型钢混凝土结构(SRC)设计规程比较

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发布时间：2021-09-03

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型钢混凝土结构( SRC) 设计规程比较
3
杨　勇　聂建国
(清华大学土木工程系博士后流动站　北京　100084)
摘　要: 首先对日本及欧美等国外有关型钢混凝土(SRC) 结构的设计规程进行了介绍,并简单介绍了我
国现有的关于型钢混凝土(SRC) 结构的两部规程《钢骨混凝土结构设计规程》(YB 9082 - 97) 及《型钢混凝土组
合结构技术规程》(JGJ 138 - 2001) 的编制背景和依据。对两部规程中有关型钢混凝土梁的正截面抗弯、斜截
面抗剪承载能力、型钢混凝土(SRC) 偏心受压构件、剪力墙和梁柱节点的计算理论和计算方法进行了重点比
较分析,并结合型钢混凝土(SRC) 梁、型钢混凝土(SRC) 偏心受压构件和梁柱节点承载能力的计算实例,对两
部规程的应用方法、计算步骤和计算结果做了比较分析,为使用两部型钢混凝土结构设计规程提供参考。
关键词: 型钢混凝土(SRC) 结构　设计规程　承载能力　计算实例
COMPARISON OF THE SPECIFICATIONS FOR DESIGN OF SRC STRUCTURES
Yang Yong 　Nie Jianguo
(Postdoctoral Station Civil Engineering , Tsinghua University　Beijing 　100084)
Abstract : The specifications for design of Steel Reinforced Concrete (SRC) structures of the foreign countries such as
Japan , USA were introduced at first , and the two specifications for design of SRC structures in our country , which are the
Technical Specification for Steel Reinforced Concrete Composite Structures (JGJ 138 - 2001) and Specification for Steel2
Reinforced Concrete Structures ( YB 9082 - 97) were analyzed in detail based on their background. Discussions were
focused on the calculation theory of the two specifications on bending and shearing load2bearing capacity of SRC beams , SRC
eccentric compression columns , shear walls and beam2column joints. The design methods and calculation steps for the two
specifications were presented by means of a series of calculation examples of typical SRC beams , and SRC eccentric
compression columns and beam2column joints. Finally the detail requirements of SRC members in the two specifications were
fully analyzed. This work is helpful to the engineering application of the two specifications in SRC structures design.
Keywords : steel reinforced concrete (SRC) structure 　design specification 　load2bearing capacity 　calculation examples
3 中国博士后基金(编号:2005037062) 、国家自然科学基金资助项目
(批准号:50478120) 。
第一作者:杨　勇　男　1976 年11 月出生　博士　华侨大学讲师
收稿日期:2005 - 08 - 20
型钢混凝土结构承载力高、刚性大并具有良好的延性和
耗能性能,因而特别适用于地震区。在欧美和日本等国家,
型钢混凝土结构的应用非常普遍,在国内的应用和推广亦日
趋广泛[1 - 4 ] 。目前,日本[5 ] 、前苏联(见1983 年冶金工业部建
筑研究学院技术情报室汇编8302) 、美国[6 ] 和欧洲[7 ] 都制定
了SRC 结构的设计规范(或规程) ,我国原冶金工业部和建设
部分别于1998 年和2002 年制定了两部相应的行业标准《钢
骨混凝土结构设计规程》( YB 9082 - 97) (以下简称“YB 规
程”) 及《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138 - 2001) (以
下简称“JGJ 规程”) ,但我国尚未形成统一的SRC 结构的设计
规范。由于两部规程的编制依据和编制背景的不同,二者在
SRC构件计算理论、计算方法和构造要求上均有一定的差异。
因此对型钢混凝土结构规程的差异和区别进行探讨分析,掌
握两部规程的计算理论和设计方法,具有一定的实际意义。
1 　我国两部规程编制背景
111 　《钢骨混凝土结构设计规程》(YB 9082 - 97)
YB 规程的特点是以日本规范模式为基础,忽略了型钢
和混凝土之间的粘结作用,按叠加原理建立承载能力和刚度
的计算公式,工程实际应用比较方便,计算简单,可操作性
强,带有浓厚的“设计”气息,但设计结果偏于保守,容易造成
不经济。
112 　《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138 - 2001PJ
130 - 2001)
“JGJ 规程”的特点也是以钢筋混凝土理论为基础、以试
验研究成果为依据建立的。在这套规程中引入了平截面假
定,采用极限状态设计法设计,基本上反映了我国目前对型
钢混凝土结构研究的最新成果,并且其设计思路基本上与我
国钢筋混凝土结构的设计方法相一致。该规程理论依据较
为充分、考虑因素全面、计算结果比较准确,但计算公式比较
复杂,带有较浓厚的“学院”气息。
80　Industrial Construction Vol136 ,No11 ,2006 工业建筑　2006年第36卷第1期
由于编制背景和依据的差异,两部规程在很多方面存在
差异,而对于SRC 结构工程设计方面,主要关心的是构件的
承载能力计算、构件的设计方法和构造要求等。下面主要针
对两部规程在SRC 梁、柱、剪力墙和梁柱节点的承载能力、构
造要求方面的区别进行比较,以方便对两部规程的掌握和理
解应用。
2 　SRC梁承载能力
211 　SRC 梁正截面承载能力
YB 规程:采用强度叠加理论,将SRC 分为钢结构部分和
混凝土部分并分别计算,计算结果为实承载能力下限值,偏
于保守,而且对不对称截面(图1b～图1d 所示截面) 计算精
度不高,但计算方便简单,适合于截面估算和截面试设计。
图1 　型钢混凝土梁截面形式

