这一章节内容有点多,分两期

| I1: 一般规定 I2: 轴向力 I3: 受弯 I4: 受剪 I5: 组合作用(压弯&拉弯) I6: 传递荷载 I7: 组合构件 I8: 钢制锚栓 |
序言及章节目录里可以看出,这一章节就是钢-混凝土组合结构,不仅研究了组合结构的受力,同时也对组合结构的连接钢板、连接锚栓等的强度计算方法进行了明确。
ØI1: 一般规定
这一小节也是整个I章节的总则,从基本假定、材料定义、计算方法、截面分级和刚度取值五个方面进行了总定义。
首先明确说明了,组合构件中,凡是涉及到混凝土和钢筋的具体计算,要以混凝土规范为主(即ACI 318/318M和当地建筑规范等)。本节对于一些细节有了比ACI更严格的要求,这种两个规范冲突的情况下,需要以AISC(本规范)为准。同时还提醒,鉴于ACI是基于LRFD体系进行规定,如果使用ASD体系进行计算时,需要自己考虑转换系数。
I1.2明确提出了适用于composite sections的四种名义强度的计算方法。
a.Plastic Stress Distribution Method塑性应力重分布

b.Strain Compatibility Method应力匹配法
相较于方法a的最常用属性,Strain Compatibility Method更多的使用在不规则截面和没有明确弹塑性表现的钢构件。
c.Elastic Stress Distribution Method弹性应力分布法
这个方法的使用率更低,是直接叠加屈服极限状态或者混凝土压碎状态的弹性应力直接叠加来计算。由于保守和繁琐,设计效率较低,导致最不常被使用。
d.Effective Stress-Strain Method等效应力法
这个方法是考虑到了局部屈曲、屈服、相互作用以及混凝土对钢构件的约束作用,从而在应力分配法的基础上打折考虑结构钢、钢筋、混凝土的相互影响。

I1.3明确了组合系统里材料的强度限值:如下表所示
Normal concrete | 69Mpa≥fc≥21Mpa |
Lightweight concrete | 41Mpa≥fc≥21Mpa |
Structural steel | fy≤525Mpa |
Reinforcing bars | fy≤550Mpa |
I1.4与纯钢构件一样,composite section同样对于允许宽厚比进行了定义,如表TABLE I1.1a(轴压)TABLE I1.1b(压弯),一样是区别了C/NC/S截面,其对于系数λ,λp,λr。同时user note对于符合ASTM要求的型钢也做了明确的截面定义,清晰明了。

I1.5这一段就是C2章节DM方法的具体刚度折减计算细则,即如何计算组合构件的刚度。规定了在计算复合构件强度时,如何确定不同受力状态下(受压、受拉)的刚度值,以及相关的折减系数。这些刚度参数是确定构件所需强度的基础。

同时也对composite plate shear wall的刚度计算和折减系数给出了明确定义。(e~f),此处不展开拆解了。
I1.6明确了对复合板剪力墙的长细比限值、连接筋的构造要求。(详见I1.6a&I1.6b)
ØI2: 受轴向力
本节会从三种常见的composite section members分别行文。分别是 encased composite members, filled composite members, and composite plate shear walls subjected to axial force。行文逻辑都是从它们的限制或定义、抗压强度、抗拉强度、荷载传递、节点要求这五个要求进行规定。我会通过列表的形式,明了的展示受轴向力的这三种类型截面的这五个方向requirements。
Encased composite members
截面类型 | encased composite members |
限制/定义 Limitations | 1、钢面积≥1%Ag(I2.1a-a) |
2、包覆的混凝土需要有横向钢筋进行加强(I2.1a-b) |
3、纵筋配筋率0.004≤ρsr≤ACI 318上限(I2.1a-c,d) |
抗压强度 Compressive strength | doubly symmetric loaded encased composite elements (limit state:FB;classification:S) 


