鋼骨混凝土組合結構在國內外發展綜述

劉少杰 孫恩輝 劉愛軍/華北理工大學

鋼骨混凝土組合結構在國內外發展綜述

劉少杰 孫恩輝 劉愛軍/華北理工大學

鋼骨混凝土結構是一種繼鋼結構和混凝土結構之后發展起來的新型結構，它綜合了鋼結構和混凝土結構的優點，可縮小結構構件截面尺寸，增大使用空間。目前在國內外工程界得到了廣泛的應用。

結構形式；鋼骨混凝土；抗震性能

隨著國民經濟的持續高速發展，人們的生活水平和審美觀不斷提高，對居住環境和住宅質量的要求越來越高。大跨度和超高層建筑已成為城市建設必不可少的一部分。鋼骨混凝土結構因構件較小、造價較低取代了傳統的鋼筋混凝土結構和鋼結構，被廣泛應用于地震見多的城市建設中去。

一、鋼骨混凝土結構的形式與特點

鋼骨混凝土結構是指在鋼筋混凝土結構內部配置鋼骨的組合結構，簡稱SRC(Steel Reinforced Concrete)結構。這種結構在各國有不同的名稱，在我國叫鋼骨混凝土結構，前蘇聯稱之為勁性鋼筋混凝土結構。鋼骨混凝土結構的特點是在混凝土內配置鋼骨，形成新的組合結構。所配置的鋼骨的形式有角鋼、工字鋼、寬翼緣工字鋼、雙十字鋼、雙槽鋼、十字型鋼、箱型方鋼管等。用鋼骨取代鋼筋，提高了組合結構的抗拉性能，同時外包混凝土又提高了組合結構的抗壓性能。所以，鋼骨混凝土結構綜合性能遠遠高于鋼筋混凝土結構和鋼結構。

（一） 鋼骨混凝土結構與鋼結構相比，具有以下幾點優點：

1.外包混凝土可以提高鋼構件的抗壓性能，防止局部受彎變形，提高鋼構件的整體剛度；

2.比鋼構件具有更高的耐久性、耐火性和抗腐蝕性；

3.比純鋼結構具有更大的剛度和阻尼，有利于控制結構的變形；

（二）鋼骨混凝土結構與鋼筋混凝土結構相比，具有以下幾點優點：

1.比鋼筋混凝土結構具有更高的承載力；

2.實腹式鋼骨的鋼骨混凝土構件，受剪承載力有很大提高，大大改善了結構的抗震性能；

3.鋼骨架本身具有一定的承載力，可以利用它承受施工階段的荷載，并可將模板懸掛在鋼骨架上，省去支撐，這有利于加快施工速度，縮短施工周期，如在多高層結構的施工中不必等待混凝土達到強度就可以繼續進行上層施工。

二、鋼骨混凝土結構在國外的研究現狀

國外對鋼骨混凝土結構的研究遠遠早于我國。早在20世紀初期，當我國還處在封建王朝的統治之下時，其他國家已經開始研究鋼骨混凝土結構，并將之應用于實際生活中，大大提高了人們的生活水平，改善了生活質量，造福于人類。大致可以概括為三方面：

1.在前蘇聯，二戰后，為加快恢復建設，采用勁性鋼筋來承受懸掛模板和支撐等施工荷載，以加快施工速度。1949年，前蘇聯建筑科學研究所編制了《多層房屋勁性鋼筋混凝土暫行設計技術條件（BTY-01-49）》。50年代又進行了較全面的試驗研究，1978年制定了《蘇聯勁性鋼筋混凝土結構設計指南（CN3-78）》。后來由于省鋼目的，主要采用焊接鋼桁架、鋼構架和鋼筋骨架等作為勁性鋼筋混凝（即空腹式鋼骨）。

2.歐美國家是最早開始研究鋼骨混凝土土結構的，開始于20世紀初。但當時僅僅是利用混凝土對鋼骨的保護作用，起到耐久、耐火的作用。早期的包鋼混凝土就是這樣產生的，即在鋼柱外面包上混凝土，以此來提高鋼結構的防火要求。在19世紀60年代，歐洲開始對鋼骨混凝土結構進行進一步研究，并在1985年編制了歐洲統一規范——EC4《組合結構》。隨后美國也對鋼骨混凝土結構展開了研究，尤其是抗震性能方面。

3.由于日本地處環太平洋火山地震帶上，地震較多，傳統的木結構和鋼筋混凝土結構并不能取到很好的抗震效果。為了滿足抗震要求，日本在1905年就開始設計并使用鋼骨混凝土結構，并取得了良好的抗震效果，如1921年在東京建成的全鋼骨混凝土結構的日本興業銀行，在1923年的關東大地震中表現出了良好的抗震性能，損失很小。19世紀50年代初，日本工程設計人員開始對鋼骨混凝土結構進行系統地研究，基本形成比較完整的設計理論和方法——疊加原理。

三、鋼骨混凝土結構在國內的研究現狀

由于國情的限制，我國對鋼骨混凝土結構的研究和應用起步較晚，工程應用就更少，所以只能借鑒他國經驗，如50年代建成的包頭電廠主廠房和鞍山鋼鐵公司的混鐵爐基礎，都是從前蘇聯引進的鋼骨混凝土結構。由于種種原因，并沒有得到廣泛推廣，直到60年代末幾乎停止使用。隨著80年代的改革開放，我國經濟迅速發展，全國各行各業都百廢待興。在這種情況下，建筑行業迅速發展，大跨度和超高層建筑成為了現代化大都市的象征。鋼骨混凝土結構以其獨特的優勢被廣泛地使用在工程建設中，如結構形式為鋼筋混凝土核心筒外框為鋼骨混凝土結構的上海世界金融大廈和柱子為鋼骨混凝土柱的北京香格里拉飯店。

雖然我國早在50年代就從蘇聯引進了鋼骨混凝土結構，但是對鋼骨混凝土結構的研究20世紀80年代才開始。在開始期間，重點研究了鋼骨混凝土受彎構件的正截面和斜截面的受力性能以及抗裂性能，隨后又進行了抗震性能試驗，深入研究了鋼骨混凝土結構的靜動特性與分析方法。在這些研究成果的基礎上，初步形成了一套較為完整的設計計算理論。1997年我國冶金工業部頒布了我國第一部《鋼骨混凝土結構設計規程》（YB9082-97），主要內容包括內含式腹式鋼骨的鋼骨混凝土梁、柱、剪力墻及其連接的設計計算規定。在使用規范及總結經驗的基礎上，目前規范已修訂為《鋼骨混凝土結構設計規程》（YB9082-2006）。

四、結論

鋼骨混凝土結構因其良好的力學性能，被越來越多的應用于多地震的城市和地區。但是由于研究試驗時間太短，鋼骨混凝土結構設計理論還不太完善，并不能很好地解決遇到的所有難題。隨著大跨度和超高層建筑的大量增加，計算機模擬有限元分析越來越重要，但是由于計算機資源方面的限制，有限元分析結果只是理論分析，與現實還是有一定的差距。相信隨著時間的推移，人們對鋼骨混凝土結構的認識會越來越深，計算機發展也會越來越先進，這方面的科研將會更完善，工程應用更廣泛。

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