型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
型鋼混凝土(Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC)結(jié)構(gòu)是以型鋼為骨架并在型鋼周圍配置鋼筋和澆筑混凝土的埋入式組合結(jié)構(gòu)體系,。由于型鋼混凝土的內(nèi)部型鋼與外包混凝土形成整體,，共同受力，其受力性能優(yōu)于這兩種結(jié)構(gòu)的簡單疊加,，因此型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在我國已得到日益廣泛的應(yīng)用,。
01SRC組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型
早年美國及日本為了解決鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐火、耐久性及增加鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗水平力作用的剛度和避免受壓屈曲, 簡單地在鋼結(jié)構(gòu)外部包圍以磚石砌體, 在靜載作用時取得一定的效果, 日本關(guān)東大地震, 建筑物震害嚴(yán)重, 但是, 鋼結(jié)構(gòu)外包鋼筋混凝土的建筑 (日本興業(yè)銀行大樓) 卻沒有震害, 這才開始確認了SRC 結(jié)構(gòu)的抗震性, 以后再經(jīng)過多次大地震害調(diào)查, 又進一步證實實腹式型鋼的結(jié)構(gòu)(SRC結(jié)構(gòu)) 的抗震性能是優(yōu)越的,。SRC結(jié)構(gòu)兼有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)點, 而又克服了他們在單獨使用時的一些缺點,。
目前SRC結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用一般有以下方式：
(1) SRC純框架或支撐框架結(jié)構(gòu)；
(2) SRC框架 (框筒) ———SRC剪力墻(核心筒)或鋼筋混凝土剪力墻 (核心筒) 結(jié)構(gòu);
(3)地下室或底部若干層采用 SRC, 上部采用鋼結(jié)構(gòu);
(4)地下室或底部若干層采用 SRC, 上部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),；
(5)框架柱采用 SRC, 梁采用鋼或鋼筋混凝土;
(6)在一般剪力墻和筒體———剪力墻中采用SRC剪力墻,。
02SRC梁正截面承載力計算方法
型鋼混凝土結(jié)構(gòu)可根據(jù)內(nèi)部配鋼形式的不同分為實腹式和空腹式兩大類。實腹式型鋼通常采用由鋼板焊接拼制成或直接軋制而成的工字型,、H 型,、口字型、十字型截面等,；空腹式型鋼一般由綴板或綴條連接角鋼或槽鋼構(gòu)成空間桁架式骨架,。
目前對于實腹式型鋼混凝土梁抗彎承載力的計算方法，國內(nèi)外主要采用以下 3 種計算方法,，即：
（1）折算剛度法：考慮外包混凝土的折算剛度,，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法計算。這種方法適用于用鋼量較大的情況,。
（2）極限平衡理論法：考慮型鋼應(yīng)力分布的影響后,，按鋼筋混凝土梁的設(shè)計方法計算，我國的《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JGJ138-2016 即采用這一方法,。
（3）疊加法：將型鋼部分和混凝土部分的承載力分別計算后疊加,，《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》YB9082—2006 即采用這一方法。
2.1 根據(jù)《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》,，采用極限平衡理論法,。
假設(shè)：
①截面應(yīng)變一直保持平面，混凝土和型鋼之間的相對滑移不做考慮,；
