作者：王左遠右
型鋼混凝土(Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC)結構是以型鋼為骨架並在型鋼周圍配置鋼筋和澆築混凝土的埋入式組合結構體系。由於型鋼混凝土的內部型鋼與外包混凝土形成整體，共同受力，其受力性能優於這兩種結構的簡單疊加，因此型鋼混凝土結構在我國已得到日益廣泛的應用。
01、SRC組合結構的結構類型
早年美國及日本為了解決鋼結構建築的耐火、耐久性及增加鋼結構房屋的抗水平力作用的剛度和避免受壓屈曲, 簡單地在鋼結構外部包圍以磚石砌體, 在靜載作用時取得一定的效果, 日本關東大地震, 建築物震害嚴重, 但是, 鋼結構外包鋼筋混凝土的建築 (日本興業銀行大樓) 卻沒有震害, 這才開始確認了 SRC 結構的抗震性, 以後再經過多次大地震害調查, 又進一步證實實腹式型鋼的結構(SRC結構) 的抗震性能是優越的。SRC結構兼有鋼結構和鋼筋混凝土結構的各自優點, 而又克服了他們在單獨使用時的一些缺點。
目前SRC結構構件在各種結構體系中的應用一般有以下方式：
(1) SRC純框架或支撐框架結構；
(2) SRC框架 (框筒) ———SRC剪力牆(核心筒)或鋼筋混凝土剪力牆 (核心筒) 結構;
(3)地下室或底部若干層採用 SRC, 上部採用鋼結構;
(4)地下室或底部若干層採用 SRC, 上部採用鋼筋混凝土結構；
(5)框架柱採用 SRC, 梁採用鋼或鋼筋混凝土;
(6)在一般剪力牆和筒體———剪力牆中採用SRC剪力牆。
02、SRC梁正截面承載力計算方法
型鋼混凝土結構可根據內部配鋼形式的不同分為實腹式和空腹式兩大類。實腹式型鋼通常採用由鋼板焊接拼製成或直接軋製而成的工字型、H 型、口字型、十字型截面等；空腹式型鋼一般由綴板或綴條連接角鋼或槽鋼構成空間桁架式骨架。
目前對於實腹式型鋼混凝土梁抗彎承載力的計算方法，國內外主要採用以下 3 種計算方法，即：
（1）折算剛度法：考慮外包混凝土的折算剛度，按鋼結構設計方法計算。這種方法適用於用鋼量較大的情況。
（2）極限平衡理論法：考慮型鋼應力分佈的影響後，按鋼筋混凝土梁的設計方法計算，我國的
《組合結構設計規範》JGJ138-2016 即採用這一方法。（3）疊加法：將型鋼部分和混凝土部分的承載力分別計算後疊加，《鋼骨混凝土結構設計規程》YB9082—2006 即採用這一方法。
2.1 根據《組合結構設計規範》，採用極限平衡理論法。
假設：
①截面應變一直保持平面，混凝土和型鋼之間的相對滑移不做考慮；
②混凝土受壓區的應力圖形簡化為等效矩形，混凝土的極限壓應變為0.003，對應的最大壓應力取混凝土軸心抗壓強度，對混凝土的抗拉作用不計；
③腹板的壓應力圖形和拉應力圖形全部簡化為應力矩形；
④鋼材的應力遵守胡克定律，且不超過強度極限設計值．
對於型鋼混凝土梁其截面形式為實腹式充滿型，其截面承載力簡化圖形如圖所示，承載力計算時按照非抗震和抗震分別計算：
型鋼混凝土梁的混凝土受壓區高度ｘ 還要 足以下的前提條 ：ｘ ≤ξｂｈ０ ；ｘ ≥ａ′ａ＋ｔf.式中符號的相關含義見相關規範。
2.2 《鋼骨混凝土結構設計規程》採用疊加原理，參考了日本的計算標準。
其抗彎承載力計算，對於雙軸對稱的充滿型的實腹式型鋼混凝土梁，其正截面承載力的計算是將型鋼和混凝土部分的承載力分別計算後疊加：
2.3 我國兩部型鋼混凝土規範關於SRC梁計算區別
《鋼骨混凝土結構設計規程》:採用強度疊加理論, 將 SRC分為鋼結構部分和混凝土部分並分別計算, 計算結果為實際承載能力下限值, 偏於保守, 而且對不對稱截面計算精度不高。但計算方便簡單, 適合於截面估算和截面試設計。
