1、鋼混凝土組合結構概況（一）鋼混凝土組合結構的一般概念 組合結構定義：組合結構的種類繁多，從廣義上講，組合結構是指兩種或多 種不同材料組成一個結構或構件而共同工作的結構（ Composite Structure ）。鋼 混凝土組合結構是繼木結構、砌體結構、鋼筋混凝土結構 和鋼結構之后發展興起的第五大類結構。從廣義概念上看，鋼筋混凝土結構 就是具有代表性的組合結構的一種。 組合結構分類：組合結構通常是指鋼混凝土組合結構，其中鋼又分為鋼筋 和型鋼，混凝土可以是素混凝土也可以是鋼筋混凝土。國內外常用的鋼混 凝土組合結構主要包括以下五大類： （1）壓型鋼板混凝土組合板； （2）鋼 混凝土組合梁；（3）鋼

2、骨混凝土結構（也稱為型鋼混凝土結構或勁性混凝土 結構）；（4）鋼管混凝土結構；（5）外包鋼混凝土結構。（二）鋼混凝土組合結構的發展概況 鋼混凝土組合結構這門學科起源于本世紀初期。 于本世紀二十年代進行了 一些基礎性的研究。到了五十年代已基本形成獨立的學科體系。至今組合結 構在基礎理論，應用技術等方面都有很大的發展。目前鋼混凝土組合結構 在高層建筑、橋梁工程等許多土木工程中得到廣泛的應用，并取得了較好的 經濟效益。在國外，鋼混凝土組合結構最初大量應用于土木工程旨在二次世界大戰結 束后，當時的歐洲急需恢復戰爭破壞的房屋和橋梁，工程師們采用了大量的 鋼混凝土組合結構，加快了重建的速度，完成了大量的道

3、路橋梁和房屋的 重建工程。1968 年日本十勝沖地震以后， 發現采用鋼混凝土組合結構修建 的房屋，其抗震性能良好，于是鋼混凝土組合結構在日本的高層與超高層 中得到迅速發展。 60 年代以后世界上許多國家（包括英、美、日、蘇、法、 德）根據本國的試驗研究成果及施工技術條件制定了相應的設計與施工技術 規范。 1971 年成立了由歐洲國際混凝土委員會（ CES） 、歐洲鋼結構協會（ECCS、國際預應力聯合會（FIP）和國際橋梁及結構工程協會（IABSE組成的組合結構委員會，多次組織了國際性的組合結構學術討論會，并于1981 年正式頒布了組合結構規范。 我國對鋼混凝土組合結構的研究和應用起步較晚， 從

4、五十年代才開始開展 組合梁的研究和應用， 至今除了鋼與混凝土組合梁已納入 鋼結構設計規范 (GBJ 17-88)外，其余的組合結構和構件還停留在行業標準的基礎上。具 有代表性的三部行業標準是： (1)國家經濟貿易委員會頒布的中華人民共和 國電力行業標準鋼混凝土組合結構設計規程 (DL/T 5085-1999)；(2) 國家冶金工業部頒布的行業標準 鋼骨混凝土結構設計規程 (YB 9082-97)； (3)中國工程建設標準化協會標準鋼管混凝土結構設計與施工規程(CECS28:90。這三部規程的頒布標志著我國的鋼一混凝土組合結構實際應 用已進入一個嶄新的時代。(三) 壓型鋼板混凝土組合板的概況及優

5、缺點 壓型鋼板可作為墻板和屋面板之用， 也可用作樓板。 壓型鋼板在施工階段用作樓 面混凝土板的永久性模板， 在混凝土未凝固之前的施工階段。 它僅承受自重、 濕 混凝土重及施工活荷載。 組合板中的壓型鋼板， 在使用階段當作組合板結構中的 下部受力鋼筋之用，從而減少混凝土板中的鋼筋。20世紀 60年代前后，在西歐、美、日等國大量興建高層建筑的情況下，由于壓 型鋼板自重輕、 施工快等一系列的優點， 獲得了廣泛的采用，并促進了壓型鋼板 的生產。國內使用壓型鋼板起步較晚， 但發展較快。 冶金工業部頒布了壓型金屬板設計 施工規程 (YBJ216-88) 、鋼與混凝土組合樓層設計施工規程 (YB9238-9

