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混凝土结构原理及应用混凝土结构原理及应用教学层次：工程硕士教学层次：工程硕士主主 讲：范讲：范 涛涛2005.71成都理工大学环境与土木工程学院混凝土结构原理及应用混凝土结构原理及应用l第一篇第一篇 混凝土结构原理混凝土结构原理1.绪绪 论论2.混凝土和钢筋的材料性能混凝土和钢筋的材料性能3.混凝土结构基本计算原则混凝土结构基本计算原则4.钢筋混凝土基本构件的承载力和变形钢筋混凝土基本构件的承载力和变形5.预应力混凝土结构构件预应力混凝土结构构件l第二篇第二篇 混凝土结构的应用混凝土结构的应用1.混凝土结构的鉴定与加固混凝土结构的鉴定与加固2.钢与混凝土组合结构钢与混凝土组合结构22.钢与混凝土组合结构钢与混凝土组合结构l第一节第一节 概述概述l第二节第二节 钢骨混凝土梁设计钢骨混凝土梁设计3第一节第一节 概述概述l一、钢与混凝土组合结构的范畴一、钢与混凝土组合结构的范畴l 多多高高层层钢钢结结构构体体系系中中，梁梁可可采采用用钢钢骨骨混混凝凝土土结结构构或或钢钢与与混混凝凝土土组组合合梁梁；柱柱可可采采用用钢钢管管混混凝凝土土结结构构或或钢钢骨骨混混凝凝土土结结构构；楼楼板可采用压型钢板与混凝土组合楼板等。板可采用压型钢板与混凝土组合楼板等。l 由由钢钢与与混混凝凝土土两两种种材材料料组组成成整整体体而而共共同同工工作作的的构构件件称称为为组组合合构构件件。由由组组合合构构件件可构成组合结构。可构成组合结构。4第一节第一节 概述概述l1钢与混凝土组合梁钢与混凝土组合梁 钢钢与与混混凝凝土土组组合合梁梁由由钢钢梁梁和和钢钢筋筋混混凝凝土土板板以以及及两两者者之之间间的的剪剪切切连连接接件件组组成成。工工程程中中常常采采用用不不对对称称组组合合梁梁，钢钢梁梁主要有以下几种形式：主要有以下几种形式：(如图如图1.1所示所示)(1)三块不同厚度与宽度的钢板焊接而成。三块不同厚度与宽度的钢板焊接而成。(2)将大型工字钢割去宽厚的上翼缘加焊宽度较小的钢板。将大型工字钢割去宽厚的上翼缘加焊宽度较小的钢板。(3)将将工工字字钢钢沿沿腹腹板板纵纵向向割割开开，然然后后将将不不同同大大小小的的半半工工字字钢对焊而成。钢对焊而成。(4)蜂窝梁蜂窝梁5第一节第一节 概述概述l1钢与混凝土组合梁钢与混凝土组合梁组合梁中的剪切连接件的主要作用有：组合梁中的剪切连接件的主要作用有：(1)抵抵抗抗混混凝凝土土板板与与钢钢梁梁叠叠合合面面上上的的纵纵向向剪剪力力，使两者不能自由滑移。使两者不能自由滑移。(2)抵抵抗抗使使混混凝凝土土板板与与钢钢梁梁具具有有分分离离趋趋势势的的“掀起力掀起力”。剪剪切切连连接接件件的的形形式式：分分为为柔柔性性连连接接件件(带带头头栓栓钉钉、斜斜钢钢筋筋、环环形形钢钢筋筋、带带直直角角弯弯钩钩的的短短钢钢筋筋)和刚性连接件和刚性连接件(块式连接件块式连接件)。6第一节第一节 概述概述l2钢管混凝土结构钢管混凝土结构 钢钢管管混混凝凝土土是是指指在在钢钢管管中中填填充充混混凝凝土土而而构构成成的的构构件件，按按截截面面形形式式的的不不同同，分分为为方方钢钢管管混混凝凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。钢钢管管混混凝凝土土目目前前已已被被广广泛泛应应用用于于单单层层和和多多层层工工业业厂厂房房柱柱、设设备备构构架架柱柱、地地铁铁站站台台柱柱、各各种种支支架架柱柱、送送变变电电塔塔杆杆、桁桁架架主主要要压压杆杆、高高层层建建筑筑和和拱架等结构形式中。拱架等结构形式中。7第一节第一节 概述概述l 3劲性钢筋混凝土劲性钢筋混凝土(钢骨混凝土钢骨混凝土)结构结构 劲劲性性钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件是是在在混混凝凝土土中中主主要要配配置置型钢也配有构造钢筋及少量受力钢筋的构件。型钢也配有构造钢筋及少量受力钢筋的构件。配配钢钢(钢钢骨骨)的的形形式式可可分分为为实实腹腹式式型型钢钢和和空空腹腹式式配配钢两大类。钢两大类。实实腹腹式式型型钢钢主主要要有有工工字字钢钢、槽槽钢钢及及H型型钢钢；空空腹腹式配钢是由角钢构成的空间桁架式的骨架。式配钢是由角钢构成的空间桁架式的骨架。钢钢骨骨混混凝凝土土与与钢钢筋筋混混凝凝土土最最显显著著区区别别之之一一是是型型钢钢与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。8第一节第一节 概述概述l 4压型钢板与混凝土组合楼板压型钢板与混凝土组合楼板 压压型型钢钢板板与与混混凝凝土土组组合合楼楼板板兴兴起起于于20世世纪纪90年年代代，开始仅作为楼板的永久性模板。