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摘要：簡(jiǎn)要介紹國(guó)內(nèi)外有關(guān)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，并重點(diǎn)對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的關(guān)于型鋼混凝土(SRC)結(jié)構(gòu)的兩部規(guī)程《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(YB 9082—97)及《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(jej138—2001)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析比較。...

國(guó)內(nèi)外型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的比較

陶  兵  彭  偉  楊雨嘉

(西南交通大學(xué)  四川成都610031)

    型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱(chēng)SRC結(jié)構(gòu))是以型鋼為鋼骨并在型鋼周?chē)�配置鋼筋和澆筑混凝土的埋人式組合結(jié)構(gòu)體系。因其具有強(qiáng)度高、剛度大、抗震性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越廣泛地被用于高層與高聳結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)等。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究始于20世紀(jì)初的歐美國(guó)家，相繼在日本及前蘇聯(lián)等國(guó)家也開(kāi)始了研究。對(duì)SRC構(gòu)件的性能進(jìn)行大量試驗(yàn)和研究則是從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，很多學(xué)者在計(jì)算模型、計(jì)算和分析方法及簡(jiǎn)化計(jì)算等方面做了大量工作，提出了許多風(fēng)格各異的、適合本國(guó)實(shí)情的理論和方法。

1、各國(guó)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基本情況

    1.1日本SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

    SRC結(jié)構(gòu)在日本的應(yīng)用與研究比較廣泛。l958年出版了《鋼骨鋼筋混凝土計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及其說(shuō)明》，此標(biāo)準(zhǔn)在承載力方面采用了強(qiáng)度疊加理論。l963年進(jìn)行了修訂，并增加了輕骨料混凝土內(nèi)容。l975年出版了第二次修訂版，引入了強(qiáng)剪弱彎的計(jì)算方法。l987年，日本建筑學(xué)會(huì)出版了SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第三版(AU—SRC)，此規(guī)范除保留了以往的容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法外，還增加了水平承載力驗(yàn)算的條款，并給出了梁柱節(jié)點(diǎn)、連接、柱腳及剪力墻等的計(jì)算公式。但日本以強(qiáng)度疊加法作為理論基礎(chǔ)，由于沒(méi)有考慮型鋼與混凝土之間的相互約束作用，設(shè)計(jì)結(jié)果偏于保守。

    1.2歐美SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

    美國(guó)在很早以前就在鋼筋混凝土技術(shù)中使用了SRC結(jié)構(gòu)。l979年由SSLC提出了基于純型鋼的允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法。在1989年的美國(guó)鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范ACl中，將型鋼視為等值的鋼筋，然后再以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行SRC構(gòu)件設(shè)計(jì)。在1993年美國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范AISC—LRFD中，采用極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)SRC結(jié)構(gòu)，將鋼筋混凝土部分轉(zhuǎn)換為等值型鋼，再以純鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并考慮了殘余應(yīng)力和初始位移。但此方法是否符合構(gòu)件的實(shí)際受力行為仍有待于進(jìn)一步探討。

    1.3前蘇聯(lián)SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

    前蘇聯(lián)SRC結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較晚，電子建設(shè)部于l951年頒布了SRC結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范，其設(shè)計(jì)方法采用極限強(qiáng)度法；

    1978年又出版了SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南CN3—78，其內(nèi)容主要‘是以實(shí)腹式型鋼為主，并強(qiáng)調(diào)了箍筋和縱筋的作用，認(rèn)為型鋼與混凝土之間具有可靠的粘結(jié)力，可將型鋼與混凝土視為一個(gè)整體，其設(shè)計(jì)方法幾乎是完全套用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

    1.4我國(guó)SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

    我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，但研究起步較晚。20世紀(jì)80年代才開(kāi)始對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行較系統(tǒng)的研究。由西安建筑科技大學(xué)與原冶金部建筑研究總院最早開(kāi)始研究。為了指導(dǎo)我國(guó)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，1998年原冶金部參考了日本鋼骨混凝土規(guī)范主持制定和頒布了我國(guó)第一部《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(YB 9082—97)：2002年，由建設(shè)部在總結(jié)了我國(guó)近年來(lái)的研究成果的基礎(chǔ)上又頒布了《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ l38—2001)。

