第8章 钢与混凝土组合结构设计

无板托的组合梁
组合梁的形式
2.钢与混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
常州市龙城大桥
主桥采取自锚式悬索斜拉协作体系，主梁采用箱形 结构，主跨跨中部分采用混凝土－钢结合梁，其余 部分采用预应力混凝土箱梁。
2.钢与混凝土组合梁
钢管混凝土节点形式
4.钢管混凝土结构
（1）圆钢管混凝土柱的特点：
利用钢管约束混凝土，将混凝土由单向受压转变 为三向受压。钢管混凝土结构充分发挥混凝土和钢材 各自的优点，避免了钢材特别是薄壁钢材容易失稳的 缺点，所以受力合理，大大节省材料。
圆钢管混凝土结构的最大弱点是圆形截面的柱与 矩形截面的梁连接比较复杂，是推广圆钢管混凝土结 构的一大障碍。
2.钢与混凝土组合梁
中铁大桥局的建设者在上海长江大桥上架设 钢—混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
节省钢材，降低造价。增加了预制环节， 为现场施工争取了时间。
使混凝土受压，钢梁主要是受拉与受剪，受力合理强 度与刚度显著提高，充分利用了混凝土的有利作用。 并且由于侧向刚度大的混凝土板与钢梁组合连接在一 起，很大程度上避免了钢结构容易发生整体失稳与局 部失稳的弱点。
4.钢管混凝土结构
天津津塔工程:总建筑面积约为 34.6万平方米，由一幢75层高 的办公楼及一幢30层高的公寓楼 组成。地下四层，办公楼结构体 系为钢管混凝土柱框架+核心筒 钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧 体系组合结构，是全球范围内采 用钢板剪力墙结构技术建成的最 高建筑。公寓楼结构体系为钢筋 混凝土+剪力墙体系。檐高为 336.9米。津塔采用的是目前最 先进的钢板剪力墙结构，2011 年该建筑获得了美国加州建筑结 构设计奖。
常州市龙城大桥
梁纵向五道腹板。钢纵梁为全焊接结构，由底 板和5道腹板组成，底板和外侧斜腹板组成一 个槽形断面。
2.钢与混凝土组合梁
张江立交改建工程
组合箱梁截面
组合板梁截面
2.钢与混凝土组合梁
张江立交改建工程
1.节省钢材，降低造价。 通过变更设计，将钢箱梁（1866.975t）和钢板梁 （628.748t）改为钢混叠合梁（556.2t），节省用钢量 1939.523t。原预算价为3000万元，根据图纸现预算价 2000万元，节省1000万元。 2.增加了预制环节，为现场施工争取了时间。 这种型式的结构极具推广价值，特别适于改建工程。 在满足行车要求的情况下，不但大量节省了用钢量，降 低了造价，而且实施快速。
4.钢管混凝土结构
钢管混凝土结构是在钢管内填充混凝 土而形成的结构。
在钢管内可以配置钢筋，也可以只填充混凝土。 按截面形式的不同，可分为圆钢管混凝土、方钢管混 凝土和多边形钢管混凝土结构。
4.钢管混凝土结构
圆钢管混凝土
方钢管混凝土
矩形钢管混凝土
钢管混凝土截面形式
4.钢管混凝土结构
4.钢管混凝土结构
4.钢管混凝土结构
赛格广场:总高355.8米，总 建筑层79层，是目前世界最 高的钢管混凝土结构大厦， 是深圳市跨世纪的标志性建 筑。总建筑面积达17万平方 米。赛格观光位于赛格广场 的71、72层，登高临望， 深圳和香港的都市风貌尽收 眼底，犹如一幅美丽的画卷。 “赛格电子市场”是世界规 模最大的电子交易市场。
根据配钢形式的不同，型钢混凝土结构可以分为实腹 式配钢和空腹式配钢。
日本

起源于1910年代。从欧洲传入日本的护墙结构将 型钢作为骨架埋入石护墙，这就是日本型钢混凝 土结构的起源。
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日本
1918年，内田祥三 ◦ 旧东京海上大楼中(地上7层) ◦ 柱和内部大梁用钢筋混凝土外包型钢代替型钢周 围的砖石，现代意义上的型钢混凝土结构就这样在 日本诞生了。 1921年，内藤多仲 ◦ 日本兴业银行，是一座总面积约14000m2、高约30m 的型钢混凝土建筑，经受了1923 年的关东大地震 而几乎没有破坏。
钢与混凝土组合梁
型钢混凝土 结构
压型钢板与 混凝土组合板 外包钢混凝土结构
钢管混凝土 结构
1.压型钢板与混凝土组合板
在各种形式凹凸肋或各种形式槽纹的压型钢 板上浇注混凝土而形成的组合板，依靠凹凸 肋及不同的槽纹使钢板与混凝土组合在一起。
压型钢板与混凝土组合板的形式
1.压型钢板与混凝土组合板
1.压型钢板与混凝土组合板
第八章 钢与混凝土组合结构
Steel-Concrete Composite Structures
钢材：良好的抗拉和延性
混凝土：优良的抗压强度和较大的刚度，混 凝土的存在的提高了钢材的整体屈曲和局部 屈曲性能 钢-混凝土组合结构：良好的强度、刚度、延 性及良好的耗能能力
参考书
1. 赵鸿铁著，《组合结构设计原理》，科学出版社 2. 聂建国等，《钢-混凝土组合结构》，建筑工业出版社
混凝土板可以是现浇混凝土板，也可以是预制混凝土 板、压型钢板混凝土组合板或预应力混凝土板。 钢梁可以用轧制或焊接钢梁。 钢梁形式有工字钢、槽钢或箱形钢梁。 混凝土板与钢梁之间用剪切连接件连接，使混凝土板 作为梁的翼缘与钢梁组合在一起，整体共同作用形成 组合T形梁。
2.钢与混凝土组合梁