开始仅作为楼板的永久性模板。l 我我国国自自20世世纪纪肋肋年年代代以以来来逐逐步步推推广广，主主要要在在北北京京长长富富宫宫中中心心、京京城城大大厦厦、香香格格里里拉拉饭饭店店，上上海海的的锦锦江江饭饭店店、静静安安饭饭店店，深深圳圳的的发发展展中中心心大大厦厦、深深圳圳大大学学，沈沈阳阳沈沈海海热热电电厂厂的的平平台台等等得得到到应应用用。由由于此种结构的大量使用，带动了相关理论的研究。于此种结构的大量使用，带动了相关理论的研究。9二、钢与混凝土组合梁结构二、钢与混凝土组合梁结构l 钢钢材材是是性性能能优优良良的的抗抗拉拉材材料料，而而混混凝凝土土则则是是良良好好的的抗抗压压材材料料。我我们们欲欲改改变变材材料料的的使使用用方方法法，其其选选择择可可分分两两类类，一一是是选选择择合合适适的的材材料料形形成成具具有有所所需需特特性性的的复复合合材材料料，如如玻玻璃璃纤纤维维、水水泥泥、添添加加外外加加剂剂的的混混凝凝土土以以及及合合金金钢钢和和耐耐火火耐耐侯侯钢钢材材等等；二二是是将将不不同同的的材材料料按按最最佳佳的的几几何何构构造造布布置置，使使每每种种材材料料因因所所放放置置的的特特定定位位置置而而发发挥挥各各自自的的特特点点，钢钢与与混混凝土组合即是这种选择的结果之一。凝土组合即是这种选择的结果之一。l 这这种种结结构构有有效效地地利利用用了了混混凝凝土土和和钢钢的的最最佳佳特特点点，梁梁的的主主要要受受力力特特点点是是承承受受弯弯矩矩和和剪剪力力，而而为为了了抵抵抗抗力力矩矩，两两种种材材料料被被合合理理地地布布置置在在顶顶部部和和底底部部以以得得到到最最大大的的力力臂臂，而而竖竖向腹板则承担了大部分的剪力。向腹板则承担了大部分的剪力。10二、钢与混凝土组合梁结构二、钢与混凝土组合梁结构l（一）钢与混凝土组合梁的类型（一）钢与混凝土组合梁的类型 钢钢混混凝凝土土组组合合梁梁可可以以分分为为外外包包混混凝凝土土的的组组合合梁梁及及钢梁外露的组合梁钢梁外露的组合梁两种。两种。外外包包混混凝凝土土的的组组合合梁梁是是对对钢钢梁梁围围上上足足够够的的箍箍筋筋后后再再用用混混凝凝土土将将钢钢梁梁包包上上。这这种种形形式式早早在在19世世纪纪初初期期就就已已经经出出现现，当当时时主主要要是是出出于于对对结结构构防防火火要要求求考考虑虑的的，以以后后才才按按钢钢与与混混凝凝土土共共同同工工作作来来计计算算梁梁的的强强度度。它它的的计计算算原原理理属属于于钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构范范畴畴，在在我我国国称称之之为为“劲劲性性钢钢筋筋混混凝土或钢骨混凝土梁凝土或钢骨混凝土梁”。本节只讨论本节只讨论钢梁外露的组合梁钢梁外露的组合梁。11二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（一）钢与混凝土组合梁的类型（一）钢与混凝土组合梁的类型 图图1.2 外包混凝土的组合梁外包混凝土的组合梁12二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（一）钢与混凝土组合梁的类型（一）钢与混凝土组合梁的类型图图1.3 钢梁外露的钢梁外露的组合梁组合梁13二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l钢梁外露的钢钢梁外露的钢混凝土组合梁的混凝土组合梁的 截面由四部分组成：截面由四部分组成：l1钢筋混凝土翼板钢筋混凝土翼板 在平台结构或桥梁结构中，在平台结构或桥梁结构中，它它是是楼楼板板或或桥桥面面板板的的本本身身。对对于于独独立立的的组组合合梁梁，作作为为翼翼板板的的钢钢筋筋混混凝凝土土板板除除可可提提高高构构件件的的强强度度及及变变形形性性能能外外，还可防止梁的出平面失稳。还可防止梁的出平面失稳。翼翼板板的的形形式式除除为为图图所所示示常常见见的的现现浇浇混混凝凝土土楼楼板板外外，生生产产实实践践中中还还出出现现了了多多种种结结构构形形式式，如如：压压型型钢钢板板的的组组合合楼板、预制装配式钢筋混凝土板等。楼板、预制装配式钢筋混凝土板等。14二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l1钢筋混凝土翼板钢筋混凝土翼板 (1)压压型型钢钢板板的的组组合合楼楼板板：这这种种楼楼板板利利用用成成形形的的压压型型钢钢板板铺铺设设在在钢钢梁梁上上，通通过过连连接接件件和和钢钢梁梁的的上上翼翼缘缘焊焊牢牢，然然后后在在压压型型钢钢板板上上浇浇灌灌混混凝凝土土构构成成。压压型型钢钢板板可可以以当当作作模模板板并并承承担担施施工工荷荷载载；混混凝凝土土硬硬化化后后钢钢板板还还可可兼兼作作配配筋筋。