②混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力圖形簡化為等效矩形,，混凝土的極限壓應(yīng)變?yōu)?.003,，對應(yīng)的最大壓應(yīng)力取混凝土軸心抗壓強度,，對混凝土的抗拉作用不計；
③腹板的壓應(yīng)力圖形和拉應(yīng)力圖形全部簡化為應(yīng)力矩形；
④鋼材的應(yīng)力遵守胡克定律,，且不超過強度極限設(shè)計值．
對于型鋼混凝土梁其截面形式為實腹式充滿型,，其截面承載力簡化圖形如圖所示，承載力計算時按照非抗震和抗震分別計算：
型鋼混凝土梁的混凝土受壓區(qū)高度ｘ 還要 足以下的前提條 ：ｘ ≤ξｂｈ０ ,；ｘ ≥ａ′ａ＋ｔf.式中符號的相關(guān)含義見相關(guān)規(guī)范,。
2.2 《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》采用疊加原理，參考了日本的計算標(biāo)準(zhǔn),。
其抗彎承載力計算,，對于雙軸對稱的充滿型的實腹式型鋼混凝土梁，其正截面承載力的計算是將型鋼和混凝土部分的承載力分別計算后疊加：
2.3 我國兩部型鋼混凝土規(guī)范關(guān)于SRC梁計算區(qū)別
《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》:采用強度疊加理論, 將 SRC分為鋼結(jié)構(gòu)部分和混凝土部分并分別計算, 計算結(jié)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(shè)計,。
《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》：采用鋼筋混凝土計算理論, 考慮到構(gòu)件受力后期粘結(jié)失效的客觀存在；鋼骨與混凝土變形協(xié)調(diào),通過構(gòu)件內(nèi)平衡方程求解構(gòu)件承載力,。在承載力計算中,公式較為復(fù)雜,適合于已知各配筋條件的承載力驗算,而已知內(nèi)力求配筋則計算復(fù)雜,。剛度計算采用鋼筋混凝土與型鋼鋼骨兩部分剛度疊加的方法,與《鋼骨規(guī)程》相近,計算公式稍有差異。
兩部規(guī)范都主要針對比較規(guī)則,、常見的實腹式截面形式,。由于空腹式截面抗震性能較差，在實際設(shè)計中較少采用,，兩部規(guī)范也沒有給出空腹式截面的計算方法,。
03SRC常見節(jié)點
由于SRC組合結(jié)構(gòu)在施工時周邊框架鋼梁和樓面梁首先與柱內(nèi)的型鋼進行連接，然后綁扎鋼筋,，再支設(shè)模板并澆筑混凝土,，施工工序比較復(fù)雜，另外框架梁柱的節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜,，箍筋貫穿型鋼或焊接均很困難,，在節(jié)點設(shè)計時需尤其注意。
3.1 柱腳節(jié)點
型鋼混凝土柱可以根據(jù)不同受力特點采用型鋼埋入基礎(chǔ)底板的埋入式柱腳或非埋入式柱腳,。根據(jù)《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,，考慮地震作用組合的偏心受壓柱宜采用埋入式柱腳；不考慮地震作用組合的偏心受壓柱可采用埋入式柱腳,，也可采用非埋入式柱腳,；偏心受拉柱應(yīng)采用埋入式柱腳。
非埋入式柱腳
埋入式柱腳
3.2梁柱節(jié)點設(shè)計
3.2.1 在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中,；梁柱節(jié)點區(qū)域型鋼和鋼筋交錯縱橫,，柱子箍筋遇鋼柱牛腿時常采用牛腿上穿孔。為了保證型鋼強度,，穿孔應(yīng)盡量??；而孔太小又不便于施工，甚至由于制作或施工誤差,，箍筋很難從預(yù)留孔中穿過,。另外當(dāng)柱內(nèi)箍筋數(shù)量較多時，一側(cè)牛腿上可能預(yù)留三列以上的孔,，如此對牛腿截面的削弱很大,。并導(dǎo)致節(jié)點區(qū)域混凝土澆灌困難，難以振搗,，不能保證節(jié)點區(qū)及下部混凝土的密實,。
梁柱區(qū)域鋼筋遇柱牛腿穿孔示意
