JGJ 138-2001(条文说明) 型钢混凝土组合结构技术规程.pdf
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1、中华人民共和国行业标准型钢混凝土组合结构技术规程JGJ 138-2001 条文说明前型钢混凝土组合结构技术规程G138-2001经建设部2001年10月23日以建标2001J214号文批准,业己发布。为便于广大设计、施工、科研、学校等单位的有关人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定,型钢混凝土组合结构技术规程编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明,供使用者参考。在使用过程中如发现本条文说明有不妥之处,请将意见函寄中国建筑科学研究院结构所(100013)。60 1总则1.0.1 型钢混凝土组合结构是把型钢埋人钢筋混凝土中的一种独立的结构型式。由于在钢筋混凝土中增加了型钢,型钢以其固有的
2、强度和延性,以及型钢、钢筋、混凝土三为一体地工作使型钢混凝土结构具备了比传统的钢筋混凝土结构承载力大、刚度大、抗震性能好的优点,与钢结构相比,具有防火性能好,结构局部和整体稳定性好,节省钢材的优点,有针对性地推广应用此类结构,对我国多、高层建筑的发展、优化和改善结构抗震性能都具有极其重要的意义。本规程是在对型钢混凝土组合结构进行了系统的试验研究和大量工程试点的基础上,并参考了国外有关的技术规定制定的。1.0.2-1.0.3 国内外试验表明,型钢混凝土组合结构在低周反复荷载作用下具有良好的滞回特性和耗能能力,尤其是配置实腹型钢的型钢混凝土组合结构构件的延性性能、承载力、刚度,更优于配置空腹型钢的
3、型钢混凝土组合结构构件,因此,本规程主要针对配置实腹型钢的型钢混凝土组合结构构件的设计方法和连接构造作出规定,其适用范围为非地震区和设防烈度为6度至9度地震区。基于对型钢混凝土梁的疲劳性能未作研究,本规程不适用于疲劳构件。61 2 术语、符号2.1术语2. 1.1 型钢混凝土组合结构指海凝土内配置轧制型钢或焊接型钢和钢筋的结构。2.2符号2.2.1 2.2.4 符号是根据现行国家标准建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语GBJ 83的规定制定的。62 3材料3.1型钢3.1. 1 型钢混凝土组合结构构件中采用的型钢钢材的选用标准,是依据现行国家标准钢结构设计规范GB 17、碳素结构钢GB70
4、0和低合金高强度结构钢GB.f 1591规定的,型钢钢材的性能应与钢结构对钢材性能的要求相同。由于Q235-A级钢不要求任何冲击试验值,并只在用户有要求时才进行冷弯试验,因此,不适用于多、高层建筑结构中作为主要承重钢材cB、C、D等级钢是分别满足不同的化学成分和不同温度下的冲击韧性要求的钢材;C、D级钢的碳、硫、磷含量较低,更适用于重要的焊接构件。3.1.2基于型钢混凝土组合结构中的型钢是截面的主要承重部分,对钢材性能要求满足抗拉强度、伸长率、屈服点、硫磷含量、含碳量的要求,且将现行钢结构设计规范规定的必要时保证冷弯性能的要求,改为应满足冷弯试验的要求。另外,考虑到高层型钢混凝土组合结构常采用
5、厚铜板,且大多数建筑考虑抗震,为此,规程中提出了冲击韧性合格的要求。另外,国内的型钢混凝土组合结构工程中,大量采用焊接型钢,由此,在钢板交接处、梁柱节点和柱脚处的焊缝局部应力集中,焊接过程中容易形成撕裂,同时,厚铜板存在各向异性,Z轴向性能指标较差,为此,对采用厚度等于或大于50mm的铜板时,应满足现行国家标准厚度方向性能钢板GB 5313中有关Z15级的断面收缩率指标的要求,它相当于硫含量不超过0.01%。地震区钢材性能应具有较好的延性,因此,要求钢材的极限63 抗拉强度和屈服强度不能太接近,其强屈比不小于1.2。3.1.3-3.1.6 钢材强度设计值是由钢材的屈服标准值除以材料分项系数确定
6、的。对Q235钢和Q345钢,其分项系数分别取为1.087和1.111。钢材的物理性能指标、型钢焊接要求和焊缝强度设计值的取值,按现行国家标准钢结构设计规范GB 17-88规定取用。3.1.7-3.1.8 在型钢混凝土组合结构构件中,采用作为抗剪连接件的栓钉,应该是符合现行国家标准圆柱头焊钉GB 10433规定的合格产品,不得用短钢筋代替栓钉。栓钉的力学性能指标不能低于表3.1.7规定。连接型钢的普通螺栓、高强螺栓、锚栓都应符合有关标准的要求。3.2钢筋3.2.1-3.2.2 纵向钢筋和箍筋宜采用延性较好的热轧钢筋。3.3混凝土3.3.1-3.3.2 为了充分发挥型钢混凝土组合结构中型钢的作用
