型钢混凝土组合结构-文档资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 型钢混凝土组合结构,1,第一节 一般要求和结构的整体作用,第二节 型钢混凝土框架梁,第三节 型钢混凝土框架柱,第四节 框架梁柱节点,第五节 型钢混凝土剪力墙,第六节 连接构造,2,第一节 一般要求和结构的整体作用,钢与混凝土两种材料的组合体,型钢,纵向钢筋和箍筋,混凝土,从受力性能而言，其基本属于钢筋混凝土结构的范畴,3,第一节 一般要求和结构的整体作用,优点,：,1）含钢率不受限制，承载力高，刚度大,可以减小构件截面，增加建筑物使用面积和楼层高度；,与钢结构框架相比，节省钢材50,2）结构可以二次受力,施工阶段的第一阶段荷载,与硬化混凝土共同承担使用荷载,可以有效减小梁的变形和裂缝宽度。,4,第一节 一般要求和结构的整体作用,优点,：,3）显著加快施工速度,可平行流水施工,4）结构延性与耗能能力较好,以实腹柱为最好,5）与钢结构相比，其耐久性和抗火性能较好。,可以单独使用，也可以与钢筋混凝土或钢结构组合使用,5,6,7,8,9,SRC,结构应用与研究国内外情况简介,1,、欧美地区,SRC,结构与应用研究,20,世纪初，欧美就开始对,SRC,柱进行了研究，,1908,年,Burr,做了空腹式,SRC,柱的试验，发现混凝土外壳使柱的强度和刚度明显提高。,1923,年加拿大开始做空腹式,SRC,梁的试验，在,1989,年的美国,钢筋混凝土设计规范,中，将型钢视为等值的钢筋，然后再以,RC,结构的设计方法进行,SRC,构件设计。在,1993,年的,钢结构设计规范,中，以纯钢结构的设计方法进行,SRC,结构设计。英国于,1969,年将建筑中的,SRC,柱列入英国钢结构规范,BS449,的第三部分，随后将桥梁中的,SRC,柱列入英国标准,BS5400,的第五部分。对,SRC,梁，英国钢结构设计规范按组合截面进行弹性设计，即取,0.7,倍型钢屈服强度用弹性方法计算型钢，忽略混凝土抗拉强度。,10,2,、日本,SRC,结构与应用研究,在日本，,SRC,结构与钢结构、木结构和,RC,结构并列为四大结构。东京建成的,30m,高全,SRC,结构的日本兴业银行，在关东大地震中几乎没有受到损坏，引起日本工程界的重视。在经历了,1923,年关东大地震、,1968,年十胜冲地震及,1995,年的阪神地震后，发现在地震中其他房屋建筑严重破坏的情况下，,SRC,结构几乎未遭破坏或仅有少量轻微破坏，这就推动了日本研究和应用,STC,结构的热潮。日本从,1951,年开始对,SRC,结构进行了全面系统的研究，,1958,年制定了,钢骨钢筋混凝土计算标准及其说明,。从,1963,年到,1987,年，该标准先后进行了四次修订，最终成为,SRC,结构设计规范。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,，在日本得到广泛应用。,11,3,、我国,SRC,结构的应用与研究,20,世纪,50,年代初，我国从前苏联引进了,SRC,结构，后由于片面追求节省钢材，于,60,年代末几乎停止使用。,80,年代后，随着我国建筑业的迅猛发展，,SRC,结构在全国兴起，北京、上海、江苏等省市的高层建筑中应用了,SRC,和,RC,的混合结构，取得了良好的经济效果。,经过几年的研究和工程实践，参考日本钢骨混凝土设计标准，,1998,年我国冶金部颁布了我国第一部,YB9082-97,钢骨混凝土结构设计规程,。此规程基本沿用了日本标准的设计方法。,将型钢作为等效钢筋，参照我国的混凝土规范及美国有关规范，,2002,年建设不颁布了,JGJ138-2001,型钢混凝土组合结构技术规程,。此规程中的设计方法与我国的混凝土规范相近。,12,适用范围,高层、超高层建筑,地震区建筑,大跨度梁,荷载特别重的梁、柱,13,多、高层建筑的各种结构体系中可以全部采用,型钢混凝土组合结构构件,，也可以在某几层或某些局部部位采用型钢混凝土组合结构。型钢混凝土结构构件可以与钢筋混凝土结构构件组合，也可以与钢结构构件组合，组成,混合结构,，不同的结构发挥各自的特点。,目前，国内高层建筑结构中，都是根据结构受力需要，在能发挥型钢混凝土,承载力大、延性好、刚度大,等特点的部位采用此类结构构件，如在,框,-,剪、框支剪力墙结构的框支层,中采用型钢混凝土框架柱，在,跨度较大的框架结构中采用型钢混凝土梁,，在,剪力墙结构和筒体结构剪力墙,中采用型钢混凝土剪力墙。,14,高层建筑中，型钢混凝土组合结构的设计关键是处理好,连接节点设计,，以及避免结构高度因结构类型改变引起的,承载力和刚度的突变,。设计中应注重重视过渡层的构造，,9,度设防、一级抗震的框架柱，沿高度方向的框架柱应全部采用型钢混凝土组合结构,。,采用型钢混凝土组合结构房屋的最大适用高度，可比,高层建筑混凝土结构技术规程（,JGJ3-2002,）,规定的最大适用高度值适当提高。