（上海市建工设计研究院有限公司，上海，200235）
【摘 要】本文对型钢混凝土结构构件正截面承载力计算方法进行比较分析，结合型钢混凝土梁、柱承载能力的计算实例，探讨《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082- 2006）和《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）在构件设计计算上的差异，为两部设计规程的使用提供参考。
【关键词】型钢混凝土；正截面承载力；计算方法；计算实例
在钢-混凝土组合结构中，将混凝土内配置型钢（钢骨）、钢筋的结构形式称为型钢混凝土结构[1]。型钢混凝土结构具有承载力高、延性好、抗震性能优良等显著特点，在国内许多高层建筑中得到广泛应用[2]-[4]。目前，国内型钢混凝土结构设计的主要依据是原冶金工业部于2007年制定的《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-2006）[5]（以下简称《钢骨规程》）和建设部于2002年制定的《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）[6] （以下简称《型钢规程》）。由于编制依据、编制背景的不同，两部设计规程的构件设计理论和计算方法均有所区别。本文通过对型钢混凝土结构构件正截面承载力计算方法的比较分析，结合计算实例，探讨两部设计规程在构件设计计算上的差异，为两部设计规程的使用提供参考。
1 型钢混凝土结构构件正截面承载力计算方法概述
目前，国内的型钢混凝土结构构件正截面承载力计算方法主要分为两种：承载力迭加法和理论解法。
承载力迭加法源于日本规范，认为型钢混凝土结构构件的承载力是由型钢部分的承载力和混凝土部分的承载力迭加而来[7]。承载力迭加法根据塑性理论下限解定理，利用迭加原理建立构件的承载力和刚度计算公式，应用方便、计算简单，但计算中没有考虑型钢和混凝土的共同工作。《钢骨规程》采用的是承载力迭加法。
理论解法以型钢混凝土结构构件截面应变分布符合平截面假定、型钢与混凝土之间无相对滑移为前提，采用极限状态的设计方法计算，计算理论、计算方法与钢筋混凝土结构构件相似。理论解法依据充分、考虑因素全面，但计算过程比较复杂。《型钢规程》采用的是理论解法。
2 受弯型钢混凝土梁正截面承载力计算
《钢骨规程》将型钢混凝土梁的受弯承载力分为型钢部分的受弯承载力 和钢筋混凝土部分的受弯承载力 ，根据塑性理论下限解定理，按简单迭加方法进行计算。承载力迭加法计算过程简便，适合设计人员手算，但不适用于非对称截面的型钢混凝土梁。
《型钢规程》采用理论解法，以平截面假定为基础，不考虑混凝土的抗拉强度，考虑受压边缘混凝土极限压应变为0.003，设计时将受压区混凝土的应力图形、型钢腹板的应力图形均简化为等效矩形应力图形，钢筋应力等于钢筋应变与其弹性模量的乘积。构件计算时，在钢筋混凝土梁的平衡公式中增加型钢腹板受弯承载力项 
和型钢腹板轴向承载力项
，设计思路与钢筋混凝土结构一致[8]。理论解法的计算过程复杂，需首先假定梁的受压区高度，并通过后续计算来验证假定，适合设计人员通过计算程序来实现。
算例：型钢混凝土梁截面
，混凝土强度等级C30
，纵向钢筋HRB400
，型钢截面
， 
，Q345
，如图一。型钢混凝土梁的弯矩设计值 
，
（1）采用承载力迭加法计算该型钢梁的纵向钢筋。
设型钢梁采用单排纵向钢筋，则 
，实配225+222， 
（2）采用理论解法，按上述实配钢筋，计算该型钢梁的受弯承载力。
；
，
不考虑受压钢筋 
，解得 
，且满足上述假定。
对比两种计算方法可以看出，型钢混凝土梁受弯承载力设计时，承载力迭加法的计算结果相对保守，但其计算过程简便，适用于设计初期的构件估算；理论解法的计算过程复杂，但能够较好的反应型钢和混凝土的共同作用，适用于构件的精确设计。
3 偏心受压型钢混凝土柱正截面承载力计算
和型钢混凝土梁相似，《钢骨规程》将型钢混凝土柱的轴力、弯矩分解为型钢部分承受的轴力
、弯矩
，钢筋混凝土部分承受的轴力 
、弯矩 
，根据塑性理论下限解定理，按一般迭加方法进行计算。
《型钢规程》采用理论解法，计算假定与型钢混凝土梁相同，计算方法与钢筋混凝土柱相似，根据柱受压区高度x 的情况给出不同的Maw 和 Naw计算公式[6]。理论解法需要首先根据M和N的比值关系，大致判断柱受压区高度 的情况，采用相应的计算公式求解，并通过后续计算来验证假定，计算过程繁复，适合设计人员通过计算程序来实现。
算例：型钢混凝土柱截面 
，混凝土强度等级C30
，纵向钢筋HRB400
，型钢截面 
，Q345
，如图二。型钢柱的内力设计值
，
，
（1）采用承载力迭加法对该型钢柱进行正截面设计。
，实配618， 
（2）采用理论解法，按上述实配钢筋及N，计算该型钢柱的受弯承载力。
按照承载力迭加法和理论解法，分别得到型钢混凝土柱正截面承载力N-M曲线（右图），两种方法的计算结果整体吻合较好。当型钢混凝土柱处于大偏心受压时，承载力迭加法的计算结果相对保守；当型钢混凝土柱处于小偏心受压时，承载力迭加法的计算结果与理论解法相近。与承载力迭加法相比，理论解法的计算结果比较准确，但计算公式、计算过程比较复杂。
4 结语
由于编制背景、编制依据的不同，两部设计规程在型钢混凝土结构构件设计方法上也有所不同。《钢骨规程》源于日本规范，根据塑性理论下限解定理，按承载力迭加方法进行计算；《型钢规程》采用理论解法，与传统的钢筋混凝土结构理论一脉相承。在型钢混凝土结构构件正截面承载力设计时，当构件处于受弯或大偏心受压的情况，承载力迭加法的计算结果相对保守；当构件处于小偏心受压的情况，承载力迭加法的计算结果与理论解法相近。承载力迭加法的计算过程简便，适用于设计初期的构件估算；理论解法的计算结果准确，但计算过程复杂，适用于构件的精确设计。
参考文献：
[1]林宗凡. 钢-混凝土组合结构. 上海:同济大学出版社. 2004
[2]吴国勤、傅学怡、李建伟、邵建伟. 合肥华润中心超限结构设计要点. 建筑结构.2013.43(5)
[3]侯小美、宋宝东. 华润大厦超限高层的抗震性能化设计. 结构工程师.2012.28(3)
[4]赵静. 超限复杂高层武汉中心的结构抗震分析. 结构工程师.2012.28(2)
[5]中华人民共和国黑色冶金行业标准. 钢骨混凝土结构技术规程(YB9082-2006). 北京:冶金工业出版社. 2007
[6]中华人民共和国行业标准. 型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ138-2001). 北京:中国建筑工业出版社. 2002
[7]叶列平、方鄂华. 钢骨混凝土构件的受力性能研究综述. 土木工程学报.2000. 33(5)
[8]中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范(GB50010-2010). 北京:中国建筑工业出版社. 2010
论文作者:仇栋熠
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
标签：型钢论文; 承载力论文; 混凝土论文; 截面论文; 构件论文; 解法论文; 加法论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;