《組合結構設計規範》：採用鋼筋混凝土計算理論, 考慮到構件受力後期粘結失效的客觀存在；鋼骨與混凝土變形協調,通過構件內平衡方程求解構件承載力。在承載力計算中,公式較為複雜,適合於已知各配筋條件的承載力驗算,而已知內力求配筋則計算複雜。剛度計算採用鋼筋混凝土與型鋼鋼骨兩部分剛度疊加的方法,與《鋼骨規程》相近,計算公式稍有差異。
兩部規範都主要針對比較規則、常見的實腹式截面形式。由於空腹式截面抗震性能較差，在實際設計中較少採用，兩部規範也沒有給出空腹式截面的計算方法。
03、SRC常見節點
由於SRC組合結構在施工時周邊框架鋼樑和樓面梁首先與柱內的型鋼進行連接，然後綁紮鋼筋，再支設模板並澆築混凝土，施工工序比較複雜，另外框架樑柱的節點構造複雜，箍筋貫穿型鋼或焊接均很困難，在節點設計時需尤其注意。
3.1 柱腳節點
型鋼混凝土柱可以根據不同受力特點採用型鋼埋入基礎底板的埋入式柱腳或非埋入式柱腳。根據《組合結構設計規範》規定，考慮地震作用組合的偏心受壓柱宜採用埋入式柱腳；不考慮地震作用組合的偏心受壓柱可採用埋入式柱腳，也可採用非埋入式柱腳；偏心受拉柱應採用埋入式柱腳。
非埋入式柱腳
埋入式柱腳
3.2樑柱節點設計
3.2.1 在型鋼混凝土組合結構中；樑柱節點區域型鋼和鋼筋交錯縱橫，柱子箍筋遇鋼柱牛腿時常採用牛腿上穿孔 。為了保證型鋼強度，穿孔應儘量小；而孔太小又不便於施工，甚至由於製作或施工誤差，箍筋很難從預留孔中穿過。另外當柱內箍筋數量較多時，一側牛腿上可能預留三列以上的孔，如此對牛腿截面的削弱很大。並導致節點區域混凝土澆灌困難，難以振搗，不能保證節點區及下部混凝土的密實。
樑柱區域鋼筋遇柱牛腿穿孔示意
3.2.2 為了有效解決該問題，在超高層鋼-混組合結構設計時當樑柱節點鋼筋較多，型鋼與鋼筋交錯給施工造成較大困難時，常將用於結構加固以防止裂縫擴大和提高結構剛度及承載力的鋼板箍取代樑柱節點區域的箍筋，在與鋼柱相連最高的型鋼樑高度內均使用鋼板箍。
鋼板箍設置示意
節點區域採用鋼板箍來代替箍筋時，需要保證節點區域混凝土抗剪強度在代換後不小於代換前使用箍筋時混凝土抗剪強度。對於此類構件，混凝土柱部分可等效為偏心受壓柱，其斜截面受剪承載力應符合下列規定：
根據代換原則，採用鋼板箍代換後的混凝土抗剪強度不小於代換前，即：
樑柱節點區域箍筋、鋼板箍與柱牛腿連接對比示意
現場效果對比示意
3.3 樑柱節點區梁縱筋與型鋼柱連接節點
當有條件滿足錨固長度要求時，優先直接錨固；
角筋直接錨入柱內
當錨固長度不滿足要求時，如有條件繞過鋼柱，應優先按1:6的角度彎折繞過 ；
梁縱筋繞開柱鋼骨
無條件繞過時，如果在型鋼柱翼緣或腹板上設置鋼筋穿孔，一方面難以保證型鋼柱不受削弱，尤其在超髙層建築中梁主筋較粗，穿型鋼時，截面缺損率可能將超過規範所允許面積的要求；另—方面對施工質量、施工精度要求較高；所以在設計時可考慮如下兩種處理方式：在翼緣板上焊接套筒或連接板。當採用套筒連接時，詳圖設計較為簡單，放樣出鋼筋位置，在加工製作鋼柱時套筒便可以焊到翼緣板上。另外在現場安裝鋼筋時，中部還需增加一個套筒，否則一根鋼筋無法在兩根鋼柱之間擰到套筒裡面。
梁縱筋與柱鋼骨套筒連接
梁縱筋與柱鋼骨連接板連接
總結下來樑柱節點區梁縱筋做法：
3.4型鋼混凝土梁內鋼筋與梁鋼骨連接處理
超高層中勁性梁一般截面較大，為提高鋼筋骨架的整體性，在梁內均設置有縱向構造鋼筋和拉筋。拉筋遇鋼骨梁時，一般採用在鋼骨樑上穿孔或焊接套筒的方式。但在鋼骨樑上設置鋼筋貫穿孔口時，對鋼骨梁造成截面缺損；在鋼骨樑上焊接套筒時，若鋼筋直徑太小，鋼筋的車絲質量及與套筒的連接質量難以保證。因此，施工中拉筋遇鋼骨梁腹板時，拉筋在腹板位置折彎並焊接於鋼骨樑上，焊接長度滿足單面焊。同樣，該處理方法也可用於牆內有鋼板牆時鋼筋的處理。
型鋼樑內鋼筋遇鋼骨處理措施
04、SRC工程常見問題
4.1 高層型鋼混凝土地下過渡層問題
對於型鋼混凝土結構，地下室結構往往採用普通鋼筋混凝土，而上部結構採用型鋼混凝土結構，這時型鋼混凝土柱應設置過渡層過渡為鋼筋混凝土柱。
