行组合施工，具有较好的灵活性和适应性。
5.耐久性好:型钢和混凝土都具有较好的耐久性，能够抵抗各种外界环境的侵蚀和破坏。
三、型钢混凝土结构的应用1.高层建筑:型钢混凝土结构在高层建筑中得到了广泛应用。
其高强度和大刚度特点可以有效地抵抗风荷载和地震荷载的作用，提高建筑的安全性和稳定性。
2.大跨度结构:型钢混凝土结构适用于大跨度建筑，如体育场馆、展览馆、机场航站楼等。
它可以有效地减少整体结构的自重，提高结构的承载能力。
3.桥梁:型钢混凝土结构在桥梁领域的应用也非常广泛。
其轻巧的自重和高强度的特点使得桥梁具有较大的跨径和承载能力，同时可以提高桥梁的耐久性和抗震性能。
四、型钢混凝土结构的发展1.结构性能的研究:进一步研究型钢混凝土结构的力学性能和结构性能，提高其受力性能和稳定性。
2.施工技术的创新:进一步提高型钢混凝土结构的施工工艺和技术，提高施工效率和质量。
3.节能环保:进一步研究和应用型钢混凝土结构的节能环保特点，提高建筑的能源利用效率和环境保护水平。
5第五章 型钢混凝土结构
（5.3）
Ess 为型钢弹性模量
x a 2)如果按4.1式计算得的
，属于第一种情况，即中和轴在型钢 s
腹板中通过（①），按下列应力图形（图5.7）计算。
As fc
fs fy As
ar
as
X X X
h
Ass fy As fs
As
ar
as
b/2 b/2
图5.7 中和轴在型钢腹板中通过时的应力图形
1.基本假定 1)梁受力后截面应变仍符合平截面假定（修正平截面）
2)破坏时，梁受压区边缘的混凝土极限压应变为 cu 0.003
3)达到极限状态时，混凝土受压区的应力图形可取矩形分布，其中应力可
取 f c ，受压区折算高度 x 0.8x0，x0为受压区实际高度。
4)达到极限状态时，不考虑混凝土受拉区参加工作。 2.矩形截面梁的计算 型钢混凝土梁正截面计算时，根据中和轴位置不同分：
x
f y ( As As) fstwh fc As Asf
fc b 1.25tw 2.5 fstw
astw
（5.4b）
对中和轴取矩，可得极限弯矩
Mu
f
s
f
Asf
y As
h
h
x
x
as
ar
fstw
h
as 2
f yAs x ar
3.T形截面梁的计算
T形截面梁当中和轴在梁的受压翼缘中通过时，可按宽为的矩形截面梁 进行计算见图(5.9)。
bf As
bf As
as ar
x hf h
x hf h
as ar
型钢混凝土
] 型钢混凝土型钢混凝土（SteelReinforcedConcrete，以下简称SRC）结构是指在型钢周围布置钢筋，并浇筑混凝土的结构。
型钢分为实腹式和空腹式。
实腹式SRC构件具有较好的抗震性能，而空腹式SRC构件的抗震性能与普通混凝土（ReinforcedConcrete，以下简称RC）构件基本相同。
因此，目前在抗震结构中多采用实腹式SRC构件。
实腹式型钢可由钢板焊接拼制而成或直接采用轧制型钢。
SRC构件的内部型钢与外包混凝土形成整体、共同受力，其受力性能优于这两种结构的简单叠加。
与钢结构相比，SRC构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，并能提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件的平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。
此外，外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。
与RC结构相比，由于配置了型钢，大大提高了构件的承载力，尤其是采用实腹型钢的SRC构件，其抗剪承载力有很大提高，并大大改善了受剪破坏时的脆性性质，提高了结构的抗震性能。
1国外的研究1.1欧美地区SRC结构的应用与研究20世纪初，欧美就开始对SRC柱进行了研究。
