组合结构课件(交通)

1（交通土建方向限选）（交通土建方向限选）课程介绍及进度安排课程介绍及进度安排钢结构钢结构&&组合结构组合结构设计设计许许福福1508077933715080779337，土木院楼，土木院楼[e-mail]@xtu.edu.cn助教：孙见松（助教：孙见松（1517325538515173255385）土木院楼）土木院楼2102102理论力学理论力学材料力学材料力学结构力学结构力学课程架构课程架构混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理钢结构设计原理钢结构设计原理混凝土与砌体结构设计混凝土与砌体结构设计钢结构钢结构与与组合结构组合结构设计设计工程结构设计（原理）工程结构设计（原理）3课程要求课程要求到课率到课率作业作业((每周交一次每周交一次))考试考试50%50%50%50%4组合结构设计组合结构设计第一章第一章绪绪论论51.聂建国等，《钢-混凝土组合结构》，中国建筑工业出版社，北京，20052.林宗凡编著，《钢-混凝土组合结构设计》同济大学出版社，上海，20043.JohnsonRP,CompositeStructuresofSteelandConcrete,OXFORD:BlackwellScientificPublications,1995参考书目赵鸿铁主编，《组合结构设计原理》，高等教育出版社，北京，2005教材及参考书目教材及参考书目6钢结构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构木结构木结构砌体结构砌体结构五大结构体系五大结构体系钢与混凝土组合结构（组合结构）钢与混凝土组合结构（组合结构）7什么是组合结构？什么是组合结构？由各种由各种组合构件组合构件构成的结构体系称构成的结构体系称为为组合结构组合结构组合构件组合构件两种或两种以上两种或两种以上性质不同的性质不同的结构结构材料材料组成整体组成整体能能共同工作共同工作的构件的构件8在传统使用的结构中，有许多构件即是组合构件在传统使用的结构中，有许多构件即是组合构件传统结构中的组合构件传统结构中的组合构件组合墙梁组合墙梁配筋砖砌体配筋砖砌体钢木混合桁架钢木混合桁架钢筋混凝土钢筋混凝土本课程主要介绍的是本课程主要介绍的是型钢型钢与与混凝土混凝土的组合构的组合构件与结构，即件与结构，即钢－混凝土组合构件与结构钢－混凝土组合构件与结构9223maxmax23162128MyqlqlhbhIbhσ===max33132248Vqlqlbhbhbhτ===44433555223843846412qqllqlfbhEIEbhE===()322maxmax22381216bhMyqlqlhIbhσ===()()max3313222228Vqlqlbhbhbhτ===()44433555384384256212qlqlqlfEIEbhbhE===完全组合梁完全组合梁非组合梁非组合梁组合机理组合机理10压型钢板与混凝土组合板压型钢板与混凝土组合板钢钢--混凝土组合梁混凝土组合梁型钢混凝土构件型钢混凝土构件型钢混凝土梁型钢混凝土梁型钢混凝土柱型钢混凝土柱钢管混凝土钢管混凝土组合构件组合构件圆形钢管混凝土圆形钢管混凝土方形钢管混凝土方形钢管混凝土11在压成各种形式的在压成各种形式的凹凸肋凹凸肋与各种形式与各种形式槽纹槽纹的钢板上浇的钢板上浇注混凝土而制成的组合板，依靠凹凸肋及不同的槽纹使钢注混凝土而制成的组合板，依靠凹凸肋及不同的槽纹使钢板与混凝土板与混凝土组合组合在一起。在一起。压型钢板与混凝土组合板压型钢板与混凝土组合板成型成型浇筑浇筑截面抵截面抵抗矩抗矩截面截面刚度刚度12压型钢板与混凝土组合板压型钢板与混凝土组合板特点：特点：利用混凝土利用混凝土造价低造价低、、抗压强度高抗压强度高、、刚度刚度大大等特点作为板的等特点作为板的受压区受压区，而受拉性能好的，而受拉性能好的钢材钢材放放在在受拉区受拉区，代替板中受拉钢筋，使得两种材料合理，代替板中受拉钢筋，使得两种材料合理受力，各得其所，都能发挥各自的优点。