当全部结构构件均采用型钢混凝土组合结构（包括,型钢混凝土框架和钢筋混凝土筒体组成的混合结构,）时，除,9,度设防外，房屋最大适用高度可相应提高,30%-40%,。,15,16,17,18,第一节 一般要求和结构的整体作用,关键技术,：,1）与不同结构材料的连接节点,2）避免沿高度因结构类型改变引起的承载力和刚度突变,应重视过渡层的设计,19,第一节 一般要求和结构的整体作用,1、型钢配置形式：,1）实腹式：良好的延性和耗能能力,2）空腹式：,20,21,22,23,24,25,26,27,28,在,钢筋混凝土结构,中，钢筋的表面积与截面积比值较大，且一般钢筋表面带肋，在有足够的锚固长度时，钢筋与混凝土交界面的粘结强度可以保证两者变形协调，,共同受力,。,型钢表面积与截面积比值较小，,表面平整,，粘结强度比较小，两者之间易产生滑移。因此，仅靠粘结强度难以保证型钢与混凝土的共同工作。,型钢混凝土组合结构中型钢与混凝土共同工作的标志是两者之间仅存在,可以忽略的相对滑移,。因此，必须采取相应的措施保证型钢与混凝土共同工作。,2,、型钢与混凝土结构的粘结滑移性能,29,第一节 一般要求和结构的整体作用,措施：,配置充满型实腹型钢,抗剪连接件，配置必要的纵筋和箍筋,限值型钢板材的宽厚比,30,31,第一节 一般要求和结构的整体作用,2,、型钢与混凝土结构的粘结滑移性能,配置充满型实腹型钢,当梁上翼缘处于截面受压区，且配置一定的构造钢筋时，型钢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,32,第一节 一般要求和结构的整体作用,2,、型钢与混凝土结构的粘结滑移性能,抗剪连接件,当钢梁全截面受拉且未在钢梁上翼缘配置抗剪连接件，则当截面拉应力较大时，型钢上翼缘与混凝土交界面处的较大剪力将使交界面发生粘结破坏，出现纵向裂缝。,33,第一节 一般要求和结构的整体作用,2,、型钢与混凝土结构的粘结滑移性能,配置必要的纵筋和箍筋,箍筋除了增强截面抗剪承载力外，约束核心混凝土的作用尤为突出，能够增强构件塑性铰区的变形能力和耗能能力，是保证混凝土和型钢、纵向钢筋共同工作的重要因素（防止保护层在破坏阶段时严重剥落）,34,2,、型钢与混凝土结构的粘结滑移性能,限制钢板材宽厚比,35,36,型钢混凝土的粘结滑移,混凝土,型钢,自然粘结作用,连接作用,化学胶结力,化学胶结力,摩擦阻力,摩擦阻力,机械咬合力,连接材料,连接材料,剪切连接件,型,钢,混,凝,土,构,件,型,钢,混,凝,土,结,构,型钢混凝土的粘结滑移,型钢混凝土的粘结滑移,37,由于型钢混凝土之间的粘结作用，型钢才能与混凝土共同工作、共同承担荷载，组合成为一种真正的“组合”结构。,试验研究结果表明，未设置剪力连接件的构件，在荷载约达到极限荷载的,80%,前，型钢与混凝土基本上能共同工作，在,80%,极限荷载以后，二者间有较大的相对滑移产生，变形不能协调一致。,38,推出试验,短柱试验,推出试验方案,39,型钢混凝土结构中，由于粘结滑移的存在将直接影响到构件的受力性能、破坏形态、构件承载能力、裂缝和变形计算。而正是由于对型钢混凝土粘结滑移的不同的考量，各国关于型钢混凝土结构的规范和规程存在较大的差异,40,在高层和超高层建筑的型钢混凝土框架结构中，作用在梁上的竖向荷载是通过型钢与混凝土之间的粘结作用将剪力传递到混凝土中，最终使型钢与混凝土共同承载受力，梁上的内力也是通过型钢与混凝土的粘结作用传递到节点与柱的混凝土中。为了充分发挥混凝土的承载作用，就应该保证型钢与混凝土之间的粘结作用足够大。,41,型钢混凝土结构，锚固问题主要存在于型钢混凝土梁柱节点、型钢混凝土柱脚、型钢混凝土简支梁梁端以及型钢混凝土剪力墙中。在目前的设计应用中，都是按照构造要求采用加设剪力连接件的办法加强型钢混凝土构件的锚固作用。,42,型钢混凝土组合结构的一般要求,一般要求,型钢混凝土组合结构的混凝土强度等级不宜低于,C30,。纵向受力钢筋直径不宜小于,16mm,，与型钢的净间距不宜小于,30mm,。箍筋应做成封闭箍筋。而且混凝土保护层最小厚度应符合,混凝土结构设计规范,。,型钢混凝土构件中的型钢钢板厚度不宜小于,6mm,。而且为保证型钢和混凝土的共同作用需设置抗剪连接件。,43,型钢混凝土构件混凝土最小保护层厚度,44,型钢混凝土组合结构的一般要求,截面形式和构造,截面形式有矩形、,T,形等。,构造要求,（,1,）截面宽度不宜小于,300mm,，截面高宽比不宜大于,4.,（,2,）梁中纵向受拉钢筋不宜超过两排，如需超过两排，施工上应采取分层浇筑等措施，以保证梁底混凝土的密实。,45,型钢混凝土组合结构的一般要求,截面形式和构造,（,3,）梁的截面高度大于或等于,500mm,时，应在梁的两侧沿高度方向每隔,200mm,设置一根纵向附加钢筋。,（,4,）在梁支座处和上翼缘承受较大固定集中荷载处，应于型钢腹板两侧对称设置支撑加劲肋，以利于承受剪力。,（,5,）梁中箍筋的配置应符合,混凝土结构设计规范,的规定。,46,型钢混凝土组合结构的一般要求,截面形式和构造,（,6,）在转换层大梁或托柱梁等主要承受竖向重力荷载的梁中，梁端部型钢上翼缘宜增设栓钉抗剪连接件。