地上部分地下部分為兩種結構體系，為儘量避免這兩種結構剛度和承載力的突變，形成薄弱層，在這兩種結構體系中設置過渡層。1) 從設計計算上確定地下室某層型鋼混凝土柱可由鋼筋混凝土框架柱代替時，上層型鋼混凝土柱可向下延伸 1 層或 2 層作為過渡層。2) 過渡層框架柱應按鋼筋混凝土柱設計計算。
1) 當地下室頂層可作為上部結構的嵌固部位。《高規》3.9.5條規定: 地下一層的抗震等級應按上部結構採用，地下一層以下抗震構造措施的抗震等級可逐層降低一級。依據此規定，地下二層抗震等級可降一級，軸壓比限值可加大，此時用鋼筋混凝土柱代替型鋼混凝土柱時截面加大不多，鋼筋混凝土柱容易滿足規範軸壓比限值的要求，可將地下二層作為過渡層。地下三層及以下各層可採用鋼筋混凝土柱。當地下室僅有一層時型鋼筋柱在基礎部位採用埋入式柱腳或非埋入式柱腳時應進行計算，當地下室為二層時型鋼混凝土柱在基礎部位，當地下二層採用混凝土柱計算滿足規範要求，型鋼混凝土柱在基礎部位設計安裝錨栓即可，當地下室為三層或以上層，過渡層設於地下二層，型鋼混凝土柱在地下二層底設計安裝錨栓，地下三層及以下采用鋼筋混凝土柱。
2) 當地下室頂層達不到上部結構的嵌固部位的要求。當地下 1 層不能滿足上部結構嵌固要求，而地下 2 層能達到嵌固部位的要求時，地下 2 層，地下 1 層抗震等級同上部結構，地下 3 層抗震等級可降一級，此時可將地下 3 層作為過渡層。
4.2 SRC -S 豎向混合結構過渡層的問題
SRC -S 豎向混合結構過渡層的關鍵問題是過渡層的構造設計和過渡層結構與上、 下結構之間剛度差的控制問題.在SRC -S 豎向混合結構過渡層設計中, 目前較常用的有3 種方式：
1) 過渡層按鋼柱設計, 並於過渡層上一層鋼柱截面相同, 但要求按構造設置外包鋼筋混凝土, 即形成型鋼混凝土柱.過渡層鋼柱向下伸入下部型鋼混凝土柱內, 伸入長度由梁下皮至2 倍鋼柱截面高度處, 與型鋼混凝土柱內的型鋼相連, 在此範圍內的型鋼翼緣上應設置栓釘;
2) 下部型鋼在過渡層下層節點頂面處截斷, 上部鋼柱採用不同於下部SRC 柱中的型鋼截面形式.在過渡層節點頂面處採用鋼柱柱腳的設置方式( 埋入式或非埋入式) , 對上部鋼柱和下部SRC 柱中型鋼進行連接;
3) 下部為RC 結構, 上部為鋼結構, 中間採用SRC 結構過渡層.此時, SRC 過渡層柱中型鋼一般採用上部鋼柱截面形式, 並外包鋼筋混凝土, 形成SRC 結構過渡層, 柱腳採用較小錨板的埋入式柱腳連接形式.
《鋼骨混凝土結構設計規程》和《組合結構設計規範》對SRC 柱和鋼柱連接均採用上述第一種設計方法, 並均提出了相應的栓釘設置構造要求和配筋要求。《組合結構設計規範》未給出過渡層的具體設計方法( 栓釘佈置計算、 型鋼變截面形式) , 《鋼骨混凝土結構設計規程》給出了過渡層柱剛度的控制值, 並建議了栓釘設置數量的簡單計算方法。
05、超高層中鋼管混凝土柱（CFT）與型鋼混凝土柱(SRC)選擇問題
在超高層建築的結構設計中，選擇合理高效的抗側力體系不但可以節約材料用量、縮短工期，還可以增加樓層的有效使用面積。型鋼混凝土柱( SＲC 柱) 和鋼管混凝土柱( CFT 柱) 是超高層建築中兩種常用的框架柱截面類型，兩者的力學性能、施工性能和經濟性能等各有優劣。
一般而言兩者綜合性能比較如下：
參考資料
【1】黃明，陳穎輝 SRC組合結構,2006【D】.昆明大學學報
【2】王偉峰 型鋼混凝土組合結構設計，2012【D】.施工技術
【3】《組合結構規範》
【4】《型鋼混凝土組合結構構造》
【5】毛進，徐凱等 超高層鋼混凝土組合結構節點優化處理
【6】宋利鵬等 鋼板箍在超高層-混凝土組合結構中的應用
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