7、,混凝土强度等级不宜过低,本规程规定了混凝土强度等级不宜小于C30。对于C70-C80高强度混凝土,考虑到目前对强度在C70以上的混凝土的型钢混凝土组合结构性能研究不够,因此,如通过试验研究,有可靠依据时,可采用C70-C80。3.3.3 为便于混凝土的浇筑,需对混凝土最大骨料直径加以限制。64 4 设计基本规定4.1结构类型4.1.1 型钢混凝土组合结构的结构性能,基本上是属于钢筋混凝土结构范畴,在多、高层建筑中可以全部结构构件采用型钢混凝土组合结构,也可某几层或框支层或某局部部位采用型钢混凝土组合结构。目前,国内高层建筑工程中,都是有针对性的在需要发挥型钢混凝土承载力大、延性好、刚度大的特
8、点的部位采用,如在框架-剪力墙结构、简体结构、框支剪力墙结构中的框支层采用型钢混凝土框架柱;在跨度较大的框架结构中采用型钢混凝土梁;根据受力要求,在一般剪力墙和简体剪力墙中采用型钢混凝土剪力墙。在多、高层建筑的各种体系中,型钢t昆凝土结构构件可以与钢筋混凝土结构构件组合,也可与钢结构构件组合,不同结构发挥其各自特点。在型钢棍凝土结构设计中主要是处理好不同结构材料的连接节点,以及沿高度改变结构类型带来的承载力和刚度的突变。对房屋的下半部分采用型钢混凝土,上半部分采用钢筋混凝土的框架柱,由日本的阪神地震震害表明,凡是刚度和强度突变处容易发生破坏,因此,在设计中应重视过渡层的构造。本规程对设防烈度为
9、9度,又是一级抗震等级的框架柱,规定沿高度框架柱的全部结构构件应采用型钢混凝土组合结构。4.1.2试验表明,配置实腹式型钢的型钢混凝土柱具有良好的变形性能和耗能能力,适用于地震区采用。而配置空腹式型钢的型钢混凝土柱的变形性能及抗剪承载力相对差一些,必须配置一定数量的斜腹杆,其变形性能才可改善。因此,本规程规定空腹65 斜腹杆焊接型钢宜用于非地震区或设防烈度为6度地区的建筑。4.1.3 为提高型钢混凝土结构构件的承载力和刚度,型钢棍凝土框架梁和框架柱的型钢配置,宜采用充满型宽翼缘实腹型钢。充满型实腹型钢,是指型钢上翼缘处于截面受压区,下翼缘处于截面受拉区,即设计中应考虑在满足型钢混凝土保护层要求
10、和便于施工的前提下,型钢的上翼缘和下翼缘尽量靠近混凝土截面的近边。4.1.4 为提高剪力墙的承载力和延性,宜在剪力墙两端或边柱中配置实腹型钢,而且,为了加强剪力墙的抗侧力,也可在剪力墙腹板内加设斜向钢支撑。4.2 设计计算原则4.2.1 型钢混凝士组合结构在选择合理的平面布置、竖向布置,以及在进行荷载和地震作用组合下的内力和位移计算等方面应遵守现行国家标准和有关技术规程的规定。4.2.2 在进行弹性阶段的内力和位移计算中,除了需要型钢混凝土结构构件的截面换算弹性抗弯刚度外,在考虑构件的剪切变形、轴向变形时,还需要换算截面剪切刚度和轴向刚度c计算中采用了钢筋混凝土的截面刚度和型钢截面刚度叠加的方
11、法。4.2.3基于型钢混凝土组合结构构件具有比钢筋混凝土结构构件更好的延性和耗能特性,为此,型钢混凝土组合结构和由它和混凝土结构组成的混合结构,其房屋最大适用高度可以比钢筋混凝土结构作不同程度的提高。对于全部结构构件均采用型钢棍凝土结构时,房屋高度可提高30%40%,而其结构阻尼比的取值是考虑型钢棍凝土组合结构的阻尼比略低于钢筋混凝土结构,因此,阻尼比采用。.0404.2.4-4.2.5 型钢混凝土组合结构构件的两个极限状态的设计要求,与国家现行标准棍凝土结构设计规范GBJ 10-89、建筑抗震设计规范GBJ l1-89相一致。4.2.6抗震等级的划分主要根据不同的设防烈度,不同的结构66 类
12、型,不同的房屋高度来确定的,因此,型钢混凝土组合结构或由它和混凝土结构组成的结构,其抗震等级的划分和选定基本上与现行国家标准混凝土结构设计规范GBJ 10-89相同,只是增加了筒体结构的抗震等级要求。另外,允许型钢握凝土框支剪力墙结构在8度设防烈度地区建造,房屋高度可超过80m,但不可超过100m,抗震等级取一级。4.2.7考虑到型钢混凝土组合结构的延性和稳能能力的特点己在框架柱的轴压比限值中体现了,因此,对于在正常使用极限状态下,按风荷载或地震作用组合的楼层层间位移、顶点位移的限值不作放松,要求满足现行行业标准高层建筑结构设计与施工规程JGJ 3-91规定的限值要求。4.2.8-4.2.9
