型鋼高強混凝土構造的思考范文

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摘要：越來越多的高層建筑都采用了型鋼高強混凝土結構。這種結構形式可以更好的發揮型鋼、高強混凝土的性能。型鋼高強混凝土柱作為受力的主要構件，受力復雜，影響因素多，而要研究各參數對柱抗震性能的影響，需要進行大量的試驗，勞動量和資金投入都很大。如果采用有限元計算機輔助分析的方法，可以很好的解決問題。

關鍵詞：型鋼高強混凝土結構；高強混凝土；栓釘；有限元分析

1型鋼混凝土

隨著社會經濟和技術水平的不斷發展和人們對物質文化生活要求的日益提高，傳統的鋼筋混凝土結構已漸漸不能滿足現代建筑的要求，建筑的高度、跨度、強度面臨著新挑戰。而型鋼混凝土結構，是在鋼筋混凝土中配置型鋼的一種組合結構，漸漸成為現代結構發展的一個新趨勢。型鋼高強混凝土結構是鋼與高強混凝土相結合的產物，不僅具有承載力高、剛度大、抗震性能好、延性好、防火性能高的普通型鋼混凝土結構的優點，而且可以有效地減小構件的截面，增大使用空間，減小結構自重，增加房屋高度和增大跨度，提高單位面積的承載力和經濟效益，得到了較為廣泛的應用[1]。我國從50年代開始從前蘇聯引進型鋼混凝土結構，主要是空腹式鋼筋混凝土結構，而且不加鋼筋和鋼箍，應用限于少數工業廠房和特殊結構。進入20世紀80年代后，隨著經濟的發展，我國開始系統地研究型鋼混凝土結構。西安建筑科技大學組合結構研究室從1984年開始進行了一系列試驗與理論研究，并于1989年編寫了《勁性鋼筋混凝土結構設計建議與條文說明》；1986年國家計委工程建設國家標準規范重點科研項目“混凝土結構設計規范第四批科研課題”中列入了“型鋼混凝土結構性能及設計方法”研究課題并成立了研究課題組，進行了一系列的試驗研究，研究成果于1991年通過了建設部鑒定；冶金工業部1998年頒布了行業標準《鋼骨混凝土結構設計規程》，此規程基本上沿用了日本《標準》的設計方法；2001年，我國第一部《型鋼混凝土組合結構技術規程》(JGJ138-2001)頒布執行。

型鋼混凝土結構具有廣闊的使用范圍以及發展前景。從結構形式方面來講，型鋼混凝土結構適用于框架結構、框架－剪力墻結構、底層大空間剪力墻結構、框架－核心筒結構、筒中筒結構等結構體系。

從型鋼混凝土構件的應用范圍來講，在多層、高層建筑、橋梁等構筑物中，可以是全部構件或部分構件，也可以是幾層或局部。從抗震角度上來講，型鋼混凝土結構適用于非地震區和抗震設防烈度為6度到9度的一般構筑物、多層、高層和超高層建筑。

2型鋼高強混凝土結構的特點

采用型鋼高強混凝土結構，可利用鋼材良好的變形性能來克服高強混凝土抗震性能較差的缺陷。由于高強混凝土不易離析，水泥漿和鋼材的界面粘結性能好，因此高強混凝土和鋼材的粘結強度高于普通混凝土和鋼材的粘結強度，故可提高混凝土和型鋼的協同工作能力。與其它結構形式相比，具有以下明顯優點[2]：

①SRHC結構是一種介于鋼筋高強混凝土結構與鋼結構之間的組合結構，其變形能力具有鋼結構的一些特征，延性較好，抗震能力明顯高于鋼筋高強混凝土結構；

②與鋼筋高強混凝土結構相比，SRHC結構內埋型鋼與外圍箍筋一起對混凝土形成良好約束作用，改善了高強混凝土的受力狀態，充分發揮其強度高的特性。同時，克服了鋼筋高強混凝土變形小，延性差的不足，具有良好的抗震性能。

③與鋼結構相比，SRHC結構中型鋼的混凝土保護層對內部型鋼可以起保護作用，解決了鋼結構防火難、易腐蝕的問題。同時，SRHC結構克服了鋼結構受壓失穩的弱點。SRHC結構承載力更高，與鋼結構相比更能夠達到節約鋼材的目的，具有顯著的經濟效益。

④除了具有普通型鋼混凝土結構的優點以外，SRHC構件不但發揮了型鋼的骨架作用，還可以發揮高強混凝土強度高的特性，從而進一步減小構件截面尺寸，降低結構自重，增加使用面積或有效空間，減輕基礎、地基的負擔，尤其適用于超高層建筑。由于高強混凝土具有早強性，SRHC結構在施工過程中，可加快施工進度，縮短工期。由于高強混凝土材料密實，耐久性好，SRHC結構能夠更好的應用于抗滲、抗凍要求高或者具有腐蝕性的環境，尤其是基礎工程。