,（,7,）型钢混凝土框架梁中配置桁架式型钢，桁架压杆的长细比宜小于,120.,（,8,）开孔型钢混凝土框架梁中的孔位宜设置在剪力较小截面附近，且宜采用圆形。,47,圆形孔孔口加强措施,48,第二节 型钢混凝土框架梁,1、截面形式和构造,2、正截面受弯承载力,3、斜截面受剪承载力,4、变形和裂缝宽度验算,49,第二节 型钢混凝土框架梁,1、截面形式和构造,1.2 构造要求：,1）截面尺寸，相应的配筋要求；,2）保证刚度的措施；,3）转换层设计要求；,4）保证“强剪弱弯”；,5）其他特殊要求；,50,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.1 梁的受弯性能：,oa,段：受拉混凝土未开裂，型钢和混凝土的应力均较小，,Pf,关系为直线，截面受力处于弹性阶段。,0,f,P,a,b,b,c,d,e,51,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.1 梁的受弯性能：,ab,段：达到,a,点，梁受拉区开始出现裂缝，随荷载的增加，裂缝不断发展并逐渐趋于稳定，梁开裂后的截面刚度虽然有所减小，但其减小程度比钢筋混凝土梁小，钢截面刚度大，型钢与钢筋仍处于弹性状态。,0,f,P,a,b,b,c,d,e,52,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.1 梁的受弯性能：,bc,段：随着荷载增加，受力钢筋和型钢受拉翼缘先后达到屈服，截面刚度有较大降低，型钢腹板有一个自下而上逐渐进入屈服状态。,0,f,P,a,b,b,c,d,e,53,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.1 梁的受弯性能：,cd,段：在,c,点，荷载达到最大值，受压区混凝土压碎，保护层剥落的范围和程度都比钢筋混凝土梁大，梁的受弯承载力也随之降低。,0,f,P,a,b,b,c,d,e,54,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.1 梁的受弯性能：,de,段：这一段梁的承载力主要依靠型钢维持，变形可以持续发展很长一段时间，延性性能比钢筋混凝土梁优越。,0,f,P,a,b,b,c,d,e,55,梁试验截面图,56,试件破坏过程,：,M=15-20%M,u,纯弯段,出现裂缝,，并随荷载增加而开展,裂缝到达型钢下翼缘后出现停滞，,不再向上发展,M=50%M,u,裂缝基本出齐，且均为竖缝,加载到一定阶段出现斜裂缝，指向加载点,M=,继续增加,受拉翼缘屈服,腹板屈服,裂缝随之发展,M=80%M,u,受压翼缘出现,水平粘结裂缝,贯通保护层脱,落，,混凝土压碎,57,试验结果分析,：,破坏过程,受拉纤维部分或全部屈服受压混凝土压碎极限,型钢位置影响,全高配置型钢时，粘结劈裂严重,拉区配置型钢时，劈裂不严重，类似于钢筋混凝土梁,应变分布,初期平截面；后期压区应变滞后，应力重分布,钢梁无屈曲发生,滑移的影响,变形不协调，但对承载力影响不大,受压区混凝土应力分布,可按钢筋混凝土一样换算,58,梁破坏形态和裂缝分布图,型钢应力应变图,59,结论：,由梁的破坏形态图和应力应变图可分析出,1,）,钢骨混凝土梁的破坏特征为受压区混凝土被压碎。,2,）,构件丧失最大承载力后，变形性能良好，并且保留相当的承载力。,3,）,型钢与外包混凝土的粘结作用在最大荷载之前一般不会被破坏。仍可以,假定梁截面中型钢与混凝土的应变符合平截面假定。,4,）,受压区型钢保护层越小，粘结劈裂裂缝越为严重。和型钢配置有关，,全高配置型钢时，粘结劈裂严重；拉区配置型钢时，劈裂不严重，类似于钢筋混凝土梁。,5,）,在型钢混凝土构件中型钢不需增加任何加劲肋板，计算时也,不需考虑型钢局部失稳,。,60,61,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力计算,2.,1,以平截面假定为基础的计算方法：,（1）基本假定：,1）截面应变分布符合平截面假定，型钢与混凝土之间无相对滑移；,2）不考虑混凝土抗拉强度；,3）取受压边缘混凝土极限压应变0.003，相应的最大压应力取混凝土轴心受压强度设计值,4）型钢腹板的应力图取为拉、压梯形应力图形。设计计算时，简化为等效矩形应力。,62,型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构及钢结构设计不同，往往不是根据内力计算出钢筋面积或型钢面积，然后选择配筋或型钢的大小，而是梁断面确定后，,先配置型钢,，然后验算其承载能力是否满足。对于配钢的形式与型钢的尺寸应当尽量优化，在保证安全的前提下，尽量配得构件受力合理（尤其是型钢）而且经济，这就需要丰富的设计经验以及工程界人士进一步深入研究。