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云计算-型钢混凝土框架节点的构造与计算.pdf
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云计算-型钢混凝土框架节点的构造与计算.pdf
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西安建筑科技大学
1. 前 言
1.1 SRC结构的特性及应用
1.1.1概况
在土木工程结构中,材料的价值取决于许多因素,如它的性质、结构强度、耐久性
和施工方便性等。天然材料不可能具有上述所有这些性能,即使具有这些性能,也不一定
达到要求的指标。因此,工程师们通常进行优化,即用不同材料和不同的施工方法,建造
出造价最低又满足需要的建筑。
组合结构则是改进材料的方法之一,是将不同的材料按最佳几何构造布置,使每种
材料因所放的特定位置而发挥各自的优点,这种结构即称为组合结构,相应的建筑物则称
组合结构物,而结构的性能决定于组合作用达到的程度。型钢混凝土构件中型钢和混凝土
两种材料共同工作,主要依靠两者之间的粘结力和机械咬合力提供。
国内外常用的钢与混凝土组合结构有:
1、压型钢板与混凝土组合楼板。
2、钢与混凝土组合梁.
3、型钢混凝土组合结构。
4、钢管混凝土结构.
5、外包钥混凝土结构等五大类。
由于组合结构有节约钢材、提高混凝土利用系数、降低造价、抗震性能好、施工方
便等优点,在各国建设中得到迅速发展,许多国家制定了相应的技术性标准,使设计和施
工有章可循。我国对组合结构的研究和应用起步较晚,只有钢与混凝土组合梁的塑性设计
部分己列入钢结构设计规范外,其他几种结构,钢管混凝土规程早已编制出来,另外有的
正在编制规程,有的编制规程条件还不成熟。
SRC结构是钢筋混凝土 (简称 RC)内含型钢的一种组合结构,钢与钢筋混凝土结合
使这二种主要建筑材料充分发挥了各自的优点,由于钢本身的强度、延性较高,有时钢对
混凝土的约束使混凝土强度、延性提高,所以SRC结构的强度和延性比RC结构都要高。
同时,钢被混凝土包围着,使钢在耐久性、耐高温、耐火性及屈曲等方面的缺点得以克服。
但是,SRC结构比RC结构在设计施工方面复杂,造价提高 表 1-1是文献 ((3)就耐火
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性、耐久性、延性、裂缝开展的难易、挠度、恢复力曲线的稳定性、最大强度后的抗力下
降等问题,对 SRC结构、钥结构、RC结构进行了比较。从表中可以看出,SRC结构在
上述的建筑结构的基本要求方面有较多的优越之处。
表 1-1 各种结构的特性
SRC结构 钢结构
RC结构
耐火性 大
,J、 大
耐久性
大 一般
大
延 性
含铆量大:大
含钢里小:较大
大
比较小
裂 缝
难产生 不产生 易产生
挠 度 难产生 易产生
难产生
恢复力
曲线的
稳定性
弯曲
破坏
好 好 比较好
剪切
破坏
比较好
好
极差
最大强
度后抗
力下降
弯曲
刁、 /IN 比较小
剪切
比较大
小
极小
型钢混凝土中的型钢除采用轧制型钢外,还广泛使用焊接型钢。此外还配合使用钢
筋和钢箍。因此型钢混凝土可以制成品种繁多的构件,更能组成各种构件,它可以代替钥
筋混凝土结构和钢结构应用于工业和民用建筑之中。由型钢混凝土柱和梁可以组成型钢混
凝土框架。框架梁可以采用钢梁、组合梁或钢筋混凝土梁。
型钢混凝土框架与钢筋混凝土框架相比较具有一系列的优点:
卜 由于含钢量的限制.钥筋棍凝土框架的承载能力难以满足一些高层建筑的要求。
型钢混凝土中的型钢可不受含钢量的限制,所以型钢混凝土构件的承载能力可以高于同样
外形的钢筋棍凝土构件的承载能力的一倍以上:因此可以减小构件的截面,不会形成肥梁
胖柱。尤其对于高层建筑,构件截面减小,可以增加使用面积和层高,其经济效益是可观
的。
2』 型钢混凝土中的型钢在混凝土未浇灌之前即已形成钢结构,它具有相当大的承
载能力,能够承受构件自重和施工时的荷载,并可以将模板悬挂在型钢上,而不必为模板
设置支柱,因而减少了支模板的劳动力和材料。此外.型钢混凝土多层和高层建筑不必等
待混凝土达到一定强度就可施工上层,所以施工期限比钢筋混凝土结构缩短了,由于施工
中不需架立临时支柱,因此留出设备安装的工作面,可以让土建和安装设备的工序实行平
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设置纵向的柔性钢筋和钢箍.
