组合结构设计原理

《组合结构设计原理》第1版(以下简称“第1版”)自问世以来,受到广大读者的青睐,收到了许多关于内容的反馈意见。另外,GB 55004—2021《组合结构通用规范》自2022年1月1日起实施,并作为强制性工程建设规范,必须严格执行。其他标准或规范,如GB 55001—2021《工程结构通用规范》、GB/T 51446—2021《钢管混凝土混合结构技术标准》等也相继颁布和实施。党的二十大报告也明确提出了绿色、双碳的新发展理念,这就要求我们在实际工程中要充分利用材料性能,尽可能减少建筑工程对环境的污染和破坏。钢混凝土组合结构就是适应这一国家战略的新型结构。
为使广大读者及时、系统地了解新规范的内容,便于学习和进行工程应用,我们对第1版进行了全面修订,除了对第1版中的不妥之处进行修改完善外,还主要开展了以下工作:
1)根据GB 55004—2021《组合结构通用规范》的规定,修订了在设计工作年限内,组合结构应满足的相关设计要求及性能要求。
2)根据GB/T 1591—2018《低合金高强度结构钢》的规定,将组合结构中原Q345级钢材改为Q355级钢材,并修改了钢材的强度指标及焊缝、螺栓等连接的强度指标。
3)根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》的规定,在组合结构用钢材中增加Q460级钢材,并增加了Q460级钢材的强度指标。
4)根据GB 55001—2021《工程结构通用规范》的规定,修订了关于承载能力极限状态和正常使用极限状态的表述。
5)根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)局部修订的规定,删除了与HRB335级钢筋有关的内容。
6)调整与充实了第6章钢混凝土组合梁的构造要求及连续组合梁跨中挠度的计算方法。
7)根据GB 55004—2021《组合结构通用规范》的规定,调整了使用阶段组合楼板挠度计算的原则,以及钢混凝土组合梁、组合楼板使用阶段挠度限值的要求。
8)根据钢材与钢筋种类、强度指标及结构设计方法的调整,修改了全书各章中的相关例题和习题。
参加本书修订工作的有:薛建阳(第1~3章),刘祖强(第4章),李威(第5章),王静峰(第6、8章),胡红松(第7章),王文达(第9章)。全书最后由薛建阳修改定稿。
清华大学韩林海教授和西安建筑科技大学童岳生教授主审了本书并提出了许多宝贵的修改意见。博士生罗峥和杨永对部分例题进行了重新计算,在此一并表示衷心的感谢。限于作者学识和对新规范的理解尚有不足之处,书中错误或疏漏在所难免,恳请读者批评指正。
编者由两种及两种以上材料组合在一起,形成的能够共同受力、协调变形的结构,称为组合结构,其中钢与混凝土组合而成的结构是一类主要的组合结构,它与木结构、砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构并称为五大结构。钢与混凝土组合结构具有承载能力强、刚度大、延性和抗震性能好、施工速度快等优点,在高层和超高层建筑、地震区建筑、大跨空间结构、桥梁等土木建筑工程中得到了越来越广泛的应用,取得了显著的经济效益和社会效益。
近年来,随着建筑业的不断发展以及建筑功能的日趋多样化,还出现了一些新型组合结构,如中空夹层钢管混凝土柱、部分包裹混凝土组合柱、钢管混凝土叠合柱以及FRP包裹型钢混凝土柱和FRP包裹钢管混凝土柱等。它们都是利用混凝土与其他高强度材料(如钢材或FRP材料)相组合,充分发挥各自的优点,以满足结构特定条件下的应用需求。此外,还有采用不同结构构件或结构体系相混合的新型结构,如外部采用钢框架或型钢混凝土框架、钢管混凝土框架,内部采用钢筋混凝土核心筒的平面混合结构、巨型柱框架核心筒混合结构,以及下部楼层采用钢筋混凝土或型钢混凝土结构,上部楼层采用钢结构的竖向混合结构。这些新型混合结构体系从广义上来讲也属于组合结构的范畴,它们经过合理的计算、设计并采取良好的抗震构造措施,可以具有较为优越的结构性能。
虽然我国对钢与混凝土组合结构的研究起步较晚,主要始于20世纪80年代,但是在各科研单位与施工企业等的共同努力下,已取得了较为丰硕的研究成果,对钢与混凝土组合结构的受力性能及设计方法的认识也日趋成熟,相继颁布了一些具有我国自己特色的钢与混凝土组合结构方面的技术标准,对推动我国钢与混凝土组合结构的应用和发展起到了积极作用。
本书是根据国家现行的GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》、GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ 138—2016《组合结构设计规范》等编写而成的,阐述了钢与混凝土组合结构及构件的一些主要受力性能、计算理论和设计方法,主要内容包括绪论、组合结构设计方法和材料性能、压型钢板混凝土组合楼板、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构、钢混凝土组合梁、钢混凝土组合剪力墙、其他组合结构以及混合结构设计等。本书在编写过程中,注重内容的系统性、先进性和适用性,力求做到由浅入深、循序渐进、重点突出,对钢与混凝土组合结构涉及的基本概念讲解清楚。为便于学生理解和掌握相关知识,书中配有相当数量的例题,各章最后还给出了小结、思考题和习题。
全书共分9章,其中第1~3章由西安建筑科技大学薛建阳编写,第4章由西安建筑科技大学刘祖强编写,第5章由清华大学李威编写,第6章和第8章由合肥工业大学王静峰编写,第7章由华侨大学胡红松编写,第9章由兰州理工大学王文达编写。全书