,63,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.3 以平截面假定为基础的计算方法：,（2）正截面受弯承载力：,把型钢拉翼缘屈服，破坏时达到型钢的受拉（压）强度设计值,f,s,型钢混凝土梁正截面计算时，根据中和轴位置不同分,：,在型钢腹板中通过；,不通过型钢；,中和轴恰好在型钢受压翼缘中通过。,64,情况可以作为判别其他两种情况的界限，其应力如图所示。,图,中和轴在型钢受压翼缘中通过时的应力图形,65,为保证受拉翼缘屈服，受压区高度,x,还应满足：,由于中和轴在型钢上翼缘通过，可认为其应力为零，不考虑上翼缘作用由力的平衡可得此时受压区高度,:,（,5.3.1,）,型钢受拉（压）强度设计值,型钢下翼缘截面面积,66,如果求得的 之间，即按此种情况考虑,其极限弯矩为（对型钢上翼缘边缘取矩）,其中因为翼缘板厚 比型钢高度 小得多，因此取力臂时忽略翼缘板厚的影响,如果上下翼缘面积相等 ，即型钢对称，则,67,其中 为型钢全截面面积；,符号：,梁全高；,型钢截面高；,梁宽；,-,分别表示受拉钢筋重心至受拉区边缘和受压钢筋重心至受压区边缘的距离；,-,分别为型钢下翼缘至受拉边缘和型钢上翼缘至受压区边缘的距离；,-,分别为受拉钢筋和受压钢筋的截面积；,-,分别为型钢下翼缘与上翼缘的截面积；,-,型钢腹板厚度；,-,分别为受拉钢筋、受压钢筋型钢的设计强度。,承载能力计算公式,68,2),如果按,5.3.1,式计算得的 ，,属于第一种情况,，即中和轴在型钢腹板中通过,（,），,按下列应力图形（图）计算。,图,中和轴在型钢腹板中通过时的应力图形,69,此时应根据力的平衡重新计算受压区高度，一般地,如果一般地,当型钢对称,即,（,5.3.5,a,）,（,5.3.5,b,）,（,5.3.6,）,(5.3.5),则,则,对中和轴取矩，可得极限弯矩,70,同样承载能力计算应有 且保证,否则，仍按第三种情况即（,5.2,）式计算,为了保证型钢受拉翼缘屈服，还必须满足（,5.3,）式，在第一种情况中，,如果 ，此条件一般都能满足，不必验算，如果上下翼缘不等,的配钢，（,5.3,）式不能满足时，应加大受压翼缘 的面积。,3),如果按（,5.3.1,）式求得的 ，则,属于第二种情况,，即中和轴不通过型钢（,），此时按下压力图形（图,5.8,）计算,根据力的平衡，可得受压区高度,必须满足 ，（且必须满足,5.3,式以保证型钢下翼缘屈服，如不满足,5.3,式要求，则应调整配钢）,（,5.3.7,）,71,图,中和轴不通过型钢的应力图形,72,如果尚有,则能保证型钢全截面屈服，此时极限承载能力按下式计算,若,则说明中和轴距上翼缘很近，不考虑上翼缘作用,可按情况三计算（,5.2,）,然后对型钢上翼缘取矩，可得极限承载能力,（,5.7,）,（,5.8,）,（,5.9,）,（,5.10,）,73,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.3 以平截面假定为基础的计算方法：,（2）正截面受弯承载力：,非抗震设计,74,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.3 以平截面假定为基础的计算方法：,（2）正截面受弯承载力：,抗震设计,75,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.3 以平截面假定为基础的计算方法：,（2）正截面受弯承载力：,当,76,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.3 以平截面假定为基础的计算方法：,（2）正截面受弯承载力：,型钢腹板上端处于受压区,型钢腹板下端处于受拉区,符合此种情况的破坏，即适筋梁破坏,77,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力,2.3 以平截面假定为基础的计算方法：,（2）正截面受弯承载力：,截面界限相对受压区高度,78,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.1,1）型钢截面受弯承载力,2）钢筋混凝土部分的弯矩设计值,3）设采用两排四根纵向钢筋，则,79,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.1,4）混凝土截面抵抗系数,80,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.2,1）不考虑受压钢筋,混凝土强度等级,C30，,1,1.0,1,0.8,81,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.2,由平衡方程,82,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.2,由平衡方程,83,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.2,按构造要求：选用4,16（A,s,804mm,2,）,基于平截面假定的计算方法计算较为繁复，但能较好,反映钢材和混凝土的共同作用。