2、我國(guó)兩部型鋼混凝土規(guī)程的設(shè)計(jì)區(qū)別

    2.1 SRC梁承載能力

    2.1.1 SRC梁正截面承載能力

    “YB規(guī)程”：采用強(qiáng)度疊加理論，將SRC分為鋼結(jié)構(gòu)部分和混凝土部分并分別計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為實(shí)際承載能力下限值，偏于保守，而且對(duì)不對(duì)稱(chēng)截面計(jì)算精度不高。但計(jì)算方便簡(jiǎn)單，適合于截面估算和截面試設(shè)計(jì)。

    “JGJ規(guī)程”：采用鋼筋混凝土計(jì)算理論，考慮到構(gòu)件受力后期粘結(jié)失效的客觀存在，將混凝土的極限壓應(yīng)變?nèi)��?/span>0.003，并將《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ l0—89)中的fcm改為fc，以降低構(gòu)件承載能力，而新的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2002)為提高可靠度，統(tǒng)一將fcm改為fc，所以JGJ規(guī)程的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致其可靠度較“規(guī)范”(GB 50010—2002)低。兩部規(guī)程都主要針對(duì)比較規(guī)則、常見(jiàn)的截面形式，但一般不影響實(shí)際的工程應(yīng)用。對(duì)于對(duì)稱(chēng)性差、較特殊的截面,規(guī)程中相應(yīng)內(nèi)容不多。

    2.1.2 SRC梁斜截面承載能力

    在兩部規(guī)程中，粱的斜截面抗剪承載能力計(jì)算理論都與鋼筋混凝土斜截面的承載能力相同，將型鋼混凝土截面的斜截面抗剪能力從形式上分為3部分：箍筋抗剪作Vcs、混凝土抗剪作用Vc和型鋼(鋼骨)抗剪作用Vs，即：Vsrc=VRc+Vs= Vcs+Vc+Vs。兩部規(guī)程關(guān)于Vcs、Vc和Vs的規(guī)定主要區(qū)別在于系數(shù)取值不同，通過(guò)比較各系數(shù)取值，可以大致看出兩部規(guī)程的主要區(qū)別在于混凝土的抗剪承載力大小。“JGJ規(guī)程”考慮到核心混凝土的約束作用，提高了混凝土的抗剪能力，但降低了箍筋的抗剪作用；型鋼部分差別不大(∮ssv≈0.58fss)。總體上，對(duì)于工程實(shí)際的斜截面抗剪計(jì)算，兩部規(guī)程計(jì)算結(jié)果相差不太大。但應(yīng)該注意，“JGJ規(guī)程”考慮了剪跨比A對(duì)集中荷載作用下型鋼部分抗剪能力的影響，而“YB規(guī)程”未曾考慮。

    2.2偏心受壓構(gòu)件正截面承載能力

    兩部規(guī)程關(guān)于偏壓構(gòu)件的正截面承載能力計(jì)算這一部分區(qū)別較大。“YB規(guī)程”采用兩種疊加模式：簡(jiǎn)單疊加方法和改進(jìn)疊加方法。計(jì)算比較方便，但計(jì)算結(jié)果相對(duì)保守，計(jì)算用鋼量偏大。“JGJ規(guī)程”采用與鋼筋混凝土構(gòu)件正截面承載力計(jì)算相同的基本假定，以鋼筋混凝土偏心受壓柱正截面承載能力計(jì)算理論為基本模式，將型鋼腹板的應(yīng)力簡(jiǎn)化為拉壓矩形應(yīng)力圖，采用極限平衡法推導(dǎo)出簡(jiǎn)化計(jì)算方法，并對(duì)大、小偏心受壓情況分別給出了不同腹板的受彎承載力和受壓承載力的計(jì)算公式，在一定程度上保持了與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的連貫性。“JGJ規(guī)程”的計(jì)算方法理論依據(jù)比較充分，但一般需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

    2.3剪力墻斜截面抗剪承載能力

    對(duì)于型鋼混凝土剪力墻的非抗震設(shè)計(jì)，兩部規(guī)程對(duì)無(wú)邊框剪力墻的斜截面抗剪承載能力采用相同的模式，計(jì)算公式比較接近，主要區(qū)別在于型鋼(鋼骨)部分抗剪承載力的取值不同，“YB規(guī)程”需考慮剪跨比對(duì)型鋼(鋼骨)抗剪的影響。