3.2.2 為了有效解決該問題，在超高層鋼-混組合結(jié)構(gòu)設(shè)計時當(dāng)梁柱節(jié)點鋼筋較多,，型鋼與鋼筋交錯給施工造成較大困難時,，常將用于結(jié)構(gòu)加固以防止裂縫擴大和提高結(jié)構(gòu)剛度及承載力的鋼板箍取代梁柱節(jié)點區(qū)域的箍筋，在與鋼柱相連最高的型鋼梁高度內(nèi)均使用鋼板箍,。
鋼板箍設(shè)置示意
節(jié)點區(qū)域采用鋼板箍來代替箍筋時,，需要保證節(jié)點區(qū)域混凝土抗剪強度在代換后不小于代換前使用箍筋時混凝土抗剪強度。對于此類構(gòu)件,，混凝土柱部分可等效為偏心受壓柱,，其斜截面受剪承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：
根據(jù)代換原則，采用鋼板箍代換后的混凝土抗剪強度不小于代換前,，即：
梁柱節(jié)點區(qū)域箍筋,、鋼板箍與柱牛腿連接對比示意
現(xiàn)場效果對比示意
3.3 梁柱節(jié)點區(qū)梁縱筋與型鋼柱連接節(jié)點
當(dāng)有條件滿足錨固長度要求時，優(yōu)先直接錨固,；
角筋直接錨入柱內(nèi)
當(dāng)錨固長度不滿足要求時,，如有條件繞過鋼柱，應(yīng)優(yōu)先按1:6的角度彎折繞過,；
梁縱筋繞開柱鋼骨
無條件繞過時,，如果在型鋼柱翼緣或腹板上設(shè)置鋼筋穿孔，一方面難以保證型鋼柱不受削弱,，尤其在超髙層建筑中梁主筋較粗,，穿型鋼時，截面缺損率可能將超過規(guī)范所允許面積的要求,；另—方面對施工質(zhì)量,、施工精度要求較高；所以在設(shè)計時可考慮如下兩種處理方式：在翼緣板上焊接套筒或連接板,。當(dāng)采用套筒連接時,，詳圖設(shè)計較為簡單，放樣出鋼筋位置,，在加工制作鋼柱時套筒便可以焊到翼緣板上,。另外在現(xiàn)場安裝鋼筋時,，中部還需增加一個套筒，否則一根鋼筋無法在兩根鋼柱之間擰到套筒里面,。
梁縱筋與柱鋼骨套筒連接
梁縱筋與柱鋼骨連接板連接
總結(jié)下來梁柱節(jié)點區(qū)梁縱筋做法：
3.4型鋼混凝土梁內(nèi)鋼筋與梁鋼骨連接處理
超高層中勁性梁一般截面較大,，為提高鋼筋骨架的整體性,，在梁內(nèi)均設(shè)置有縱向構(gòu)造鋼筋和拉筋,。拉筋遇鋼骨梁時，一般采用在鋼骨梁上穿孔或焊接套筒的方式,。但在鋼骨梁上設(shè)置鋼筋貫穿孔口時,，對鋼骨梁造成截面缺損；在鋼骨梁上焊接套筒時,，若鋼筋直徑太小,，鋼筋的車絲質(zhì)量及與套筒的連接質(zhì)量難以保證。因此,，施工中拉筋遇鋼骨梁腹板時,，拉筋在腹板位置折彎并焊接于鋼骨梁上，焊接長度滿足單面焊,。同樣,，該處理方法也可用于墻內(nèi)有鋼板墻時鋼筋的處理。
型鋼梁內(nèi)鋼筋遇鋼骨處理措施
04SRC工程常見問題
4.1 高層型鋼混凝土地下過渡層問題
對于型鋼混凝土結(jié)構(gòu),，地下室結(jié)構(gòu)往往采用普通鋼筋混凝土,，而上部結(jié)構(gòu)采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，這時型鋼混凝土柱應(yīng)設(shè)置過渡層過渡為鋼筋混凝土柱,。
地上部分地下部分為兩種結(jié)構(gòu)體系,，為盡量避免這兩種結(jié)構(gòu)剛度和承載力的突變，形成薄弱層,，在這兩種結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置過渡層,。1) 從設(shè)計計算上確定地下室某層型鋼混凝土柱可由鋼筋混凝土框架柱代替時，上層型鋼混凝土柱可向下延伸 1 層或 2 層作為過渡層,。2) 過渡層框架柱應(yīng)按鋼筋混凝土柱設(shè)計計算,。
