SRC結(jié)構(gòu)體系研究現(xiàn)狀綜述

摘要：本文根據(jù)近年國內(nèi)外各類權(quán)威期刊雜志、文獻(xiàn)及書籍，對SRC鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀做了統(tǒng)一概述，并指出該研究領(lǐng)域存在的盲區(qū)，希望引起業(yè)內(nèi)人士的注意，加強(qiáng)研究、完善資料。

關(guān)鍵詞：SRC；研究現(xiàn)狀

1．引言

鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)作為組合結(jié)構(gòu)的典型代表，自其誕生之日起，就以其優(yōu)越的特性而得到超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計師的青睞。我國自從上個世紀(jì)五十年代從蘇聯(lián)引進(jìn)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)到目前已有六十年，而這種結(jié)構(gòu)體系真正廣泛的在國內(nèi)運用還是最近二三十年。另外，國內(nèi)對該種結(jié)構(gòu)體系的研究起始于上個世紀(jì)八十年代，由于歷時比較短，研究并不充分，本文從整體上對鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀做一概述，為后續(xù)研究者提供參考。

2．SRC結(jié)構(gòu)體系研究現(xiàn)狀

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是上個世紀(jì)初在國外開始出現(xiàn)的，日本于1921年建立的30層的日本興業(yè)銀行大廈是典型的全型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，并因此種結(jié)構(gòu)優(yōu)越的抗震性能，此后而得到進(jìn)一步的發(fā)展與研究。經(jīng)過大量的實驗及實際工程研究，日本于1958年頒布了《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，后又于80年代后期進(jìn)行了三次修訂^[1]。

西方國家于上個世紀(jì)20年代開始使用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，其最初的目的是為了防火而在鋼柱外邊包裹一層混凝土，因而其設(shè)計也是按照鋼柱設(shè)計的，但后來發(fā)現(xiàn)混凝土能夠提高鋼柱的剛度作用，因而在鋼柱設(shè)計中考慮了折算剛度的作用，并與上個世紀(jì)八十年代將該計算方法納入了歐洲統(tǒng)一規(guī)范。

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)因鋼骨能夠承受支撐和模板等施工荷載的作用，從而可以加快施工進(jìn)度，因而得到二戰(zhàn)后亟待重建的蘇聯(lián)的青睞。此后，蘇聯(lián)于1949年頒布了《多層房屋勁性鋼骨混凝土?xí)盒性O(shè)計技術(shù)條件》，后又于1978年頒布了《蘇聯(lián)勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計指南》。

我國于50年代從蘇聯(lián)引入了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)時因為片面的強(qiáng)調(diào)節(jié)約鋼材，而導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)沒有得到廣泛的應(yīng)用。直到改革開放以后，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，帶動了建筑行業(yè)的崛起，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)才得到了真正的用武之地。隨后武漢工業(yè)大學(xué)、冶金部建筑研究總院、中國建筑科學(xué)研究院、清華大學(xué)、西南交通大學(xué)等部門在大量鋼骨砼構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的實際研究的基礎(chǔ)上，獲得了許多很有價值的研究成果，為后人在這個領(lǐng)域作進(jìn)一步的研究提供了寶貴的經(jīng)驗及大量珍貴的參考內(nèi)容。此后，我國在參考日本設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，制定了我國的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，該規(guī)范的制定還參考了國內(nèi)外相關(guān)混凝土規(guī)范，并于二十一世紀(jì)初進(jìn)行了第一次修訂。在該規(guī)范中，其具體的計算方法是將型鋼作用效果等效為鋼筋來計算的，其實該計算方法與我國的混凝土規(guī)程中的相關(guān)方法是十分相似的。

縱觀國內(nèi)外對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)研究的相關(guān)文獻(xiàn)，可以得出這些研究主要集中在如下幾個方面：（1）鋼骨與砼之間的粘結(jié)和滑移性能研究（2）鋼骨砼結(jié)構(gòu)的抗震及防火性能研究（3）鋼骨砼柱的受力特性研究（4）鋼骨砼梁的受力特性研究（5）梁柱節(jié)點的性能研究。下面就這些方面逐條介紹國內(nèi)外的相關(guān)研究成果。

2.1 鋼骨與砼之間的粘結(jié)和滑移性能研究：粘結(jié)滑移的實驗研究類型主要

有兩種^[2]（如圖1-6），這兩種實驗方法各有各的優(yōu)點，其中壓入實驗與短柱實驗

圖1-6" 鋼骨與混凝土粘結(jié)滑移實驗方法

相比在確定粘結(jié)強(qiáng)度和滑移剛度方面更有優(yōu)勢，而且其在模擬滑移時的受力狀態(tài)方面較短柱實驗更簡單、方便，這種實驗方法也是一種比較常用的實驗方法；而短柱實驗的優(yōu)點則是能夠更真實的反應(yīng)短柱的實際受力狀態(tài)。

2.2" 鋼骨砼結(jié)構(gòu)的抗震及防火性能研究：

楚留聲和白國良考慮到型鋼混凝土構(gòu)件塑性鉸的確定問題，而用等剛度法將型鋼混凝土等效為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，從而使型鋼混凝土結(jié)構(gòu)可以用pushover法來進(jìn)行分析，并得出型鋼混凝土結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)越的抗震耗能能力。王連廣、張海霞、吳利權(quán)假定模型中鋼骨與混凝土無滑移、梁不考慮軸向變形等，并對比分析構(gòu)件兩端不出現(xiàn)、一端出現(xiàn)（分上小或左右兩種）、兩端都出現(xiàn)塑性鉸四種工況下構(gòu)件的性能，得出框架底部為薄弱部位，仍需加強(qiáng)。賈金青、姜睿、厚童對13根剪跨比為2.75的鋼骨混凝土進(jìn)行了實驗分析，得出隨著軸壓比的提高，試件的延性逐漸變差，而提高配箍率可在一定程度上使延性得到改善。