受力，各得其所，都能发挥各自的优点。其突出的优点还在于压型钢板在施工时先行安其突出的优点还在于压型钢板在施工时先行安装，可作为浇注混凝土的装，可作为浇注混凝土的模板及施工平台模板及施工平台。。在与混凝土共同工作性能较差的压型钢板上可焊在与混凝土共同工作性能较差的压型钢板上可焊接附加钢筋或栓钉，以保证钢材与混凝土的完全组接附加钢筋或栓钉，以保证钢材与混凝土的完全组合作用。合作用。13通过通过剪切连接件剪切连接件将将钢梁钢梁与与混凝土板混凝土板连成整体的连成整体的横向横向承载构件。承载构件。组合梁组合梁14混凝土板可以是混凝土板可以是现浇混凝土板现浇混凝土板、、预制混凝土板预制混凝土板、、压型钢压型钢板混凝土组合板板混凝土组合板或或预应力混凝土板预应力混凝土板。钢梁可以用。钢梁可以用轧制轧制或或焊焊接接钢梁。钢梁。钢梁形式有工字钢、槽钢或箱形钢梁等。混凝土板与钢钢梁形式有工字钢、槽钢或箱形钢梁等。混凝土板与钢梁之间用梁之间用剪切连接件剪切连接件连接，使混凝土板作为梁的连接，使混凝土板作为梁的翼缘翼缘与钢与钢梁组合在一起，整体共同作用，形成组合梁。梁组合在一起，整体共同作用，形成组合梁。特点特点：混凝土受：混凝土受压压，钢梁主要，钢梁主要受拉与受剪受拉与受剪，受力合理，，受力合理，强度、强度、刚度刚度显著提高，充分利用了混凝土的有利作用。由显著提高，充分利用了混凝土的有利作用。由于侧向刚度大的混凝土板与钢梁组合连接在一起，很大程于侧向刚度大的混凝土板与钢梁组合连接在一起，很大程度上改善了钢结构容易发生度上改善了钢结构容易发生整体失稳与局部失稳整体失稳与局部失稳的弱点。的弱点。组合梁组合梁15型钢混凝土组合构件型钢混凝土组合构件在混凝土中配置在混凝土中配置型钢型钢或以或以配型钢为主配型钢为主的结构构件的结构构件称为型钢混凝土组合结构构件。称为型钢混凝土组合结构构件。16型钢混凝土组合构件型钢混凝土组合构件特点：特点：承载力高承载力高构件截面小，可降低结构层高构件截面小，可降低结构层高较少模板工作量，缩短工期较少模板工作量，缩短工期结构延性好，抗震性能优良结构延性好，抗震性能优良耐久性和防火性能明显优于钢结构耐久性和防火性能明显优于钢结构17钢管混凝土柱钢管混凝土柱可分为圆形钢管混凝土柱、方形钢管混凝土可分为圆形钢管混凝土柱、方形钢管混凝土柱等。一般在钢管中浇注混凝土，并不另配钢筋。柱等。一般在钢管中浇注混凝土，并不另配钢筋。（（11）圆形钢管混凝土柱的特点：）圆形钢管混凝土柱的特点：利用钢管约束混凝土，将利用钢管约束混凝土，将混凝土由混凝土由单向单向受压转变为受压转变为三向三向受压。钢管混凝土结构充分发受压。钢管混凝土结构充分发挥混凝土和钢材各自的优点，避免了钢材特别是薄壁钢材容挥混凝土和钢材各自的优点，避免了钢材特别是薄壁钢材容易失稳的缺点，所以受力合理，大大节省材料，同时避免混易失稳的缺点，所以受力合理，大大节省材料，同时避免混凝土受压时发生溃散、坍落等脆性破坏现象。凝土受压时发生溃散、坍落等脆性破坏现象。圆形钢管在作为圆形钢管在作为受弯构件受弯构件使用时并无优越性可言，而且是使用时并无优越性可言，而且是不利不利的，因此常常将其作为高层建筑中的下面数层的柱是昀的，因此常常将其作为高层建筑中的下面数层的柱是昀合适的。圆钢管混凝土结构的昀大弱点是圆形截面的柱与矩合适的。圆钢管混凝土结构的昀大弱点是圆形截面的柱与矩形截面的梁形截面的梁连接连接比较复杂，这是推广圆钢管混凝土结构的一比较复杂，这是推广圆钢管混凝土结构的一大障碍。大障碍。钢管混凝土钢管混凝土钢管混凝土柱钢管混凝土柱18(2)(2)方形钢管混凝土柱的特点方形钢管混凝土柱的特点克服了圆钢管混凝土柱的一些缺点。可克服了圆钢管混凝土柱的一些缺点。可以用作偏心受压柱，房屋的外观较好；连接以用作偏心受压柱，房屋的外观较好；连接面为平面，节点构造比较简单；由于钢材都面为平面，节点构造比较简单；由于钢材都分布于截面外边，抗弯承载力较高。