钢梁-混凝土柱组合框架结构在国外的发展

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发布时间：2022-06-21

资料介绍

[提要] 由钢筋混凝土柱与钢梁组成的新型组合框架结构体系(RCS),以其最为经济地利用和发挥钢和混凝
土构件各自在抗弯或抗压强度、刚度、延性及功能适用性方面的优势，近20年来在美国和日本得以开发，并应
用于实际建筑工程中。扼要介绍了美日工程界在开发和应用 RCS组合框架结构时的不同设计思想、梁柱节点
构造、施工方法，及其在RCS组合框架的抗震性能、破坏模式、延性、耗能功能分析方面的共同观点。
[关键词] 组合框架结构抗震性能破坏模式延性耗能
一、前言
框架中钢柱的优点是：1)对承受大轴压力来讲，钢筋混
从二十世纪八十年代初,美国率先在传统的钢筋
凝土柱要比钢柱相对经济得多，并能增加结构的整体
混凝土框架结构、钢结构及后来的钢骨混凝土（SRC）
刚度,减小侧向位移;2)免除了梁柱节点的现场焊接工
复合式框架结构的基础上成功地开发研制了一种充分
作量；3）缩短了施工工期等[1]。在日本却恰恰相反，把
利用和发挥钢构件和钢筋混凝土构件各自在抗弯或抗
RCS组合框架结构作为低层建筑钢筋混凝土框架结构
压强度、刚度、延性及建筑功能适用性方面优势的新型
的一种变革。用钢梁来取代传统钢筋混凝土框架梁的
组合式框架结构体系，即由钢筋混凝土柱与钢梁组成
长处是：1）节省了楼盖混凝土的模板及其支撑：2）可加
的 RCS 组合框架结构体系（Composite RCS Moment
大梁的跨度来增加可使用的功能空间：3）采用现场预
Frames System），并已成功地应用在中、高层建筑中。
制或工厂预制构件能加快施工进度和降低施工成本
日本受到当时 AIJ( Architectural Institute of Japan)钢骨
等[2]。除上述优点外,相对钢框架结构而言还能减少
混凝土规范（SRC Standard）条文的阻碍，发展 RCS 组
防火覆盖的成本；相对钢筋混凝土框架结构还有减小
合结构起步稍晚。为保证钢骨混凝土框架结构具有较
结构高度,减轻楼盖自重,从而降低地震作用,以及增
好的延性和耗能功能，AIJ曾对SRC柱的钢骨截面抗
加结构的承载能力及延性功能等有利之处。
弯强度作了强制性规定：
不同的设计思想势必导致迥然不同的梁柱节点构
0.4≤ MA/LMA≤2.5 （1975年）
造处理，美国的 RCS 组合框架结构都是采用梁贯通
0.5≤ MVLMA≤2.5 （1987年）
（Through Beam）式，即钢梁连续穿过钢筋混凝土柱的
式中：MA为A节点SRC柱之钢骨抗弯强度，MA为
设计方案，见图 1。这样可以免除在最大弯矩处焊接
或螺栓连接钢梁的不利需求，并在梁柱节点处增设补
A节点SRC梁之钢骨抗弯强度。
强构件，如面承板（Face Bearing Plate( FBP）)或剪力钉
不言而喻，对于钢筋混凝土柱与钢梁组合节点来
讲，其 M / MA=0,则该条文严格地禁止了RCS组
等，以增加梁柱节点区域的强度[3],而梁柱节点的强度
计算也必须依据不同的破坏模式分别对待[4.5]。
合结构的应用。一直到上世纪八十年代末,日本学者
在日本,象图1所示的梁贯通式RCS组合节点用
和AIJ 逐渐认识到RCS组合结构的优越性,且已研制
开发出若干能满足钢梁和钢筋混凝土柱之间复杂应力
得不多,绝大部分采用柱贯通(Through Column)式,即
传递的梁柱节点构造，这才使RCS组合结构在日本得
到重视和发展。
柱纵向钢筋
二、不同的设计思想、节点构造和施工方法
钥梁
小截面架立钢柱
虽然美日两国都研究开发了RCS组合框架结构
体系，并已广泛地应用在实际的建筑工程中，但由于两
。
×1
国学者在开发时所持的设计思想不同，则导致所设计
-
备
的梁柱节点构造及整体施工方法也迥然不同。
面承板
节点大样
在美国,RCS组合框架结构被视为传统的中、高层
RC柱
建筑钢结构的一种延伸。用钢筋混凝土柱来替代原钢
图Ⅰ
典型的美国RCS组合节点大样