鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的多種結(jié)構(gòu)形式及其性能特點(diǎn)

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摘  要：組合結(jié)構(gòu)的使用已經(jīng)廣泛，其中鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)是最為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，而且相當(dāng)成熟，已經(jīng)自成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系。在我國(guó)，組合結(jié)構(gòu)仍屬新的結(jié)構(gòu)形式，隨著大量建筑物的興建，組合結(jié)構(gòu)作為新興結(jié)構(gòu)得到越來(lái)越廣泛的采用，應(yīng)用前景越來(lái)越好。所以，對(duì)鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及性能特點(diǎn)有一定的了解是很有必要的。本文就這些方面對(duì)不同的組合結(jié)構(gòu)形式展開(kāi)介紹。
關(guān)鍵詞：鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)概念，特點(diǎn)
Abstract: The composite structure has been used widely, then steel and concrete composite structure is the most common type and quite mature, so it has become the independent structure system. In our country, the combination of structure is still a new structure form with the construction of large number of buildings,combination structure, as an emerging structure, will more and more widely used, and the application prospect will be better. Therefore, the combination of steel and concrete struction of different structure form will be introduced.
Keywords: steel and concrete composite structure ，design concept ，characteristics
1 概述
組合結(jié)構(gòu)是指由兩種以上性質(zhì)不同的材料組合成整體，并能共同工作的構(gòu)件。組合結(jié)構(gòu)體系也將成為繼傳統(tǒng)的四大結(jié)構(gòu)體系（鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)）以后的第五大結(jié)構(gòu)體系。因此，對(duì)組合結(jié)構(gòu)有一個(gè)基本的了解是必不可少的。而鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)是目前建筑業(yè)應(yīng)用最為廣泛的組合結(jié)構(gòu)，在此，我們對(duì)鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，了解其不同的結(jié)構(gòu)形式以及特點(diǎn)。
鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的主要類型包括壓型鋼板與混凝土組合板、組合梁、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼與混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)等等。下面我們對(duì)不同的結(jié)構(gòu)類型做具體的介紹，了解它們的種類、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及基本的計(jì)算原理。
2 壓型鋼板與混凝土組合板
2.1 組合板的概念
壓型鋼板是將厚度為0.7~2mm的薄鋼板壓制成帶凹凸肋及各種槽紋的波形板，在壓型鋼板上澆筑混凝土，使其與壓型鋼板組合在一起，整體共同工作，形成組合板。(見(jiàn)圖2.1)
圖2.1 壓型鋼板與混凝土的組合連接
2.2 組合板的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
組合辦的特點(diǎn)是受壓性能好，剛度大的混凝土主要分布在受壓區(qū)，受拉區(qū)由壓型鋼板承受，使不同性質(zhì)的材料發(fā)揮出其各自的性能，受力合理。同時(shí)，由于壓型鋼板的工廠化，減少了模板鋼筋的制作、安裝工作，使得組合板的施工速度快，加快了施工進(jìn)度，從而得到建設(shè)者的特別青睞。