6、2) ， 為國家采用壓型金屬板與組合板奠定了基礎。 80 年代以來，我國興建了大量高 層建筑，如北京香格里拉飯店、長富宮中心、京城大廈、上海靜安飯店、上海錦 江飯店、深圳發展中心大廈等都已經采用壓型鋼板作樓層永久性模板或作組合 板。組合板具有下列的優點：1. 不需要模板，因此也不需模板拆卸安裝工作，也可避免由易燃的模板而引起 的建筑失火的危險。2. 壓型鋼板的作用相當于抗拉主鋼筋，用以抵抗板底面的正彎距，只在認為需 要之處才加設抵抗混凝上收縮及溫度影響的鋼筋。3. 壓型鋼板本身為混凝土樓層提供了平整的頂棚表面。4. 壓型鋼板可疊在一起，并可置于集裝箱內，易于運輸、存儲、堆放與裝卸。5. 壓型鋼

7、板的波紋間有預加工的槽，供電力、通信等工程之用。6. 在安裝后，壓型鋼板可用作工人、工具、材料、設備的安全工作臺。7. 使用組合板，施工時間人為減少，可以繼續進行另一樓層混凝上的澆灌，而 不需要等待前一層澆灌的樓板達到要求的混凝上強度等級。8. 整個結構的恒荷載減少，節約了下部基礎的費用。（四）鋼混凝土組合梁的概況及優缺點 組合梁由于能充分發揮鋼與混凝土兩種材料的力學性能， 在國內外獲得廣泛的發 展與應用。 20年代初，在加拿大和英國進行了最早的研究，至 30 年代組合梁結 構體系得到了一些試驗成功，并建立了組合梁按彈性理論的設計方法， 60 年代 后出現了按塑性理論的設計方法。我國從 50年

8、代初期開始研究組合梁結構， 之后在公路、 鐵路橋梁方面得到應用。 在房屋建筑方面，早在 50 年代，北京鋼鐵設計研究總院對組合梁結構進行了探 討和研究。組合梁結構除了能充分發揮鋼材和混凝土兩種材料受力特點外， 與非組合梁結構 比較，具有下列一系列的優點：1. 節約鋼材：以某工程冶煉年間為例。該車間標高 16.9m 的平臺，原設計是鋼 梁上澆灌混凝土板， 按鋼筋混凝土板不參與鋼梁共同工作， 后在施工現場將其修 改成鋼筋混凝土板與鋼梁共同工作的組合梁，節約鋼材 17%25%。2. 降低梁高：組合梁較非組合梁不僅節約鋼材，降低造價，而同時降低了梁的 高度，這在建筑或工藝限制梁高的情況下，采用組合梁結

9、構特別有利。3. 增加梁的剛度：在一般的民用建筑中，鋼梁截面往往由剛度控制，而組合梁 由于鋼梁與混凝土板共同工作，大大地增強了梁的剛度。4. 增加梁的承載力。5. 降低沖擊系數。6. 抗震性能好，抗疲勞強度高。7. 局部受壓穩定性能良好。8. 使用壽命長。（五）鋼管混凝土柱的概況及優缺點鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構件。 鋼管混凝土研究最多的是圓鋼管，在特殊情況下也采用方鋼管或異型鋼管， 除了在一些特殊結構當中有采用鋼筋混凝土的情況之外， 混凝土一般為素混凝土。 早在十九世紀八十年代就出現了鋼管混凝土結構，最初用作橋墩，然后漸漸地用作建筑物中的柱子。在我國，六十年代開始了這種結構的

10、研究， 并首先用于首都地鐵工程中。北京站至蘋果園的地鐵線路上， 在北京站和前門站的站臺工程中首次試用， 經濟效果很好；和傳統采用的鋼筋混凝土柱相比，不但施工簡捷得多，而且體積小，增加了地下有效使用空間，因此，在隨后建造的地鐵環線工程中，所有的站臺柱，全部采用了鋼管混凝土柱。從七十年代開始， 在工業廠房、 高爐和鍋爐構架及變電和輸電塔架等工程中， 鋼 管混凝土得到了推廣應用。 工業廠房中采用鋼管混凝土柱的有本鋼、 鞍鋼、首鋼 及近幾年寶鋼工程中的大量重工業廠房， 還有各地的造船廠和火力發電廠等， 廠 房跨度最大的L=54m柱高達60 70m ,橋式吊車最大的為Q=ioot重級工作制 吊車。鋼管混

11、凝土在我國的應用范圍很廣， 發展很快。從應用范圍和發展速度兩個方面 都能列于世界前列。 自八十年代后期開始， 鋼管混凝土由于本身具有的優點 開 拓了兩個新的應用領域。一個是公路和城市橋梁，另一個是高層和超高層建筑。 鋼管混凝土具有下列基本特點：1. 承載力大大提高：試驗和理論分析證明，鋼管混凝土受壓構件的強度承載力可以達到鋼管和混凝土單獨承載力之和的 1.72.0 倍。2. 具有良好的塑性和抗震性能：在鋼管混凝土構件軸壓試驗中，試件壓縮到原 長的 2/3 ，構件表面已褶曲，但仍有一定的承載力，可見塑性非常好。鋼管混凝 土構件在壓彎剪循環荷載作用下，水平力P與位移之間的滯回曲線十