本书是根据我国现行的有关工程结构及钢与混凝土组合结构的技术标准和相关研究成果编写而成的。全书共分9章,内容包括绪论、组合结构设计方法和材料性能、压型钢板混凝土组合楼板、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构、钢混凝土组合梁、钢混凝土组合剪力墙、其他组合结构以及混合结构设计等。本书主要介绍钢与混凝土组合结构及构件的受力性能、设计计算方法、构造措施,以及一些新型组合结构和混合结构的相关知识与设计要点,内容由浅入深、循序渐进。书中每章都有必要的例题、小结、思考题和习题,重点突出,便于读者理解。
本书可作为普通高等学校土木工程专业高年级本科生或研究生的教材,也可供相关专业的广大工程技术人员参考。

高等院校教师

第2版前言
第1版前言
第1章绪论1
11组合结构的定义及分类1
12组合结构与混合结构的发展历史及现状5
13钢与混凝土的组合作用7
本章小结10
第2章组合结构设计方法和材料
性能12
21组合结构设计原则12
22材料性能17
本章小结23
思考题24
第3章压型钢板混凝土组合楼板25
31概述25
32压型钢板受压翼缘的有效计算宽度26
33施工阶段组合楼板承载力计算及变形
验算28
34使用阶段组合楼板承载力计算32
35使用阶段组合楼板刚度、挠度及裂缝
宽度计算40
36组合楼板构造要求46
本章小结48
思考题48
习题49
第4章型钢混凝土结构50
41概述50
42型钢混凝土梁52
43型钢混凝土柱67
44型钢混凝土梁柱节点89
45柱脚97
本章小结103
思考题104
习题104
第5章钢管混凝土结构106
51概述106
52钢管混凝土构件的基本破坏形态和
承载力计算方法111
53钢管混凝土节点连接128
54一般规定及构造措施137
55钢管混凝土的施工139
本章小结141
思考题141
习题142
第6章钢混凝土组合梁143
61钢混凝土组合梁的概念和特点143
62混凝土翼板有效宽度146
63组合梁的设计方法147
64简支组合梁的弹性设计方法148
65简支组合梁的塑性设计方法154
66连续组合梁的设计方法157
67组合梁抗剪连接件的设计160
68组合梁的纵向抗剪计算164
69组合梁正常使用阶段验算165
610组合梁的构造要求173
本章小结174
思考题175
习题175
第7章钢混凝土组合剪力墙177
71概述177
72组合剪力墙的受力性能和特点177
73组合剪力墙的承载力验算180
74组合剪力墙的构造要求191
75组合剪力墙设计实例194
本章小结199
思考题199
习题199
第8章其他组合结构201
81概述201
82FRP包裹钢管混凝土柱202
83FRP包裹型钢混凝土柱203
84FRP混凝土钢管组合柱204
85部分包裹混凝土组合柱207
86中空夹层钢管混凝土柱210
87钢管混凝土叠合柱214
本章小结216
思考题217
习题217
第9章混合结构设计218
91概述218
92混合结构的特点及受力性能219
93平面混合结构222
94竖向混合结构231
95混合结构的抗震设计232
96混合结构的发展趋势233
本章小结233
思考题234
附录235
附录A常用压型钢板组合楼板的剪切黏结
系数及标准试验方法235
附录B组合楼盖舒适度验算239
附录C钢混凝土组合梁、组合楼板使用
阶段挠度限值241
参考文献242

本书是根据我国现行的有关工程结构及钢与混凝土组合结构的技术标准和相关研究成果编写而成的。全书共分9章,内容包括绪论、组合结构设计方法和材料性能、压型钢板混凝土组合楼板、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构、钢混凝土组合梁、钢混凝土组合剪力墙、其他组合结构以及混合结构设计等。本书主要介绍钢与混凝土组合结构及构件的受力性能、设计计算方法、构造措施,以及一些新型组合结构和混合结构的相关知识与设计要点,内容由浅入深、循序渐进。书中每章都有必要的例题、小结、思考题和习题,重点突出,便于读者理解。
本书可作为普通高等学校土木工程专业高年级本科生或研究生的教材,也可供相关专业的广大工程技术人员参考。

高等院校教师