鋼-混凝土組合結構設計規程作者:一諾

文檔編碼:jdMTk6NP-ChinaiPSpFZ2m-ChinaHkRsmFzp-China組合結構概述鋼-混凝土組合結構是通過機械連接件將鋼構件與混凝土協同工作的復合體系。其核心優勢在于結合鋼材的高強度與混凝土的抗壓性能，實現結構輕量化與承載力提升。按連接方式可分為栓焊組合梁和疊合板及帶鍵槽柱三大類，適用于高層建筑和橋梁和工業廠房等場景，通過共同工作顯著提高整體穩定性和抗震性能。A該結構類型劃分主要依據組成構件的結合形式：縱向組合包括鋼骨混凝土柱與鋼管混凝土，橫向組合則有組合樓板和箱形截面組合墻。此外按功能可分為受彎構件和偏壓構件及抗剪單元。不同類型的連接件設計直接影響應力傳遞效率，需根據荷載特點選擇適配的構造形式。B組合結構可細分為三大體系：）簡支組合梁通過抗剪連接件實現鋼梁與混凝土板協同受力；）連續組合梁利用彎矩重分布優化內力分布；）雙向組合樓蓋將鋼梁網格與現澆混凝土面層整體澆筑。此外，按施工階段分為預組合和現澆組合結構。類型選擇需綜合考慮承載需求和施工條件及經濟性，例如橋梁常用栓釘連接的連續梁體系，而建筑多采用疊合板實現快速建造。C鋼-混凝土組合結構的基本概念及類型劃分近年來，我國在鋼-混凝土組合結構領域取得顯著進展，尤其在高層建筑和橋梁和工業廠房中廣泛應用。學者聚焦于組合梁剪力連接件性能優化和節點疲勞壽命評估及抗震設計方法，部分成果已納入行業標準。但實際工程中仍面臨連接件構造復雜和施工質量控制難等問題，亟需結合BIM技術提升設計精細化水平，并推動裝配式構件標準化以適應快速建造需求。A歐美國家在組合結構領域起步較早，Eurocode和AISC規范已形成成熟體系，重點關注高強鋼材與超高性能混凝土的協同作用和大跨度空間結構抗震性能及全生命周期碳排放分析。日本則針對地震多發特點，研發了新型耗能連接件和模塊化裝配技術。當前國際研究熱點包括智能化設計工具開發和綠色低碳材料應用及極端環境下的耐久性提升。B隨著城市化進程加速，超高層建筑和跨海大橋等復雜工程對結構高效性和經濟性和可持續性的要求日益提高。組合結構因兼具鋼材強度與混凝土抗壓優勢，在降低用鋼量和縮短工期方面具有顯著潛力。然而實際應用中仍存在連接件施工誤差導致性能退化和火災下防火保護失效等問題，需通過規范修訂強化構造細節設計，并結合試驗數據完善理論模型以提升工程可靠性。C國內外研究現狀與工程應用需求鋼-混凝土組合結構通過鋼材與混凝土協同工作顯著提升整體承載力。鋼梁與混凝土板通過剪力連接件形成共同作用體系，充分發揮鋼材抗拉和混凝土抗壓的特性，使截面剛度提高%-%，適用于大跨度廠房和高層建筑等荷載需求高的場景。其極限承載能力較純鋼結構或素混凝土結構提升約%，且能有效控制變形，滿足復雜受力條件下的設計要求。組合結構通過優化材料配比實現成本節約：鋼梁替代部分混凝土用量，減少自重可降低基礎造價%-%；預制構件與現場澆筑結合縮短工期約%，降低施工成本。全生命周期分析顯示，其維護費用低于傳統結構，尤其在大跨度工程中綜合造價優勢顯著。同時，鋼材的可回收性符合綠色建筑理念，兼顧經濟與環保效益。