12、分 飽滿，表明有很好的吸能能力， 基本無剛度退化，它的抗震性能大大優于鋼筋混凝土。3. 經濟效果顯著：和鋼柱相比，可節約鋼材 50%，降低造價 45%；和鋼筋混凝土柱相比，可節約混凝土約 70%，減少自重約 70%，節省模板 100%，而用鋼量約略相等或略多。4. 施工簡單，可大大縮短工期：和鋼柱相比，零件少，焊縫短，且柱腳構造簡 單，可直接插入混凝土基礎預留的杯口中， 免去了復雜的柱腳構造；和鋼筋混凝 土柱相比，免除了之模、綁扎鋼筋和拆模等工作；由于自重的減輕，還簡化了運 輸和吊裝等工作。（六）鋼骨混凝土結構的概況及優缺點由混凝上包裹型鋼做成的結構被稱為型鋼混凝土結構。 它的特征是在型鋼結構

13、的外面有一層混凝土的外殼。 型鋼混凝土中的型鋼除采用軋制型鋼外， 還廣泛使用焊接型鋼。此外還配合使用鋼筋和鋼箍。這種結構在各國有不同的名稱，在英、美等西方國家將這種結構叫做混凝土包鋼結構 （Steel encased Concrete） 。在日本則稱為鋼骨鋼筋混凝土（鋼骨鋼筋一卜）。在蘇聯則稱為勁性鋼筋混凝土。我國過去也采用勁性鋼筋混凝土這個名稱。型鋼混凝土梁和柱是最基本的構件。 型鋼可以分為實腹式和空腹式兩大類。 實腹 式型鋼可由型鋼或鋼板焊成，常用的截面型式有 I、H工、T、槽形等和矩形及 圓形鋼管。空腹式構件的型鋼一般由綴板或綴條連接角鋼或槽鋼而組成。由型鋼混凝土柱和梁可以組成型鋼混凝土

14、框架。 框架梁可以采用鋼梁、 組合梁或 鋼筋混凝土梁。在高層建筑中，型鋼混凝土框架中可以設置鋼筋混凝土剪力墻， 在剪力墻中也可以設置型鋼支撐或者型鋼桁架， 或在剪力墻中設置薄鋼板， 這樣 就組成了各種型式的型鋼混凝土剪力墻。 型鋼混凝土剪力墻的抗剪能力和延性比 鋼筋混凝土剪力墻好，可以在超高層建筑中發揮作用。型鋼混凝土與鋼筋混凝土框架相比較具有一系列的優點：1型鋼混凝土的型鋼可不受含鋼率的限制，其承載能力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構件的承載能力一倍以上； 可以減小構件的截面， 對于高層建筑，可以增加使用面積和樓層靜高。2型鋼混凝土結構的施工工期比鋼筋混凝土結構的工期大為縮短。型鋼混凝土 中的

15、型鋼在混凝土澆灌前已形成鋼結構， 具有相當大的承載能力， 能夠承受構件 自重和施工時的活荷載， 并可將模板懸掛在型鋼上， 而不必為模板設置支柱， 因 而減少了支模板的勞動力和材料。 型鋼混凝土多層和高層建筑不必等待混凝土達 到一定強度就可繼續施工上層。 施工中不需架立臨時支柱， 可留出設備安裝的工 作面，讓土建和安裝設備的工序實行平行流水作業。3型鋼混凝土結構的延性比鋼筋混凝土結構明顯提高，尤其是實腹式的構件。 因此在大地震中此種結構呈現出優良的抗震性能。日本抗震規范規定高度超過45m的建筑物不得使用鋼筋混凝土結構。而型鋼混凝土結構則不受此限制。4型鋼混凝土框架較鋼框架在耐久性、耐火度等方面均

16、勝一籌。我國在 50 年代就從前蘇聯引進了勁性鋼筋混凝土結構；六十年代以后，由于片 面強調節約鋼材， 型鋼混凝土結構就難于推廣應用； 八十年代以后，型鋼混凝土 又一次在我國興起。 日本為我國設計的北京國際貿中心、 香格里拉飯店和京廣大 廈等超高層建筑的底部幾層都是型鋼混凝土結構。 我國在八十年代中期開始興起 對型鋼混凝土結構研究的熱潮。 在上海、重慶等城市也建成了這種類型的建筑物 ， 但型鋼混凝土結構在我國的應用還剛剛開始， 其建筑面積還不到建筑總面積的千 分之一。（七）外包鋼混凝土結構的概況及優缺點外包鋼混凝土結構 （以下簡稱外包鋼結構 ）是外部配型鋼的混凝土結構。 是在克服裝配式鋼筋混凝土

