组合结构课件

型钢混凝土构件截面形式
1987年，日本《钢-钢筋混凝土结构计算标准》第五次修订出版。 英、美国和其他国家西欧国家，加拿大，前苏联都有大量的型钢混凝 土结构研究成果和应用实践。 欧洲统一规范《组合结构规范》中包括型钢混凝土结构的设计规定。 我国从20世纪50年代开始应用型钢混凝土结构，80年代中期以后进行 了大量的试验研究工作，近年来应用日渐增多。 制定了建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规定》JG138-2001， 电力行业标准《钢-混凝土组合结构设计规程》DL/T5085-1999，冶金工 业部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》YB9058-97等。
压型钢板-混凝土组合板由压型钢板、混凝土板、抗剪连 接件等三部分组成，如图所示。抗剪连接件承受混凝土楼板 和钢梁交界面的纵向剪力，抵抗相对滑移，以保证二者共同 工作。这种楼盖主要应用于高层钢结构建筑中，结构性能较 好，综合经济效益优于其他组合楼盖。
压型钢板与混凝土组合楼板兴起于20世纪九十年代，开始仅 压型钢板与混凝土组合楼板 作为楼板的永久性模板。我国自二十世纪八十年代以来逐步推 广，主要在北京长富宫中心、京城大厦、香格里拉饭店，上海 的锦江饭店、静安饭店，深圳的发展中心大厦、深圳大学，沈 阳沈海热电厂的平台等得到应用。由于此种结构的大量使用， 带动了相关理论的研究。 压型钢板的形式： （1）闭口形槽口的压型钢板； （2）开口形槽口压型钢板，在其腹板翼缘上轧制凹凸槽纹 （3）开口形槽口压型钢板，在其翼缘上另焊附加钢筋 （4）支撑在钢梁上的压型钢板
钢管混凝土在我国高层建 筑中的应用发展很快，自20世 纪90年代以来，经历了由局部 采用、大部分采用到全部采用 钢管混凝土柱的过程。已建成 有北京的世界金融大厦（36层， 高度120m，1998年）、深圳的 赛格大厦（76层，高度 291.6m,1999年）等。美国双 联大厦（Two Union Square） 56层，高度220m，于1989年建 成，钢管混凝土柱截面 1400×25，内灌混凝土强度等 级高达C130。
钢管混凝土柱可分为（圆）钢管混凝土柱和方钢管混凝土 柱。一般在钢管中浇注混凝土，并不另配钢筋。
（ 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，大大节省材料由于其是圆形 截面，而且断面高度较小，所以在受弯矩作用时显然并无优 越可言，而且是不利的，因此常常将其作为高层建筑中的下 面数层的柱是最合适的。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。
深圳赛格大厦
钢管混凝土结构在桥梁结构中的应用形式如图所示。
钢管混凝土结构桥梁结构
图为钢管混凝土拱肋的截 面形式。1990年，钢管混 凝土技术首次成功应用于 跨度115m的四川省旺苍东 河大桥。
钢管混凝土拱肋结构 截面形式
四川省旺苍东河大桥
5.外包钢混凝土组合结构
外包钢混凝土结构是指外部配钢的钢筋混凝土结构，简 称外包钢结构。应用较多的是四角配置角钢的钢筋混凝土 结构，角钢的外表面与混凝土表面取平或稍突出表面0.51.5mm。横向箍筋与角钢焊接成骨架，为了满足箍筋保护 层的要求，可将箍筋两端墩成球状再与角钢内侧焊接。
2.钢与混凝土组合梁
将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。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。 特点：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 度上比避免了钢结构容易发生整体失稳与局部失稳的弱点。