这这种种楼楼板板施施工工便便捷捷，能能加加快快施施工工进进度度；缺缺点点是是用用钢钢量量多多些些；一一般般用用于于高高层层钢钢结结构构或或某某些些工工业业厂厂房房楼楼盖盖中中。从从压压型型钢钢板板的的铺铺设设方方向向来来看看，它它又又可可分分为为压压型型钢钢板板肋肋平平行行于于钢钢梁梁和和垂垂直直于于钢钢梁梁的的两两种种。前前者者是是采采用用主主次次梁梁楼楼板板体体系系中中将将压压型型钢钢板板搁搁置置在在次次梁梁上上时时的的组组合合主主梁梁；后后者者是是压压型型钢板直接搁置在钢梁上的组合梁。钢板直接搁置在钢梁上的组合梁。15二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l (1)压型钢板的组合楼板：压型钢板的组合楼板：(a)压型钢板楼板的组合梁；压型钢板楼板的组合梁；肋平行于钢梁；肋平行于钢梁；(b)压型钢板楼板的组合梁；压型钢板楼板的组合梁；肋垂直于钢梁；肋垂直于钢梁；图图1.4 组合梁的翼板组合梁的翼板16二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l (1)压型钢板的组合楼板：压型钢板的组合楼板：(c)预制钢筋混凝土板，预制钢筋混凝土板，板跨平行于钢梁；板跨平行于钢梁；(d)预制钢筋混凝土板，预制钢筋混凝土板，板跨垂直于钢梁板跨垂直于钢梁 图图1.4 组合梁的翼板组合梁的翼板17二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l 2板托板托 板板托托是是在在混混凝凝土土翼翼板板与与钢钢梁梁上上翼翼缘缘之之间间的的混混凝凝土土局局部部加加肥肥部部分分，见见图图1.3。板板托托有有时时是是专专门门设设置置的的，有有时时是是由由于于客客观观上上存存在在着着某某个个空空间间而而必必需需设设置置的的，有有时时也也可可以以不不设设。设设置置板板托托虽虽然然会会给给模模板板施施工工及及配配筋筋带带来来一一些些麻麻烦烦，但但也也带带来来不不少少好好处处。首首先先，由由于于设设置置板板托托增增加加了了截截面面总总高高度度，可可以以节节省省钢钢材材；其其次次，可可以以在在不不改改变变钢钢筋筋混混凝凝土土翼翼板板厚厚度度的的情情况况下下改改变变板板托托高高度度为为结结构构顶顶面面找找坡坡；当当翼翼板板厚厚度度有有限限而而抗抗剪剪连连接接件件高高度度较较大大时时，板板托托可可以以为为连连接接件件提提供供一一个个设设置置空空间间；最最后后，板板托托还还可可以以改改善善钢钢筋筋混混凝凝土板的横向受弯性能。土板的横向受弯性能。18二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l 3抗剪连接件抗剪连接件 抗抗剪剪连连接接件件是是钢钢筋筋混混凝凝土土翼翼板板与与钢钢梁梁共共同同工工作作的的基基础础，它它主主要要是是用用来来承承受受钢钢筋筋混混凝凝土土翼翼板板与与钢钢梁梁接接触触面面之之间间的的纵向剪力，抵抗两者之间的相对滑移。纵向剪力，抵抗两者之间的相对滑移。l 4钢梁钢梁 钢钢梁梁在在组组合合梁梁中中主主要要是是处处于于受受拉拉状状态态，故故有有时时又又称称为为“钢钢部部件件”。为为了了充充分分发发挥挥钢钢梁梁的的效效能能，钢钢梁梁一一般般作作成成如下图所示的形式如下图所示的形式:19二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l4钢钢梁梁:钢钢梁梁在在组组合合梁梁中中主主要要处处于于受受拉拉状状态态，故故又又是是又又称称为为“钢部件钢部件”。（如（如图图1.5 钢部件形式钢部件形式）(1)工工字字形形钢钢梁梁如如图图(a)所所示示：工工字字形形钢钢梁梁加加工工简简便便，但但过大的工字形钢供货不多。一般用于楼盖的次梁组合梁。过大的工字形钢供货不多。一般用于楼盖的次梁组合梁。(2)钢钢板板梁梁如如图图(b)、(c)、(d)所所示示：大大型型组组合合梁梁的的钢钢部部件件一一般般用用钢钢板板拼拼焊焊而而成成，为为了了充充分分利利用用钢钢材材，一一般般可可作作成成对对横横轴轴非非对对称称的的，见见图图(b)，或或在在下下翼翼缘缘加加焊焊盖盖板板见见图图(c)，个个别别也也有有设设计计成成倒倒T形形钢钢部部件件的的，见见图图(d)。楼楼盖盖的的组组合合主主梁梁、组组合合桥桥梁梁、组组合合吊吊车车梁梁等等大大多多用用钢钢板板梁梁作作钢部件。钢部件。20二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l4钢梁钢梁(2)钢板梁如图钢板梁如图(b)、(c)、(d)所示所示:或或在在下下翼翼缘缘加加焊焊盖盖板板见见图图(c)，个个别别也也有有设设计计成成倒倒T形形钢钢部件的，见图部件的，见图(d)。