組合結構通過'強柱弱梁'設計理念和材料延性互補提升抗震能力：混凝土提供初始剛度抑制過大變形，鋼構件吸收地震能量并耗能減震。試驗表明其屈服承載力較傳統結構提高%，塑性鉸區分布均勻，避免脆性破壞。節點采用高延性連接件確保協同變形能力，地震后損傷易于修復，綜合抗震性能評級可達'小震不壞和中震可修和大震不倒'，顯著優于單一材料結構體系。承載能力和經濟性和抗震性能等綜合優勢典型應用場景該結構在橋梁工程中可實現大跨徑和輕量化設計目標。例如斜拉橋主梁采用鋼箱梁與混凝土橋面板組合形式，既能發揮鋼材抗拉優勢，又能利用混凝土耐久性抵抗疲勞應力。規程對橋面板厚度和U型肋間距及橫向連接件布置提出具體規定，并要求通過足尺模型試驗驗證組合效應，適用于機場跑道和鐵路站場等需承受重載和頻繁振動的交通樞紐場景。針對工業廠房大跨度和高荷載需求，規程推薦使用鋼桁架-混凝土樓板組合結構。此類設計通過鋼構件承擔豎向及橫向力，混凝土板提供剛度并分擔局部荷載，可降低用鋼量約%-%。在倉儲建筑中，采用預制組合樓蓋能加快施工進度，且規程特別強調對吊車梁與制動結構的連接節點進行疲勞驗算，并要求設置抗剪鍵槽以增強界面協同工作性能。鋼-混凝土組合結構在高層建筑中廣泛應用，尤其適用于框架柱與梁的協同受力設計。通過將鋼梁與混凝土板疊合形成組合梁，可顯著提升構件抗彎剛度和承載能力，減少截面尺寸以增加凈空高度。規程明確要求節點連接需滿足滑動摩擦或栓釘剪切傳力模式，并強調施工階段臨時支撐的驗算，確保結構在地震或風荷載作用下的整體穩定性。設計原理與方法荷載設計值=荷載代表值×分項系數，其中標準值為基準，組合值系數用于可變荷載；材料強度設計值取標準值除以抗力分項系數。需結合結構安全等級調整系數，并考慮動力放大系數或溫度作用修正，確保實際承載能力滿足極限狀態要求。鋼-混凝土組合結構設計需考慮恒載和活載和風荷載和地震作用及偶然荷載等。永久荷載按實際重量取值，可變荷載需區分標準值與組合值，并結合使用條件修正；特殊荷載如撞擊力或雪荷載需根據工程環境單獨評估，確保覆蓋所有可能的受力情景。設計時遵循《規程》規定的荷載效應組合規則：基本組合采用可變荷載效應控制或永久荷載效應控制，分項系數法計算；偶然組合僅考慮罕見事件與永久荷載的疊加。需注意風和地震等特殊荷載與其他荷載的組合方式差異，并通過可靠度分析驗證結構安全性。荷載類型和組合原則及設計值取值鋼梁與混凝土板協同工作分析的核心在于通過剪力連接件實現荷載的有效傳遞。鋼梁承擔彎矩和剪力，混凝土板則主要承受壓力，兩者通過抗剪栓釘或焊接鋼板形成整體受力體系。設計時需考慮界面滑移對內力重分布的影響，并確保連接件的承載能力不低于組合截面需求，以避免局部破壞影響整體性能。實際工程應用需關注施工順序對協同性能的影響。現澆混凝土板與鋼梁的組合效應需待混凝土達到設計強度后才能完全發揮，因此需設置臨時支撐直至體系形成整體剛度。此外，溫度變化和徐變作用會導致應力重分布，設計時應通過附加預壓或調整連接件間距進行補償，確保長期使用中兩者仍保持有效協同工作狀態。協同工作分析需結合彈性理論與塑性力學方法。在彈性階段，鋼梁和混凝土板通過剪切變形協調變形，此時內力分配由材料剛度比決定；進入塑性階段后，混凝土受壓屈服與鋼梁形成共同塑性鉸區。