張兵兵

淺談建筑中的組合結(jié)構(gòu)

張兵兵

介紹了鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),闡述了目前國(guó)內(nèi)工程中應(yīng)用較多的組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),分析探討了組合結(jié)構(gòu)在我國(guó)存在的問題,為進(jìn)一步發(fā)展組合結(jié)構(gòu)提供了指導(dǎo)。

組合結(jié)構(gòu),鋼—混凝土組合樓蓋,型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)

0 引言

組合結(jié)構(gòu)早在 19世紀(jì)末就已經(jīng)存在,盡管當(dāng)時(shí)并沒有意識(shí)到要利用兩種材料組合以后新增的強(qiáng)度和剛度,單純的想要減輕鋼管內(nèi)部的銹蝕而灌入混凝土,為了改善鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能而在其外圍包裹混凝土,但就這樣開創(chuàng)了組合結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用的歷史。

組合結(jié)構(gòu)有時(shí)稱作混合結(jié)構(gòu),兩者又統(tǒng)稱為復(fù)合結(jié)構(gòu)。組合結(jié)構(gòu)的定義有不同的描述,在土木工程范圍內(nèi)組合結(jié)構(gòu)應(yīng)該指由兩種或兩種以上結(jié)構(gòu)材料組成,并且材料之間能以某種方式有效傳遞內(nèi)力,以整體的形式產(chǎn)生抗力的結(jié)構(gòu)。這里不包括兩種或兩種以上結(jié)構(gòu)材料組成而是各自單獨(dú)發(fā)揮作用、簡(jiǎn)單疊加、單獨(dú)承受荷載的結(jié)構(gòu)。

1 組合結(jié)構(gòu)分類

土木工程采用的組合結(jié)構(gòu)大致可分為以下幾類：

1)組合板。a.以下部壓型鋼板為配筋的混凝土板,其間用連接件使兩者結(jié)合成整體。b.在箱形截面鋼板內(nèi)充填的組合板。2)組合柱。將型鋼埋入鋼筋混凝土共同承受內(nèi)力的柱構(gòu)件,又稱SRC柱。3)鋼管混凝土柱。將混凝土充填到鋼管內(nèi)部而形成的組合柱,又稱CFT柱。4)組合梁。a.將鋼筋混凝土板錨固在鋼梁上形成的組合梁。b.將型鋼或焊接鋼骨架埋入鋼筋混凝土而形成的梁,又稱SRC梁。5)組合墻。由混凝土和平面鋼板結(jié)合而成的墻板。6)組合殼體。由混凝土和曲面鋼板結(jié)合而成的殼體。

2 組合結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

組合結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮各自材料的性能,絕不單單是 1+1=2那么簡(jiǎn)單,具有如下特點(diǎn)：

1)鋼—混凝土組合樓蓋中,壓型鋼板可作為混凝土的受拉加強(qiáng)部分,用以抵抗板面荷載產(chǎn)生的板底拉力,除了在適當(dāng)部位要設(shè)置鋼筋減輕混凝土收縮以及溫度變化的影響外,不必再另設(shè)鋼筋。并且壓型鋼板作為永久性模板,不再需要安裝、拆模,方便施工。

2)鋼—混凝土組合樓蓋中,混凝土板作為組合梁截面的受壓翼緣,從而使組合截面的幾何特性比非組合截面的幾何特性有很大的改善,因而前者的承載力及剛度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過后者。并可以增強(qiáng)組合梁截面中鋼梁的側(cè)向剛度,可以防止鋼梁在使用荷載下發(fā)生扭曲失穩(wěn)。

3)鋼—混凝土組合樓蓋與鋼結(jié)構(gòu)相比,具有整體性強(qiáng),抗剪性能好,耐震性能大大提高。1923年日本的關(guān)東大地震的震害調(diào)查中,由內(nèi)藤多仲設(shè)計(jì)的日本興業(yè)銀行大樓,總面積達(dá)15 000m2,地上 7層、地下 1層,高度約為 30m的鋼骨鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu),梁、柱都是型鋼埋入的SRC結(jié)構(gòu),在震后幾乎沒有發(fā)現(xiàn)損傷,由此證明了組合結(jié)構(gòu)優(yōu)良的抗震能力。

4)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)含鋼率不受限制,承載力高,剛度大。反過來講,可以減小構(gòu)件截面,增加建筑物使用面積和樓層凈高。型鋼混凝土框架較之鋼框架可節(jié)省鋼材達(dá) 50%以上,經(jīng)濟(jì)效益可觀。