17、結構某些缺點的基礎上發展起來的，仿效鋼結構的構造方式，是鋼與混凝土組合結構的一種新型式。外包鋼結構由外包型鋼的桿件拼裝而成。 桿件中受力主筋由角鋼代替并設置在桿 件四角，角鋼的外表面與混凝土表面取平，或稍突出混凝土表面 0.51.5mm。橫向箍筋與角鋼焊接成骨架， 為了滿足箍筋的保護層厚度的要求， 可將箍筋兩端 墩成球狀再與角鋼內側焊接。外包鋼混凝土結構主要有以下幾點優點：1構造簡單：外包鋼結構取消了鋼筋混凝土結構中的縱向柔性鋼筋以及預埋件， 構造簡單，有利于混凝土的搗實，也有利于采用高標號混凝土，減小桿件截面， 便于構件規格化，簡化設計和施工。2連接方便：外包鋼結構的特點就在于能夠利用它的可

18、焊性，桿件的連接可采 用鋼板焊接的干式接頭。 管道等的支吊架也可以直接與外包角鋼連接。 和裝配式 鋼筋混凝土結構相比，可以避免大最鋼筋剖口焊和接頭的二次澆灌混凝土等工 作。3使用靈活：外包角鋼和箍筋焊成骨架后，本身就有一定強度和剛度，在施工 過程中可用來直接支承模板，承受一定的施工荷載。這樣施工方便、速度快，又 節約了材料。4抗剪強度提高：雙面配置角鋼的桿件，極限抗剪強度與鋼筋混凝土結構相比 提高 22%左右。5延性提高：剪切破壞的外包鋼桿件，具有很好的變形能力，剪切延性系數和 條件相同的鋼筋混凝上結構相比要提高一倍以上。二、鋼骨混凝土結構鋼骨混凝土構件可應用于多、 高層建筑及一般構筑物中，

19、目前在我國主要應用于 高層建筑中?，F在我國已有相關規程由冶金工業部主持編制的 1998年5月 1 日頒布實施的國家行業標準鋼骨混凝土結構設計規程（YB9082-97）（以下簡稱鋼骨規程）作為設計指導依據。（一）鋼骨混凝土結構的特性鋼骨混凝土構件是指鋼骨與外包鋼筋混凝土共同承受荷載的梁、 柱、墻構件。實腹式鋼骨混凝土構件具有較好的抗震性能， 空腹式鋼骨混凝土構件的抗震性能與普通鋼筋混凝土構件基本相同。目前在抗震結構中多采用實腹式鋼骨混凝土構件。 實腹式鋼骨通常采用由鋼板焊 接拼制成或直接軋制而成的工字形、口字形、十字形截面。與鋼結構相比， 鋼骨混凝土構件的外包混凝土可以防止鋼構件的局部屈曲 提高

20、 構件的整體剛度，改善鋼構件出平面扭轉屈曲性能， 使鋼材的強度得以充分發揮 。 采用鋼骨混凝土結構，一般可比純鋼結構節約鋼材達50%以上。外包混凝土增加了結構的耐久性和耐火性。 鋼骨混凝土結構比鋼結構具有更大的剛度和阻尼， 有 利于控制結構的變形和振動。鋼骨混凝土結構與鋼筋混凝土結構相比， 由于配置了鋼骨， 使構件的承載力大大 提高，減小梁、柱截面，尤其是抗剪承載力提高和延性加大，可顯著改善抗震性鋼骨架本身具有一定承載能力， 可以利用它承受施工階段荷載， 將模板懸掛在鋼 骨架上，省去支模，有利于流水作業縮短施工工期。鋼骨混凝土結構的缺點是既要求鋼構件制造及安裝， 又要求支模、 綁鋼筋、澆筑 混

21、凝土；施工工序增加。在鋼骨混凝土構件中， 鋼骨與混凝土能否共同工作是構件設計理論的基礎。 試驗 表明，當鋼骨翼緣位于截面受壓區 且配置一定數量鋼筋和鋼箍，鋼骨與外包混 凝土能保持較好地共同工作， 截面應變分布基本上符合平戴面假定。 但試驗也表 明，除了要設置足夠箍筋，以約束混凝土，增強其粘結力外在某些內力傳遞較 大的部位如柱腳、構件類型轉換部位等還要設置栓釘，防止鋼骨與混凝土之 間的相對滑移。（四）鋼骨混凝土梁柱節點構造框架梁柱節點核心區設計時應保證傳為明確， 安全可靠， 施工方便。節點核心區 不允許有過大的局部變形。梁、柱內力通過節點傳遞，節點工作的安全可靠，是 保證結構正常工作的前提。近年來，國內外