鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展綜述

劉少杰 孫恩輝 劉愛(ài)軍/華北理工大學(xué)

鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展綜述

劉少杰 孫恩輝 劉愛(ài)軍/華北理工大學(xué)

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)是一種繼鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之后發(fā)展起來(lái)的新型結(jié)構(gòu)，它綜合了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可縮小結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸，增大使用空間。目前在國(guó)內(nèi)外工程界得到了廣泛的應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)形式；鋼骨混凝土；抗震性能

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，人們的生活水平和審美觀不斷提高，對(duì)居住環(huán)境和住宅質(zhì)量的要求越來(lái)越高。大跨度和超高層建筑已成為城市建設(shè)必不可少的一部分。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)因構(gòu)件較小、造價(jià)較低取代了傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于地震見(jiàn)多的城市建設(shè)中去。

一、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的形式與特點(diǎn)

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)是指在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部配置鋼骨的組合結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)SRC(Steel Reinforced Concrete)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在各國(guó)有不同的名稱(chēng)，在我國(guó)叫鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，前蘇聯(lián)稱(chēng)之為勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在混凝土內(nèi)配置鋼骨，形成新的組合結(jié)構(gòu)。所配置的鋼骨的形式有角鋼、工字鋼、寬翼緣工字鋼、雙十字鋼、雙槽鋼、十字型鋼、箱型方鋼管等。用鋼骨取代鋼筋，提高了組合結(jié)構(gòu)的抗拉性能，同時(shí)外包混凝土又提高了組合結(jié)構(gòu)的抗壓性能。所以，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。

（一） 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1.外包混凝土可以提高鋼構(gòu)件的抗壓性能，防止局部受彎變形，提高鋼構(gòu)件的整體剛度；

2.比鋼構(gòu)件具有更高的耐久性、耐火性和抗腐蝕性；

3.比純鋼結(jié)構(gòu)具有更大的剛度和阻尼，有利于控制結(jié)構(gòu)的變形；

（二）鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1.比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有更高的承載力；

2.實(shí)腹式鋼骨的鋼骨混凝土構(gòu)件，受剪承載力有很大提高，大大改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能；

3.鋼骨架本身具有一定的承載力，可以利用它承受施工階段的荷載，并可將模板懸掛在鋼骨架上，省去支撐，這有利于加快施工速度，縮短施工周期，如在多高層結(jié)構(gòu)的施工中不必等待混凝土達(dá)到強(qiáng)度就可以繼續(xù)進(jìn)行上層施工。

二、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外的研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于我國(guó)。早在20世紀(jì)初期，當(dāng)我國(guó)還處在封建王朝的統(tǒng)治之下時(shí)，其他國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始研究鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，并將之應(yīng)用于實(shí)際生活中，大大提高了人們的生活水平，改善了生活質(zhì)量，造福于人類(lèi)。大致可以概括為三方面：

1.在前蘇聯(lián)，二戰(zhàn)后，為加快恢復(fù)建設(shè)，采用勁性鋼筋來(lái)承受懸掛模板和支撐等施工荷載，以加快施工速度。1949年，前蘇聯(lián)建筑科學(xué)研究所編制了《多層房屋勁性鋼筋混凝土?xí)盒性O(shè)計(jì)技術(shù)條件（BTY-01-49）》。50年代又進(jìn)行了較全面的試驗(yàn)研究，1978年制定了《蘇聯(lián)勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南（CN3-78）》。后來(lái)由于省鋼目的，主要采用焊接鋼桁架、鋼構(gòu)架和鋼筋骨架等作為勁性鋼筋混凝（即空腹式鋼骨）。

2.歐美國(guó)家是最早開(kāi)始研究鋼骨混凝土土結(jié)構(gòu)的，開(kāi)始于20世紀(jì)初。但當(dāng)時(shí)僅僅是利用混凝土對(duì)鋼骨的保護(hù)作用，起到耐久、耐火的作用。早期的包鋼混凝土就是這樣產(chǎn)生的，即在鋼柱外面包上混凝土，以此來(lái)提高鋼結(jié)構(gòu)的防火要求。在19世紀(jì)60年代，歐洲開(kāi)始對(duì)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步研究，并在1985年編制了歐洲統(tǒng)一規(guī)范——EC4《組合結(jié)構(gòu)》。隨后美國(guó)也對(duì)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)展開(kāi)了研究，尤其是抗震性能方面。

3.由于日本地處環(huán)太平洋火山地震帶上，地震較多，傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并不能取到很好的抗震效果。為了滿足抗震要求，日本在1905年就開(kāi)始設(shè)計(jì)并使用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，并取得了良好的抗震效果，如1921年在東京建成的全鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的日本興業(yè)銀行，在1923年的關(guān)東大地震中表現(xiàn)出了良好的抗震性能，損失很小。19世紀(jì)50年代初，日本工程設(shè)計(jì)人員開(kāi)始對(duì)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地研究，基本形成比較完整的設(shè)計(jì)理論和方法——疊加原理。

三、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

由于國(guó)情的限制，我國(guó)對(duì)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用起步較晚，工程應(yīng)用就更少，所以只能借鑒他國(guó)經(jīng)驗(yàn)，如50年代建成的包頭電廠主廠房和鞍山鋼鐵公司的混鐵爐基礎(chǔ)，都是從前蘇聯(lián)引進(jìn)的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。由于種種原因，并沒(méi)有得到廣泛推廣，直到60年代末幾乎停止使用。隨著80年代的改革開(kāi)放，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，全國(guó)各行各業(yè)都百?gòu)U待興。在這種情況下，建筑行業(yè)迅速發(fā)展，大跨度和超高層建筑成為了現(xiàn)代化大都市的象征。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛地使用在工程建設(shè)中，如結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土核心筒外框?yàn)殇摴腔炷两Y(jié)構(gòu)的上海世界金融大廈和柱子為鋼骨混凝土柱的北京香格里拉飯店。

雖然我國(guó)早在50年代就從蘇聯(lián)引進(jìn)了鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，但是對(duì)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究20世紀(jì)80年代才開(kāi)始。在開(kāi)始期間，重點(diǎn)研究了鋼骨混凝土受彎構(gòu)件的正截面和斜截面的受力性能以及抗裂性能，隨后又進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)，深入研究了鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)特性與分析方法。在這些研究成果的基礎(chǔ)上，初步形成了一套較為完整的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。1997年我國(guó)冶金工業(yè)部頒布了我國(guó)第一部《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（YB9082-97），主要內(nèi)容包括內(nèi)含式腹式鋼骨的鋼骨混凝土梁、柱、剪力墻及其連接的設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定。在使用規(guī)范及總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，目前規(guī)范已修訂為《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（YB9082-2006）。

四、結(jié)論

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)因其良好的力學(xué)性能，被越來(lái)越多的應(yīng)用于多地震的城市和地區(qū)。但是由于研究試驗(yàn)時(shí)間太短，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論還不太完善，并不能很好地解決遇到的所有難題。隨著大跨度和超高層建筑的大量增加，計(jì)算機(jī)模擬有限元分析越來(lái)越重要，但是由于計(jì)算機(jī)資源方面的限制，有限元分析結(jié)果只是理論分析，與現(xiàn)實(shí)還是有一定的差距。相信隨著時(shí)間的推移，人們對(duì)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)會(huì)越來(lái)越深，計(jì)算機(jī)發(fā)展也會(huì)越來(lái)越先進(jìn)，這方面的科研將會(huì)更完善，工程應(yīng)用更廣泛。

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