简单叠加法计算简单，,但偏于保守,84,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.1 斜截面受剪性能和破坏形态,破坏形态主要有三种类型：,85,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.1 斜截面受剪性能和破坏形态,破坏形态主要有三种类型：,（1）,斜压破坏,剪跨比,2）时，梁的承载力往往由弯曲应力控制，一般发生弯曲破坏,型钢混凝土梁不会发生斜拉破坏,，型钢腹板可以有效阻止斜拉裂缝的产生。,均布荷载下，型钢混凝土梁的斜裂缝靠近支座，型钢腹板中正应力相对较小，承载力主要由剪应力控制，型钢腹板的受力基本上接近纯剪。,99,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.2 影响斜截面受剪性能的因素,（2）型钢腹板含钢率,含钢率：,A,w,/,bh,0,由于型钢腹板的刚度较大，斜裂缝出现前，其剪应变与混凝土的基本一致。斜裂缝出现后，由于型钢对腹部的混凝土有约束作用，梁的抗剪刚度降低不多；,型钢腹板屈服后，对混凝土的约束丧失，梁的抗剪刚度降低较快，变形增大。但其极限变形远大于混凝土梁，表现出较好的延性性能。,100,101,102,103,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.2 影响斜截面受剪性能的因素,（3）配箍率,配箍率：,sv,A,sv,/,bs,裂缝出现前，箍筋的应力很小，基本不起作用；,设计合理的适筋梁，剪压破坏时，箍筋基本屈服；,箍筋的约束作用还能有效防止型钢翼缘与混凝土交界面的剪切破坏,104,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.2 影响斜截面受剪性能的因素,（4）型钢翼缘宽度与梁宽度比,b,f,/b,型钢翼缘对梁腹部混凝土具有约束作用，能提高梁的承载力和变形能力；,但是，如果比值过大，使梁侧混凝土保护层厚度过小，容易产生剪切粘结破坏,105,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.2 影响斜截面受剪性能的因素,（5）混凝土强度等级,一般，混凝土部分受剪承载力随混凝土强度提高而提高；,剪跨比一定时，抗剪承载力随混凝土强度提高,剪跨比较小时，增长率较大,剪跨比较大时，增长率较小,106,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.3 斜截面受剪承载力计算,1）将腹板看作连续分布的箍筋，采用混凝土梁的计算方法,含钢量小时，基本符合实际,2）剪力分配计算方法,荷载的反复作用型钢与混凝土之间的粘结作用丧失，剪力由型钢部分和钢筋混凝土部分一起承担,计算较复杂，不易准确,107,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.3 斜截面受剪承载力计算,3）叠加方法,用型钢部分与钢筋混凝土部分受剪承载力之和作为型钢混凝土构件的受剪承载力,我国采用此种方法,108,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.3 斜截面受剪承载力计算,（1）计算公式,型钢混凝土梁在斜截面受剪的过程中，型钢腹板先屈服，而后斜压短柱（斜压破坏）或剪压区（剪压破坏）混凝土被压碎而达到极限状态，同时箍筋屈服。,斜截面受剪承载力计算公式可采用箍筋混凝土部分,Vac,和型钢部分,Va,叠加：,109,图,弯曲剪切破坏时的应力图形,110,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.3 斜截面受剪承载力计算,（1）计算公式,V,RC,由混凝土部分受剪承载力,V,c,、,斜裂缝相交的箍筋承担的剪力,V,sv,叠加：,111,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.3 斜截面受剪承载力计算,（1）计算公式,型钢受剪承载力，由型钢腹板受剪承载力,V,RC,提供，一般假定型钢全截面受剪：,112,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力,3.3 斜截面受剪承载力计算,（1）计算公式,非抗震设计：,抗震设计：,113,114,当以集中荷载为主时，型钢混凝土独立梁的斜截面,受剪承载力应按下列公式：,非抗震设计,抗震设计：,115,116,（,3,）截面限制条件,非抗震设计,抗震设计：,117,第二节 型钢混凝土框架梁,例,某钢骨混凝土简支梁，计算跨度,l,=5m,，,承受均布荷载，其中恒载设计值,g=12 