“JGJ 规程”:采用钢筋混凝土计算理论,考虑到构件受力
后期粘结失效的客观存在, 将混凝土的极限压应变取为
01003 ,并将《混凝土结构设计规范》( GBJ 10 - 89) 中的f cm改
为f c ,以降低构件承载能力,而新的《混凝土结构设计规范》
(GB 50010 - 2002) 为提高可靠度,统一将f cm改为f c ,所以JGJ
规程的结果会导致其可靠度较“规范”(GB 50010 - 2002) 低。
两部规程都主要针对比较规则、常见的截面形式(实腹
型钢混凝土如图1a) ,但一般不影响实际的工程应用,对于对
称性差、较特殊的截面(图1b～图1d 所示截面) ,规程中相应
内容不多,可以参考文献[1 ] 。
算例:已知型钢混凝土梁截面尺寸为bc ×hc = 1 000mm×
1 800mm,截面特征如图2 所示,混凝土强度等级为C30 ,型钢
采用Q345 钢,纵筋采用HRB335 级钢筋,梁截面纵筋配筋量
As = A′s = 4 ×490 = 1 960mm2 ,试计算梁截面的抗弯承载能力Mu 。
图2 　型钢混凝土梁截面特征
1) 按“JGJ 规程”计算
f c = 15MPa 　f s = f ′s = 315MPa
f y = f ′y = 300MPa 　δ1 h0 = 175mm　δ2 h0 = 1 625mm
h0 = h -
600 ×25 ×16215 + 4 ×490 ×70
600 ×25 + 4 ×490
= 1 648mm
δ1 = 175P1 648 = 01106 ;δ2 = 1 625P1 648 = 01986
所以,可得到:
Naw = [215ξ- (δ1 + δ2 ) ] tw h0 f s =
21076 ×107ξ- 9107 ×106
根据“JGJ 规程”公式(51112 - 1) 可以得到:
15 ×1 000 ×ξ×1 648 + 21076 ×107ξ- 9107 ×106 = 0
求解得到ξ= 0120 ,所以x = 330mm > a′s + tf = 150 + 25 =
175mm。
代入“JGJ 规程”公式(51112 - 2)和公式(51112 - 6) ,得到:
Mu = f c bx ( h0 - xP2) + f′y A′s ( h0 - a′s ) +
f ′s A′sf ( h0 - a′ss ) + Maw = 13 058kN ·m
2) 按“YB 规程”计算
根据截面特征可以得到Wss = 2172 ×107mm3 ,代入“YB
规程”公式(61212 - 1) 、公式(61213 - 1) 得到:
Mss = 1105 ×2172 ×107 ×315 = 8 99614kN·m
Mrc = 4 ×490 ×300 ×(1 730 - 70) = 981196kN·m
Mu = 8 99614 + 981196 = 9 978136kN·m
比较“YB 规程”和“JGJ 规程”计算结果可以看出,“YB 规
程”计算结果相对“JGJ 规程”较为保守,但计算很方便,可以
用于初步设计确定型钢的截面。“JGJ 规程”计算相对复杂,
但考虑因素较为全面、理论依据较为充分,计算结果较为准
确,可以用于梁截面的准确设计或强度校核。
212 　SRC 梁斜截面承载能力
在两部规程中,梁的斜截面抗剪承载能力计算理论都与
钢筋混凝土斜截面的承载能力相同,将型钢混凝土截面的斜
截面抗剪能力从形式上分为3 部分:箍筋抗剪作用V箍筋、混
凝土抗剪作用Vc 和型钢(钢骨) 抗剪作用Vs ,即:
VSRC = Vrc + Vs = V箍筋+ Vc + Vs (1)
两部规程关于V箍筋、Vc 和Vs 的规定主要区别在于系数
取值不同(表1) ,通过比较各系数取值,可以大致看出两部规
程的主要区别在于混凝土的抗剪承载力大小,“JGJ 规程”考
虑到核心混凝土的约束作用,提高了混凝土的抗剪能力,但
降低了箍筋的抗剪作用;型钢部分差别不大( f ssv≈0158f ss ) 。
总体上,对于工程实际的斜截面抗剪计算,两部规程计算结
果相差不太大。应该注意,“JGJ 规程”考虑了剪跨比λ对集
中荷载作用下型钢部分抗剪能力的影响,而“YB 规程”未曾
考虑。
3 　偏心受压构件正截面承载能力
两部规程关于偏压构件的正截面承载能力计算这一部
分区别较大。“YB 规程”采用两种叠加模式:简单叠加方法
和改进叠加方法,计算比较方便,但计算结果相对保守,计算
用钢量偏大。“JGJ 规程”采用与钢筋混凝土构件正截面承载
力计算相同的基本假定,以钢筋混凝土偏心受压柱正截面承
载能力计算理论为基本模式,将型钢腹板的应力简化为拉压
矩形应力图,采用极限平衡法推导出简化计算