分布于截面外边，抗弯承载力较高。钢管混凝土钢管混凝土19其他类型的组合结构构件其他类型的组合结构构件••外包钢外包钢--混凝土组合结构构件混凝土组合结构构件20••钢板钢板--混凝土组合剪力墙构件混凝土组合剪力墙构件其他类型的组合结构构件其他类型的组合结构构件21••桁架式钢管混凝土构件桁架式钢管混凝土构件其他类型的组合结构构件其他类型的组合结构构件22设计理念设计理念◇◇混凝土的弱点混凝土的弱点((特点特点))抗拉强度小抗拉强度小有横向约束时抗压强度增大有横向约束时抗压强度增大极限应变小，受压易溃散极限应变小，受压易溃散钢材提供支援钢材提供支援◇◇钢材的弱点钢材的弱点((特点特点))容易压缩屈曲容易压缩屈曲容易生锈容易生锈刚度较小刚度较小混凝土提供支援混凝土提供支援设计理念：设计理念：合理使用钢材与混凝土合理使用钢材与混凝土23组合结构特点组合结构特点钢－混凝土组合结构充分利用了钢材和混凝土各自钢－混凝土组合结构充分利用了钢材和混凝土各自的优势性能，具有承载力高、刚度大、抗震性能和动的优势性能，具有承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、构件截面尺寸小、施工快速方便等优点。力性能好、构件截面尺寸小、施工快速方便等优点。同钢筋混凝土结构相比同钢筋混凝土结构相比，组合结构可以减小构件截，组合结构可以减小构件截面尺寸、减轻结构自重、减小地震作用影响、增加有面尺寸、减轻结构自重、减小地震作用影响、增加有效使用空间、降低基础造价、方便安装、缩短施工周效使用空间、降低基础造价、方便安装、缩短施工周期、增加构件和结构的延性等；期、增加构件和结构的延性等；同钢结构相比同钢结构相比，可以减小用钢量、增大刚度、增加，可以减小用钢量、增大刚度、增加稳定性和整体性、提高结构的抗火性和耐久性等。稳定性和整体性、提高结构的抗火性和耐久性等。24组合结构特点组合结构特点采用组合结构可以节省脚手架和模板，便于立体交采用组合结构可以节省脚手架和模板，便于立体交叉施工，减小现场湿作业量，减轻施工扰民程度。叉施工，减小现场湿作业量，减轻施工扰民程度。在城市高架桥梁结构中采用组合结构，在施工期间在城市高架桥梁结构中采用组合结构，在施工期间可以不中断交通，缩短施工周期；可以不中断交通，缩短施工周期；在建筑结构中采用组合结构，同样可以便于立体交在建筑结构中采用组合结构，同样可以便于立体交叉施工，缩短施工周期，减轻结构自重，减小构件截叉施工，缩短施工周期，减轻结构自重，减小构件截面尺寸并增大净空和使用面积。面尺寸并增大净空和使用面积。25组合结构特点组合结构特点组合结构的组合结构的造价造价介于钢筋混凝土结构和钢结构之间，如果介于钢筋混凝土结构和钢结构之间，如果考虑因自重减轻而带来的竖向构件截面尺寸减小、地震作用考虑因自重减轻而带来的竖向构件截面尺寸减小、地震作用减小、基础造价降低、施工周期缩短等有利因素，组合结构减小、基础造价降低、施工周期缩短等有利因素，组合结构比钢筋混凝土结构的造价甚至还要略低。如北京国际技术培比钢筋混凝土结构的造价甚至还要略低。如北京国际技术培训中心的两幢塔楼，它采用轻钢训中心的两幢塔楼，它采用轻钢——混凝土组合楼盖，因自重混凝土组合楼盖，因自重减轻、节省模板等效益，减轻、节省模板等效益，综合造价综合造价降低约降低约55％。％。相对于混凝土结构，组合结构的相对于混凝土结构，组合结构的缺点缺点是需要采取防火及防是需要采取防火及防腐措施。不过，组合结构的防火及维护费用比钢结构低，并腐措施。不过，组合结构的防火及维护费用比钢结构低，并且随着科学技术的发展，防腐涂料的质量和耐久性也在不断且随着科学技术的发展，防腐涂料的质量和耐久性也在不断提高，这就为组合结构的应用进一步提供了有利条件。提高，这就为组合结构的应用进一步提供了有利条件。26组合结构适用范围组合结构适用范围组合结构可以广泛应用于组合结构可以广泛应用于多层及高层房屋多层及高层房屋、、大跨结构大跨结构、、高耸结构高耸结构、、桥梁结构桥梁结构、、地下结构