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摘要：簡要介紹國內外有關型鋼混凝土結構設計規范，并重點對我國現有的關于型鋼混凝土(SRC)結構的兩部規程《鋼骨混凝土結構設計規程》(YB 9082—97)及《型鋼混凝土組合結構技術規程》(jej138—2001)的設計方法進行了分析比較。...

國內外型鋼混凝土結構設計方法的比較

陶  兵  彭  偉  楊雨嘉

(西南交通大學  四川成都610031)

    型鋼混凝土結構(簡稱SRC結構)是以型鋼為鋼骨并在型鋼周圍配置鋼筋和澆筑混凝土的埋人式組合結構體系。因其具有強度高、剛度大、抗震性能強等優點而越來越廣泛地被用于高層與高聳結構、大跨結構和轉換層結構等。型鋼混凝土結構的研究始于20世紀初的歐美國家，相繼在日本及前蘇聯等國家也開始了研究。對SRC構件的性能進行大量試驗和研究則是從20世紀50年代開始，很多學者在計算模型、計算和分析方法及簡化計算等方面做了大量工作，提出了許多風格各異的、適合本國實情的理論和方法。

1、各國型鋼混凝土結構設計規范基本情況

    1.1日本SRC結構設計規范

    SRC結構在日本的應用與研究比較廣泛。l958年出版了《鋼骨鋼筋混凝土計算標準及其說明》，此標準在承載力方面采用了強度疊加理論。l963年進行了修訂，并增加了輕骨料混凝土內容。l975年出版了第二次修訂版，引入了強剪弱彎的計算方法。l987年，日本建筑學會出版了SRC結構設計規范第三版(AU—SRC)，此規范除保留了以往的容許應力設計法外，還增加了水平承載力驗算的條款，并給出了梁柱節點、連接、柱腳及剪力墻等的計算公式。但日本以強度疊加法作為理論基礎，由于沒有考慮型鋼與混凝土之間的相互約束作用，設計結果偏于保守。

    1.2歐美SRC結構設計規范

    美國在很早以前就在鋼筋混凝土技術中使用了SRC結構。l979年由SSLC提出了基于純型鋼的允許應力設計法。在1989年的美國鋼筋混凝土設計規范ACl中，將型鋼視為等值的鋼筋，然后再以鋼筋混凝土結構的設計方法進行SRC構件設計。在1993年美國的鋼結構設計規范AISC—LRFD中，采用極限強度設計法來設計SRC結構，將鋼筋混凝土部分轉換為等值型鋼，再以純鋼結構的設計方法進行組合結構設計，并考慮了殘余應力和初始位移。但此方法是否符合構件的實際受力行為仍有待于進一步探討。

    1.3前蘇聯SRC結構設計規范

    前蘇聯SRC結構應用比較晚，電子建設部于l951年頒布了SRC結構的設計規范，其設計方法采用極限強度法；

    1978年又出版了SRC結構設計指南CN3—78，其內容主要‘是以實腹式型鋼為主，并強調了箍筋和縱筋的作用，認為型鋼與混凝土之間具有可靠的粘結力，可將型鋼與混凝土視為一個整體，其設計方法幾乎是完全套用鋼筋混凝土結構的設計方法。

    1.4我國SRC結構設計規范

    我國從20世紀50年代開始應用型鋼混凝土結構，但研究起步較晚。20世紀80年代才開始對型鋼混凝土結構進行較系統的研究。由西安建筑科技大學與原冶金部建筑研究總院最早開始研究。為了指導我國型鋼混凝土結構的發展，1998年原冶金部參考了日本鋼骨混凝土規范主持制定和頒布了我國第一部《鋼骨混凝土結構設計規程》(YB 9082—97)：2002年，由建設部在總結了我國近年來的研究成果的基礎上又頒布了《型鋼混凝土組合結構技術規程》(JGJ l38—2001)。

2、我國兩部型鋼混凝土規程的設計區別

    2.1 SRC梁承載能力

    2.1.1 SRC梁正截面承載能力

    “YB規程”：采用強度疊加理論，將SRC分為鋼結構部分和混凝土部分并分別計算，計算結果為實際承載能力下限值，偏于保守，而且對不對稱截面計算精度不高。但計算方便簡單，適合于截面估算和截面試設計。

    “JGJ規程”：采用鋼筋混凝土計算理論，考慮到構件受力后期粘結失效的客觀存在，將混凝土的極限壓應變取為0.003，并將《混凝土結構設計規范》(GBJ l0—89)中的fcm改為fc，以降低構件承載能力，而新的《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2002)為提高可靠度，統一將fcm改為fc，所以JGJ規程的結果會導致其可靠度較“規范”(GB 50010—2002)低。兩部規程都主要針對比較規則、常見的截面形式，但一般不影響實際的工程應用。對于對稱性差、較特殊的截面,規程中相應內容不多。