1908年Burr做了空腹式SRC柱的试验，发现混凝土的外壳能使柱的强度和刚度明显提高。
1923年加拿大开始做空腹式配钢的SRC 梁的试验。
在1989年的美国钢筋混凝土设计规范ACI2318中，将型钢视为等值的钢筋，然后再以RC结构的设计方法进行SRC构件设计，这种方法的优点在于对SRC结构设计时考虑了构件的“变形协调”和“内力平衡”，但没有考虑型钢材料本身的残余应力和初始位移。
在1993年的钢结构设计规范C2LRFD中，采用极限强度设计法来设计SRC结构，将RC部分转换为等值型钢，再以纯钢结构的设计方法进行组合结构设计，并考虑了残余应力和初始位移。
英国在理论分析资料的基础上，于1969年将建筑中的SRC柱列入英国钢结构规范BS449的第三部分，随后将桥梁中的SRC柱列入英国标准BS5400的第五部分。
型钢混凝土结构施工方案
01
03
型钢加工与安装
对型钢进行加工和安装，确保型钢的 位置、尺寸和垂直度符合设计要求。
质量检测与验收
在施工过程中和施工完成后，进行质 量检测和验收，确保施工质量符合设 计要求。
05
04
混凝土浇筑与养护
对型钢混凝土结构进行混凝土浇筑， 并按照规范要求进行养护，确保混凝 土的质量和强度。
施工质量控制
04
型钢混凝土结构材料与设 备
型钢材料选择
总结词
高质量、高强度、防腐性能
详细描述
选择具有高质量、高强度的型钢材料，确保结构的稳定性和安全性。同时，应 考虑型钢的防腐性能，以增加结构的使用寿命。
混凝土材料选择
总结词
高强度、耐久性好、易于施工
详细描述
选用高强度混凝土，以提高结构的承载能力。同时，应选择耐久性好的混凝土，确保结构的长期稳定性。此外， 应选择易于施工的混凝土，以降低施工难度和成本。
结构分析方法
01
02
03
有限元分析
利用有限元方法对结构进 行离散化，通过计算和分 析得出结构的内力和变形 。
实验验证
通过试验对理论分析结果 进行验证，确保结构的安 全性和可靠性。
优化设计
采用优化算法对结构进行 优化设计，提高结构的承 载能力和稳定性。
结构优化设计
材料优化
根据工程需求和实际情况，合理选用 高强度钢材和高性能混凝土等材料， 提高结构的承载能力和耐久性。
住宅建筑
在一些高层或特殊要求的住宅建筑 中，型钢混凝土结构也被广泛应用 ，以提高建筑的安全性和居住品质 。
历史与发展
历史
型钢混凝土结构起源于20世纪初，随着建筑技术的发展和高层建筑的增多，型钢 混凝土结构逐渐得到广泛应用。
型钢混凝土结构
aw斜腹杆与水平轴夹角。
同样，在抗震设计时：
均布荷载 集中荷载
Vu Vu
1
RE
1
RE
(0.56 fcbh0 1.2 fsw
( 0.16
1.5
f c bh0
f sw
Awv S
Awv S
h0 h0
AwIf sw sin w )
（5.40）
AwIf sw sin w )
（5.41）
设计时应有： V Vu
斜压破坏的型钢混凝土梁，在剪切破坏前大致平行的斜裂缝将剪跨区
的混凝土分割成若干斜压杆。混凝土和型钢腹板一起参加斜压杆工作。
由于斜压杆主要传递轴向压力，因此全梁犹如一个拱，斜压杆作为传递
压力拱圈，型钢受拉翼缘及纵向受拉钢筋作为拱的拉杆，因此，剪切斜
压破坏可假定为拉拱作用机理。
弯曲剪切破坏的应力见图4.34
配置箍筋能增加对混凝土的约束，对防止粘结破坏有利。 对受均布荷载的梁，由于梁上有荷载“压迫”作用，所以保护层不易 发生粘结剥落。
3.弯剪破坏（剪压破坏）：当剪跨比较大时（ 2 ）发生剪压破坏，
先由弯矩影响产生垂直裂缝，随剪力增加发展为斜裂缝，最后剪压区混 凝土压碎而破坏。
5.3.2 影响梁抗剪能力的因素
1.剪跨比： M实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用所
Vh
占比例。 越大说明以弯矩为主， 越小说明以剪力为主。
所以剪跨比不仅影响到构件抗剪强度，而且影响到破坏形态，一般