在我国的应用:
50年代起开始引进劲性钢筋混凝土结构,主要是空腹式钥筋混凝土结构,而且不加
钢筋和钢箍,应用限于少数工业厂房和特殊结构。六十年代后,由于片面强调节约钥材,
型钢混凝土结构就难于推广应用。到八十年代推行对外开放及对内改革政策后,型钥混凝
土结构又一次在我国兴起。在研究方面,我校和冶建院进行型钢混凝土轴压短柱、偏压短
柱、偏压长柱和型钢混凝土梁的实验研究.其后中国建筑科学研究院、北京市建筑设计院、
同济大学、西南交大、清华大学、武汉工大等科研院所和高校也进行了大量研究。
但总的说来,型钢混凝土结构在我国的应用还刚刚开始,其建筑面积还不到建筑总
面积的千分之一,而日本在六层以上的建筑物中采用型钢混凝土结构的建筑物占总建筑面
积的62.80/o,可见差距之大。
结合我国的情况,钢材价格比较高,超高层建筑毕竟是少数,大量的高层建筑在 25
层以下,型钥混凝土结构有着广泛的应用前景。根据中国的国情研究具有中国特色的组合
结构体系是我国科技工作者的贵任,要避免盲目套用国外的经验,不加分析,照搬照抄,
同时也要避免不相信外国的经验,一切都要另搞一套的做法。相信型钥混凝土可以更快地
赶上世界水平,在中国会得到普遍的推广应用。
1.2 SRC框架节点的试验研究
框架节点主要是指框架梁与框架柱相交的节点核心区与邻近核心区的梁端和柱端,
它是框架结构中不可分割的一部分,是框架的关键部位。
框架受力后,各种内力通过梁端和柱端传到节点核心区,梁柱的截面尺寸和梁端及
柱端的配筋构造对节点核心的受力性能有直接的影响,而节点核心区的构造也影响到邻近
的梁端和柱端的强度、刚度和锚固性能。因此节点核心区与邻近的梁端和柱端是有紧密联
系的一个结构单元。在实验研究和设计时都要统一考虑这个范围的情况加以研究.
实践表明,节点的受力情况比梁、柱构件更为复杂,有专门研究的必要。
国内外多次大地展经验说明,SRC框架结构具有较好的抗震性能。约自六十年代以
来,高层建筑越来越多,由于使用高强材料,构件截面减小:进而节点区的截面尺寸也就
减小了。另外,对于梁柱构件性能的大量研究,改善了构件的强度和延性.这样,框架结
构的薄弱环节就转移到节点区域了。
正如法国抗震设计规范所指出的:节点在地震情况下为框架中最多受损的部分。对
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抗展结构来说,节点的研究比一般结构具有更大更重要的意义。
根据震害和试验结果,节点破坏型式归纳为四种:
1.梁端受弯破坏,梁端形成塑性铰
2‘柱端压弯破坏,柱端形成塑性铰
3.锚固破坏
a.核心区剪切破坏
第一种属延性破坏,其余三种皆属脆性破坏,应设法避免。
节点破坏的主要原因,主要是混凝土缺少足够的约束,节点配筋不足,锚固不当以及
施工质量不良等引起。也毓是说,要从强度计算和延性构造两个方面采取措施,以提高节
点的抗震性能。
节点研究概况:
1. 国外
大约从六十年代开始,美、日、新西兰等国都陆续对梁、柱节点的受力性能进行了
许多实验研究,逐步探索如何改善节点的构造和延性。对节点的抗剪能力的计算方法也提
出许多设计建议。
美国:
在大量试验的基础上,美国对梁柱节点的设计在AC1318-71的附录A中已做出规定,
并开始全面提出梁柱节点的设计规定。SEAOC-75规范中也做出了内容几乎相同的梁柱节
点的规定。1978年,ATC-352中也制定了有关梁柱节点核心区剪切强度的规定.
1985年,美国人Cl-ASCE-352委员会又对 1976年的梁柱节点设计建议作了较大的修
改,正在付诸实践中.
日本:
日本对梁柱节点的研究始于三十年代,其后,从50年代开始逐渐增加。到目前为止,
在日本的钢筋混凝土规范中,还没有正式列入梁柱节点设计的规定。但是,日本建筑学会
结构标准委员会钢筋混凝土结构分会已对梁柱节点设计提出了建议。
日本对节点研究的项目涉及到许多方面:
、.采用各种方法分析节点核心区内的应力。
2.通过试验来研究节点核心区的开裂及破坏形态。
3.梁柱筋的锚固性能。
4.包括梁柱节点在内的框架恢复力特性。
5.直交梁和箍筋对核心区的约束效果。
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