    2.1.2 SRC梁斜截面承載能力

    在兩部規程中，粱的斜截面抗剪承載能力計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。兩部規程關于Vcs、Vc和Vs的規定主要區別在于系數取值不同，通過比較各系數取值，可以大致看出兩部規程的主要區別在于混凝土的抗剪承載力大小。“JGJ規程”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，對于工程實際的斜截面抗剪計算，兩部規程計算結果相差不太大。但應該注意，“JGJ規程”考慮了剪跨比A對集中荷載作用下型鋼部分抗剪能力的影響，而“YB規程”未曾考慮。

    2.2偏心受壓構件正截面承載能力

    兩部規程關于偏壓構件的正截面承載能力計算這一部分區別較大。“YB規程”采用兩種疊加模式：簡單疊加方法和改進疊加方法。計算比較方便，但計算結果相對保守，計算用鋼量偏大。“JGJ規程”采用與鋼筋混凝土構件正截面承載力計算相同的基本假定，以鋼筋混凝土偏心受壓柱正截面承載能力計算理論為基本模式，將型鋼腹板的應力簡化為拉壓矩形應力圖，采用極限平衡法推導出簡化計算方法，并對大、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算公式，在一定程度上保持了與鋼筋混凝土結構設計的連貫性。“JGJ規程”的計算方法理論依據比較充分，但一般需要進行復雜的數學運算。

    2.3剪力墻斜截面抗剪承載能力

    對于型鋼混凝土剪力墻的非抗震設計，兩部規程對無邊框剪力墻的斜截面抗剪承載能力采用相同的模式，計算公式比較接近，主要區別在于型鋼(鋼骨)部分抗剪承載力的取值不同，“YB規程”需考慮剪跨比對型鋼(鋼骨)抗剪的影響。

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

    2.4梁柱節點抗剪承栽能力

    兩部規程都分別對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點的設計剪力vj和節點抗剪承載能力Vju建立了計算公式，并考慮承載力的抗震調整系數。兩部規程對于節點核心區剪力設計值V1的計算主要差別體現在對節點區柱軸壓力有利作用考慮(V)。兩本規程雖然都考慮柱軸壓力對節點核心區混凝土約束的有利作用，但“YB規程”在計算公式中直接考慮軸壓力的有利作用，而“JGJ規程”則考慮軸壓比對混凝土的約束作用。“JGJ規程”更為詳細地考慮到在不同抗震等級、不同節點類型情況下軸壓力影響的區別，分別建立了不同抗震等級、不同節點類型、不同位置節點(一般層中節點、邊節點和頂層節點)的抗剪承載力計算公式。

    2.5構造要求

    構造要求對型鋼混凝土構件的受力性能，尤其是抗震性能的影響很大，兩部規程對型鋼混凝土構件均提出了詳細的構造要求，包括構件的縱筋配置、箍筋加密、保護層厚度，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程關于型鋼含鋼率、保護層厚度、寬厚比限值、縱筋設置等方面的不同要求。相對來說，“JGJ規程”對構造要求的規定更為詳細和全面，與“規范”(GBJl0—89)更為接近和相似。

 

3、結束語

    (1)“YB規程”以日本規程為基準，主要根據強度疊加原理建立構件承載力計算理論，計算簡單方便，但計算結果偏于保守。“JGJ規程”以我國試驗研究為依據，基本上以鋼筋混凝土模式建立計算方法，計算過程和計算公式比較復雜，但計算結果較為準確。

    (2)SRC偏壓構件正截面承載能力采用“JGJ規程”計算較為準確，但是計算比較繁瑣。

    (3)SRC梁柱節點的設計計算采用兩部規程的計算結果相差不大，“JGJ規程”采用“規范”(GBJ l0—89)的模式，將

節點的計算更加細化，準確度有所提高。

    (4)“JGJ規程”相對“YB規程”的構造要求更加嚴格和細化，與“規范”(GBJ l0—89)比較相近。

    (5)兩部規程在很多內容上以“規范”(GB Jl0—89)為基準，隨著新的《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2002)的施行，兩部規程應該進行相應地修訂和統一。

參考文獻：

[1]葉列平 方鄂華 鋼骨混凝土構件的受力性能研究綜述[J]．土木工程學報，2000，33(5)．

[2]趙鴻鐵 鋼與混凝土組合結構[M]．北京：科學出版社，2001．

（本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核）

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