設計中應采用分階計算法，分別驗算開裂荷載和彈性極限及塑性極限狀態，并確保連接件在不同階段的傳力可靠性。鋼梁與混凝土板協同工作分析栓釘作為鋼-混凝土組合結構的關鍵抗剪連接件，需滿足以下條件：材料應選用Q或Q級鋼材，直徑與間距需符合最小構造要求。其承載力計算應考慮栓焊復合強度及混凝土承壓破壞兩種極限狀態，并通過抗剪承載力公式驗算。施工時需確保焊接質量，避免過燒或未熔透缺陷影響整體性能。剪力鍵用于增強鋼板與混凝土間的剪切傳遞能力。其深度通常取鋼梁厚度的-倍，寬度需滿足最小間距要求。設計時應結合混凝土強度等級，并通過構造措施防止局部壓碎。當與栓釘組合使用時，兩者布置需協調，避免應力集中區域重疊，確保協同工作性能。連接件的布置需遵循均勻性和連續性和對稱性原則：縱向間距不宜過大，橫向應覆蓋受剪關鍵區。設計時需綜合考慮組合截面彎矩分布，抗剪承載力應不低于構件極限狀態下的內力需求。此外，施工階段的臨時支撐和混凝土澆筑順序對連接件性能影響顯著，需通過構造措施保證安裝精度與耐久性。栓釘和剪力鍵等連接件的設計要求抗震等級根據建筑重要性和設防烈度及場地條件劃分，共分四級。一級適用于重大建筑工程，需嚴格控制變形和構件延性；二級為一般建筑，強調節點剛度協調；三級允許適度延性耗能；四級僅滿足基本承載力需求。設計時應結合結構類型調整配筋率和連接構造及支撐布置，確保不同等級對應的抗震性能目標。A延性設計需通過構件截面形狀和長細比及材料強度協同實現。鋼-混凝土組合梁應保證翼緣與腹板的可靠連接，避免局部屈曲；柱節點需優化鋼板厚度與栓釘配置，防止脆性斷裂。同時，需滿足軸壓比限值和剪跨比要求及塑性鉸區約束設計，確保結構在大震作用下能通過延性變形耗能而不失穩。B一級抗震需采用高延性鋼材，節點全熔透焊縫并增設防屈曲支撐；二級可選用普通鋼材但加強梁柱端配箍率，加密區長度≥倍梁高；三級允許部分螺栓連接但需增加腹板加勁肋；四級僅保證構造最小要求。設計時應通過非線性分析驗證延性指標，確保各等級結構在罕遇地震下具備預期的損傷可控性和整體穩定性。C抗震等級劃分與延性設計要點材料與構造要求材料強度和規格及焊接工藝標準材料強度要求：規程明確鋼-混凝土組合結構中鋼材需滿足抗拉和抗壓及疲勞性能指標，常用Q和Q等牌號，其屈服強度和極限強度須通過第三方檢測。混凝土應采用C及以上等級，抗壓強度需符合設計值且與鋼材協同工作；剪力連接件的承載力需經試驗驗證，確保滿足組合截面整體受力需求。材料強度要求：規程明確鋼-混凝土組合結構中鋼材需滿足抗拉和抗壓及疲勞性能指標，常用Q和Q等牌號，其屈服強度和極限強度須通過第三方檢測。混凝土應采用C及以上等級，抗壓強度需符合設計值且與鋼材協同工作；剪力連接件的承載力需經試驗驗證，確保滿足組合截面整體受力需求。材料強度要求：規程明確鋼-混凝土組合結構中鋼材需滿足抗拉和抗壓及疲勞性能指標，常用Q和Q等牌號，其屈服強度和極限強度須通過第三方檢測。混凝土應采用C及以上等級，抗壓強度需符合設計值且與鋼材協同工作；剪力連接件的承載力需經試驗驗證，確保滿足組合截面整體受力需求。A鋼-混凝土組合結構需根據荷載需求及環境條件合理選用鋼材和混凝土強度等級。