組合板可以用作樓面板、屋面板與工業(yè)廠房中的操作平臺(tái)板等，目前已廣泛應(yīng)用于高層、超高層建筑當(dāng)中。
2.3 組合板的計(jì)算理論簡(jiǎn)介
組合板的計(jì)算是按照施工和使用兩個(gè)階段來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算的。在施工階段，壓型鋼板作為澆筑混凝土的底模，進(jìn)行承載力計(jì)算和撓度計(jì)算，采用的是彈性設(shè)計(jì)方法，不考慮混凝土的抗彎剛度，荷載的取值采用標(biāo)準(zhǔn)值；其中，承載力能力計(jì)算只需正截面滿足要求，在變形計(jì)算中，對(duì)于不滿足變形要求的組合板，應(yīng)采取加臨時(shí)支撐等措施來(lái)減小該階段壓型鋼板的變形。
在使用階段，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，應(yīng)按照組合結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算，采用的是塑性設(shè)計(jì)方法，截面剛度采用換算截面法，荷載取值應(yīng)改為采用設(shè)計(jì)值；組合板的承載力計(jì)算包括正截面受彎計(jì)算、斜截面受剪計(jì)算及交界面的縱向水平剪切粘結(jié)計(jì)算，另外需要注意的是，使用階段的變形計(jì)算應(yīng)考慮兩階段的變形效應(yīng)之和。
3 組合梁
3.1組合梁的概念及組成
型鋼作為梁的腹板、混凝土作為梁的翼緣組合在一起，共同工作構(gòu)成T型或倒L型組合梁。混凝土與型鋼之間用剪切連接件可靠連接。
組合梁主要由鋼梁、混凝土翼緣板和剪切連接件，一般還會(huì)設(shè)置板托，可以增大量截面。鋼材會(huì)采用槽鋼型（見(jiàn)圖3.1）、工字鋼和蜂窩型（見(jiàn)圖3.2）
     
圖3.1 槽鋼組合梁結(jié)構(gòu)               圖3.2 蜂窩型組合梁結(jié)構(gòu)
3.2 組合梁的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
同組合板，組合梁的受力合理，能充分發(fā)揮其受壓性能的特點(diǎn)，而且下面的鋼梁在混凝土的約束下，避免了鋼梁受壓時(shí)發(fā)生整體和局部屈曲的特點(diǎn)；另外，施工時(shí)可省去模板，提高了施工速度；由于組合梁相對(duì)于鋼筋混凝土重量輕，這對(duì)地震區(qū)建筑具有重要意義，也是其突出特點(diǎn)。綜合上述幾點(diǎn)優(yōu)越處，組合梁被廣泛應(yīng)用于橋梁、工業(yè)房屋與高層、超高層民用建筑中。
3.3 組合梁的計(jì)算理論簡(jiǎn)介
組合梁截面的承載力計(jì)算理論有兩種，一種是彈性理論法，一種是考慮截面塑性發(fā)展的塑性計(jì)算理論。這兩種理論的應(yīng)用范圍也略有差別，且在撓度計(jì)算時(shí)均應(yīng)采用彈性理論方法。另外，組合梁的計(jì)算也應(yīng)按二階段受力進(jìn)行計(jì)算。
按彈性理論計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)確定組合梁截面特征，計(jì)算有效寬度、慣性矩和彈性抵抗矩；這部分計(jì)算比較復(fù)雜，在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中具有很重要的作用。接下來(lái)的計(jì)算就相對(duì)簡(jiǎn)單，施工階段按照鋼結(jié)構(gòu)理論進(jìn)行，包括受彎、受剪承載力計(jì)算，在使用階段，則按照組合結(jié)構(gòu)計(jì)算，也包括受彎、受剪承載力計(jì)算，但是要注意有時(shí)需要考慮長(zhǎng)期荷載作用，故要考慮混凝土徐變的影響。
一般情況下，當(dāng)鋼梁截面屬于纖細(xì)截面，是按彈性理論計(jì)算，而當(dāng)其屬于密實(shí)截面時(shí)，由于不至于板件局部屈曲而影響承載力，可以按照塑性理論設(shè)計(jì)。其中組合梁截面特征計(jì)算和施工階段計(jì)算都同彈性理論設(shè)計(jì)，在使用階段，進(jìn)行正截面受彎、斜截面受剪承載力計(jì)算時(shí)，則不同于彈性理論，相比較而言應(yīng)該簡(jiǎn)單點(diǎn)。
組合梁還包括剪切件、托板等部分，這些計(jì)算也有多種設(shè)計(jì)法。另外，對(duì)部分組合梁還需進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和變形計(jì)算，這些都需要滿足要求，所以對(duì)于組合梁的計(jì)算內(nèi)容很多，需要考慮完整。
3 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)
3.1 概念
在混凝土中配置型鋼或以配型鋼為主的結(jié)構(gòu)稱為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，不在配置鋼筋及箍筋，同組合板、組合梁相比，它可以作柱，又可以作梁，也可以作墻與筒體，應(yīng)用范圍更為廣泛。不同形式配鋼的混凝土柱見(jiàn)圖4.1。