13、型钢混凝土梁的最大挠度限值和最大裂缝宽度限值与现行国家标准混凝土结构设计规范GBJ 10-89规定相一致。4.3一般构造4.3.1-4.3.2 型钢混凝土组合结构是钢和混凝土两种材料的组合体,在此组合体中,箍筋的作用尤为突出,它除了增强截面抗剪承载力,避免结构发生剪切脆性破坏外,还起到约束核心混凝土,增强塑性镀区变形能力和耗能能力的作用,对型钢1昆凝土组合结构构件而言,更起到保证混凝土和型钢、纵筋整体工作的重要作用,因此,为保证在大变形情况下能维持箍筋对棍凝土的约束,箍筋应做成封闭箍筋,其末端应有135。弯钩,弯钩平直段也应有一定长度,当采用拉结箍筋时,至少一端应有l350弯钩。4.3.3 在
14、确定型钢的截面尺寸和位置时,宜满足型钢有一定的混凝土保护层厚度,以防止型钢不发生局部压屈变形,保证型钢、钢筋混凝土相互粘结而整体工作,同时,也是提高耐火性、耐久性的必要条件。4.3.4 型钢混凝土结构构件中型钢钢板不宜过薄,以利于焊接和满足局部稳定要求。由于型钢受握凝土和箍筋的约束,不易发67 生局部压屈,因此,型钢钢板的宽厚比可以比现行行业标准高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99-98的规定放松,参考日本有关资料,规定铜板宽厚比大致比纯钢结构放松1.51.7倍左右。4.3.5 型钢上设置的抗剪栓钉,为发挥其传递剪力作用,栓钉的直径、长度、间距宜正确的选定。68 5 型钢混凝土框架梁5.1承
15、载力计算5.1. 1 型钢混凝土受弯构件试验表明,受弯构件在外荷载作用下,截面的混凝土、钢筋、型钢的应变保持平面,受压极限变形接近于0.003、破坏形态以型钢上翼缘以上混凝土突然压碎、型钢翼缘达到屈服为标志,其基本性能与钢筋混凝土受弯构件相似,由此,建立了型钢混凝土框架梁的正截面受弯承载力计算的基本假定。5.1.2 配置充满型实腹型钢的型钢混凝土框架梁的正截面受弯承载力计算,是把型钢翼缘也作为纵向受力钢筋的一部分,在平衡式中增加了型钢腹板受弯承载力项Maw和型钢腹板轴向承载力项NawoMaw、Naw的确定是通过对型钢腹板应力分布积分,再做一定的简化得出的。根据平截面假定提出了判断适筋梁的相对界
16、限受压区高度的计算公式。5.1.3 为使框架梁满足强剪弱弯要求,对不同抗震等级的框架梁剪力设计值Vb进行调整。调整原则与国家标准。昆凝土结构设计规范GBJ 10-89相一致。5.1.4 型钢混凝土梁的剪切破坏,随着剪跨比的不同主要是剪压破坏和斜压破坏两种形式。防止剪压破坏由受剪承载力计算来保证,斜压破坏由截面控制条件来保证。通过集中荷载作用下斜截面受剪承载力试验,建立了控制斜压破坏的截面控制条件,即给出了型钢混凝土梁受剪承载力的上限,此条件对均布荷载是偏于安全的。5.1.5 型钢混凝土梁受剪承载力计算公式是在试验研究基础上,采用分别考虑型钢和钢筋棍凝土二部分的承载力,通过52根试69 验梁数据
17、回归分析和可靠度分析,得出了型钢部分对受剪承载力的贡献为型钢腹板部分的受剪承载力,其值与腹板强度、腹板含量有关,对集中荷载作用下的梁,还与剪跨比有关,而且近似假定型钢腹板全截面处于纯剪状态,即J去=0.58人。5.1.6 当梁的荷载较大,需要的截面高度较高时,为节省钢材,减少自重,可采用和架式空腹型钢的型钢混凝土梁,其承载力计算可把上、下弦型钢作为纵向受力钢筋,斜腹杆承载力的竖向分力作为受剪箍筋考虑。由于对型钢混凝土宽扁梁尚未进行试验研究,为此,规程规定的框架梁受剪承载力计算公式对宽扁梁不能直接采用,有待进一步研究。5.2 裂缝宽度验算5.2.1-5.2.2 型钢泪凝土梁的裂缝宽度计算公式是基
18、于把型钢翼缘作为纵向受力钢筋,且考虑部分型钢腹板的影响,按国家标准混凝土结构设计规范GB 10一切的有关裂缝宽度计算公式的形式,建立了型钢混凝土梁在短期效应组合作用下并考虑长期效应组合影响的最大裂缝宽度计算公式。针对型钢混凝土梁裂缝宽度计算公式的建立,国内有关单位进行了大量的试验研究,也提出了基本思路较接近的计算方法,经分析研究确定了本规程给出的计算公式。所进行的8根试验梁,在(0.40.8)极限弯矩范围内,短期荷载作用下的裂缝宽度的计算值与试验值之比的平均值为1.011,均方差为0.24。对长期荷载作用下的裂缝宽度计算,采用钢筋混凝土梁长期裂缝宽度的取值方法,即在短期荷载作用下的裂缝宽度计算
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- JGJ 138 2001 条文 说明 型钢 混凝土 组合 结构 技术规程