楼楼盖盖的的组组合合主主梁梁、组组合合桥桥梁梁、组组合合吊吊车车梁梁等等大大多多用用钢钢板板梁作钢部件。梁作钢部件。21二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l4钢梁钢梁(3)箱箱形形钢钢梁梁：大大型型组组合合梁梁中中的的钢钢部部件件还还可可以以设设计计成成箱箱形形钢钢梁梁，箱箱形形截截面面钢钢梁梁的的整整体体稳稳定定性性好好，结结构构高高度度可可做做得得小一些，承载能力亦高。见图小一些，承载能力亦高。见图(e)(4)蜂蜂窝窝梁梁如如图图(f)：蜂蜂窝窝梁梁是是用用工工字字形形钢钢经经过过切切割割后后再再错错位位拼拼焊焊而而成成，其其截截面面高高度度可可比比原原来来的的工工字字钢钢增增加加不不少少，具有刚度大，省钢和可穿行管线等优点，但略为费工。具有刚度大，省钢和可穿行管线等优点，但略为费工。图图(e)图图(f)22二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（二）钢（二）钢混凝土组合梁的优缺点混凝土组合梁的优缺点 组组合合梁梁由由于于能能按按各各组组成成部部件件所所处处的的受受力力位位置置和和特特点点，较较大大限限度度地地充充分分发发挥挥出出钢钢与与混混凝凝土土各各自自材材料料的的特特性性，不不但满足了结构的功能要求，而且还有较好的经济效益。但满足了结构的功能要求，而且还有较好的经济效益。实实践践表表明明，组组合合梁梁方方案案与与钢钢结结构构方方案案相相比比，可可节节省省钢钢材材2040，每平方米造价可降低，每平方米造价可降低10-30。组组合合梁梁方方案案与与钢钢梁梁方方案案相相比比，截截面面刚刚度度大大，梁梁的的挠挠度度可减少可减少1/31/2；此外，还可提高梁的自振频率。；此外，还可提高梁的自振频率。23二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（二）钢（二）钢混凝土组合梁的优缺点混凝土组合梁的优缺点组组合合梁梁方方案案与与钢钢梁梁或或钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁方方案案相相比比，可可减减少少结结构构高高度度。对对于于高高层层结结构构，若若每每层层减减少少十十几几厘厘米米，数数十十层层累累计计将将是是一一个个可可观观的的数数字字。从从而而，即即可可降降低低整整个个房房屋屋的造价。的造价。组组合合梁梁方方案案与与钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁方方案案相相比比，除除可可省省去去梁梁身身混混凝凝土土外外，还还可可自自由由地地用用焊焊接接固固定定管管线线装装置置。在在电电站站厂厂房房结结构构中中，埋埋件件用用钢钢量量占占全全部部用用钢钢量量的的3.57，采采用用组组合合梁梁方方案案时时，它它的的优优点点就就更更加加突突出出。这这时时候候，除除可可节节省省大大量量埋埋件件用用钢钢材材外外，还还可可有有效效地地加加快快设设计计与与施施工工的的进度。进度。24二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（二）钢（二）钢混凝土组合梁的优缺点混凝土组合梁的优缺点组组合合梁梁方方案案由由于于它它的的整整体体性性强强，抗抗剪剪性性能能好好，表表现现出出良良好好的的耐耐震震性性能能。组组合合梁梁一一开开始始出出现现就就广广泛泛地地在在桥桥梁梁结结构构中中应应用用，我我国国在在20世世纪纪60年年代代采采用用组组合合梁梁方方案案设设计计建建造造的的某某煤煤矿矿井井塔塔结结构构，使使用用中中常常年年受受振振动动作作用用，但但至至今今仍仍完完好好无无恙恙；又又如如某某电电厂厂采采用用组组合合梁梁方方案案的的平平台台结结构构还还经经受受了了地地震震的的考考验验等等，这这都都说说明明组组合合梁梁具具有有相相当当好好的的耐耐震性能。震性能。可可以以利利用用钢钢梁梁作作混混凝凝土土楼楼板板的的模模板板支支承承，以以节节约约费费用用。对对于于高高度度较较高高的的大大跨跨度度结结构构，如如栈栈桥桥等等，这这一一优优点点将更为突出。将更为突出。25二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（二）钢（二）钢混凝土组合梁的优缺点混凝土组合梁的优缺点组合梁不足之处主要表现为：组合梁不足之处主要表现为：耐耐火火等等级级差差，对对耐耐火火要要求求高高的的结结构构，需需对对钢钢梁梁涂涂耐耐火涂料，或做其他防护措施。火涂料，或做其他防护措施。在在钢钢梁梁制制作作过过程程中中需需要要增增加加一一道道焊焊接接连连接接件件的的工工序序，有有的的连连接接件件需需用用专专门门的的焊焊接接工工艺艺；有有的的连连接接件件在在钢钢梁梁吊吊装装就就位位后后还还需需进进行行现现场场校校正正。