型钢混凝土结构.ppt

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1、第五章 型钢混凝土结构 Steel Reinforced Concrete Structures 型钢混凝土结构又称钢骨混凝土、劲性钢筋混凝土结构，是指柱、梁等构件，用型钢做骨架，外包钢筋混凝土所形成的结构。,5.1 概述1.型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢，也配有构造钢或少量受力钢筋。配置构造钢筋、少量受力钢筋及钢箍主要目的是约束周围混凝土以及补足所配型钢的不足。2.按配钢型式，可分为配实腹型钢和配空腹式型钢两大类。配实腹钢：可配轧钢或焊接工字钢、H型钢、槽钢等，配钢方式如图4.1所示。此时必须还配有构造钢筋与钢箍。配空腹钢：是由角钢构成的空间桁架式骨架，可以不配构造钢筋与钢箍，因其本

2、身就能约束混凝土，直腹杆与斜腹杆也为角骨钢构成，可抗剪。3.型钢混凝土可以作为柱、梁、剪力墙和筒体等。4.型钢混凝土结构的优点：强度大、刚度大，可减小构件断面，减少结构面积；延性好、耗能性能好，因而抗震性能好；,工厂化制作程度高加快施工安装速度，改善劳动条件；可利用钢骨架挂模、滑模，节省模板、方便施工；比钢结构节省大量钢材，与全钢结构相比，可节约钢材1/3左右。且刚度大，减少侧移、防火防锈性能好。5.适用范围：高层、超高层建筑地震区建筑大跨度梁荷载特别重的梁、柱等。5.2 型钢混凝土梁正截面承载能力分析 5.2.1 试验研究,配实腹钢梁图5.2 M-f试验曲线,根据型钢混凝土梁的试验，在加载初

3、期，型钢与混凝土之间滑移较小，基本能保持共同工作，平截面假定成立。当荷载加大较大，约极限荷载的80%以后，滑移明显，直至破坏。其应变如图4.4所示。平截面假定不成立。但是为了便于计算可以将其折算成一个修正平截面(见图4.10)。由于钢筋混凝土有所降低，约为0.002770.0031，建议可取=0.003，由于滑移影响，促使受压区保护层较容易剥落。因此影响到承载能力有所降低。,图5.3 应变突变,图5.4 平均应变,图5.5 空腹式配钢构件,5.2.2 配实腹钢的型钢混凝土梁正截面承载能力计算1.基本假定 1)梁受力后截面应变仍符合平截面假定（修正平截面）2)破坏时，梁受压区边缘的混凝土极限压应

4、变为3)达到极限状态时，混凝土受压区的应力图形可取矩形分布，其中应力可取，受压区折算高度，x0为受压区实际高度。4)达到极限状态时，不考虑混凝土受拉区参加工作。2.矩形截面梁的计算 型钢混凝土梁正截面计算时，根据中和轴位置不同分：在型钢腹板中通过；不通过型钢；中和轴恰好在型钢受压翼缘中通过。1)情况可以作为判别其他两种情况的界限，其应力如图(4.12)所示。,图5.6 中和轴在型钢受压翼缘中通过时的应力图形,由于中和轴在型钢上翼缘通过，可认为其应力为零，不考虑上翼缘作用由力的平衡可得此时受压区高度:如果求得的 之间，即按此种情况考虑其极限弯矩为（对型钢上翼缘边缘取矩）其中因为翼缘板厚 比型钢高

5、度 小得多，因此取力臂时忽略翼缘板厚的影响如果上下翼缘面积相等，即型钢对称，则承载能力计算公式,（5.1）,（5.2a）,（5.2b）,其中 为型钢全截面面积；符号：梁全高；型钢截面高；梁宽；-分别表示受拉钢筋重心至受拉区边缘和受压钢筋重心至受压区边缘的距离；-分别为型钢下翼缘至受拉边缘和型钢上翼缘至受压区边缘的距离；-分别为受拉钢筋和受压钢筋的截面积；-分别为型钢下翼缘与上翼缘的截面积；-型钢腹板厚度；-分别为受拉钢筋、受压钢筋型钢的设计强度。同时必须保证（受拉翼缘屈服）,（5.3）,为型钢弹性模量,2)如果按4.1式计算得的，属于第一种情况，即中和轴在型钢腹板中通过（），按下列应力图形（图