kN/m,，,活载设计值,q=14 kN/m,，,梁的截面尺寸,b,h=250,500mm,，,a,s,=35mm,，,钢梁中型钢的腹板厚度为,8,mm,，,腹板的高度,214,mm,，,型钢和纵筋均为级钢，,f,ay,=f,y,=210N/mm,2,，,混凝土强度等级为,C25,，,f,c,=11.9N/mm,2,，,试验算此梁,斜截面抗剪承载力,.,118,第二节 型钢混凝土框架梁,解,119,第二节 型钢混凝土框架梁,4、变形和裂缝宽度验算,4.1 刚度计算,影响梁的刚度因素：,型钢含量,纵向受拉钢筋含量,相同荷载时，型钢混凝土梁的刚度比钢筋混凝土梁有所提高,在正常使用极限状态下的挠度，可根据构件的刚度用结构力学的方法计算,120,第二节 型钢混凝土框架梁,4、变形和裂缝宽度验算,4.1 刚度计算,裂缝出现以前，型钢混凝土梁截面基本上处于,弹性状态,，截面刚度可按换算截面的弹性刚度计算；在正常使用荷载下，梁是带裂缝工作的,裂缝出现后，纯弯段内的平均应变符合平截面假定，可认为型钢部分与钢筋混凝土部分保持变形协调；,121,第二节 型钢混凝土框架梁,4、变形和裂缝宽度验算,4.1 刚度计算,正常使用阶段的截面抗弯刚度等于钢筋混凝土截面抗弯刚度和型钢截面抗弯刚度的叠加,122,第二节 型钢混凝土框架梁,4、变形和裂缝宽度验算,4.1 刚度计算,荷载效应标准组合下型钢混凝土框架梁截面的刚度（短期刚度），钢筋混凝土部分的截面刚度可按下式计算,123,第二节 型钢混凝土框架梁,4、变形和裂缝宽度验算,4.1 刚度计算,长期荷载作用下，型钢混凝土梁的截面刚度,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,第三节 型钢混凝土框架柱,1、柱的轴压比,2、构造要求,3、正截面受压承载力,4、斜截面受剪承载力,134,第三节 型钢混凝土框架柱,1、柱的轴压比,影响柱的延性主要因素之一：,随轴压比增大，延性降低；,规定轴压比限值是保证框架柱延性性能和耗能能力的必要条件,轴压比相同时，型钢混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更好的滞回特性和延性性能,因此需考虑型钢的有利作用,135,第三节 型钢混凝土框架柱,2、构造要求,2.1 箍筋,截面的配箍率越高，柱的延性越好,箍筋的约束作用混凝土使极限变形增大,矩形箍筋的体积配筋率：,螺旋箍筋的体积配筋率：,136,第三节 型钢混凝土框架柱,2、构造要求,2.2 型钢,受力型钢的含钢率不宜小于4，且不宜大于10；,一定数量的型钢才能使其具有比钢筋混凝土柱更高的承载力和更好的延性,若按构造要求配置型钢，可不受这一规定,137,第三节 型钢混凝土框架柱,2、构造要求,2.3 纵向受力钢筋,全部纵向受力钢筋的配筋率不宜小于0.8，以使型钢能在混凝土、纵向钢筋和箍筋的约束下发挥其强度和塑性性能；,由于框架柱承受的弯矩和轴力较大，因此柱内纵向受力钢筋直径不宜小于16,mm，,净距不宜小于60,mm，,以便浇注混凝土,纵向钢筋截断不应在中间各层节点处，其框架节点区的锚固和搭接应符合混凝土规范,138,3.1,轴心受压柱,破坏过程；,弹性,受力阶段；,型钢和纵向钢筋,屈服,变形加大；,混凝土达极限压应变,压碎,。,破坏时特征；,临近破坏时，出现纵向裂缝，,类似混凝土棱柱体受压破坏,；,无混凝土的剥离和鼓胀现象,；,型钢没发生屈曲,。,3、正截面受压承载力,139,有关结论；,钢骨混凝土轴压柱破坏,类似混凝土棱柱体受压破坏,；,型钢和混凝土,变形协调，可采用叠加原理,计算；,箍筋可提高延性，但对强度提高不明显，,可按非约束混凝土考虑,;,破坏时,型钢和钢筋一般可达屈服强度,；,破坏时混凝土强度接近于轴心抗压强度标准值。,140,轴压柱承载力计算,长柱的承载力计算；,混凝土的净截面面积，即应扣除钢筋和型钢部分；,型钢的有效净截面面积，即应扣除孔洞削弱的部分；,141,142,（1）大小偏压界限,3.1,2,配实腹式型钢的偏心受压柱的试验研究,配实腹型钢偏心受压柱有两种破坏形式,:,受压破坏,(,小偏心受压破坏,),拉压破坏,(,大偏心受压破坏,),143,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.1 柱的受力性能和破坏形态,（1）受压破坏（小偏心受压）,受拉钢筋没有屈服，破坏前拉区横向裂缝出现较迟，或不出现；,破坏时柱高中部附近混凝土保护层突然压碎剥落，纵向裂缝迅速向上、下两端延伸，最后压区混凝土被压碎，承载力急剧下降,；,小偏心受压破坏：,远离压力侧钢梁和钢筋或受拉或受压，一般达不到屈服,144,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.1 柱的受力性能和破坏形态,（2）拉压破坏（大偏心破坏）,柱受拉侧混凝土开裂，出现垂直裂缝。