钢骨混凝土结构

第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构
SRC构件正截面承载力 轴心受压 短柱：N0（＝fcAc＋fssAss＋fyAs）
长柱： N
( EI )
2
l
2
短期
N 2 ( Ec I c Ess I ss Es I s ) k1 2 N0 l ( f c Ac f ss Ass f y As )
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构

发展简况 前苏联，劲性钢筋或承重钢筋，其原意为能承受
一定施工荷载的钢筋。 二战后，为加快恢复重建，采用劲性钢筋来承受悬 挂模板和支撑等施工荷载，以加快施工速度。 1949年，前苏联建筑科学技术研究所编制了《多层 房屋劲性钢筋混凝土暂行设计技术条件 (BTY-0349)》， 50年代又进行了较全面的试验研究，1978年制订了 《苏联劲性钢筋混凝土结构设计指南 ( С И 3-78)》。 后来由于省钢目的，主要采用焊接钢桁架、钢构架 和钢筋骨架等作为劲性钢筋（即空腹式钢骨）。
6.1 概述



第六章 钢骨混凝土结构
钢骨混凝土的应用有哪些问题需要解决？
共同工作
受力性能与混凝土构件的异同
轴压承载力计算
正截面承载力计算
斜截面承载力计算
变形、裂缝计算
节点、柱脚连接形式
第六章 钢骨混凝土结构
钢骨与混凝土的共同工作

在钢骨混凝土结构中，钢骨与外包混凝土能否协 调变形，是两者共同工作的条件。
0.2
M/fcbh2 N0
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构
N/N0
1
0 0.2
M/fcbh2 N0
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构
钢骨部分的压弯承载力
ss ss N M ss c N c 为压力时： c f ss Ass s Wss
ss ss N M c f ss N css 为拉力时： c Ass s Wss

对于钢骨混凝土梁，试验表明，当钢骨上翼缘处 于截面受压区，且配置一定构造钢筋时，钢骨与 混凝土能保持较好的共同工作，截面应变分布基
本上符合平截面假定。
6.2 钢骨与混凝土的共同工作
第六章 钢骨混凝土结构
钢骨混凝土梁
钢骨混凝土偏心受压构件
6.2 钢骨与混凝土的共同工作
第六章 钢骨混凝土结构
6.2 钢骨与混凝土的共同工作
长柱： N
( EI )
2
l
2
N 2 ( Ec I c Ess I ss Es I s ) k1 2 N0 l ( f c Ac f ss Ass f y As )
1 1 =l/lcr—相对长细比 k1 2 2 (l lcr ) 与柱子截面的性质无关
6.4 正截面承载力计算
内部钢骨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。
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构


与钢结构相比
外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲 提高钢构件的整体刚度，显著改善钢构件出平面扭 转屈曲性能 使钢材的强度得以充分发挥 比纯钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结 构的变形 外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。最初， 欧美国家发展钢骨混凝土结构主要就是出于对钢结 构的防火和耐久性方面的考虑 一般可比纯钢结构节约钢材达50％以上
基本假定 ⑴ 截面应变分布符合平截面假定； ⑵ 选择合理混凝土受压应力-应变关系； ⑶ 钢材采用理想弹塑性应力-应变关系；
⑷ 不考虑砼的抗拉强度；
⑸ 钢骨不发生局部屈曲。
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构

一般叠加方法
Nu N N
ss cy ss cy
rc cu rc cu
Mu M M
临界长度 lcr
Ec I c Ess I ss Es I s f c Ac f ss Ass f y As
欧拉荷载等于理想轴压短柱承载力N0时柱子的长度
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构
SRC构件正截面承载力 轴心受压 短柱：N0（＝fcAc＋fssAss＋fyAs）
N crc N N css 0 rc Mc M
3.当 N N
ss t 0时
0 0.2
M/fcbh2 N0
N crc N N tss 0 rc Mc M
第六章 钢骨混凝土结构
N/N0
1
简单叠加方法一
N/N0
1
简单叠加方法二
0 0.2
0
M/fcbh2 N0
对于给定轴力Nu，由第一式，任意分配S部分和RC部分所承 担的轴力，并分别求得相应各部分承担的弯矩 根据塑性理论下限定理，在任意轴力分配情况下得到的受弯 承载力总是小于其真实解 两部分受弯承载力之和的最大值，即为在轴力Nu下 SRC构 件承担的弯矩Mu。
偏于安全
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构
第六章 钢骨混凝土结构
对于剪跨比较小的框架柱，当
ô Ç » Ð Ð ±Á Ñ ² ì
受剪较大时，易产生剪切粘结
破坏，使钢骨与外包混凝土不 能很好地共同工作，导致混凝 土较大范围剥落，承载力下降， 影响破坏后的变形能力。 增加配箍可以提高粘结破坏承 载力。
ô Ç » Ð Õ ³ ¼ á Á Ñ ² ì
6.1 概述




第六章 钢骨混凝土结构


欧洲
在20世纪20年代，西方国家的工程设计人员为满 足钢结构的防火要求，在钢柱外面包上混凝土， 称为包钢混凝土（Encased Concrete）结构。 起初，包钢混凝土柱仍按钢柱设计。


40年代后开始意识到外包混凝土对提高钢柱刚度 的有利作用，考虑折算刚度后仍继续沿用钢柱设 计方法。该方法一直沿用，并编制到1985年欧洲 统一规范EC4《组合结构》。
节点、柱脚连接形式
第六章 钢骨混凝土结构
SRC构件正截面承载力 轴心受压 短柱：N0（＝fcAc＋fssAss＋fyAs）
长柱： N
( EI )
2
l
2
N 2 ( Ec I c Ess I ss Es I s ) k1 2 N0 l ( f c Ac f ss Ass f y As )
6.1 概述