6、5.7）计算。,图5.7 中和轴在型钢腹板中通过时的应力图形,此时应根据力的平衡重新计算受压区高度，一般地如果一般地 当型钢对称,即,（5.4a）,（5.4b）,（5.5）,(5.4),则,则,对中和轴取矩，可得极限弯矩,同样承载能力计算应有 且保证否则，仍按第三种情况即（5.2）式计算为了保证型钢受拉翼缘屈服，还必须满足（5.3）式，在第一种情况中，如果，此条件一般都能满足，不必验算，如果上下翼缘不等的配钢，（5.3）式不能满足时，应加大受压翼缘 的面积。3)如果按（5.1）式求得的，则属于第二种情况，即中和轴不通过型钢（），此时按下压力图形（图5.8）计算 根据力的平衡，可得受压区高度 必

7、须满足，（且必须满足5.3式以保证型钢下翼缘屈服，如不满足5.3式要求，则应调整配钢）,（4.6）,图5.8 中和轴不通过型钢的应力图形,如果尚有则能保证型钢全截面屈服，此时极限承载能力按下式计算若则说明中和轴距上翼缘很近，不考虑上翼缘作用可按情况三计算（5.2）,然后对型钢上翼缘取矩，可得极限承载能力,（5.7）,（5.8）,（5.9）,（5.10）,型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构及钢结构设计不同，往往不是根据内力计算出钢筋面积或型钢面积，然后选择配筋或型钢的大小，而是梁断面确定后，先配置型钢，然后验算其承载能力是否满足。对于配钢的形式与型钢的尺寸应当尽量优化，在保证安全的前提下，尽量配得构

8、件受力合理（尤其是型钢）而且经济，这就需要丰富的设计经验以及工程界人士进一步深入研究。,如果按4.5式或5.4a、5.4b式算得的，而按5.6式算得的x又有，则可视为第三种情况，即按5.1和5.2计算极限承载力，不论哪种情况均应有,（5.11）,3.T形截面梁的计算 T形截面梁当中和轴在梁的受压翼缘中通过时，可按宽为的矩形截面梁进行计算见图(5.9)。,图5.9,若为图a的配钢情况,可按下式判定中和轴在梁的受压翼缘中通过:或若为图b判定中和轴在梁的受压翼缘中通过的公式如下,（5.13）,（5.13a）,（5.12）,（5.12a）,配角钢骨架的型钢混凝土梁的正截面承载力计算,1.试验分析结论

9、1）由于配的是角钢焊成空间桁架，它对核心混凝土有很好的约束作用。因此对混凝土的强度与构件的延性均有所提高。2）由于腹杆也是由角钢焊成，这些直腹杆与斜腹杆不仅可代替钢箍弯起筋抵抗剪力，而且也改善了型钢与混凝土的粘结。所以这一类构件直至破坏前，型钢与混凝土都能保持共同工作，符合平截面假定，粘结滑移问题不突出。3）由于配的空间桁架具有较大的刚度，所以构件刚度比钢筋混凝土梁有所提高。4）由于角钢配在构件四周，粘结性能又较好，因此混凝土保护层可比配实腹钢构件减少，和普通钢筋混凝土构件相当，而且可以不必再配构造钢筋与钢箍。5）刚度较大的角钢骨架，对裂缝开展起到阻滞作用。,根据以上试验分析，配角钢骨架梁具有