1) 當(dāng)?shù)叵率翼攲涌勺鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位?！陡咭?guī)》3.9.5條規(guī)定: 地下一層的抗震等級應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用,，地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級。依據(jù)此規(guī)定,，地下二層抗震等級可降一級,，軸壓比限值可加大，此時用鋼筋混凝土柱代替型鋼混凝土柱時截面加大不多,，鋼筋混凝土柱容易滿足規(guī)范軸壓比限值的要求,，可將地下二層作為過渡層,。地下三層及以下各層可采用鋼筋混凝土柱。當(dāng)?shù)叵率覂H有一層時型鋼筋柱在基礎(chǔ)部位采用埋入式柱腳或非埋入式柱腳時應(yīng)進行計算,，當(dāng)?shù)叵率覟槎訒r型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)部位,，當(dāng)?shù)叵露硬捎没炷林嬎銤M足規(guī)范要求，型鋼混凝土柱在基礎(chǔ)部位設(shè)計安裝錨栓即可,，當(dāng)?shù)叵率覟槿龑踊蛞陨蠈?，過渡層設(shè)于地下二層，型鋼混凝土柱在地下二層底設(shè)計安裝錨栓,，地下三層及以下采用鋼筋混凝土柱,。
2) 當(dāng)?shù)叵率翼攲舆_不到上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位的要求。當(dāng)?shù)叵?1 層不能滿足上部結(jié)構(gòu)嵌固要求,，而地下 2 層能達到嵌固部位的要求時,，地下 2 層，地下 1 層抗震等級同上部結(jié)構(gòu),，地下 3 層抗震等級可降一級,，此時可將地下 3 層作為過渡層。
4.2 SRC -S 豎向混合結(jié)構(gòu)過渡層的問題
選自.投標(biāo)書代寫網(wǎng) yipai178.com SRC -S 豎向混合結(jié)構(gòu)過渡層的關(guān)鍵問題是過渡層的構(gòu)造設(shè)計和過渡層結(jié)構(gòu)與上,、 下結(jié)構(gòu)之間剛度差的控制問題.在SRC -S 豎向混合結(jié)構(gòu)過渡層設(shè)計中, 目前較常用的有3 種方式：
1) 過渡層按鋼柱設(shè)計, 并于過渡層上一層鋼柱截面相同, 但要求按構(gòu)造設(shè)置外包鋼筋混凝土, 即形成型鋼混凝土柱.過渡層鋼柱向下伸入下部型鋼混凝土柱內(nèi), 伸入長度由梁下皮至2 倍鋼柱截面高度處, 與型鋼混凝土柱內(nèi)的型鋼相連, 在此范圍內(nèi)的型鋼翼緣上應(yīng)設(shè)置栓釘;
2) 下部型鋼在過渡層下層節(jié)點頂面處截斷, 上部鋼柱采用不同于下部SRC 柱中的型鋼截面形式.在過渡層節(jié)點頂面處采用鋼柱柱腳的設(shè)置方式( 埋入式或非埋入式) , 對上部鋼柱和下部SRC 柱中型鋼進行連接;
3) 下部為RC 結(jié)構(gòu), 上部為鋼結(jié)構(gòu), 中間采用SRC 結(jié)構(gòu)過渡層.此時, SRC 過渡層柱中型鋼一般采用上部鋼柱截面形式, 并外包鋼筋混凝土, 形成SRC 結(jié)構(gòu)過渡層, 柱腳采用較小錨板的埋入式柱腳連接形式.
《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》和《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對SRC 柱和鋼柱連接均采用上述第一種設(shè)計方法, 并均提出了相應(yīng)的栓釘設(shè)置構(gòu)造要求和配筋要求,。《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》未給出過渡層的具體設(shè)計方法( 栓釘布置計算,、 型鋼變截面形式) , 《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》給出了過渡層柱剛度的控制值, 并建議了栓釘設(shè)置數(shù)量的簡單計算方法,。
05超高層中鋼管混凝土柱（CFT）與型鋼混凝土柱(SRC)選擇問題
在超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選擇合理高效的抗側(cè)力體系不但可以節(jié)約材料用量,、縮短工期,，還可以增加樓層的有效使用面積。型鋼混凝土柱( SＲC 柱) 和鋼管混凝土柱( CFT 柱) 是超高層建筑中兩種常用的框架柱截面類型,，兩者的力學(xué)性能,、施工性能和經(jīng)濟性能等各有優(yōu)劣。
一般而言兩者綜合性能比較如下：