第六章 钢骨混凝土结构


与钢筋混凝土结构相比
使构件的承载力大为提高

实腹式钢骨的钢骨混凝土构件，受剪承载力有很大 提高，大大改善了结构的抗震性能。正是由于这一 点，钢骨混凝土结构在日本得到广泛的应用。
钢骨架本身具有一定的承载力，可以利用它承受施 工阶段的荷载，并可将模板悬挂在钢骨架上，省去 支撑，这有利于加快施工速度，缩短施工周期，如 在多高层结构的施工中不必等待混凝土达到强度就 可以继续进行上层施工。
第6章 钢骨混凝土结构
第六章 钢骨混凝土结构
概 述

钢骨混凝土结构的特点
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构

Steel Reinforced Concrete 型钢混凝土 劲性钢筋混凝土 Encased Concrete
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定
第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定
第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定
第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定
第六章 钢骨混凝土结构
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定
第六章 钢骨混凝土结构
钢骨板材宽厚比的限制值 b/tf h w /t w h w /t w 钢号 (梁) (柱) Q235 Q345
6.1 概述

第六章 钢骨混凝土结构

截面形式
(a)SRC Á ¹
(b)SRC Ö ù
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构

应特别注意， SRC 结构的配筋构造较为复杂，在 工程设计阶段必须给予细致的考虑，否则将使得 工程施工十分困难。
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构
b tf tw hw
23 19
b
107 91
96 81
hw
tw tw tw b
b hw
hw
6.3 钢骨与混凝土结构的一般规定
第六章 钢骨混凝土结构
钢骨混凝土的应用有哪些问题需要解决？
共同工作
受力性能与混凝土构件的异同
轴压承载力计算
正截面wk.baidu.com载力计算
斜截面承载力计算
变形、裂缝计算

6.2 钢骨与混凝土的共同工作
第六章 钢骨混凝土结构
一般构造要求


钢骨混凝土结构的配筋构造有其特殊之处，应给 予特别的重视。 在配筋构造设计中，应考虑以下几方面问题： 钢骨与其他钢筋的相互关系及其配筋顺序； 混凝土的浇筑密实性； 结构的耐久性和耐火性； 预期受力性能——塑性区和非塑性区。 钢骨混凝土梁、柱构件中，钢骨的含钢率不小于 2%，也不宜大于15%，合理含钢率为5~8%。
Ass为钢骨截面面积，当有孔洞时应扣除孔洞的面积；
s 为截面塑性发展系数，
绕强轴弯曲工字形钢骨截面，s ＝1.05； 绕弱轴弯曲工字形钢骨截面，s ＝1.1； 十字形及箱形钢骨截面，s ＝1.05。
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构

改进简单叠加方法——《规程》修订方法
轴心受压时：
Ec＝500fcu
长期
Ec＝250fcu
1 1 =l/lcr—相对长细比 k1 2 2 (l lcr ) 与柱子截面的性质无关
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构

正截面压弯承载力
6.4 正截面承载力计算
第六章 钢骨混凝土结构

正截面压弯承载力
基于平截面假定的理论计算方法
N N0
N N
ss
ss c0
中和轴通过截面形心时：
N Nb 0.4 f cbh
N 0
ss
6.4 正截面承载力计算
6.1 概述



第六章 钢骨混凝土结构


我国
我国因SRC结构的用钢量较大，20世纪80年代以前 未进行广泛的应用和研究。 20世纪80年代后期，随着我国超高层建筑的发展， SRC结构也越来越受到我国工程界的重视，开始 进行较为系统的研究，取得一系列研究成果，并 在一些高层建筑工程采用了SRC结构。 经过几年的研究和工程应用实践，参考日本标准， 1998年我国冶金工业部颁布了我国第一部《钢骨混 凝土结构设计规程YB9082-97》。 主要包括内含实腹式钢骨的钢骨混凝土梁、柱、 剪力墙及其连接的设计计算规定。
6.1 概述
第六章 钢骨混凝土结构


日本
20世纪20年代，在一些工程中开始采用SRC结构。 1923年在东京建成的30m高全SRC结构的兴业银行， 在关东大地震中几乎没有受到什么损坏，引起日 本工程界的重视。 1951年开始对SRC结构进行了全面系统的研究， 1958年制订了《钢骨钢筋混凝土结构设计标准》。 到1987年又经过三次修订，基本形成较为完整的设 计理论和方法——叠加方法。 日本持续研究和发展SRC结构，主要是由于日本 是多地震国家。SRC结构以其优异的抗震性能， 在日本得到广泛的应用。

简单叠加方法——《规程》方法
6.4 正截面承载力计算
ss rc rc 1.当 Nt 0 N Nc0 ，且 M M y0 时
N N ss M M M y0
rc c rc c
N/N0
1
2.当 N Ncrc 0时
N css N N crc 0 ss Mc M
3.当 N Ntrc 0 时
0 0.2
M/fcbh2 N0
N css N N trc 0 ss Mc M
rc ss M M 1.当 Ntss ，且 N N u0 时 0 c0
N/N0
1
N N M
ss c ss c
ss
rc M M u0
2.当 N Nc 0 时
6.2 钢骨与混凝土的共同工作
第六章 钢骨混凝土结构

在配置一定纵筋和箍筋的情况下，钢骨与外 包混凝土可较好地共同工作，在破坏阶段外 包混凝土也不会不产生严重剥落，钢骨的塑 性变形能力可以得到充分发挥，承载力不会 显著下降。 因此，为保证外包混凝土与钢骨的共同工作， 必须在外包混凝土中配筋必要的钢筋。