带板托的组合梁
3.刘维亚编， 《钢与混凝土组合结构理论与实践》，建筑工
业出版社 4.Johnson R P, Composite Structures of Steel and Concrete,
OXFORD: Blackwell Scientific Publications
5.薛建阳编，《钢与混凝土组合结构》,华中科技大学出版社
压型钢板可以作为楼板的底筋使用，减少了安装板筋的 工作量。根据压型钢板的不同截面形状，最多可以减少 30％的楼板混凝土用量。减少的楼板自重又可以相应 的减少梁、柱和基础的尺寸，提高了结构的整体性能。
1.压型钢板与混凝土组合板
压型钢板的肋部可以放置水电管线，从而使 结构层与管线合为一体，间接地加大了层高 或降低了建筑高度，给建筑设计带来灵活性。
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欧美

SRC结构在欧美的研究应用远不如日本广泛，但是最早 的型钢混凝土结构却是出现在欧洲。 1904年，在英国，为了提高建筑物内钢柱的耐火性能 而将其埋置于混凝土内，从而产生了世界上最早的型 钢混凝土柱。随后，欧美各国开始了对这种新型结构 的研究与应用。
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欧美
美国达拉斯第一国际大厦，72层，726m 休斯顿第一城市大楼，共49层，高207m 休斯顿得克斯商业中心大厦，79层，305m 休斯顿海湾大楼，52层，221m 澳大利亚悉尼堪特斯中心198m，采用钢筋混凝土内筒， 型钢混凝土外柱。 新加坡财政大楼，55层，242m，采用型钢混凝土核心 筒。 雅加达中心大厦，23层，84m，采用型钢混凝土柱，钢 筋混凝土梁及钢梁。
4.钢管混凝土结构
(2)方钢管混凝土柱的特点：
克服了圆钢管混凝土柱的一些缺点。可以用作偏心受 压柱，房屋的外观较好；连接面为平面，节点构造比较简 单；方钢管构成封闭截面，自身刚度较大；由于钢材都分 布于截面外边，抗弯承载力较高；钢板为连续配置，提高 了对混凝土的约束作用，故构件的延性比钢筋混凝土结构 明显提高；省去模板，方便施工。
在施工阶段，压型钢板可作为钢梁的连续侧向支撑，提 高了钢梁的整体稳定承载力；在使用阶段，提高了钢梁 的整体稳定性和上翼缘的局部稳定性。
可以相当大程度地缩短施工时间，取得良好的经济效益。
1.压型钢板与混凝土组合板
型钢混凝土组合结构构件中的型钢钢板厚度不宜小于6mm
2.钢与混凝土组合梁
将型钢梁与混凝土翼板通过抗剪连接件相连 在一起形成一个整体共同工作的组合梁。
4.钢管混凝土结构
迪拜塔：162层，高度为818米， “迪拜塔”建造在一个3.7米厚的三角 形结构的基座上，这个三角形基座由 192根直径为1.5米的钢管桩或支柱缸 体支持。这些钢管桩或支柱缸体深入 地下50米。
3.型钢混凝土结构
大连期货广场:为双子楼 建筑，每栋建筑面积 21.1万平方米，地上53 层，地下3层，高约232 米。结构体系为剪力墙 核心筒-钢框架混合结构， 全玻璃幕墙。
3.型钢混凝土结构
中银大厦:整座大楼采用 由八片平面支撑和五根 型钢混凝土柱所组成的 混合结构“大型立体支 撑体系”。
3.型钢混凝土结构
第五大结构体系
承载力高 刚度和延性大 抗震性能好 造价相对较低 施工方便
木结构
钢与混凝土 组合结构
砌体结构 钢结构 钢筋混凝土结构
五大类
钢与混凝土组合结构依照钢材形式与配钢方式不同又有多种 类型，并且一些新的结构形式仍在不断出现。目前研究较为 成熟与应用较多的主要五种类型。
钢与混凝土组合结构
五大类

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日本


1978年，宫城县冲绳地震 ◦ 在调查的95栋型钢混凝土建筑中，仅有17栋发生主 体轻微破坏。 20 世纪30年代至60年代日本的型钢混凝土以空腹式 配钢为主，70 年代以来以实腹式配钢为主要形式。
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日本


1981年至1985年 ◦ 多高层建筑中，六层以上占总数的45.2%，建筑面积 占总面积的62.8% , ◦ 10～15 层的高层建筑中，90% ◦ 16层以上的超高层建筑中，达到50% ◦ 即使以钢结构为主体的高层建筑，其底部几层也多 采用型钢混凝土结构。 1995年1月，日本关西大地震倒塌和严重破坏的建筑物 中，钢筋混凝土结构占55%，钢结构占38%，而SRC结构 及其混合结构仅占7%，进一步验证了SRC结构良好的抗 震性能
3.型钢混凝土结构
型钢混凝土结构又称钢骨混凝土结构 或劲性钢筋混凝土结构，是在混凝土 中主要配置型钢、并配有一定纵向钢筋和箍筋 的结构。