(a )
(b )
(c)
(d )
压型钢板与混凝土的连接
压型钢板用冷轧钢板或镀锌薄钢板制作，宜采用后者，一 般厚度为0.5-1.2mm。图为部分国外、国产压型钢板的板型。
20世纪60年代前后，欧美、日本等国大量兴建多层及高层建筑， 采用压型钢板作为楼板的永久模板或用作施工作业平台。 随后，工程师们认识到，在压型钢板表面上做出凹凸不平的齿 槽，使它和混凝土粘结成整体共同受力，可以作为或部分作为 楼板的纵向受力钢筋使用，各国对此作了许多试验研究工作。
圆钢管混凝土
方钢管混凝土 钢管混凝土截面形式
矩形钢管混凝土
(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。
4.钢管混凝土组合结构 钢管混凝土结构是用混凝土填入薄壁钢管内形成的组合 结构，通常不必配置钢筋。钢管混凝土结构能充分发挥混 凝土和钢材各自的优点，受力合理，节省材料。其基本原 理有二：一是借助核心混凝土增强钢管壁的稳定性，二是 借助钢管对核心混凝土的约束作用，使混凝土处于三向受 压状态，提高混凝土的强度和变形能力。
20世纪80年代我国在组合楼板技术方面的研究和应用发展迅速。 1984年，冶金工业部冶金建筑研究总院对压型钢板的选型、加 工工艺、抗剪连接件等配套技术进行了大量的开发、研究与应用 工作，制定了冶金行业标准《钢-混凝土组合楼盖结构设计与施 工规程》YB9238-92。 国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003、电力行业标准 《钢-混凝土组合楼盖结构设计规程》DL/T5085-1999等对压型钢 板-混凝土组合楼盖的设计作了规定。
组合梁中的剪切连接件 剪切连接件的作用（1）抵抗砼板与钢梁叠合面上的纵向剪 力，使二者不能自由滑移（2）抵抗使砼板与钢梁具有分离趋 势的“掀起力” 剪切连接件Baidu Nhomakorabea形式：分为柔性联接件（带头栓钉、斜钢筋、 环形钢筋、带直角弯钩的短钢筋）和刚性联接件（块式联接件)
3. 型钢混凝土组合结构
混凝土内配置型钢（轧制或焊接成型）和钢筋的结构称 为型钢混凝土组合结构。也称其为钢骨混凝土结构或劲性 钢筋混凝土结构。 承载力高、构件截面较小、可降低结构层高； 利用型钢的承载力减少模板工程量、缩短工期； 结构延性好、抗震性能优良；耐久性和防火性能均明显 优于钢结构。 型钢混凝土结构除了用于框架结构、剪力墙结构外， 也可制作拱和壳体，在桥梁和原子能反应堆保护壳等工 程中使用。
外包钢构件
外包钢混凝土结构构造简单，连接方便，使用灵活，用 于一般工业厂房框架和排架结构，目前在电力以及石油工业 部门的应用较多。角钢对混凝土的约束作用，有利于提高抗 剪承载力和延性性能。
6.组合结构的共同工作
组合结构中钢材与混凝土材料的共同工作机理，是由二者之间的粘结 力、抗剪连接件及钢材对混凝土的约束作用实现的。 压型钢板与混凝土组合楼板的共同工作，主要依靠钢板上压制的齿槽、 穿过压型钢板焊在钢梁上的抗剪连接件或焊在压型钢板端部的横向钢 筋的作用。 钢-混凝土组合梁中二者的共同工作主要依靠抗剪连接件形成。所以， 抗剪连接件设计是工程关键之一，计算和构造都应满足规定的要求。 型钢混凝土结构的共同工作则主要依靠箍筋的约束作用，有时也设置 抗剪连接件。 钢管混凝土结构的共同工作主要依靠钢管与混凝土的相互约束、层间 横隔板等形成。
1.2 组合结构的发展与应用
由于组合结构的一系列优点，所以欧美国家及日本等国在 20世纪初即开始应用。 压型钢板混凝土组合楼板开始应用于欧美国家。组合板 的设计计算的关键问题是解决压型钢板与混凝土的组合剪切计 算。美国的Porter 等教授等首先在实验的基础上，提出了组 合面纵向剪切承载能力的计算方法，使得组合板的设计计算理 论推进一步，并逐步推广到世界其他国家。冶金部建筑研究总 院在对大量国产压型钢板组合板实验研究的基础上，提出了我 国自己的计算公式。