10、下列优越性：1）强度、刚度、延性均有提高，因此比钢筋混凝土梁抗震性能得到明显改善；2）角钢骨架本身具有较大的强度与刚度，可以用作挂模，承受施工荷载，节省模板，便于施工；3）由于保护层小，凿去较小的混凝土保护层即可焊接小型附件，省去许多繁琐的预埋件。因此这种梁适用于高层、地震区、大跨度及小型预埋件多的工业建筑（水电厂、化工厂等）。2.基本假定 1）在配钢适量的情况下，达到承载能力极限状态时，受拉型钢与受压型钢均能屈服；2）平均应变平截面假定适用；3）极限状态时混凝土应力图形可以折算为矩形应力图形，其应力值可取，混凝土极限压应变取0.0033。,4）极限状态时不考虑混凝土的受拉作用；5）由于型钢骨

11、架对核心混凝土的约束作用，使构件承载能力提高。3.承载能力计算 正截面承载力计算可以按以下应力图形:,图5.10 应力图形（1）,根据应力图形(1),由力的平衡得：对受压区边缘取矩，根据力矩平衡条件,可得极限弯矩:式中，分别表示受拉型钢和受压型钢形心至受拉区边缘和受压区 边缘的距离；为考虑型钢骨架对混凝土的约束承载能力提高系数，与 腹杆间距 等因素有关，取一平均偏小值（5.14）式求得的x，必须满足：,（5.15）,（5.14）,（5.16）,受压区高度还必须满足:T形截面配角钢骨架的型钢混凝土梁依据受力及配钢不同分为两种情况，即中和轴在翼缘通过或在腹板中通过。当中和轴在翼缘下缘通过时可作为这

12、两种情况的界限，见应力图形(2),可计算极限弯矩:,图5.11 应力图形（2）,（5.17）,当 或 时属于第一种情况；即中和轴在翼缘中通过,如图5.12所示。,（5.18）,（5.19）,（5.20）,（5.21）,图5.12 中和轴在翼缘中通过的应力图形,此时若可得极限弯矩 否则应按照 求得极限弯矩:当 或 属于第二种情况，即中和轴在梁腹板中通过,应力图见图5.13所示。,（5.22）,（5.23）,（5.24）,（5.25）,图5.13 中和轴在梁腹板中通过的应力图形,由上图所示应力图形，根据力的平衡可得受压区高度当 时，极限弯矩 当 时,（5.26）,（5.27）,（5.28）,5.3

13、 型钢混凝土梁斜截面承载能力分析 5.3.1 试验研究与破坏形态 型钢混凝土梁的剪切破坏形态一般有三类：1.剪切斜压破坏：一般当剪跨比很小()时发生；2.剪切粘结破坏：这是因为型钢混凝土构件中，型钢与混凝土粘结力差是其薄弱环节，因此当剪跨比较小时，有时会发生剪切粘结破坏，产生 剪切粘结破坏裂缝。配置箍筋能增加对混凝土的约束，对防止粘结破坏有利。对受均布荷载的梁，由于梁上有荷载“压迫”作用，所以保护层不易发生粘结剥落。3.弯剪破坏（剪压破坏）：当剪跨比较大时（）发生剪压破坏，先由弯矩影响产生垂直裂缝，随剪力增加发展为斜裂缝，最后剪压区混凝土压碎而破坏。5.3.2 影响梁抗剪能力的因素1.剪跨比：

14、实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用所,占比例。越大说明以弯矩为主，越小说明以剪力为主。所以剪跨比不仅影响到构件抗剪强度，而且影响到破坏形态，一般 发生剪切斜压破坏，发生剪切粘结破坏，发生弯曲剪切破坏（剪压破坏），发生弯曲破坏。越小（M 影响越小）抗剪强度较高，越大（M 影响越大）抗剪强度越低。2.加载方式：均布荷载作用下，粘结力较好，抗剪强度高，同时剪跨比对其影响不大；集中荷载作用下，抗剪强度较低，同时剪跨比对其影响明显。3.混凝土的强度等级：混凝土强度影响到斜压杆强度，剪压区强度以及粘结力等。4.含钢率与型钢强度：含钢率越高，型钢强度越高，抗剪能力越大。5.宽度比：在一定范围内越大，型