    兩部規(guī)程對(duì)有邊框剪力墻的斜截面抗剪承載能力的計(jì)算理論中，鋼筋混凝土部分抗剪作用的取值相同，而對(duì)于邊框柱的抗剪作用考慮則有較大區(qū)別。“YB規(guī)程”中邊框柱按偏心受壓柱斜截面抗剪承載能力單獨(dú)考慮，而“JGJ規(guī)程”仍按無(wú)邊框剪力墻計(jì)算模式考慮，考慮邊框柱對(duì)混凝土墻體的約束作用，并采用約束系數(shù)βr對(duì)混凝土部分的抗剪能力提高20％。

    2.4梁柱節(jié)點(diǎn)抗剪承栽能力

    兩部規(guī)程都分別對(duì)由型鋼混凝土柱與框架梁、型鋼混凝土梁、鋼筋混凝土梁和鋼梁組成的節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)剪力vj和節(jié)點(diǎn)抗剪承載能力Vju建立了計(jì)算公式，并考慮承載力的抗震調(diào)整系數(shù)。兩部規(guī)程對(duì)于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪力設(shè)計(jì)值V1的計(jì)算主要差別體現(xiàn)在對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)柱軸壓力有利作用考慮(V)。兩本規(guī)程雖然都考慮柱軸壓力對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土約束的有利作用，但“YB規(guī)程”在計(jì)算公式中直接考慮軸壓力的有利作用，而“JGJ規(guī)程”則考慮軸壓比對(duì)混凝土的約束作用。“JGJ規(guī)程”更為詳細(xì)地考慮到在不同抗震等級(jí)、不同節(jié)點(diǎn)類(lèi)型情況下軸壓力影響的區(qū)別，分別建立了不同抗震等級(jí)、不同節(jié)點(diǎn)類(lèi)型、不同位置節(jié)點(diǎn)(一般層中節(jié)點(diǎn)、邊節(jié)點(diǎn)和頂層節(jié)點(diǎn))的抗剪承載力計(jì)算公式。

    2.5構(gòu)造要求

    構(gòu)造要求對(duì)型鋼混凝土構(gòu)件的受力性能，尤其是抗震性能的影響很大，兩部規(guī)程對(duì)型鋼混凝土構(gòu)件均提出了詳細(xì)的構(gòu)造要求，包括構(gòu)件的縱筋配置、箍筋加密、保護(hù)層厚度，型鋼的寬厚比要求和型鋼含鋼率以及體積配箍率的要求。表l中主要列出了兩部規(guī)程關(guān)于型鋼含鋼率、保護(hù)層厚度、寬厚比限值、縱筋設(shè)置等方面的不同要求。相對(duì)來(lái)說(shuō)，“JGJ規(guī)程”對(duì)構(gòu)造要求的規(guī)定更為詳細(xì)和全面，與“規(guī)范”(GBJl0—89)更為接近和相似。

 

3、結(jié)束語(yǔ)

    (1)“YB規(guī)程”以日本規(guī)程為基準(zhǔn)，主要根據(jù)強(qiáng)度疊加原理建立構(gòu)件承載力計(jì)算理論，計(jì)算簡(jiǎn)單方便，但計(jì)算結(jié)果偏于保守。“JGJ規(guī)程”以我國(guó)試驗(yàn)研究為依據(jù)，基本上以鋼筋混凝土模式建立計(jì)算方法，計(jì)算過(guò)程和計(jì)算公式比較復(fù)雜，但計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。

    (2)SRC偏壓構(gòu)件正截面承載能力采用“JGJ規(guī)程”計(jì)算較為準(zhǔn)確，但是計(jì)算比較繁瑣。

    (3)SRC梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)計(jì)算采用兩部規(guī)程的計(jì)算結(jié)果相差不大，“JGJ規(guī)程”采用“規(guī)范”(GBJ l0—89)的模式，將

節(jié)點(diǎn)的計(jì)算更加細(xì)化，準(zhǔn)確度有所提高。

    (4)“JGJ規(guī)程”相對(duì)“YB規(guī)程”的構(gòu)造要求更加嚴(yán)格和細(xì)化，與“規(guī)范”(GBJ l0—89)比較相近。

    (5)兩部規(guī)程在很多內(nèi)容上以“規(guī)范”(GB Jl0—89)為基準(zhǔn)，隨著新的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2002)的施行，兩部規(guī)程應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)地修訂和統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)：

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（本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核）

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