劉少杰 孫恩輝 劉愛軍/華北理工大學(xué)

鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外發(fā)展綜述

劉少杰 孫恩輝 劉愛軍/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，可縮小結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸，增大使用空間。目前在國內(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

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，人們的生活水平和審美觀不斷提高，對居住環(huán)境和住宅質(zhì)量的要求越來越高。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

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)，簡稱SRC(Steel Reinforced Concrete)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在各國有不同的名稱，在我國叫鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，前蘇聯(lián)稱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，具有以下幾點優(yōu)點：

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，具有以下幾點優(yōu)點：

1.比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有更高的承載力；

2.實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)在國外的研究現(xiàn)狀

國外對鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于我國。早在20世紀(jì)初期，當(dāng)我國還處在封建王朝的統(tǒng)治之下時，其他國家已經(jīng)開始研究鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，并將之應(yīng)用于實際生活中，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。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)計技術(shù)條件（BTY-01-49）》。50年代又進(jìn)行了較全面的試驗研究，1978年制定了《蘇聯(lián)勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計指南（CN3-78）》。后來由于省鋼目的，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.歐美國家是最早開始研究鋼骨混凝土土結(jié)構(gòu)的，開始于20世紀(jì)初。但當(dāng)時僅僅是利用混凝土對鋼骨的保護(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，以此來提高鋼結(jié)構(gòu)的防火要求。在19世紀(jì)60年代，歐洲開始對鋼骨混凝土結(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)》。隨后美國也對鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)展開了研究，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年就開始設(shè)計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)計人員開始對鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地研究，基本形成比較完整的設(shè)計理論和方法——疊加原理。

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

由于國情的限制，我國對鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用起步較晚，工程應(yīng)用就更少，所以只能借鑒他國經(jīng)驗，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年代的改革開放，我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，全國各行各業(yè)都百廢待興。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)以其獨特的優(yōu)勢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為鋼骨混凝土結(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)，但是對鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究20世紀(jì)80年代才開始。在開始期間，重點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，深入研究了鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的靜動特性與分析方法。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)計計算理論。1997年我國冶金工業(yè)部頒布了我國第一部《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(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)計計算規(guī)定。在使用規(guī)范及總結(jié)經(jīng)驗的基礎(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)。但是由于研究試驗時間太短，鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論還不太完善，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，計算機模擬有限元分析越來越重要，但是由于計算機資源方面的限制，有限元分析結(jié)果只是理論分析，與現(xiàn)實還是有一定的差距。相信隨著時間的推移，人們對鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的認(rèn)識會越來越深，計算機發(fā)展也會越來越先進(jìn)，這方面的科研將會更完善，工程應(yīng)用更廣泛。

[1] 周起敬，姜維山，潘太華.鋼與商品混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991.

[2] 張順利.鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展綜述[J].山西建筑，2007.

[3] 劉杰.對建筑工程中鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的探討[J].黑龍江科技信息，2010.

[4] 高立人，方鄂華，錢佳茹.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計[M].北京：中國計劃出版社，2005.

[5] 孔丹丹，丁潔民，何志軍，張弦.空間結(jié)構(gòu)的彈塑性極限承載性分析[J].土木工程學(xué)報，2008.

[6] 孔淑密.鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)在世紀(jì)之帆項目中的應(yīng)用[J].中國科技博覽，2009.

[7] 趙麗萍.關(guān)于鋼骨混凝土異形柱若干問題的研究[D].廣西大學(xué)，2005.