通常，鋼材宜采用Q和Q等牌號，其屈服強度應與混凝土抗壓強度相協調。設計時需遵循《規程》中關于材料協同工作的規定，確保兩者粘結錨固性能匹配，并通過計算驗證界面剪切承載力。高烈度地震區或重荷載結構建議提升混凝土等級至C以上，同時控制鋼材的伸長率以避免過早失效。BC組合結構耐久性需綜合考慮環境腐蝕和凍融循環及化學侵蝕風險。混凝土氯離子含量應符合《規程》限值，并摻加阻銹劑或防腐涂層保護鋼構件。外露鋼件表面處理須達到St級除銹后涂覆環氧富鋅底漆+聚氨酯面漆，總干膜厚度≥μm。設計時需按GB/T劃分環境類別，并預留構造縫和排水系統以減少積水滲透，定期維護中應監測鋼筋銹蝕電位及混凝土碳化深度。混凝土配合比設計需滿足《規程》對流動性和粘聚性及保水性的要求，坍落度通常控制在-mm范圍內。通過調整水膠比和砂率和礦物摻合料比例優化耐久性，如粉煤灰摻量建議%-%以降低堿骨料反應風險。施工前需進行試配驗證抗壓強度和氯離子擴散系數等指標，并實時監控澆筑溫度和振搗均勻性和養護濕度。鋼構件焊接區域周邊混凝土應二次抹平，確保密實無空洞。強度等級和耐久性及施工配合比控制節點加密區是鋼-混凝土組合結構中連接關鍵部位的加強區域，需通過加密鋼筋間距和增加焊縫長度或設置抗剪栓釘等方式提升局部承載力與延性。規程規定加密區箍筋間距不應大于d且不超過mm，肢數應根據剪力大小調整，并要求焊接質量全檢以確保節點整體穩定性，避免因應力集中引發脆性破壞。保護層是混凝土表面至內部鋼筋或鋼板的最小距離，其厚度需滿足耐久性和防火需求。規程明確：普通環境梁類構件保護層不小于mm，板類不小于mm；腐蝕或露天環境應增加%-%。施工時通過墊塊和支架固定鋼筋位置，并嚴格控制混凝土塌落度防止澆筑移位，確保實際厚度偏差在±mm內，避免鋼筋過早銹蝕或火災中承載力驟降。鋼-混凝土組合結構的連接件需按荷載等級選擇材料規格及間距，例如栓釘間距不宜超過倍直徑且最大不超過mm。規程強調錨固長度應滿足鋼筋理論粘結長度的倍，并要求焊接連接件與鋼梁翼緣全熔透焊，防止施工中滑移或拔出失效。同時，在高應力區需增設雙排交錯布置的栓釘，增強界面剪切傳遞效率。節點加密區和保護層厚度等構造措施防腐蝕處理與環境適應性要求鋼-混凝土組合結構的防腐蝕需根據環境腐蝕等級選擇適宜措施。沿海或工業區等高腐蝕環境應采用熱浸鍍鋅和重防腐涂層或多層復合鍍層，確保鋼材與混凝土間電化學腐蝕風險最小化。同時，節點部位需加強處理，避免積水和縫隙腐蝕，并通過密閉構造防止氯離子滲透，延長結構年以上耐久性設計目標。設計時應綜合評估項目所在地的氣候和濕度和鹽霧濃度及化學侵蝕介質等因素。對于凍融循環區域，混凝土需滿足抗凍等級要求，并控制氯離子擴散系數；工業污染區則需提高涂層耐化學品性能。結構構造宜采用排水通暢的節點設計，避免滯水腐蝕，并通過合理配筋率和保護層厚度平衡承載力與防腐需求。定期開展鋼結構表面涂層附著力和混凝土碳化深度及氯離子含量檢測，使用超聲波和雷達等無損技術排查內部銹蝕。對已出現腐蝕的構件，需根據損傷程度采取噴砂除銹后重涂和局部置換或增加FRP加固層等修復措施。同時結合環境監測數據，建立壽命預測模型，動態調整維護周期，確保結構全生命周期性能穩定。