由于高強混土與普通混凝土的差異性，使得SRHC結構與SRC結構的抗震性能、計算方法等方面均存在差異，因而需要對SRHC結構進行研究。隨著現代建筑對結構要求的不斷提高，SRHC結構將有著廣泛的發展應用前景，因此對SRHC結構的研究也必將受到越來越多的重視[7]。

3材料的力學性能

3.1高強混凝土的力學性能

隨著混凝土強度的提高，混凝土材料的固相本質發生變化，界面消失。此外，混凝土內部的孔隙體積率均明顯減小。與普通混凝土相比高強混凝土中水泥膠凝體強度、骨料強度以及界面強度三者之間的差異縮小，并且混凝土強度越高，這種差異越小。混凝土材質的變化導致材料力學性能的改變[3]。

在原材料和配合比設計方面，適用于型鋼混凝土的高強混凝土與普通混凝土有很大的區別。普通混凝土的配合比設計以抗壓強度為主要設計指標，其基本組成為水泥、粗骨料、細骨料、水。而且普通混凝土對骨料強度的要求也不是很高，因為骨料在混凝土破壞時還比較完好，混凝土的破壞是出現在骨料與凝膠體的界面上。而適用于型鋼混凝土的高強混凝土配合比設計考慮的因素是多方面的，其中包括強度、流動性、耐久性。總體來說，高強混凝土在原材料和配合比上與普通混凝土主要有兩點不同，即低水灰比和多組分。這樣的高強混凝土一般被稱為六組份混凝土，即水泥、粗骨料、細骨料、水、活性礦物摻合料以及高效外加劑，其中使用新型高效減水劑和活性礦物摻合料是最重要的技術手段。

為了使混凝土具有高強度，水與膠凝材料總量（包括水泥和礦物摻合料）之比，即水膠比通常在0.3～0.4之間[4~5]；由于高強混凝土的水膠比小，要想配制的混凝土拌和物具有施工所需的流動性（一般用塌落度作為參數來衡量），必須添加一定數量的化學外加劑，如高效減水劑、緩凝劑等。

3.2栓釘的力學性能

栓釘是目前最常用的抗剪連接件。抗剪連接件的形式很多，按照變形能力可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。剛性連接件包括方鋼、T形鋼、馬蹄型鋼等連接件，而栓釘、彎筋、槽鋼、角鋼、L型鋼、錨環、摩擦型連接的高強螺栓等則屬于柔性抗剪連接件。剛性連接件通常用于不考慮剪力重分布的結構（如橋梁結構），而柔性連接件則廣泛應用于一般房屋建筑中。柔性連接件比剛性連接件的剛度小，而變形能力較大。兩類連接件除剛度有明顯的區別之外，破壞形態也不一樣。剛性連接件容易在周圍的混凝土內引起較高的應力集中，導致混凝土發生壓碎或剪切破壞，甚至在連接件與鋼梁間的焊接處發生破壞。而柔性連接件的剛度較小，作用在接觸面上的剪力會使其發生變形，當混凝土板與鋼梁之間產生一定的滑移時，其抗剪承載力則不會降低[6]。

栓釘連接件制造工藝簡單，不需要大型軋制設備，適合工業化生產；用半自動拉弧機施工非常迅速，受作業環境的限制較少，便于現場焊接和質量控制。栓釘連接件各向同性，受力性能好，沿任意方向的強度和剛度相同，對混凝土板中鋼筋布置的影響也較小。因此，栓釘連接件已成為目前國內外應用最廣泛的抗剪連接件。

4型鋼高強混凝土結構的一些展望

近來，越來越多的高層建筑都采用了型鋼高強混凝土結構。這種結構形式可以更好的發揮型鋼、混凝土的性能，但目前對該結構的研究還不完善，日本是公認的型鋼運用最成熟的國家，目前要研究各參數對型鋼高強混凝土結構抗震性能的影響，需要進行大量的試驗，勞動量和資金投入都很大。如果采用有限元計算機輔助分析的方法，可以很好的解決問題。我們可以以有限元分析軟件為基礎，建立數值模型，結合試驗數據進行對比分析，通過與試驗結果的對比分析，研究型鋼高強混凝土結構在反復荷載下的抗震性能，得出型鋼含鋼量以及體積配箍率及栓釘對構件的影響規律。

5結語

本文探討了型鋼高強混凝土結構現狀及存在的主要問題，并簡要介紹了該結構的受力特點以及各組成材料的性能，并對繼續研究了解該結構的受力機理提出了有限元研究結合試驗的思路，鑒于該結構在我國建筑今后的發展前景巨大，組織力量多分析，多學習是很有必要的。