1.5 发生剪切斜压破坏， 1.5～2.0发生剪切粘结破坏， 2.0～3.0 发生弯曲剪切破坏（剪压破坏）， 3.0发生弯曲破坏。
Asv S
h0
（5.34）
注：或将式右边第一项 0.07 fcbh0 改为 0.7 ftbh0
第五章 受弯与压弯构件分析原理
1.第一种方法 考虑外包混凝土对钢骨刚度的提高作用，按钢结构稳定理论计算。英国及欧
洲规范采用此方法。 2.第二种方法
假定构件的钢骨与外包混凝土形成一个整体，变形一致；从而套用钢筋混凝 土的有关计算理论。我国及美国ACI规范采用此方法。
第二节 型钢混凝土受弯与压弯构件
3.第三种方法 “强度叠加法”，它不要求钢骨与外包混凝土完全实现整体工作，认为：型
三、数值迭代法求解（简述迭代步骤） 四、长柱的分析
长柱的特性
第二节 型钢混凝土受弯与压弯构件
一、型钢混凝土结构（钢骨混凝土结构SRC）
第二节 型钢混凝土受弯与压弯构件
二、试验研究
1.钢骨与外包混凝土能够较好的共同工作，截面应变符合平截面假定。 2.在柱脚、结构类型转换层等传递较大内力的部位，还应在钢骨翼缘外侧设置栓 钉，以防止钢骨与混凝土之间产生相对滑移。
查得新的
s'u，若所查得的
' 正好与所假设值充分接近，则停止迭代，
su
该
s'u即为所求；将查得的
' su
代入静力平衡方程中可求得叠合梁的抗
弯承载力。
第四节 FRP（纤维增强塑料）受弯构件
一、受力特点
破坏类型、二次受力、滞后应变。
二、理论计算时的基本假定
①正截面应变分布符合平截面假定。 ②混凝土和钢筋的应力应变关系为已知，不考虑混凝土的受拉。 ③FRP材料采用线弹性应力应变关系，当考虑二次受力情况时，应计算FRP材料 的滞后应变。 ④FRP采用的拉应变由平截面假定确定，但不应超过其允许拉应变。
第三节 混凝土叠合受弯构件
2）计算公式
As su
K1K3
fcbxn
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（5.31）
钢箍承担的剪力:均布荷载
集中荷载
0.58 为型钢的抗力系数
（5.32）
（5.33）
A sv V 0 . 8 fyv h sv 0 S
在试验的基础上回归分析，并参考到可靠指标的要求，得出：
均布荷载作用下的矩形梁，以及T形梁工字形梁
A sv V 0 . 07 f bh 0 . 58 f t h 1 . 2 f （5.34） c 0 s w w yv h 0 S
注：亦可将式右边第一项 当 当
0.07 fcbh 0 改为 0.5
0.7 ft bh0 0.5
1 .5 时，取 1 .5； 2 .5时，取 2 .5。
抗震设计时，均布荷载作用下
A 1 sv V ( 0 . 056 f bh 0 . 58 f t h f )（5.36） u c 0 s w w yv h 0 S RE
5.3.3 配实腹式型钢的抗剪承载力计算
斜压破坏的型钢混凝土梁，在剪切破坏前大致平行的斜裂缝将剪跨区
的混凝土分割成若干斜压杆。混凝土和型钢腹板一起参加斜压杆工作。 由于斜压杆主要传递轴向压力，因此全梁犹如一个拱，斜压杆作为传递
压力拱圈，型钢受拉翼缘及纵向受拉钢筋作为拱的拉杆，因此，剪切斜
压破坏可假定为拉拱作用机理。 弯曲剪切破坏的应力见图4.34 梁的抗剪承载力计算公式 混凝土抗力 其中
第五章 型钢混凝土结构 —Steel Reinforced Concrete Structures
主讲:程安春
5.3 型钢混凝土梁斜截面承载能力分析
5.3.1 试验研究与破坏形态
型钢混凝土梁的剪切破坏形态一般有三类： 1 .5 1.剪切斜压破坏：一般当剪跨比很小( )时发生； 2. 剪切粘结破坏： 这是因为型钢混凝土构件中，型钢与混凝土粘结力差 是其薄弱环节，因此当剪跨比较小时，有时会发生剪切粘结破坏，产生 剪切粘结破坏裂缝 。
配置箍筋能增加对混凝土的约束，对防止粘结破坏有利。