15、钢约束的混凝土相对较多，梁的抗剪强度与变形能力提高。6.型钢翼缘的保护层：保护层太小，易发生粘结破坏，产生较大滑移。,7.含箍率：钢箍本身承担剪力，且能约束混凝土，因此使抗剪能力提高，因此在配实腹钢的型钢混凝土构件，必须配置必要的钢箍。5.3.3 配实腹式型钢的抗剪承载力计算 斜压破坏的型钢混凝土梁，在剪切破坏前大致平行的斜裂缝将剪跨区的混凝土分割成若干斜压杆。混凝土和型钢腹板一起参加斜压杆工作。由于斜压杆主要传递轴向压力，因此全梁犹如一个拱，斜压杆作为传递压力拱圈，型钢受拉翼缘及纵向受拉钢筋作为拱的拉杆，因此，剪切斜压破坏可假定为拉拱作用机理。弯曲剪切破坏的应力见图4.34梁的抗剪承载力计算

16、公式混凝土抗力 其中 为混凝土的抗力系数。,（5.29）,（5.30）,图5.14 弯曲剪切破坏时的应力图形,型钢腹板的抗力 为型钢的抗力系数 钢箍承担的剪力:均布荷载 集中荷载 在试验的基础上回归分析，并参考到可靠指标的要求，得出：均布荷载作用下的矩形梁，以及T形梁工字形梁注：或将式右边第一项 改为 其中，为型钢腹板厚度与高度，为型钢抗拉强度设计值，其余符号用同混凝土规范。,（5.34）,（5.31）,（5.32）,（5.33）,上式中，第一项为混凝土的抗力；第二项为型钢的抗力（只考虑腹板作用）；第三项为钢箍的作用。在集中荷载作用下的独立矩形梁：注：亦可将式右边第一项 改为当 时，取；当 时

17、，取。抗震设计时，均布荷载作用下,（5.35）,（5.36）,集中荷载作用下：剪切抗力调整系数，设计时应有：且应有：，截面限制条件比钢筋混凝土梁略松。5.3.3 配角钢骨架梁的抗剪承载力计算均布荷载作用下的矩形梁、以及T形梁、工字梁：集中荷载作用下的矩形独立梁：当 时，取；当 时，取。,（5.37）,（5.38）,（5.39）,同样设计时应有：以及应有：符号：受拉角钢重心到混凝土受压边缘的距离；竖腹板与斜腹杆的抗拉设计强度；同一截面内竖腹杆截面面积总和；与斜裂缝相交的斜腹杆面积的总和；竖腹杆的中心距；斜腹杆与水平轴夹角。同样，在抗震设计时：均布荷载集中荷载,（5.40）,（5.41）,5.4

18、型钢混凝土梁的刚度变形计算 型钢混凝土构件是弹塑性构件。随着荷载的变化，构件刚度变化。,设计时应有：且应有：,5.4.1 变形特点及影响因素试验发现：当型钢混凝土梁达到开裂荷载后，在M-f曲线并没有明显转折点另一个特点是使用阶段刚度降低较小，比较接近于线性关系。腹板的存在不仅使梁的承载力提高，同时对梁的刚度有明显影响。腹板的存在使型钢混凝土梁刚度明显增加。5.4.2 刚度计算型钢混凝土梁的刚度=钢筋混凝土+型钢+型钢对混凝土约束,（5.42）,1平均受压区高度的计算:在工程中常用、级钢筋和热轧型钢、低合金钢，可取忽略t的微小影响则有式中 为截面中钢筋和型钢的重心到截面混凝土受压区边缘的距离2裂

19、缝截面受拉钢筋和型钢下翼缘应力的计算:无论中和轴位置如何，均可统一将钢筋与型钢下翼缘的拉应力计算简化为,（5.43）,（5.44）,3折算刚心区宽度bc的计算:刚心区折算宽度其中 为型钢翼缘的宽度。时，取,b为梁截面的宽度。4型钢混凝土梁的刚度:型钢混凝土梁荷载短期效应作用下的刚度计算 按图4.44所示的三部分叠加,（5.45）,（5.46）,图5.15 型钢混凝土梁分项刚度计算图,混凝土部分的刚度按工字形截面计算:混凝土刚心区按弹性刚度计算:型钢的刚度由下式计算:,（5.47）,（5.48）,（5.49）,5.5 型钢混凝土梁的裂缝计算 5.5.1 抗裂度验算 型钢混凝土梁的抗裂弯矩可表示为