此此外外，在在钢钢梁梁上上焊焊上上连连接接件后，吊装时就不便于在其上行走。件后，吊装时就不便于在其上行走。26二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（三）钢（三）钢混凝土组合梁发展概况混凝土组合梁发展概况 钢钢混凝土组合梁大致可以分为三个发展阶段：混凝土组合梁大致可以分为三个发展阶段：组组合合梁梁大大约约出出现现于于19世世纪纪末末和和20世世纪纪初初。当当时时主主要要考考虑虑防防火火的的要要求求在在钢钢梁梁外外面面包包混混凝凝土土，而而未未考考虑虑两两者者的的组组合合工工作作效效应应。随随后后在在20世世纪纪20年年代代至至30年年代代期期间间，即即出出现现了了在在钢钢梁梁与与覆覆盖盖的的混混凝凝土土之之间间加加入入各各式式各各样样连连接接件件的构造方法。的构造方法。从从20世世纪纪d0年年代代到到60年年代代可可以以认认为为是是组组合合梁梁发发展展的的第第二二阶阶段段。这这时时，对对组组合合梁梁有有了了深深入入、细细致致、全全面面的的研研究究和和应应用用；几几乎乎所所有有技技术术先先进进的的国国家家，如如美美国国、英英国国、德德国国、加加拿拿大大及及前前苏苏联联等等国国都都制制定定了了有有关关组组合合梁梁的的设设计计规范或规程。规范或规程。27二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（三）钢（三）钢混凝土组合梁发展概况混凝土组合梁发展概况 在在这这期期间间组组合合梁梁的的设设计计理理论论也也逐逐渐渐完完善善了了。大大致致在在20世世纪纪60年年代代以以前前，基基本本上上按按弹弹性性理理论论进进行行分分析析，20世世纪纪60年代开始则逐步转为按塑性理论分析。年代开始则逐步转为按塑性理论分析。从从20世世纪纪70年年代代开开始始，可可以以认认为为是是组组合合梁梁发发展展的的第第三三阶阶段段，一一些些主主要要产产钢钢国国家家，20世世纪纪70年年代代曾曾促促进进了了建建筑筑钢钢结结构构的的发发展展并并使使钢钢结结构构一一直直处处于于各各类类结结构构的的领领先先地地位位。然然而而，当当组组合合结结构构兴兴起起之之后后，从从上上世世纪纪70年年代代开开始始，它它的的发发展展几几乎乎日日趋趋赶赶上上钢钢结结构构，且且在在一一定定的的领领域域内内能能够够代替钢结构及钢筋混凝土结构。代替钢结构及钢筋混凝土结构。28二、二、钢与混凝土组合梁结构钢与混凝土组合梁结构l（三）钢（三）钢混凝土组合梁发展概况混凝土组合梁发展概况 在在我我国国，组组合合梁梁应应用用的的起起步步也也不不算算太太晚晚，在在交交通通、冶金、电力、煤矿等系统中都有应用。冶金、电力、煤矿等系统中都有应用。在在20世世纪纪50年年代代建建成成的的长长江江大大桥桥，其其上上层层公公路路桥桥的的纵纵梁梁(跨跨度度18m，梁梁距距1.8m)就就采采用用了了组组合合梁梁；铁铁道道部部还还编编制制了了钢钢筋筋混混凝凝土土板板与与钢钢梁梁联联合合梁梁通通用用图图，梁梁的的跨跨度度达达到到44m；交交通通部部1974年年颁颁行行的的公公路路桥桥涵涵设设计计规规范范中中亦亦有有组组合合梁梁的的专专门门条条款款；北北京京钢钢铁铁设设计计研研究究总总院院设设计计并并建建成成了了18m跨跨的的吊吊车车梁梁；近近年年来来电电力力系系统统及及冶冶金金系系统统厂厂房房中中的的平平台台结结构构，采采用用组组合合梁梁的的方方案案的的亦亦极极为为广广泛泛；组组合合梁梁除除在在一一般般的的民民用用及及公公共共建建筑筑中中已已有有应应用用外外，1985年年开开始始，组合楼盖在高层钢结构中又得到应用。组合楼盖在高层钢结构中又得到应用。29三、钢管混凝土三、钢管混凝土l 钢钢管管混混凝凝土土由由于于具具有有承承载载力力高高，抗抗震震性性能能好好，节节约约钢钢材材和和施施工工简简捷捷等等突突出出的的优优点点，因因而而近近十十年年来来，在在高高层层建建筑筑和和其其他他结结构构体体系系中中得得到到推推广广应应用用，发发展展十十分分迅迅速速。钢钢管管有有圆圆形形和和方方形形之之分分。此此两两种种形形式式的的钢钢管管混混凝凝土土在在工工程程中中都都已已应应用用，而而圆圆钢钢管管混混凝凝土土和和方方钢钢管管混混凝凝土土的的力力学学行行为为有有着着重重大大差差别别，圆圆钢钢管管因因能能有有效效地地约约束束核核心心混混凝凝土土，从从而而使使其其混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度和和变变形形能能力力都都有有显显著著提提高高。本本节节仅仅对对圆圆钢钢管管混混凝土柱作简要介绍。凝土柱作简要介绍。