2.3 鋼骨砼柱的受力特性研究：

丁煥龍、郝際平、姜維山通過大型有限元軟件ANSYS對雙向偏心受壓的SRC柱正截面承載力進(jìn)行模擬分析，并與實驗結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析，得出有限元程序模擬實驗是可行的。通過實驗分析，Stevens等人得出砼對型鋼柱的承載力有很多的提高作用，從而在以后的設(shè)計中將砼對型鋼的影響也考慮在內(nèi)。在計算SRC柱的壓彎承載力時，日本學(xué)者先后提出了兩種方法：一般疊加法和簡單疊加法。但該方法過于保守，我國學(xué)者葉列平、方鄂華等在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，得出了更為精確的計算方法，即改進(jìn)簡單疊加法。

2.4 鋼骨砼梁的受力特性研究：

邵永健等通過對蜂窩、焊接箍筋、支座加勁肋等五根不同構(gòu)造措施的鋼骨混凝土梁進(jìn)行抗彎實驗，通過上述實驗分析得出不同的構(gòu)造方法對混凝土與型鋼之間的粘結(jié)強(qiáng)度的影響程度是不同的。

2.5 梁柱節(jié)點的性能研究：

在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中梁柱的節(jié)點構(gòu)造主要有以下幾種形式：（1）SRC柱與SRC梁節(jié)點（2）SRC柱與鋼梁節(jié)點（3）SRC柱與RC梁節(jié)點；日本對前兩者的研究比較多，且在實際工程中得到了廣泛應(yīng)用，我國主要使用后兩種節(jié)點構(gòu)造形式。

國內(nèi)學(xué)者對高層建筑結(jié)構(gòu)的施工模擬方法研究比較多，也取得了很多可喜的成果，比如李丹、趙西安提出結(jié)構(gòu)整體剛度一次形成，逐層改變右端荷載，來達(dá)到荷載逐層施加的效果，其計算方法簡便，但沒有考慮剛度逐層形成的影響。傅學(xué)怡^[3]在此基礎(chǔ)上提出了更加接近實際施工過程的計算方法，其將整個建筑荷載分為兩個部分：施工階段的垂直荷載和主體結(jié)構(gòu)完成后的裝修、填充墻等垂直荷載，并將第二部分荷載一次性加載到整體結(jié)構(gòu)中算出各層變形，而第一部分則采用逆推法，首先計算頂層荷載對底下各層變形的影響，計算完后用殺死單元法將頂層的剛度殺死，同時頂層荷載也設(shè)為零，接著算倒數(shù)第二層，依此類推，最后將以上各部分算得的各層變形對應(yīng)相加。另外還有蘇靜麗、高兌現(xiàn)提出的遞推法，楊永明、尤君等提出的直接模擬法，李瑞禮、曹志遠(yuǎn)提出的超級有限元法，這三種方法中有的條件要求比較苛刻，有的計算機(jī)實現(xiàn)比較困難而沒有得到廣泛應(yīng)用。陳萬慶結(jié)合工程實例對比了軟件PKPM中自帶的五種施工模擬方法，并得出每種模擬方法的適用范圍。方永明等通過實例對比分析了趙西安提出的方法、施工加載法、一次性加載法三種不同施工模擬方法，得出施工加載法優(yōu)于其他兩種加載方法。

國外對混凝土的收縮徐變的研究起步較早，并提出了一些比較經(jīng)典的模型來計算混凝土的收縮徐變，比如ACI209模型、CEB-FIP模型等。但是主要集中在混凝土在受壓條件下結(jié)構(gòu)的收縮徐變，對于受拉條件下的徐變則簡單的以受壓條件下來衡量。由于某些特殊的結(jié)構(gòu)，如蓄水池、沒設(shè)縫的大板等，主要是承受拉力，研究其受拉徐變，可以近一步分析其開裂性能。近些年，基于混凝土的受拉收縮徐變，國內(nèi)外的研究人員做了一些

理論與實驗研究，并取得了一些寶貴的結(jié)論。此外在鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼骨只能發(fā)生彈性變形，而不會有收縮徐變的發(fā)生，這就會使得混凝土在收縮徐變的過程中受到鋼骨的阻礙作用，從而將混凝土中的部分應(yīng)力傳遞給鋼骨，也就是所謂的應(yīng)力重分布。在應(yīng)力重分布過程中，混凝土?xí)鬟f多少應(yīng)力于鋼骨，鋼骨會不會達(dá)到受壓屈服，混凝土?xí)粫驗閼?yīng)力重分布而產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至產(chǎn)生抗拉裂縫。這些不利影響，在國內(nèi)外尚無相關(guān)文獻(xiàn)參考。國內(nèi)外對于施工找平分析的相關(guān)文獻(xiàn)比較有限，且其分析方法主要有三種：施工中逐層找平、提高豎向構(gòu)件的剛度法、變溫法，通常第一種方法使用比較普遍。

3.結(jié)語

綜上可知，我國研究人員雖然對SRC結(jié)構(gòu)體系做了大量研究，但依然存在如下兩個方面的盲區(qū)，需進(jìn)一步進(jìn)行研究完善：

（1）考慮溫度影響、混凝土彈性模量隨時間變化的情況下不同施工找平方式及水平構(gòu)件對結(jié)構(gòu)豎向變形及豎向變形差的影響分析。

（2）水平及豎向鋼筋混凝土構(gòu)件存在收縮徐變的影響，其應(yīng)力的重分配及收縮徐變對豎向變形的影響可以做進(jìn)一步的分析。

參考文獻(xiàn)：

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