20、:5.5.2 裂缝宽度计算 平均裂缝宽度：型钢混凝土梁的最大裂缝宽度：,（5.50）,（5.51）,4.6型钢混凝土柱的正截面承载能力 处于轴压或偏压状态的柱，达到承载能力极限状态，可能材料破坏；由于变形不可收敛发生失稳破坏。4.6.1 轴心受压柱轴心受压柱的正截面强度 混凝土净截面面积，即应扣除型钢及钢筋面积；型钢有效净截面面积，即应扣除因孔洞削弱部分；纵向受压钢筋的截面积；分别为混凝土轴心抗压强度设计值、纵向钢筋抗压强度设计值及型钢抗压强度设计值；为型钢混凝土柱稳定系数，根据 按表4.9取用。,（5.52）,换算截面惯性矩 换算截面面积 为混凝土净截面对换算截面重心 并垂直于弯矩面的轴心惯

21、性矩。为型钢对上述轴的惯性矩；为钢筋对上述轴的惯性矩。4.6.2 配实腹型钢偏心受压柱试验研究及基本假定：配实腹型钢偏心受压柱有两种破坏形式:受压破坏(小偏心受压破坏)拉压破坏(大偏心受压破坏),（5.53）,（5.54）,（5.55）,承载能力计算时可作以下假定:1)破坏时，梁受压区边缘的混凝土极限压应变为;2)达到极限状态时，混凝土受压区的应力图形可取矩形分布,其折算应力 值取fc;3)达到极限状态时，不考虑混凝土受拉区参加工作;4)无论哪种破坏形态，极限状态时，受压钢筋与受压型钢均能达到屈服。受拉破坏时受拉钢筋、受拉型钢均能达到屈服，受压破坏时，远离轴压力一侧的型钢和钢筋可能受拉或受压，

22、但其应力均达不到屈服。5)在达到极限状态时，截面符合修正平截面假定。由以上假定,得出界限破坏时的受压区高度:,（5.56）,5.6.3 配实腹型钢大偏心受压柱的计算：大偏心受压极限状态时的应力应变如图5.16所示:,图5.16 拉压破坏应力应变图,根据平截面假定，由应变图中相似三角形的比例很易求得型钢腹板未屈服区高度 型钢为级钢时，型钢为级钢时,由应力图形根据力的平衡一般地 则有如，则更可简化为则可得,（5.57）,（5.58）,（5.59）,（5.60）,（5.61）,（5.65）,为了适应双向水平力（如风、地震作用）作用的情况，柱经常采用对称配钢，即，则上式进一步简化为：为了保证极限状态时

23、型钢受拉翼缘屈服，x应满足：否则应按受压破坏（小偏心受压）计算 为了保证型钢受压翼缘屈服,x尚应满足：型钢为级钢时，型钢为级钢时，对中和轴取矩可得：,（5.62）,确为大偏心（5.63）,（5.64）,若 即对称配钢则有：由上式便可解得，柱所能承担的弯矩。设计时应有：其中 为型钢截面高度，为偏心距增大系数 考虑偏心率影响的系数 考虑长细比影响的系数 可不考虑长细比影响，即取 大偏心受压可不考虑偏心率影响，即取,（5.66）,（5.67）,（5.68）,如果4.103式不能满足，则说明受压翼缘在极限状态时不屈服，应按不考虑受压翼缘计算，此时应力图形如图5.17,图5.17 时的应力图形,（5.6