对受均布荷载的梁，由于梁上有荷载“压迫”作用，所以保护层不易 发生粘结剥落。 3. 弯剪破坏（剪压破坏）：当剪跨比较大时（ 2 ）发生剪压破坏， 先由弯矩影响产生垂直裂缝，随剪力增加发展为斜裂缝，最后剪压区混 凝土压碎而破坏。
5.3.2 影响梁抗剪能力的因素
集中荷载作用下：
A 10 . 056 1 . 3 sv V ( f bh f t h f ) u c 0 s w w yv h 0 0 . 5 1 . 5 S RE
RE 剪切抗力调整系数，
设计时应有：
且应有：
（5.37）
V Vu
，截面限制条件比钢筋混凝土梁略松。 V0 .4f bh c 0
越小（ M 影响越小）抗剪强度较高， 越大（ M 影响越大）抗
剪强度越低。 2.加载方式：均布荷载作用下，粘结力较好，抗剪强度高，同时剪跨比 对其影响不大；集中荷载作用下，抗剪强度较低，同时剪跨比对其影响 明显。 3.混凝土的强度等级：混凝土强度影响到斜压杆强度，剪压区强度以及 粘结力等。
所以剪跨比不仅影响到构件抗剪强度，而且影响到破坏形态，一般
4.含钢率与型钢强度：含钢率越高，型钢强度越高，抗剪能力越大。
5.宽度比： b f / 在一定范围内越大，型钢约束的混凝土相对较多，梁的抗 b 剪强度与变形能力提高。 6.型钢翼缘的保护层：保护层太小，易发生粘结破坏，产生较大滑移。
7.含箍率：钢箍本身承担剪力，且能约束混凝土，因此使抗剪能力提高， 因此在配实腹钢的型钢混凝土构件，必须配置必要的钢箍。
同样设计时应有： 以及应有： 符号：
V Vu
V0 .4fcbh 0
h 受拉角钢重心到混凝土受压边缘的距离； 0 f sw 竖腹板与斜腹杆的抗拉设计强度；
Awv 同一截面内竖腹杆截面面积总和；
Aw与斜裂缝相交的斜腹杆面积的总和； I
S竖腹杆的中心距；
a w 斜腹杆与水平轴夹角。
同样，在抗震设计时：
均布荷载
A 1 wv V ( 0 . 56 f bh 1 . 2 f A wI f ) u c 0 sw h 0 ssin w w S RE
5.3.3 配角钢骨架梁的抗剪承载力计算
均布荷载作用下的矩形梁、以及T形梁、工字梁：
A wv V 0 . 07 f bh 1 . 5 f A f sin a w （5.38） c 0 sw h 0 wI sw S
集中荷载作用下的矩形独立梁：
当
A 0 . 2 wv V f bh 1 . 2 f A wI f sin a w（5.39） c 0 sw h 0 sw 1 . 5 S 时，取 ；当 时，取 。 2 .5 2 .5 1 .5 1 .5
1.剪跨比：
M 实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用所 Vh
占比例。
越大说明以弯矩为主， 越小说明以剪力为主。
1 . 5 ～ 2 . 0 发生剪切斜压破坏， 发生剪切粘结破坏， 2 . 0 ～ 3 . 0 1 .5 发生弯曲剪切破坏（剪压破坏）， 3 发生弯曲破坏。 .0
0.07fcbh 0 改为
0.7 ft bh 0
注：或将式右边第一项
其中， t w , h w为型钢腹板厚度与高度，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
f s 为型钢抗拉强度设计值，其余符号用同《混凝土规范》。
上式中，第一项为混凝土的抗力；第二项为型钢的抗力（只考虑腹 板作用）；第三项为钢箍的作用。 在集中荷载作用下的独立矩形梁：
A 0 . 07 1 . 3 sv V f bh f t h f c 0 s w w yv h 0 （5.35） 0 . 5 1 . 5 S
V V V V c sw sv
V fcbh c 0
（5.29）
为混凝土的抗力系数。
（5.30）
vc
1
vsw v vsf vsv c
图 4.8 弯 曲 剪 切 破 坏 时 的 应 力 图 形
图5.14 弯曲剪切破坏时的应力图形
型钢腹板的抗力
V fstw h sw w
A sv V 1 . 2 fyvh sv 0 S