型钢混凝土技术介绍及其在工程楼中的应用

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【摘要】本文基于结构构件和结构体系这两基本层面，就型钢混凝土技术在我国的研究历史和发展做了简要的介绍。并通过该技术在常熟科技城科技商务楼工程中应用，总结出该工程的结构设计方法和施工技术要点，供当地工程技术人员参考。
 
1 前言
型钢混凝土又称钢骨混凝土(Steel Reinforced Concrete，简称SRC)，是指在钢骨周围配置钢筋，并浇筑混凝土的结构。SRC结构属于钢-混凝土组合结构的一种，该体系充分发挥了钢和混凝土各自的优势，协调变形，共同同受力，可以在满足承载力的同时大幅度减小构件尺寸，从而减轻自重，获得更大的建筑实用空间。同时它具有抗震性能好、承载力高、耐火性和耐久性好等优点，现广泛用于高层、超高层、大跨度结构等重要建筑中。

2 SRC结构的特点
SRC结构在英国、美国等西方国家称之为“Concrete-Encased Steelwork”，或简称“Encased Beams”，“Encased Columns”等，日本则称为钢骨混凝土结构，前苏联则称之为劲性钢筋混凝土结构，将置于混凝土中的型钢称为劲性钢；把配置的钢筋称为柔性钢。受到英、美、苏、日等国的影响，我国对这种结构的名称叫法亦很不一致。后在中华人民共和国行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》的编制过程中，组织专家就命名进行讨论，最后确定名称“型钢混凝土”简称“SRC”。
SRC构件是在混凝土中主要配置型钢，也配有构造钢筋及少量受力钢筋。SRC构件与RC（钢筋混凝土）构件相比含钢率较高，因此对于同等截面而言，SRC 构件比RC构件的承载能力大大提高。混凝土中配置型钢以后，混凝土与型钢两者有着互相约束的作用。一方面混凝土包裹型钢，在构件达到承载能力前，型钢很少发生局部屈曲，所以一般在构件中配置的型钢不需要加设加劲板。另一方面，型钢又对核心混凝土起着约束作用，尤其是配置方钢管的闭口型钢时，约束作用更为显著。同时因为整体的型钢比钢筋混凝土中分散的钢筋刚度大得多，所以SRC 构件比RC构件的刚度明显提高。
与普通的RC结构相比，SRC结构具有许多显著的特点：
(1) 变形性能强、抗震性能好。钢筋混凝土结构由于混凝土材料的脆性特征，特别是当同一层中的柱刚度相差较大、担负剪力不均衡或是当结构存在较大的偏心扭转时，构件容易发生剪切破坏，结构的延性较差。钢骨混凝土由于钢骨的存在，构件延性得到很大改善。
(2) 在截面尺寸相同的条件下，可以合理配置较多的钢材。
(3) 当基础采用钢筋混凝土结构、上部为钢结构时，采用钢骨混凝土结构作为过渡层可以使结构的内力传递更为合理。
(4) 在施工时，型钢骨架有较大的承载力，可以作为脚手架使用，如果再利用压型钢板作为混凝土楼板的模板的话，可以大大节省模板工作量。
(5) 由于在构件中同时存在钢骨和钢筋，浇筑起来比较困难。
(6) 钢材较多，建设费用较高。钢骨混凝土结构的用钢量为80～180/m2 其中钢骨占总用钢量的20－50％。
与纯钢结构相比，SRC结构有以下优点：
(1) 混凝土兼有参与构件受力与保护层的功能，经济性较好。
(2) 结构刚度大，外力作用下变形小，在风荷载和地震作用下，结构的水平位移可严格控制。
(3) 混凝土有利于提高型钢的整体稳定性，钢板的局部屈曲、杆件弯曲失稳及梁的侧向失稳不易发生，如果结构构造设计合理，就能保证良好的延性。
(4)使用的型钢规格较小，钢板厚度较薄，比较符合目前我国钢材轧制的实际情况。
 
3 基于规程的SRC结构构件（柱、梁和节点）的理论基础和设计方法介绍
《型钢规程》采用基于钢筋混凝土结构的计算理论，采用的是极限状态设计法设计。
该规程的主要依据是我国近20年来的试验研究成果，与钢筋混凝土梁的计算类似，在作了截面应变保持平面等基本假定的基础上，将型钢翼缘视为纵向钢筋的一部分，同时考虑到加载后期粘结滑移的客观存在，取混凝土的极限压应变为0．003，从而建立了型钢混凝土梁正截面受弯承载力的计算公式。基于平截面假定的计算理论其计算依据是：SRC压弯构件受力达到极限承载力时，截面的平均应变基本上为平面，且型钢截面与混凝土截面的变形基本一致，即两者变形基本上是协调的，得到的是精确计算结果。但计算公式和计算过程较为复杂。由于该规程主要针对的是抗震设计，因此给出的是充满型对称配置实腹式型钢的SRC梁。对于非充满型实腹型钢的SRC梁规程没有给出计算方法。