24、9）,（5.71）,（5.70）,对中和轴取矩可得：,如果不仅有（I级钢）或（级钢），更有，则受压钢筋亦不屈服，此时，令,（5.72）,（5.73）,（5.74）,可求得极限弯矩,4.6.4 配实腹型钢小偏心受压柱的计算当按4.101式或4.102式计算的x值有则属受压破坏（小偏心）。其应力应变图形如图4.55所示腹板未屈服区高度d 仍有：型钢为级钢时，型钢为级钢时,（5.75）,图5.18 小偏心受压应力应变图,型钢受拉（或受压较小侧）翼缘及受拉钢筋不屈服，其应力可根据平截面假定计算：型钢未屈服翼缘应力：未屈服受拉钢筋应力:上述应力正值为拉，负值为压。由图4.55所示的应力图形，轴向力平衡，

25、得：,（5.76）,（5.77）,（5.78）,对实际中和轴（1.25x处）取矩，根据力矩平衡,（5.79）,联立5.78和5.79即求得承载能力N 及，但是x必须满足,时，说明柱全截面受压，此时应力图形如图5.19所示,（5.80）,图5.19 全截面受压时偏压柱应力应变图,根据平截面假定求得受压较小侧型钢翼缘钢筋的应力：,（5.81）,（5.82）,式中x值仍按4.116式求得的0.8h的值代入。全截面受压时承载力:对受压较小侧型钢翼缘取矩，根据力矩平衡可得,（5.83）,（5.84）,将d值代入又可得：型钢为级钢：,（5.85）,（5.86）,型钢为级钢：,（5.87）,如果用4.116

26、和4.117式求得的 而用4.120和4.121式求得的，可近似 认为，此时受压较小侧型钢翼缘与钢筋的应力可分别按 代入，即,（5.88）,（压）,（压）,然后将上式及 代入4.116及4.117式计算承载能力。,有下列情况之一,均可按照界限破坏来计算柱的承载能力。按大偏心受压考虑,式4.101或4.102求得的 或；按小偏心受压考虑,式4.116或4.117求得的 或；(3)按大偏心受压计算得,而按小偏心受压考虑计算得。界限破坏时，柱的应力应变图形如图5.20所示。,5.6.5 配实腹型钢柱界限破坏时的计算,图5.20 界限破坏应力应变图,由轴向力的平衡可得承载能力：,对型钢受拉翼缘取矩得:

27、,（5.89）,（5.90）,级钢级钢,5.6.5 配角钢骨架柱的计算 配角钢骨架柱可以不配纵筋与箍筋，可以减小混凝土保护层，破坏时虽有粘结裂缝，但对承载能力影响不大。减小保护层，增大了角钢的力臂，使其能发挥更大的作用。腹杆应有平腹杆与斜腹杆，斜腹杆不仅能抗剪（相当于弯起钢筋），而且主要能保证施工阶段骨架的稳定性，否则将成为可变体系。不能以斜腹杆完全代替平腹杆，因为斜腹杆不能适应双向剪力而风力、水平地震作用都是双向的。配角钢骨架的轴心受压柱的承载能力各符号意义仍同前4.92式，稳定系数 仍按表4.9采用。按破坏形态区分仍可分为三类，即受拉破坏（大偏心受压）、受压破坏（小偏心受压）及界限破坏。界

28、限破坏时受压区高度,（5.91）,（5.92）,1.大偏心受压时的应力图形及承载能力计算如下：,图5.21 大偏心受压应力图,（5.93）,（5.96）,（5.94）,（5.95）,当为对称配钢时,必须满足 以保证受拉角钢屈服同时必须满足级钢 级钢 以保证极限状态时受压型钢屈服,（5.97）,（5.98）,若4.129式不能满足，说明极限状态时受压型钢不屈服，此时取受压角钢应力为，则,（5.100）,（5.99）,（5.101）,或对受压角钢重心取矩 可按平截面假定求得,（5.102）,（5.103）,级钢级钢,2.如果4.128式不满足，即 则为小偏心受压此时受拉角钢，或者离轴向力较远侧角钢