30三、钢管混凝土三、钢管混凝土l（一）钢管混凝土的基本原理（一）钢管混凝土的基本原理 钢钢管管混混凝凝土土是是由由普普通通混混凝凝土土填填入入薄薄壁壁钢钢管管内内而而形形成成的的组合材料，如所示。其工作的基本原理是：组合材料，如所示。其工作的基本原理是：(1)借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性。借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性。(2)借借助助钢钢管管对对核核心心混混凝凝土土的的套套箍箍作作用用，使使核核心心混混凝凝土土处处于于三三向向受受压压状状态态，从从而而使使核核心心混混凝凝土土具具有有更更高高的的抗抗压压强度和变形能力。强度和变形能力。图图1.6 钢管混凝土钢管混凝土31三、钢管混凝土三、钢管混凝土l（二）钢管混凝土结构对材料的要求（二）钢管混凝土结构对材料的要求(1)钢钢管管可可采采用用直直缝缝焊焊接接管管、螺螺旋旋形形缝缝焊焊接接管管和和无无缝缝钢钢管管。焊焊接接必必须须采采用用对对接接焊焊缝缝，并并达达到到与与母母材材等等强强的的要求。要求。(2)混混凝凝土土采采用用普普通通混混凝凝土土，其其强强度度等等级级不不宜宜低低于于C30。钢钢材材的的弹弹性性模模量量和和强强度度设设计计值值及及混混凝凝土土的的弹弹性性模模量量和和强度设计值按有关规范采用。强度设计值按有关规范采用。32三、钢管混凝土三、钢管混凝土l（二）钢管混凝土结构的特点（二）钢管混凝土结构的特点(1)受压构件的承载力大幅度提高受压构件的承载力大幅度提高 如如前前所所述述，一一方方面面由由于于受受压压钢钢管管混混凝凝土土构构件件中中的的核核芯芯混混凝凝土土处处于于三三向向受受压压应应力力状状态态，混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度和和变变形形能能力力显显著著增增强强，因因而而受受压压构构件件的的承承载载力力得得到到大大大大提提高高。另另外外，当当薄薄壁壁钢钢管管构构件件本本身身单单独独受受压压时时，由由于于易易发发生生局局部部失失稳稳，其其承承载载力力较较低低，实实际际承承载载力力往往往往只只有有理理论论计计算算值值的的l4l50但但当当管管中中灌灌有有混混凝凝土土形形成成轴轴心心受受压压钢钢管管混混凝凝土土构构件件后后，薄薄壁壁钢钢管管的的局局部部稳稳定定便得到了便得到了 保证，从而大大提高了结构的承载能力。保证，从而大大提高了结构的承载能力。33三、钢管混凝土三、钢管混凝土 (2)具有良好的塑性和韧性具有良好的塑性和韧性 混混凝凝土土破破坏坏时时通通常常表表现现为为脆脆性性特特征征。但但大大量量试试验验证证明明：受受压压钢钢管管混混凝凝土土构构件件中中的的核核芯芯混混凝凝土土因因处处于于三三向向受受压压状状态态时时，材材料料呈呈现现塑塑性性性性状状，试试验验结结果果表表明明，钢钢管管混混凝凝土土柱柱破破坏坏时时形形成成显显著著的的鼓鼓曲曲状状态态，试试件件可可以以压压缩缩到到原原长长的的23，完完全全没没有有脆脆性性破破坏坏的的特特征征。至至于于钢钢管管混混凝凝土土的的韧韧性性，哈哈尔尔滨滨建建筑筑大大学学于于1998年年曾曾进进行行一一系系列列钢钢管管混混凝凝土土构构件件在在设设计计轴轴压压比比等等于于l情情况况下下滞滞回回性性能能的的试试验验研研究究，结结果果表表明明，钢钢管管混混凝凝土土构构件件在在大大轴轴压压比比情情况况下下仍仍然然具具有有较较好好的的耗耗能能能能力力和和延延性性，特特别别适适合于抗震结构和直接承受动荷载的结构。合于抗震结构和直接承受动荷载的结构。34三、钢管混凝土三、钢管混凝土 （3）施工简便，缩短工期）施工简便，缩短工期 从施工角度讲，钢管混凝土结构具有如下优点：从施工角度讲，钢管混凝土结构具有如下优点：柱柱可可以以直直接接插插入入混混凝凝土土基基础础的的预预留留杯杯口口中中，免免去去了了复复杂杂的柱脚构造。的柱脚构造。和和钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构相相比比，钢钢管管本本身身就就是是耐耐侧侧压压的的模模板板，免除了支模、绑扎钢筋和拆模等复杂工序。免除了支模、绑扎钢筋和拆模等复杂工序。因因管管内内无无钢钢筋筋，核核芯芯混混凝凝土土浇浇灌灌容容易易，且且可可适适应应泵泵送送和和免免振振自自密密实实混混凝凝土土等等施施工工工工艺艺，加加速速钢钢管管混混凝凝土土构构件件的的施施工进度。工进度。钢钢管管混混凝凝土土构构件件截截面面形形状状通通常常比比钢钢结结构构构构件件简简单单，焊焊缝缝少少，易易于于制制作作。特特别别是是组组成成钢钢管管混混凝凝土土构构件件的的钢钢管管壁壁厚厚一般均较小，现场拼接对焊简便快捷。