,继续加载,受拉钢筋和型钢受拉翼缘屈服,破坏时，混凝土被压碎；一般受压钢筋和型钢受压翼缘也达到屈服强度,大偏压受压破坏：,受拉侧钢梁、钢筋可达屈服,145,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.1 柱的受力性能和破坏形态,（3）界限破坏,型钢混凝土柱没有典型的界限破坏,一般以型钢受拉翼缘受拉屈服与受压边缘混凝土极限压应变同时发生的情况定义为型钢混凝土柱的界限破坏。,146,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.1 柱的受力性能和破坏形态,无论哪种破坏，过了最大荷载点后，由于受压区保护层混凝土被压碎而退出工作，截面弯矩有一较快的衰减过程；,此后，型钢以及受型钢翼缘和箍筋约束的混凝土部分仍具有一定的承载力,与钢筋混凝土构件不同,147,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.,2,基于平截面假定的简化计算方法,正截面承载力计算可采用型钢混凝土梁相同的方法，即以应变平截面假定为基础的简化计算方法,采用平截面假定，需进行数值计算，很能直接应用于工程设计,因此，应采用简化计算方法,148,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.,2,基于平截面假定的简化计算方法,（1）偏心距增大系数,和初始偏心距,e,i,型钢混凝土偏心受压柱在弯曲平面内的侧向弯曲增大了控制截面的偏心距，导致柱的承载力降低,偏心距相同时，柱长度越大，柱侧向挠度越大,偏心距越小，柱长度的增加对柱侧向挠度和承载力的影响也增大。,149,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.,2,基于平截面假定的简化计算方法,150,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.3 基于平截面假定的简化计算方法,（2）偏心受压承载力计算,151,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.3 基于平截面假定的简化计算方法,（2）偏心受压承载力计算,非抗震设计,其他同型钢混凝土梁计算,P67,152,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.3 基于平截面假定的简化计算方法,（2）偏心受压承载力计算,按平截面假定，型钢混凝土柱截面受压界限破坏时的相对受压高度：,当混凝土等级不超过,C50，,1,0.8；C80，,1,0.74,153,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.3 基于平截面假定的简化计算方法,（2）偏心受压承载力计算,柱截面受拉边或受压较小边的纵向钢筋应力和型钢翼缘应力取值：,当 为大偏心受压构件,当 为小偏心受压构件,154,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.3 基于平截面假定的简化计算方法,（3）框架柱内力设计值,1）非抗震设计,按荷载效应基本组合的最不利值计算,2）抗震设计,考虑地震作用组合的框架柱的节点上、下端截面内力设计值计算,155,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力,3.3 基于平截面假定的简化计算方法,2）抗震设计,A、,节点上下柱端的弯矩设计值,一级抗震等级,二级抗震等级,156,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.1,157,第三节 型钢混凝土框架柱,解,1、型钢截面承载力,2、钢筋混凝土部分,先假定每侧配置6根纵向钢筋,158,第三节 型钢混凝土框架柱,解,（1）计算偏心距,纵向压力至截面重心的偏心距,附加偏心距,初始偏心距,属于小偏心受压,159,第三节 型钢混凝土框架柱,解,（2）纵向钢筋,160,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2,采用基于平截面假定的简化方法求其极限弯矩,（1）求型钢混凝土截面受压界限破坏时的相对受压高度,161,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2,采用基于平截面假定的简化方法求其极限弯矩,（1）求型钢混凝土截面受压界限破坏时的相对受压高度,162,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2,（2）求型钢下翼缘与下部受拉钢筋的合力点（距柱截面下边缘距离，采用力的平衡）,（3）截面有效高度,163,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2,164,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力,其对结构抗震能力由重要的影响,4.1、框架柱的受剪破坏形态：,剪切斜压破坏,剪跨比小于1.5的框架柱,反复荷载作用下，斜裂缝的方向与构件对角线的方向大致相同。