施工與驗收規范鋼-混凝土組合結構施工應遵循'鋼結構先行和分階段吊裝'的原則。優先完成主體框架及關鍵節點安裝，確保構件定位精度；后續依次進行壓型鋼板鋪設和鋼筋綁扎與混凝土澆筑。需嚴格按設計圖紙控制工序銜接，如鋼梁與栓釘的同步安裝，避免因順序錯誤導致結構受力失衡或返工風險。施工前應制定詳細流程圖，并協調各專業交叉作業。臨時支撐是保證結構穩定性的關鍵措施。支撐體系需根據構件跨度和自重及施工荷載設計，常用可調鋼支撐或預應力支撐體系。安裝時應避免局部超載，支撐點宜與永久支座位置錯開，并確保垂直度偏差≤H/。拆除前須確認混凝土強度達標且組合梁協同工作性能滿足要求，嚴禁提前拆除導致結構失穩。施工誤差需通過全過程監測和分級管控。安裝前采用高精度全站儀定位鋼構件軸線及標高，允許偏差≤mm；節點連接處應分段校正，焊縫質量按規范抽檢。混凝土澆筑時監控壓型鋼板變形，防止局部下撓超限。施工中利用BIM技術模擬誤差累積影響，并建立實時反饋機制，對超出容許范圍的偏差及時調整，如通過預起拱或支撐微調恢復設計狀態。安裝順序和臨時支撐及施工誤差控制

關鍵工序的檢驗方法與合格判定準則鋼材與混凝土結合面處理檢驗：施工中需對鋼梁翼緣及混凝土板接觸面進行人工鑿毛或拉毛處理，檢驗時采用目測法檢查表面粗糙度是否符合設計要求。使用游標卡尺隨機抽檢%的節點，測量實際紋理深度，合格判定為%以上測點達標且最小值不低于規范限值。結合面清潔度需通過噴砂或高壓水沖洗后無油污和浮銹，用白紗布擦拭三遍不顯污跡。栓釘焊接質量控制：采用環列式超聲波探傷儀對栓釘焊縫進行%無損檢測，重點檢查根部熔合情況。合格標準為無裂紋和未熔合等缺陷且有效焊腳高度≥倍栓釘直徑。同時通過扭矩扳手抽檢%的栓釘，施加設計值倍的扭矩不應出現滑移或斷裂，記錄滑移角應≤°并符合抗剪承載力要求。疊合層混凝土澆筑驗收：施工后需在終凝前檢查鋼梁頂面標高偏差，使用水準儀每m布設測點。養護天后隨機抽取組標準試塊檢測抗壓強度，要求達到設計值的%且同條件試塊強度≥d設計強度%。采用雷達掃描或鉆芯法抽檢%區域，驗證結合面無空洞和裂縫，混凝土保護層厚度偏差控制在+mm/-mm范圍內。防火涂層脫落與失效處置：若鋼結構防火涂層出現大面積空鼓和開裂或厚度不足，需先用敲擊法檢測脫落區域范圍。清除破損部分后噴砂處理鋼面至Sa級清潔度，分層噴涂新型膨脹型防火涂料，每層間隔時間不少于小時。施工環境溫度應控制在-℃，濕度低于%，修復完成后按《規程》附錄D進行厚度檢測和小火爐試驗驗證耐火極限，并建立涂層維護臺賬定期檢查。連接件松動或失效修復方案：針對鋼梁與混凝土板間栓釘和剪力鍵等連接件松動問題，需先通過無損檢測定位缺陷位置。采用高強螺栓重新緊固或更換變形部件，并在節點處增設加密肋板增強抗剪性能。施工時應確保新舊材料界面清潔，使用環氧膠泥填充縫隙，修復后按規程要求進行承載力試驗驗證，同時建議增加定期監測頻次。混凝土局部剝落與裂縫處理：當組合梁翼緣出現因收縮應力或外力沖擊導致的混凝土剝落時，需先清除松散顆粒并鑿毛至堅實層。采用聚合物改性砂漿修補，厚度超過mm時應分層施工，并埋設鋼絲網增強抗裂性能。對于貫穿裂縫，需沿裂縫走向鉆孔灌漿，使用低黏度環氧樹脂材料填充，修復后表面涂刷防水涂料防止水分滲入，同時分析成因優化后續設計細節。