一般均较小，现场拼接对焊简便快捷。35三、钢管混凝土三、钢管混凝土（3）施工简便，缩短工期施工简便，缩短工期钢钢管管本本身身兼兼有有纵纵向向钢钢筋筋和和横横向向箍箍筋筋的的作作用用，制制作作钢钢管管远远比比制制作作钢钢筋筋骨骨架架省省工工。钢钢管管本本身身又又是是劲劲性性承承重重骨骨架架，在在施施工工阶阶段段可可起起劲劲性性钢钢骨骨架架的的作作用用，从从而而可可简简化化施施工工安安装装工工艺艺、节节省省脚脚手手架架、缩缩短短工工期期、减减少少施施工工用用地。地。在在寒寒冷冷地地区区，可可以以安安装装空空钢钢管管骨骨架架，开开春春后后再再浇浇灌混凝土，施工不受季节的限制。灌混凝土，施工不受季节的限制。缺缺点点：与与钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构相相比比，耐耐火火性性能能较较差差，易易锈蚀。另外，圆钢管混凝土的节点构造难度较大。锈蚀。另外，圆钢管混凝土的节点构造难度较大。36三、钢管混凝土三、钢管混凝土 (4)经济效果显著经济效果显著 l如如前前所所述述，钢钢管管混混凝凝土土结结构构可可充充分分发发挥挥两两种种材材料料各各自自的的优优势势，不不仅仅承承载载力力高高，而而且且与与全全钢钢结结构构相相比比，采采用用钢钢管管混混凝凝土土柱柱可可节节约约钢钢材材50左左右右，其其工工程程造造价价也也可可降降低低45。和和钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱相相比比，可可节节约约混混凝凝土土6070，减减轻轻结结构构自自重重50以以上上，其其耗耗钢钢量量和造价略为偏高或基本持平。和造价略为偏高或基本持平。37三、钢管混凝土三、钢管混凝土l（三）（三）钢管混凝土结构的发展及应用钢管混凝土结构的发展及应用 钢钢管管混混凝凝土土结结构构早早在在19世世纪纪80年年代代就就出出现现了了。到到目目前前为为止止，这这种种结结构构在在土土木木工工程程中中的的应应用用已已有有百百年年历历史史。由由于于钢钢管管混混凝凝土土具具有有优优越越的的力力学学性性能能和和良良好好的的经经济济效效益益，一一开开始始便便受受到到美美欧欧各各国国土土木木工工程程界界的的重重视视，并并先先后竞相开发利用。后竞相开发利用。我我国国从从1959年年开开始始研研究究钢钢管管混混凝凝土土的的基基本本性性能能和和应应用用，1963年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁车站工程。年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁车站工程。20世世纪纪70年年代代以以后后，钢钢管管混混凝凝土土柱柱又又在在我我国国冶冶金金、造造船船、电电力力等等部部门门的的单单层层厂厂房房和和重重型型构构架架中中得得到到成成功功的的应用，总数又上百个工程。应用，总数又上百个工程。38三、钢管混凝土三、钢管混凝土l（三）（三）钢管混凝土结构的发展及应用钢管混凝土结构的发展及应用我我国国绝绝大大部部分分高高层层建建筑筑采采用用的的是是钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构体体系系。但但随随着着高高度度超超过过100m的的超超高高层层建建筑筑大大量量兴兴建建，在在高高强强混混凝凝土土还还部部普普及及的的 20世世纪纪80年年代代后后期期，人人们们开开始始应应用用钢管混凝土柱以解决钢管混凝土柱以解决“胖柱胖柱”问题。问题。例例如如：北北京京国国际际贸贸易易中中心心塔塔楼楼的的原原结结构构设设计计由由美美国国提提供供，采采用用的的是是钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构，钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱的的截截面面设设计计尺尺寸寸为为2200mm2200mm，十十分分笨笨重重。后后改改用用了了国国内内的的钢钢管管混混凝凝土土设设计计方方案案后后#，钢钢管管砼砼柱柱的的截截面面仅为仅为1400mm30mm，截面面积减少了截面面积减少了2/3。39三、钢管混凝土三、钢管混凝土l（三）（三）钢管混凝土结构的发展及应用钢管混凝土结构的发展及应用全全国国闻闻名名的的深深圳圳赛赛格格广广场场大大厦厦，采采用用了了钢钢管管砼砼结结构构设设计计，其其钢钢管管砼砼柱柱最最大大截截面面仅仅为为1600mm28mm，若若用用钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱，截截面面则则应应为为2400mm2200mm，柱柱截截面面面面积积减减少少了了63，粗粗略略估估算算，整整个个大大厦厦增增加加了了使使用用面面积积80000多多平平方方米米。