【结构学习室】详解PKPM型钢梁、混凝土框架柱结构要点分析

1、参考规范

《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001）

《钢骨混凝土结构技术规程》（YB 9082-2006）

2、型钢混凝土组合结构的相关构造规定

1）抗震等级确定：

4.1.1 型钢混凝土组合结构分为全部结构构件采用型钢混凝土的结构和部分结构构件采用型钢混凝土的结构。

注意：整体框架结构仅少量几根转换梁使用型钢梁，其他均为普通混凝土构件，整体框架结构可按普通框架结构按《抗规》确定抗震等级，再在此基础上将转换梁及转换柱抗震等级提高一级即可；

2）位移比、挠度及裂缝限值要求：

在PKPM中，应在梁施工图模块中查看梁挠度（为弹塑性挠度），不应在SATWE中查看弹性挠度（该数值永远不会变红），若弹塑性挠度飘红，可考虑受压楼板翼缘作用，该选项有利于减少计算挠度值；

3）钢筋直径及混凝土保护层厚度要求：

4）型钢宽厚比要求：

5）栓钉直径要求：

4.3.5 在需要设置栓钉的部位，可按弹性方法计算型钢翼缘外表面处的剪应力，相应于该剪应力的剪力由栓钉承担；栓钉承载力应按国家标准《钢结构设计规范》GBJ 17-88的规定计算。型钢上设置的抗剪栓钉的直径规格宜选用19mm和22mm，其长度不宜小于4倍栓钉直径，栓钉间距不宜小于6倍栓钉直径。

6）型钢含量控制

也可参考：《钢骨混凝土结构技术规程》（YB 9082-2006）P106

7)含型钢梁的框架结构中其他普通构件的配筋率要求

普通混凝土转换柱配筋率尽量不超过4%,普通混凝土梁纵筋配筋率不应超过2%。；当柱配筋率飘红时，可提高混凝土强度等级、增大截面宽度等措施；

3、PKPM分析要点

1）在PMCAD中确定型钢钢材型号

《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001）规定：

 3.3.1 型钢混凝土组合结构的混凝土强度等级不宜小于C30；

2）在特殊构件中需定义转换梁和转换柱

3）指定薄弱层

4）计算结果分析

SATWE用户手册说明如下：(并没有解释上图中STEEL-C的含义）

1. 
   

   
   混凝土梁和型钢混凝土梁
   

   
   

2.钢梁

5）用PKPM进行型钢混凝土梁设计时，哪些内容需要设计者进行手工复核？

（1）在型钢截面尺寸初估时需手工复核是否满足宽厚比要求。

（2）型钢梁抗弯计算

抗弯计算有两种方法（叠加法和平截面法），SATWE使用叠加法，《型钢混凝土组合结构技术规程》使用 平截面法；具体计算公式可参考论文型钢混凝土转换梁的设计与计算.pdf。

 根据已知的截面尺寸，使用叠加法和平截面法可计算出型钢混凝土梁的极限受弯承载力，与SATWE提取到的该梁实际弯矩进行对比，可判断该梁承载力是否满足要求。一般情况下，按平截面法得到的极限弯矩大于平截面法得到的数值；

（3）型钢梁抗剪计算

在SATWE中可提取到的该梁实际最大剪力，使用《型钢混凝土组合结构技术规程》可手工计算得到该梁的受剪承载力，进行对比即可判断安全否。

（4）型钢混凝土梁的抗剪栓钉计算

栓钉  抗剪需同时满足承载力及构造要求，承载力计算公式详见硕士论文“抗剪连接件对型钢混凝土梁粘结滑移性能的影响.CAJ”p26

构造要求如下：

带型钢混凝土转换梁的多层框架结构是否需要进行罕遇地震作用下的弹塑形变形分析？不需要，原因如下：

《抗规》规定：

3．6．2 不规则且具有明显薄弱部位可能导致重大地震破坏的建筑结构，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。此时，可根据结构特点采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析方法。 当本规范有具体规定时，尚可采用简化方法计算结构的弹塑性变形。

结构在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算，应符合下列要求：

1 下列结构应进行弹塑性变形验算：

1)8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；


2)7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构和框排架结构；


3)高度大于150m的结构；


4)甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；


5)采用隔震和消能减震设计的结构。

2 下列结构宜进行弹塑性变形验算：

1)本规范表5．1．2-1所列高度范围且属于本规范表3．4．3-2所列竖向不规则类型的高层建筑结构；

2)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；


3)板柱-抗震墙结构和底部框架砌体房屋；


4)高度不大于150m的其他高层钢结构；


5)不规则的地下建筑结构及地下空间综合体。

注：楼层屈服强度系数为按钢筋混凝土构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值；对排架柱，指按实际配筋面积、材料强度标准值和轴向力计算的正截面受弯承载力与按罕遇地震作用标准值计算的弹性地震弯矩的比值。

带型钢混凝土转换梁的多层框架结构是否需要进行多遇地震作用下的线弹性时程分析？需要，原因如下：

《抗规》规定：

3．6．6 利用计算机进行结构抗震分析，应符合下列要求：

复杂结构在多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个合适的不同力学模型，并对其计算结果进行分析比较。

4、相关问题

1）手上在做一个型钢混凝土结构,型钢梁,柱.采用PKPM混凝土模块建模,结构形式:框架结构.结构主材:钢和混凝图型钢梁,柱材质均定义为混凝土.用satwe计算后的配筋平面显示里为何只有钢筋的用量?

没有型钢的应力,请问在哪里可以查看型钢的应力以便调整核实型钢的板件宽度,厚度及高度?

型钢钢板的宽厚比满足构造要求就可以了。

型钢混凝土结构没有型钢的应力,这和轴心受压柱中钢筋应力是一样的道理,要手算型钢混凝土的压弯承载力

型钢除了要满足钢板的宽厚比，还需要满足规范规定的型钢混凝土构件的最小型钢率和不超过最大型钢率

2)型钢混凝土与钢骨混凝土的区别

型钢混凝土是钢骨混凝土的一种，钢骨混凝土的涵盖范围更大一些，包括用钢板现场加工的一些劲性钢骨架，而型钢混凝土仅是用型钢作劲性钢骨架的混凝土。

希望大家多多讨论，提供更好的节点做法。