浅谈钢骨混凝土结构

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摘要:随着城市建设的发展与建筑技术的进步,大跨度超高层建已经成为建筑结构发展的主要方向之一。因此,钢骨混凝土结构在我国有着广阔的应用前景。本文对钢骨混凝土结构进行了介绍,介绍了这类结构的优点,及这类结构在国外的应用情况。

Abstract: With the development of urban construction and building technology, large span high-rise building has become one of the main directions of the construction structure development. Therefore, the steel reinforced concrete structure in China has a broad application prospects. The paper introduces the structure of steel reinforced concrete, its advantages and the application situation of this structure in foreign countries.

关键词:活性粉末混凝土;减水剂;硅灰;粉煤灰

Key words: reactive powder concrete; water reducer; silica fume; flyash

中图分类号:TU52 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)30-0057-01

1钢骨混凝土结构特点

钢骨混凝土结构具有强度大、延性好、抗震能力强、防火防腐性能好及便于施工等一系列优点,还可以大大减小构件的断面尺寸,明显增加了房间的使用面积,也使房间中的设备、家具更好布置,因此已越来越广泛地应用于高层及高耸结构、地震区的建(构)筑结构、承受大荷载的结构及大跨度结构中,尤其在地震多发的日本应用十分广泛。

钢骨混凝土中配置的型钢形式总的可分为实腹式型钢与角钢骨架的桁架式配钢两大类。

前者的强度、刚度、延性很高,远比后者优越,可用于大型、中型及很高的建筑中。但是,配角钢骨架比配实腹型钢可更多地节约钢材,其含钢量比钢筋混凝土结构稍大或基本相当,而其强度、刚度、延性则比钢筋混凝土结构仍有较大的提高,所以常在荷载、跨度、高度不是特别大的结构中采用。钢骨混凝土构件可以是梁、柱、板墙等组合构件。

目前实腹式钢骨混凝土结构应用更加广泛。钢骨混凝土结构的优点主要在于:

1.1 承载能力和刚度高,截面面积小钢骨混凝土结构中钢骨、钢筋、混凝土三种材料协同工作。钢骨和混凝土直接承受荷载,由于混凝土增大了构件截面刚度,防止了钢骨的局部屈曲,使钢骨部分的承载力得到了提高;另外,被钢骨围绕的核心混凝土因为钢骨的约束作用,使核心区混凝土的强度得以提高,即钢骨和混凝土二者的材料强度得到了充分的发挥,从而使构件承载力大大提高;由于钢骨混凝土结构不受含钢率限制,其承载力比相同截面的钢筋混凝土结构高出一倍还多。

1.2 抗震性能好与钢筋混凝土结构相比,钢骨混凝土结构尤其是实腹式钢骨混凝土结构由于钢骨架的存在,使得钢骨混凝土结构具有较大的延性和变形能力,显示出良好的抗震性能。

1.3 经济效果好与钢结构相比,钢骨混凝土结构用钢量大幅度减小,在承载相当的情况下,一般可节省钢材50%左右,造价可降低10%～40%;与钢筋混凝土结构相比,可节省60%左右的混凝土,并减小了构件的截面尺寸,增加了使用面积和层高,避免形成肥梁胖柱,减轻地基荷载,降低基础费用,因此具有可观的经济效益。

1.4 施工速度快,工期短钢骨混凝土结构中钢骨架在混凝土未浇注以前已形成钢结构,已具有相当大的承载能力,能够承受构件自重和施工时的活荷载,并可以将模板悬挂在钢结构上,不必为模板设置支柱。在多高层建筑中,不必等待混凝土达到一定强度就可以继续上层施工,加快施工速度,缩短建筑工期。

1.5 耐火性和耐腐蚀性好众所周知,钢结构耐火性和耐腐蚀性较差,但对于钢骨混凝土结构来说,由于外包混凝土的存在,在保证承载力提高的前提下,使构件耐火性和耐腐蚀性较钢结构得到了提高。

2钢骨混凝土结构在国外的研究及应用

钢骨混凝土结构最早出现在欧洲。欧美20世纪初就开始对钢骨混凝土柱进行了研究。对钢骨混凝土梁的研究是从加拿大开始的,相继在英国、美国、日本及前苏联等国家也开始了研究。但对钢骨混凝土构件的性能进行大量试验和研究是从20世纪50年代开始的,很多学者在计算模型、分析方法及简化计算等方面做了大量工作,提出了许多风格各异的适合本国实情的理论和方法,但概括起来不外乎钢结构和混凝土结构及叠加原理三方面的理论。欧美的计算理论基于钢结构的方法,考虑混凝土的作用,在试验基础上将试验曲线进行修正,突出反映在组合柱的计算上。前苏联关于型钢混凝土结构的计算理论是基于钢筋混凝土结构的计算方法,认为型钢与混凝土是完全共同工作的,因此试验证明前苏联计算方法在某些方面偏于不安全。第三种类型是日本建立在叠加理论基础上的方法,认为型钢混凝土结构的承载能力是型钢与钢筋混凝土两者承载能力的叠加。比较证明,日本的计算方法过于偏于安全。

3钢骨混凝土结构在我国的研究及应用

我国对钢骨混凝土结构的研究已在全国研究院、高等院校、设计院开展起来。特别是近几十年来在大量学者进行钢骨混凝土梁、柱、梁柱节点、组合楼板等的静力及抗震性能、破坏形态的试验研究基础上,提出了符合我国国情的计算理论。其中西安建筑科技大学还进行了钢骨混凝土框架的抗震试验研究。并在研究成果的基础上陆续制定和颁发了一些专项规程(行业标准)。原能源部电力规划设计管理局于1992年颁发了《火力发电厂主厂房钢一混凝土组合结构设计暂行规定》(DLGJ99-91),内容包括钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构、组合梁结构。1997年原冶金工业部颁发了《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082-97),这个规程主要是参考日本标准编制的。2002年建设部颁发了《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001、J130-2001)。这些规程和规范已经在工程的设计与施工中较为广泛的使用,并明确的提出对各类结构体系的框架柱,当房屋的设防烈度为9度时,且抗震等级为一级时,框架柱的全部结构构件应采用钢骨混凝土结构。

北京的国际贸易中心、京广大厦、长富宫饭店、上海希尔顿酒店、瑞金大厦、北京香格里拉饭店等超高层建筑的底部几层都是钢骨混凝土结构。深圳世贸中心大厦在关键部位应用了钢骨混凝土结构,解决了用普通钢筋混凝土结构不能解决的难题,收到了良好的效果。北京王府井大街的几幢钢骨混凝土升板建筑柱子采用实腹式钢骨混凝土结构取得了良好的经济效果。但总的来说同国外相比差距很大,并且应用钢骨混凝土和钢筋混凝土的混合结构更符合我国国情,但是他们之间的连接相当重要,有待于进一步研究和探讨。中国在钢骨混凝土的研究方面尽管起步比较迟,但是发展的速度是相当迅速的。为了更进一步的研究和分析钢骨混凝土柱的受力性能和破坏形态及承载力的大小,有必要把国内外在钢骨混凝土柱方面的研究成果进行总结。