29、可能受拉也可能受压，但均达不到屈服，此时应力可根据平截面假定求得：,级钢级钢,（5.104）,承载能力按下列公式计算,（5.105）,（5.106）,对受拉角钢取矩应满足如果按4.126或4.126a式计算，按4.137计算并又有 则可按界限状态计算3.界限状态承载能力,（5.107）,（5.108）,（5.109）,5.7型钢混凝土柱的斜截面承载能力计算 5.7.1 柱的剪切破坏形态及其影响因素 剪切破坏形态 根据试验，柱剪切破坏主要与剪跨比、轴压比、配钢形式等因素有关，仍可归纳为三种主要破坏形态：剪切斜压破坏、剪切粘结破坏、弯剪破坏 2.影响剪切破坏的因素剪跨比的影响:剪跨比在一定范围内(

30、)时对柱的剪切开裂荷载与剪切承载力有着明显的影响。一般剪切承载能力随着剪跨比的增大而减小。(2)轴压比的影响:轴压力的存在使柱的斜向开裂荷载及极限抗剪强度均有提高。而在一定范围内()随着轴压比的增加柱的剪切承载力基本上是线性增加。但是轴压越大，柱的延性越差，轴压比是影响柱延性的主要因素，因此在柱子设计中的一个重要构造规定是关于轴压比的限制。,4.7.2 开裂荷载的计算 1.弯曲开裂荷载（取图5.22）当柱中最大弯矩截面上的拉应力达到混凝土的抗拉极限强度时,柱中出现水平弯曲裂缝。弯曲开裂荷载为2.剪切开裂荷载 型钢混凝土柱的剪切开裂荷载计算公式如下:静力荷载下:抗震计算中,则取:,（5.110）

31、,（5.111）,（5.112）,图5.22 柱隔离体图,5.7.3 柱的抗剪承载力计算 型钢混凝土柱的抗剪强度:根据试验经回归分析并考虑到可靠度的要求调整得到型钢混凝土柱的抗剪能力计算公式:配实腹式工字钢的型钢混凝土柱,剪切粘结破坏承载能力为:抗震计算时，取,（5.114）,（5.115）,（5.113）,2)配角钢骨架的型钢混凝土柱,剪切承载能力为:抗震计算时，取式4.1144.117中 配实腹钢柱；无纵筋的配角钢骨架柱；同一截面内与剪力方向一致的水平腹板杆截面积总和；同一截面内斜腹杆截面积总和。,（5.116）,（5.117）,当 时，取当 时，取当 时，取 为柱截面面积3.截面限制条件

32、:,5.8 型钢混凝土梁柱节点 5.8.1 概述 根据梁柱形式的不同，型钢混凝土节点有以下几种类型(图5.23)1)配角钢骨架的梁柱节点。见图a2)梁柱中均为配实腹工字钢的梁柱节点。见图b3)连接钢筋混凝土柱与型钢混凝土梁的节点，且梁中配置的为实腹工字钢。此时梁中型钢可在节点中通过，保持贯通。见图c4)连接型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点。见图d,图5.23 型钢混凝土节点型式,5.8.2 节点的实验研究 1.破坏过程及破坏形态（图5.24）2.滞回曲线（图5.25）及骨架曲线（图5.26）3.变形性能及延性4.耗能性能5.刚度及刚度退化6.轴压比影响7.其他试验结果 型钢混凝土与钢筋混凝土相

33、比，其变形性能及延性、刚度明显增加。耗能性能是钢筋混凝土的三倍。,图5.24 节点裂缝图,图5.25 型钢混凝土节点滞回曲线,图5.26 骨架曲线,5.8.3 节点的受力机理 1.钢桁架机理 柱型钢翼缘与水平加劲肋构成了一个刚性框，节点混凝土受力后形成斜压杆，混凝土斜压杆和型钢腹板可视为刚性框中的斜杆、斜压腹杆。这些腹杆仅承受轴向力。构成图5.27所示的五次超静定刚桁架。2.钢“框架-剪力墙”机理 钢筋混凝土的抗剪可视为由混凝土斜压杆加桁架的抗剪机理。斜压杆主要承受梁端、柱端之压应力,钢筋与斜压混凝土构成的桁架主要承受梁端、柱端之拉应力及剪应力。见图5.28。,图5.27 节点钢桁架受力机理,