显显然然，采采用用钢钢管管砼砼结结构构的的高高层层建建筑筑其其经济效益非常显著。经济效益非常显著。90年年代代，我我国国的的钢钢管管混混凝凝土土工工程程应应用用也也进进入入成成熟熟阶阶段段并并居居世世界界前前列列，将将其其拓拓展展为为公公路路与与城城市市拱拱桥桥和和高高层层与与超超高高层层建建筑筑的的两两大大工工程程应应用用领领域域。近近10年年来来，我我国国达达百百米米和和超超过过百百米米的的钢钢管管砼砼结结构构的的高高层层建建筑筑已已有有47多多座座。其其中中最最高高就就是是深深圳圳72层层的的赛赛格格广广场场大大厦厦，结结构构高高度度291.6m，堪堪称世界之最。称世界之最。40四、压型钢板与混凝组合楼板四、压型钢板与混凝组合楼板l 压压型型钢钢板板与与混混凝凝土土组组合合楼楼板板是是一一种种新新型型的的楼楼板板结结构构。这这种种结结构构已已在在国国外外被被广广泛泛地地应应用用于于工工业业与与民民用用建建筑筑中中。随随着着压压型型钢钢板板在在我我国国建建筑筑工工程程中中的的推推广广应应用用，自自1984年年以以来来我我国国兴兴建建的的高高层层钢钢结结构建筑中大部分采用组合楼盖；例如：构建筑中大部分采用组合楼盖；例如：上上海海瑞瑞金金大大厦厦，27层层，高高107m，10层层以以上上为为压压型型钢钢板板一一混混凝凝土土板板，梁梁上上焊焊有有一一排排或或两两排排16栓栓钉钉抗抗剪剪连连接接件，间距件，间距230mm。北北京京香香格格里里拉拉饭饭店店，26层层，高高8275m，采采用用预预制制钢钢筋筋混混凝凝土土板板与与钢钢梁梁的的组组合合，用用22107两两排排栓栓钉钉及及两两个钢筋卡子作为剪力连接件。个钢筋卡子作为剪力连接件。41四、压型钢板与混凝组合楼板四、压型钢板与混凝组合楼板北北京京京京城城大大厦厦，52层层，高高1835m，为为了了提提高高梁梁的的承承载载力力及及刚刚度度，楼楼层层主主次次梁梁全全部部采采用用19或或16栓栓钉钉剪剪力力连连接接件件，使使钢钢梁梁与与楼楼盖盖连连成成整整体体，形形成成“压压型型钢钢板板一混凝土板一混凝土板”组合楼盖。组合楼盖。l 还还有有：26层层的的北北京京长长富富宫宫中中心心、53层层的的京京广广中中心心、39层层的的中中国国国国际际贸贸易易中中心心、41层层的的深深圳圳发发展展中中心心大大厦厦、37层层的的上上海海国国际际贸贸易易中中心心大大楼楼、43层层的的上上海海静静安安希希尔尔顿顿酒酒店店等等工工程程，均均采采用用了了栓栓钉钉作作剪剪力力连连接接件件的的“压压型型钢钢板板一一混混凝凝土土板板”组组合合楼楼盖盖，不不仅仅提提高高了了结结构构承承载载力力和和刚刚度度，还还节节约约了用钢量。了用钢量。42四、压型钢板与混凝组合楼板四、压型钢板与混凝组合楼板l（一）组合楼板的分类（一）组合楼板的分类 按压型钢板在组合楼板中的作用，它可分为三类。按压型钢板在组合楼板中的作用，它可分为三类。第第一一类类，以以压压型型钢钢板板作作为为主主要要承承载载构构件件的的组组合合楼楼板板。混混凝凝土土在在组组合合楼楼板板中中仅仅起起分分布布荷荷载载和和面面层层的的作作用用；压压型型钢钢板板则则承承受受自自重重、混混凝凝土土重重和和外外加加使使用用荷荷载载等等全全部部荷载。荷载。第第二二类类，以以压压型型钢钢板板作作为为永永久久性性模模板板的的组组合合楼楼板板。压压型型钢钢板板在在楼楼层层施施工工阶阶段段承承受受自自重重及及湿湿混混凝凝土土和和施施工工荷荷载载；待待混混凝凝土土硬硬结结后后，组组合合楼楼板板的的主主要要承承载载构构件件为为钢钢筋筋混混凝凝土土板板，而而压压型型钢钢板板仅仅作作为为永永久久性性模模板板留留在在组组合楼板中。合楼板中。43四、压型钢板与混凝组合楼板四、压型钢板与混凝组合楼板l（一）组合楼板的分类（一）组合楼板的分类 上上述述一一、二二类类组组合合楼楼板板，在在设设计计中中均均未未涉涉及及两两种种不不同同材材料料的的组组合合效效应应，仅仅根根据据它它们们承承 受受外外载载条条件件，参参照照一一般般钢钢结结构构和和钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范，分分别别进进行行设设计，也称计，也称非组合楼板。非组合楼板。非组合楼板。非组合楼板。第第三三类类，考考虑虑了了压压型型钢钢板板与与混混凝凝土土组组合合效效应应的的组组合合楼楼板板。在在楼楼层层施施工工阶阶段段，压压型型钢钢板板起起着着模模板板作作用用；待待混混凝凝土土硬硬结结后后，压压型型钢钢板板又又起起着着受受拉拉钢钢筋筋的的作作用用，因因此此又称又称组合楼板。组合楼板。组合楼板。组合楼板。44四、压型钢板与混凝组合楼板四、压型钢板与混凝