5)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)可以二次受力。澆灌混凝土以前,型鋼混凝土中的型鋼有相當(dāng)?shù)某休d力,可以懸掛模板,承受自重、后澆混凝土和施工荷載等第一階段荷載。后澆混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)硬達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,與型鋼、鋼筋形成整體,共同承受使用荷載。利用二次受力原理進(jìn)行型鋼混凝土梁的合理設(shè)計(jì),可以減小梁的變形和裂縫寬度。

6)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)顯著加快施工速度。不必等待下層結(jié)構(gòu)的混凝土達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度就可繼續(xù)上層施工,不需臨時(shí)支撐,可實(shí)行土建和設(shè)備安裝工序的平行流水作業(yè)。

7)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比,型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的耐久性、耐火性能等均勝一籌。型鋼混凝土構(gòu)件的外包混凝土,可以阻止其中型鋼的局部屈曲,并能顯著改善型鋼的出平面扭轉(zhuǎn)屈曲性能,使鋼骨的鋼材強(qiáng)度得以充分發(fā)揮,節(jié)約鋼材 50%以上。

8)經(jīng)濟(jì)效果好,適合我國(guó)國(guó)情;與鋼結(jié)構(gòu)相比,型鋼混凝土結(jié)構(gòu)用鋼量大幅度減少。資料表明,型鋼混凝土全框架結(jié)構(gòu)較之鋼框架結(jié)構(gòu)可減少鋼材用量 50%或者更多一些。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,型鋼混凝土結(jié)構(gòu)雖然用鋼量有所增加,但有更好的適用性,即減少構(gòu)件體積,增大使用空間,節(jié)省混凝土用量,減輕地基荷載,節(jié)省模板和支撐,可免除構(gòu)件中的預(yù)埋件,有更好的抗震性能等,且建筑結(jié)構(gòu)的綜合效益優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3 組合結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)

由于組合結(jié)構(gòu)具有如上優(yōu)點(diǎn),在國(guó)際上特別是在西方工業(yè)國(guó)家得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。在我國(guó),組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用面還不大,主要是受到如下缺點(diǎn)的制約：

1)組合結(jié)構(gòu)的防火性能不如混凝土結(jié)構(gòu),特別是在高層建筑中,結(jié)構(gòu)防火問題尤為突出。2)組合結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行防銹蝕處理。由于我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用相對(duì)較少,對(duì)鋼材的防銹蝕問題研究的不多,在防銹蝕處理時(shí)多采用防銹蝕油漆,而在西方工業(yè)國(guó)家一般采用在鋼材中加入抗腐蝕成分。這種鋼材表面銹蝕后可形成保護(hù)層,銹蝕不會(huì)向內(nèi)部發(fā)展。3)型鋼混凝土構(gòu)件既要求進(jìn)行鋼構(gòu)件的制作和安裝,又要求支模板、綁扎鋼筋和澆筑混凝土,施工工序增多。4)在我國(guó),對(duì)組合結(jié)構(gòu)的理論研究還不夠深入,理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)也很不夠,因而影響了組合結(jié)構(gòu)在我國(guó)的推廣和應(yīng)用。

4 結(jié)語

改革開放以來,全國(guó)以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心,國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到了空前的發(fā)展,鋼產(chǎn)量大幅度增加,每年以 10%左右的速度持續(xù)增長(zhǎng),1996年我國(guó)鋼產(chǎn)量首次突破 1億 t,躍居世界第一位。鋼材的開發(fā)、計(jì)算的改進(jìn)、新的結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展,為組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)使它在我國(guó)有著更廣泛的應(yīng)用前景,隨著試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用的不斷發(fā)展,可以預(yù)見組合結(jié)構(gòu)將迅速推廣而成為繼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之后的主要結(jié)構(gòu)形式。

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[5]朱聘儒.鋼—混凝土組合梁設(shè)計(jì)原理[M].北京：中國(guó)建工出版社,1989.

On com bination structure in building

ZHANG Bing-bing

The paper introduces the characteristics of steel and concrete combination structure,illustrates the advantages of the combination structures which are common ly applied in projects athome,and analyzes the problems of the combination structure in China,so as to provide the direction for the further development of the combination structure.

combination structure,steel-concrete combination top,steel reinforced concrete combination structure

TU398

A

1009-6825(2011)09-0059-02

2010-11-29

張兵兵(1982-),男,助理工程師,山西新唐工程設(shè)計(jì)有限公司,山西太原 030006