34、图5.28 节点中混凝土部分受力机理,5.8.4 节点的抗裂计算 型钢混凝土节点的抗裂计算时的基本假定：（1）节点斜裂缝出现以前基本处于弹性工作阶段；（2）节点斜裂缝出现时，钢与混凝土变形协调；（3）忽略翼缘框直接承受的剪力；型钢混凝土节点抗裂计算时的建议公式:其中折算截面轴压比,（5.118）,（5.119）,4.8.5 节点抗剪承载能力计算 1.配实腹型钢的节点计算 塑性极限分析，型钢混凝土节点的抗剪能力计算公式:型钢混凝土节点的抗剪强度计算公式为:中节点:边节点:,（5.120）,（5.121）,（5.122）,图5.29 型钢腹板应力,2.配角钢骨架的节点计算 配角钢骨架的型钢混凝土节

35、点的承载能力公式：中节点:边节点:3.节点截面面积尚应符合截面限制条件,（5.123）,（5.124）,（5.125）,4.节点设计剪力的计算,图5.30 节点作用力计算简图,（5.126）,5.8.6 节点构造 1.梁柱中均配实腹工字钢的框架节点梁与柱刚接连接的三种形式：全焊接连接、全螺栓连接、栓焊混合连接 图5.31为柱型钢与双向梁型钢连接2.钢筋混凝土柱配实腹钢型钢混凝土梁的框架节点 采取机械锚固（图5.32为锚脚局部受压宽度取值）3.型钢混凝土柱钢筋混凝土梁节点（图5.33、5.34）4.配角钢骨架的梁柱节点5.柱脚：埋入式柱脚（图5.35）与非埋入式柱脚（图5.36）,图5.31 柱

36、型钢与双向梁型钢连接,图5.32 锚脚局部受压宽度取值,图5.33 梁筋与柱型钢连接,图5.34 顶节点柱型钢与主筋用锚板锚固,图5.35 埋入式柱脚,图5.36 非埋入式柱脚,5.10 构造要求 1.混凝土一般不宜低于C25，钢筋、钢箍宜用级钢、级钢，型钢应用延性较好的普通碳素钢和低合金钢。2.型钢混凝土构件中钢筋及钢箍的混凝土保护层应符合混凝土规范的规定，配实腹型钢的保护层不小于50mm，宜采用100mm。3.配实腹式钢的型钢混凝土梁柱中纵筋总面积不小于0.5%bh，d不小于14mm，梁中型钢配钢量不小于3%bh，柱中不小于4%bh，也不应大于15%bh，宜在10%以下。4.配角钢骨架的梁

37、的纵向角钢含钢量不小于20%，柱中主角钢含钢量不小于3%bh。5.配实腹钢的型钢混凝土框架，柱型钢应开通，梁型钢在柱型钢两侧断开，可与柱型钢用角焊（钢板薄）或接口焊，并在梁上下翼缘水平处，柱中焊接厚度不小于梁翼缘的加劲肋，以有效传递内力。6.地震区的型钢混凝土柱的轴压比应符合抗震规范和混凝土规范的要求，但轴压比应按下式计算,7.型钢混凝土中型钢板的宽厚比应符合规定，型钢钢板厚度尚应符合下列规定：腹板 且翼缘 且,8.下部为型钢混凝土上部为钢筋混凝土的框架，应设置过渡层。过渡层设在钢筋混凝土层，型钢混凝土的型钢应伸入钢筋混凝土层并焊有栓钉。9.下部为型钢混凝土上部为钢结构的框架，也应设过渡层，过渡层设在钢结构层，此时钢结构的过渡层应外包混凝土，过渡层钢柱应向下伸入型钢混凝土层并焊有栓钉。10.型钢混凝土剪力墙分无边框与有边框的。有边框的即墙两端设有型钢混凝土柱。无边框的则在墙两端设型钢混凝土暗柱。,