带板托的组合梁
无板托的组合梁
组合梁的形式
钢与混凝土组合梁由钢梁钢筋混凝土板以及两者之间的剪切联 接件组成。 工程中常采用不对称组合梁，主要有以下几种形式：（1）三 块不同厚度与宽度的钢板焊接而成；（2）将大型工字钢割去宽厚 的上翼缘加焊宽度较小的钢板（3）将工字钢沿腹板纵向割开然后 将不同大小的半工字钢对焊而成；（4）蜂窝梁（见下图）。
钢-混凝土组合结构
山东科技大学钢结构工程研究所 王 来
教材
林宗凡编著，《钢-混凝土组合结构》， 同济大学出版社，2004
参考书目
1.赵鸿铁主编，《组合结构设计原理》，高等教 育出版社，北京，2005 2.聂建国等，《钢-混凝土组合结构》，中国建筑 工业出版社，北京，2005 3.薛建阳主编，《钢与混凝土组合结构》，华中 科技大学出版社，武汉，2007
组合柱
组合板 组合墙
组合梁
钢管混凝土
混合结构
1.压型钢板与混凝土组合板
在压成各种形式的凹凸肋与各种形式槽纹的钢板上浇注 混凝土而制成的组合板，依靠凹凸肋及不同的槽纹使钢板与 混凝土组合在一起。 在与混凝土共同工作性能较差的压型钢板上可焊接附加钢 筋或栓钉，以保证钢材与混凝土的完全组合作用。 特点：利用混凝土造价低、抗压强度高、刚度大等特点作 为板的受压区，而受拉性能好的钢材放在受拉区，代替板中 受拉钢筋，使得两种材料合理受力，各得其所，都能发挥各 自的优点。其突出的优点还在于压型钢板在施工时先行安装 ，可作为浇注混凝土的模板及施工平台。
北京香格里拉饭店采用框架-剪力墙结构体系，2层以上为型钢混凝 土柱、组合梁组成的刚接框架，柱内配置轧制H型钢。上海金茂大厦 （88层，高420.5m）周边采用8根截面尺寸为1.5m×5.0m的巨型型钢 混凝土柱，柱中配有两根焊接H型钢。深圳地王大厦（81层，高325m） 在58层以下采用型钢混凝土柱。
钢管混凝土节点形式
圆空夹层钢管混凝土截面形式
钢管混凝土结构是在型钢混凝土结构、配螺旋箍筋混凝土
结构以及钢管结构的基础上发展起来的。 20世纪80年代后期，先进的泵送混凝土工艺的应用，解决 了在现场浇灌钢管内混凝土的技术难关，同时高强、高性能 混凝土技术的可喜进展为钢管混凝土结构的发展注入的新的 活力。 自20世纪60-70年代以来，前苏联、日本、英国、美国等国 相继继制定颁发了钢管混凝土结构设计规程，或将其设计部 分纳入国家设计规范。
我国钢管混凝土技术的开发利用已有近40年的历史，1966 年首次应用于北京地铁车站。系统的研究工作始于20世纪80 年代，主要研究其受力性能和设计计算方法，研究成果达到 国际先进水平。 1990年国家建材工业局颁发《钢管混凝土设计与施工规程》 CJ101-89。 1991年中国工程建设标准化协会制定了《钢管混凝土结构 设计与施工规程》CECS28：90。 1999年电力行业标准《钢-混凝土组合结构设计规程》 DL/T5085-1999发布，促进了钢管混凝土组合结构在我国的 发展。 2004年中国工程建设标准化协会制定了《矩形钢管混凝土 结构技术规程 》CECS159-2004
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 压型钢板与混凝土组合板 钢与混凝土组合梁 型钢混凝土结构 钢管混凝土柱 混合结构设计概论
第一章 绪论
1.1 钢-混凝土组合结构及其分类
由几种不同受力性质的建筑材料组成、在荷载作用下具 有整体作用的结构称为组合结构。 根据组成材料的不同，组合结构有诸多类型。目前，组 合结构一般是指由钢材（包括轧制或焊接成型钢、钢筋） 和混凝土的结构，统称钢-混凝土组合结构（Steelconcrete composite structure）。 组合结构具有能发挥不同材料各自的优良性能，钢材、 混凝土的利用比较充分，造价较低，抗震性能好以及施工 方便等优点。