常見缺陷的修復方案A鋼-混凝土組合結構施工中，高空作業需嚴格遵循規程要求：①作業人員必須佩戴全身式安全帶并連接可靠錨點；②設置雙層防護網及水平生命線系統，覆蓋作業面周邊米范圍；③吊籃和操作平臺須經荷載驗算并配備防傾覆裝置；④惡劣天氣嚴禁高空作業；⑤每日開工前檢查腳手架連墻件和懸挑梁穩定性，并記錄存檔。BC針對鋼結構耐火極限不足的問題，需采取以下措施：①鋼構件表面涂刷厚型或薄型防火涂料，厚度符合設計耐火時間；②關鍵節點采用外包混凝土組合結構提升耐火性能；③施工現場配備滅火器和消防水帶，并設置臨時消防水源；④動火作業需審批并安排專人監護，周邊可燃物須清理干凈；⑤電氣線路使用阻燃型材料，配電箱遠離易燃建材存放區。施工階段應制定專項應急預案：①成立應急小組，明確指揮和疏散和醫療等職責分工；②定期開展高空墜落和火災等場景演練；③設置緊急逃生通道標識，確保作業層至地面路徑暢通；④配備急救箱和擔架等物資，并與最近醫院建立快速聯絡機制；⑤事故發生時啟動'先救人后處理'原則，分鐘內上報監管部門并保護現場證據。高空作業和防火措施及應急預案應用實例分析節點是組合結構的關鍵傳力部位，其構造需滿足強度和剛度和延性三重標準。設計時應根據荷載類型選擇焊接和栓釘或機械剪切鍵等連接方式，并明確焊縫等級及螺栓預緊力要求。施工階段需嚴格監控混凝土澆筑質量與鋼構件安裝精度，例如梁柱節點核心區的預留孔偏差須控制在mm以內，確保后期承載性能達標。鋼-混凝土組合結構通過鋼材的高強度和混凝土的抗壓性能實現協同工作。設計中需重點考慮剪力鍵布置和連接件間距及界面應力傳遞效率，確保兩者共同受力以提高整體承載力。例如，在高層建筑框架柱設計時，應依據規程要求計算組合截面的彎矩-曲率關系，并通過有限元分析驗證節點區域的應力集中問題，避免局部失效風險。高層組合結構的抗震設計需遵循'強柱弱梁和強剪弱彎'原則，通過調整鋼骨混凝土柱與型鋼梁的截面配比實現耗能機制。規程中推薦采用延性系數法評估構件塑性鉸區轉動能力，并結合性能化設計目標設置屈曲約束支撐或阻尼器。此外，需通過Pushover分析驗證結構在罕遇地震下的位移角限值及薄弱層分布合理性。高層建筑組合結構設計解析A鋼-混凝土組合橋梁通過栓釘和剪力鍵實現鋼材與混凝土協同受力，鋼梁承擔彎矩并約束混凝土板變形，共同作用顯著提升整體剛度和承載能力。設計時需考慮兩者材料性能差異導致的應力滯后現象，并通過優化連接件布置減少界面滑移，確保荷載傳遞效率最大化。BC受力優化方案可從截面形式與構造細節入手：采用變高度鋼箱梁結合頂板混凝土鋪裝形成組合截面，利用混凝土分擔局部壓力并改善抗扭性能；在節點區域增設加強肋或預應力束，增強復雜荷載下的整體穩定性。同時需通過有限元分析驗證不同工況下正負彎矩區的協同工作狀態。經濟性優化需平衡材料用量與結構壽命：采用高強鋼材降低用鋼量的同時配置普通混凝土形成經濟組合；在連續梁橋設計中設置合理鉸接位置，減少溫度應力影響。施工階段可采取分步澆筑或體外預應力技術，通過時變效應分析實現全生命周期內的受力優化和維護成本控制。鋼-混組合橋梁的受力特點與優化方案荷載效應分析