張好銘　劉繼明

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀，以及介紹了國(guó)內(nèi)外不同的設(shè)計(jì)規(guī)范和計(jì)算分析方法，并提出進(jìn)一步研究的方向。

關(guān)鍵詞：鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)；發(fā)展；研究方向

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱SRC（Steel Reinforced Concrete structures）結(jié)構(gòu)，主要是指將軋制的或者焊接的型鋼與鋼筋一起澆筑混凝土，從而形成的一種新型的結(jié)構(gòu)體系。有的稱之為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的力學(xué)性，強(qiáng)度高、剛度大、抗震性能良好、耐疲勞和耐高溫等，而且省工省料、架設(shè)輕便、施工快捷。因此，在各種實(shí)際工程中應(yīng)用非常廣泛。

1 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)由在鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展而來(lái)，這種結(jié)構(gòu)最早應(yīng)用在歐美國(guó)家。20世紀(jì)初，歐美就開(kāi)始對(duì)SRC柱進(jìn)行了研究。歐美等國(guó)家的工程技術(shù)人員到19世紀(jì)40年代后才認(rèn)識(shí)到混凝土在鋼骨外包，對(duì)于提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度起到一定的作用。此后經(jīng)過(guò)了多年的研究，歐洲國(guó)家在1985年制訂了統(tǒng)一規(guī)范EC45組合結(jié)構(gòu)6，這種方法是按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的折算剛度的理論來(lái)計(jì)算的。第二次世界大戰(zhàn)過(guò)后，前蘇聯(lián)為進(jìn)行了大量的鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究和應(yīng)用。施工時(shí)為了加快施工進(jìn)度，利用結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼骨來(lái)承擔(dān)模板作用和支撐。蘇聯(lián)于1951和1978年分別出版了《勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和CN 3-78勁性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南，強(qiáng)調(diào)必須在實(shí)腹式型鋼混凝土中，設(shè)置縱向的柔性鋼筋和箍筋。

日本的處于地震多發(fā)地帶，受震害比較多，所以對(duì)這種新型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和研究較早而且技術(shù)比較領(lǐng)先。日本從上個(gè)世紀(jì)20年代就開(kāi)始對(duì)SRC進(jìn)行研究，1958年第一次制定了《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，此后又經(jīng)過(guò)了多次修訂，形成了一套較為完整的設(shè)計(jì)理論和方法。日本興業(yè)銀行采用了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，在1921年建成后兩年的東京大地震中，幾乎沒(méi)有受到震害影響。正因?yàn)槿藗冋J(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)的變形能力對(duì)建筑物抗震性能所具有的重要意義，隨后鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是高層建筑結(jié)構(gòu)和橋梁工程等。

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)使用于1950年后才開(kāi)始，早期的應(yīng)用僅限于少數(shù)工業(yè)廠房和一些特殊結(jié)構(gòu)，主要是按前蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算。我國(guó)在這方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作是在80年代以后，先后制定頒發(fā)了一系列標(biāo)準(zhǔn)：YB 9058-97《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（冶金工業(yè)部）、DL/T 5085-1999《鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）、JGJ 138-2001《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)具有良好的承載能力和抗震性能，而20世紀(jì)70年代以后，高層結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)發(fā)展迅速，所以SRC在高層建筑中應(yīng)用的會(huì)越來(lái)越多。

2 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的規(guī)范和設(shè)計(jì)方法

對(duì)于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算，歐美國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)采用大都極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，將混凝土結(jié)構(gòu)部分折算后按照鋼結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，型鋼和混凝土之間的剪力傳遞在強(qiáng)度計(jì)算中也需考慮。美國(guó)的AISC-LFRD和ACI設(shè)計(jì)規(guī)范也均采用這種極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。

在日本，則是采用的強(qiáng)度疊加理論，制定的AIJ-SRC設(shè)計(jì)規(guī)范，相比之前增加了水平承載力驗(yàn)算，并給出了梁柱節(jié)點(diǎn)、柱腳以及剪力墻等計(jì)算公式。在此設(shè)計(jì)方法中，簡(jiǎn)單地將型鋼與鋼筋混凝土分別承擔(dān)的彎矩進(jìn)行疊加，而型鋼與混凝土之間的約束作用并沒(méi)有考慮，所以其設(shè)計(jì)結(jié)果偏于保守。

