探讨钢骨混凝土结构抗震

摘　要： 钢骨混凝土结构是在钢筋混凝土内部埋置型钢或焊接钢构件而形成的一种组合结构。主要有梁、柱、墙、板等组合构件，截面可以为实腹式和空腹式两种。文章首先阐述了钢骨混凝土结构的特点，对钢骨混凝土结构抗震进行了研究分析，最后论述了钢骨混凝土的工程应用。

　　关键词： 钢骨混凝土；结构抗震；特点；应用1　 钢骨混凝土结构的特点

　　与钢筋混凝土结构相比，由于配置了钢骨，使构件的承载力大大提高，从而有效的减小了梁柱截面尺寸，尤其是抗剪承载力提高和延性加大，可显著改善抗震性能。此外，钢骨架本身具有一定承载能力，可以利用它承受施工阶段荷载，将模板悬挂在钢骨架上，省去支撑，有利于流水作业，缩短施工工期。

　　钢骨混凝土构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，提高构件的整体刚度，显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨混凝土结构，一般可比纯钢结构节约钢材达 50% 以上。

　　外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性，钢骨混凝土结构比钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结构的变形和振动。

　　具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结构的变形。

　　2　 钢骨混凝土结构抗震的研究分析

　　2.1　钢骨混凝土结构试验研究

　　目前针对钢骨混凝土整体结构的动力试验研究还较少。陆续开展了 SRC-RC 柱 -RC 梁混合体系的弹塑性试验、RC 柱 -钢梁和 SRC 柱 - 钢梁低周往复试验、SRC 框架振动台试验。

　　从实测的框架在各级荷载作用下的层间恢复力曲线可知，滞回曲线较为饱满，始终未出现类似 RC 结构中的捏拢、主筋粘结破坏及滑移等现象，证明了这种框架具有较大的延性和较强的耗能能力。

　　2.2　钢骨混凝土构件试验研究

　　日本是对钢骨混凝土结构研究与应用较多的国家，到 1985年，钢骨混凝土结构的建筑面积占建筑总面积的 62.8%，在几次大地震中经受了考验，充分展示了它的优越抗震性能。日本早在上世纪二十年代就展开了针对 SRC 结构的研究，五十年代以后，促成了以累加强度为基础的 SRC 规范的产生。随着对 SRC 构件抗震性能了解的逐步深入，多次修订了 SRC 结构规范。我国自 20 世纪 70 年代开始，对钢骨混凝土结构进行了一系列研究，陆续开展了 SRC 柱和 RC 柱在单调及往复荷载试验、高强混凝土（SRHC）短柱抗震性能试验、异形截面钢骨混凝土柱和圆形截面钢骨混凝土柱的抗震性能试验、联肢钢骨剪力墙及钢骨混凝土核心筒的伪静力试验、钢骨混凝土剪力墙的抗震性能试验等。

　　2.3　钢骨混凝土框架节点试验研究

　　日本 1952 年即对 SRC 框架节点开展试验研究，提出了一种能够反映节点主要受力特征的滞回模型，其假定节点由四个单元模型构成，最后通过叠加每个单元模型的恢复力特征得到节点的滞回特征，理论结果与试验结果吻合较好。我国西安建筑科技大学最早在 1985 年和 1986 年进行 SRC 节点的试验。

　　随后的研究主要有，SRC 节点低周荷载试验，SRHC 柱与 SHC梁框架边节点试验和 SRHC 框架节点低周荷载试验研究。在试验研究基础上，考虑了节点配箍率、含钢率和轴压比对节点延性、耗能和强度、刚度退化等影响。

　　2.4　钢骨混凝土构件和结构非线性分析

　　组合梁柱构件的非线性分析模型多采用杆系模型。将杆中间设置为线弹性弹簧，两端采用非线性弹簧来模拟，构件的非线性变形完全集中于末端弹簧，通过合理选取末端弹簧的弯矩 - 曲率关系，该模型可以描述构件复杂的滞回关系。为了计算混合结构体系的弹塑性性能，非线性弹簧有基于空间屈服面模型，即 P-MX-MY 的形式、考虑钢骨与混凝土之间的粘结滑移形式、退化三线型模型 M- 恢复力模型、四折线型 M- 恢复力模型描述。纤维模型是近年来流行的方法，直接将模型建立在分布截面的纤维上，直接从材料的本构关系出发得到结构的非线形性能，可以考虑轴力 - 双向弯矩之间的耦合作用。针对 SRC 结构而言，由于其由两种材料组成，它的非线性也就直接来源于钢和混凝土这两种材料的非线性和相互之间的粘结滑移。另一种方法是将 SRC 柱分为钢筋混凝土和钢骨两部分，其中的钢筋混凝土部分采用桁架 - 拱力学模型，钢骨部分沿其断面和长度进行细分，选取合适的混凝土、钢筋和钢骨的恢复力模型之后，将两部分分别得到的荷载 - 位移滞回曲线进行叠加用于钢骨混凝土柱的滞回曲线。

　　3　 钢骨混凝土的工程应用

　　由于钢骨混凝土充分发挥了钢与混凝土两种材料的优点，其在高层及超高层建筑中得到了广泛的应用，钢骨混凝土结构具有良好的力学性能，早就得到了广大结构工程师的重视，特别是在一些多震的发达国家和地区。美国 ：休斯顿得克斯商业中心大厦，79 层，305m 高，均采用钢骨混凝土外框架一钢骨混凝土内筒结构 ；休斯顿海湾大楼，52 层，221m 高，采用钢骨混凝土柱一钢梁框架结构。其它地区：香港中银大厦，72 层，363m 高，下部为钢骨混凝土结构，上部为钢结构 ；悉尼恺特斯中心，198m 高，采用钢筋混凝土内筒、型钢混凝土刚性悬挂内部楼层、型钢混凝土外柱结构；新加坡财政部大楼，55 层，242m 高，型钢混凝土核心筒结构。

　　随着我国高层建筑的迅速发展，钢骨混凝土结构的应用将越来越广泛。近年来我国兴建了很多带有 SRC 构件或结构的高层建筑，如北京香格里拉饭店，柱子均为钢骨混凝土柱 ；北京长富宫饭店，地下部分和地上两层均为 SRC 结构 ；上海瑞金大厦，1 至 9 层为钢骨混凝土结构 ；国内最高的建筑上海金茂大厦采用钢 - 钢骨混凝土 - 钢筋混凝土混合结构，核心筒为钢筋混凝土结构，四边几根大柱为钢骨混凝土柱，角柱为钢柱。

　　4　 结语

　　对于多地震国家，绝大多数为地震区，甚至位于高烈度区，而 SRC 结构抗震性能好，在强地震区推广使用这种结构体系有着非常重要的现实意义。

　　参考文献 ：

　　[1] 刘大海,杨翠如.型钢、钢管混凝土高楼计算和构造[M].北京中国建筑工业出版社,2003.

　　[2] 赵鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京:科学出版社,2001.

　　[3] 李俊华.低周反复荷载下型钢高强混凝土柱受力性能研究[D].西安:西安建筑科技大学,2005.