随着荷载的增加与反复，斜裂缝进一步发展，沿对角线方向形成,若干斜压小柱体,。最后小柱压溃，混凝土剥落，导致构件破坏。,165,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力,其对结构抗震能力由重要的影响,4.1、框架柱的受剪破坏形态：,剪切粘结破坏,剪跨比在1.52.,0,之间的实腹式型钢柱,除柱端斜裂缝外，沿柱全长在钢骨翼缘处还连续分布有短小的斜裂缝。这种斜裂缝是由于钢骨翼缘与混凝土之间的粘结破坏引起的。随着荷载的增加，裂缝很快贯通，导致保护层混凝土剥落，承载能力下降直至破坏。,在纵向轴压力作用下，混凝土将发生横向膨胀变形，将促进最后阶段保护层剥落，这对粘结不利。,166,167,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力,其对结构抗震能力由重要的影响,4.1、框架柱的受剪破坏形态：,弯剪破坏,剪跨比大于,2.0,的框架柱,柱端首先出现水平弯曲裂缝，反复荷载作用下，水平缝贯通，并与斜裂缝交叉。当柱截面的受剪承载力高于受弯承载力时，受拉区钢材首先屈服，而后发生剪切破坏。反之受拉区钢材尚未达到屈服就会发生剪切破坏。,168,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力,4.1、框架柱的受剪破坏形态：,注意,：由于柱上作用较大的轴向力，其斜截面受剪性能与梁不同：,轴压力有利于抑制斜裂缝的出现和开展，并提高极限受剪承载力,当轴压比小于0.5，柱的斜截面受剪承载力基本上随轴压力的增加呈线性增加,轴向压力较大时，易出现剪切粘结破坏；轴向力很大时，柱的承载力将受压破坏,由于实腹式型钢的作用，混凝土很难形成主斜裂缝，破坏过程比钢筋混凝土较为缓慢,169,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力,4.3、斜截面受剪承载力计算：,（1）计算公式,根据试验研究，可认为型钢混凝土柱的斜截面受剪承载力由钢筋混凝土和型钢两部分的承载力组成，同时要计入轴压力的有利影响,170,第三节 型钢混凝土框架柱,4.3、斜截面受剪承载力计算：,（1）计算公式,非抗震设计,抗震设计,171,第三节 型钢混凝土框架柱,4.3、斜截面受剪承载力计算：,（2）剪力设计值,非抗震设计,按荷载效应基本组合的最不利值计算,抗震设计,一级抗震等级,172,第三节 型钢混凝土框架柱,4.3、斜截面受剪承载力计算：,（3）截面限值条件,柱的受剪截面限制条件与梁相同,非抗震设计,抗震设计,173,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造,2、节点核心区的受力性能,3、节点承载力计算,174,钢骨混凝土柱现场外景,施工中的某钢骨混凝土柱,175,钢骨混凝土梁柱连接节点,某钢骨,176,牛腿及加劲肋,177,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造,178,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造,节点为梁柱的重叠区域，是保证结构承载力和刚度的重要部位；,连接形式,：,型钢混凝土柱与型钢混凝土梁,型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁,型钢混凝土柱与钢梁,连接要求,：,构造简单,传力明确,便于混凝土的浇捣和配筋,179,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造,三种连接形式中，柱内型钢宜贯通,沿高度方向，在型钢柱对应于型钢梁的上下翼缘处或钢筋混凝土梁的上下边缘处设置水平加劲肋,加劲肋形式宜便于混凝土浇筑，水平加劲肋应与梁端型钢翼缘等厚，且其厚度不宜小于12,mm,180,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造,型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁或型钢混凝土梁的连接节点应采用刚性连接构造；,梁的纵向钢筋应伸入柱节点，且应满足钢筋锚固要求；,各种连接中，柱内型钢截面形式和纵向钢筋的配置应便于梁纵向钢筋贯穿节点，尽可能减少纵向钢筋穿过柱型钢的数量，且不宜穿过型钢翼缘，因为在有梁约束的节点区，柱型钢的承载能力较大。,181,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造,梁纵向钢