前蘇聯(lián)對(duì)于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法也是采用了極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，認(rèn)為型鋼與混凝土是一個(gè)整體，假定型鋼完全處于屈服狀態(tài)，型鋼與混凝土共同工作，這種做法完全套用混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)分別是采用了用日本的強(qiáng)度疊加理論的《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（YB9082- 972），和采用前蘇聯(lián)極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法的《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 138- 2001）。

3 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展前景

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了滿足軸壓比限值、抗震承載能力等要求，底部的樓層的柱子往往設(shè)計(jì)成截面尺寸較大的“胖柱”、“短柱”，而且降低了建筑使用功能和美觀。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)中的型鋼能夠改善這種情況，改善鋼筋混凝土柱抗震性能，提高承載力。

在對(duì)于高層住宅、辦公樓的設(shè)計(jì)和施工中，在鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還提出了核心型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和核心型鋼混凝土短肢剪力墻結(jié)構(gòu)等等，這些結(jié)構(gòu)都具有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用稍滯后于建筑工程。不過(guò)在近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，SRC開(kāi)始從局部構(gòu)件中運(yùn)用向大跨度、多種橋梁形式的方向發(fā)展，SRC自身的剛度大、截面利用率高、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)構(gòu)形式。因此，盡管型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，但已經(jīng)得到迅速發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。

4 有待進(jìn)一步研究的課題

SRC結(jié)構(gòu)是很有發(fā)展前途的，也有著廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)SRC結(jié)構(gòu)的研究，國(guó)內(nèi)外都投入了大量的人力、物力和財(cái)力，并且取得了一定成果，但是許多問(wèn)題尚未研究，即使研究過(guò)也不夠深入，現(xiàn)有結(jié)論還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

目前對(duì)于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究正趨向各種復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、大比例全結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)研究，并不拘泥于一般的梁柱局部構(gòu)件。所以，一些較新的需要進(jìn)一步研究的課題也會(huì)出現(xiàn)，例如：SRC黏性滑移性能的研究；鋼骨混凝土構(gòu)件的疲勞性能；SRC橋梁結(jié)構(gòu)全過(guò)程時(shí)效分析；力學(xué)方法與型鋼混凝土研究的結(jié)合；預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究；SRC構(gòu)件在大跨度結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用；鋼骨混凝土建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析；鋼、混凝土材料對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響程度；SRC結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬與有限元分析等。

5 結(jié)語(yǔ)

由于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)其自身具有優(yōu)越的力學(xué)性能和施工性能，使得在這種新結(jié)構(gòu)在我國(guó)有著非常廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。SRC越來(lái)越多地應(yīng)用于現(xiàn)代建筑和橋梁結(jié)構(gòu)，特別是應(yīng)用于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)之中。但是由于目前的試驗(yàn)手段等諸方面的限制，盡管它是一種新型的結(jié)構(gòu)形式，但仍存在諸多未知的問(wèn)題。因此，筆者相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們一定會(huì)更加詳細(xì)和合理地研究利用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，而且也必將更加廣泛的應(yīng)用于實(shí)際工程中。相信基于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用，一定會(huì)使土木工程研究煥發(fā)出新的生機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1] ECCS.Composite Structure.London and New York.The construction Press，1981.

[2] 日本建筑學(xué)會(huì)著，馮乃謙，葉列平譯.鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及說(shuō)明[M].北京：能源出版社，1998.

[3] JGJ 138-2001，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2002.

基金項(xiàng)目：本文系2013年高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金聯(lián)合資助課，編號(hào)：20133721110004。

作者簡(jiǎn)介：張好銘（1991- ），男，山東省德州市人，青島理工大學(xué)碩士生；劉繼明（1963- ），男，青島理工大學(xué)，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：鋼骨混凝土復(fù)合受力構(gòu)件受扭。