|
抗拉强度 Tensile strength | axially loaded encased composite elements (limit state:Y) 
|
荷载传递Load transfer | I6节单独详细说明 |
节点要求 Detailing requirements | 1、钢-钢筋的净距要求 ≥ {1.5倍纵筋直径D,38 mm} |
2、必须保证组合截面的整体性,避免在混凝土硬化后发生单独构件的屈曲情况出现 |
Filled composite members
截面类型 | Filled composite members |
限制/定义 Limitations | 1、钢面积≥1%Ag(I2.2a-a) |
2、截面分类见I1.4 |
3、纵筋非必须设置;对横向钢筋提出了最小直径和间距要求 |
抗压强度 Compressive strength | doubly symmetric axially loaded filled composite elements (limit state:FB;classification:C/NC/S) Compact:公式I2-9a Non-Compact:公式I2-9c Slender:公式I2-9e |
抗拉强度 Tensile strength | axially loaded filled composite elements (limit state:Y) 
|
荷载传递Load transfer | I6节单独详细说明 |
节点要求 Detailing requirements | 1、钢-钢筋的净距要求 ≥ {1.5倍纵筋直径D,38 mm} |
Composite plate shear walls
截面类型 | Composite plate shear walls |
抗压强度 Compressive strength | axially loaded composite plate shear walls (limit state:FB;classification:S) 
|
抗拉强度 Tensile strength | axially loaded composite plate shear walls (limit state:Y) 
|
ØI3: 受弯曲
I3.1 一般规定:本节会针对三种承受弯曲作用的组合构件做出明确计算要求。即带有钢锚栓的组合梁、包覆性组合构件、填充型组合构件。
I3.2 带钢头型栓钉或槽型栓钉的组合梁
有效宽度bef:组合梁在计算弯曲强度时,使用有效宽度来简化砼板的实际宽度,对于梁中心线两侧的宽度提出了下面的要求:

施工阶段强度要求:在没有temporary shores的情况下,特别是在混凝土早起发展阶段,钢结构能够独立承担施工荷载,直到砼达到其设计强度的75%。
① 带有钢锚栓的组合梁
positive和negative的抗弯强度在双轨设计法下都是按这个设计基底进行:

Positive moment | 
(塑性重分布) |

(考虑临时支撑的作用,弹性应力叠加计算) |
Negative moment | Limitations need to met: 1、steel beam classification is C(compact) and braced 2、Stud or anchors are needed in negative moment region(ensure concrete and steel work together) 3、板内与钢梁平行的纵向钢筋,在有效宽度内满足锚固长度要求(make sure reinforcement can fully development its strength ) |
构造要求:这一小节对rib height、studs spacing、concrete cover等很多构造要求做了明确,其实就是确保利用组合梁上的deck板作为模版浇筑混凝土的时候,确保施工阶段的强度和稳定性。

同时,在确定截面及混凝土作用面积的时候(Ac),当楼板肋垂直于钢梁,肋以下的混凝土忽略其对组合梁的作用,当平行于钢梁,则不需忽略这部分混凝土的面积。
关于钢梁和混凝土板怎么进行荷载传递,其实界面处的水平剪力都是通过栓钉进行传递,当positive moment阶段,其实就是混凝土处于受压阶段,剪力V取{混凝土被压碎,钢梁被拉屈曲,钢锚栓的抗剪强度}的最小值。

同时,negative moment区域的纵向钢筋被认为与钢梁一起工作,需要计算最大负弯矩到零点处的总水平剪力,取{纵向钢筋受拉屈服极限,抗剪连接件的抗剪强度极限}的最小值,保证钢筋不因为剪力过大提前屈曲,也保证了连接件不会因为剪力过大而破坏,就是保护了负弯矩区的安全性。

② 包覆性组合构件
I3.3开始行文包覆性组合构件,名义抗弯强度Mn要考虑以下因素:
1)弹性应力叠加,来叠加考虑施工阶段支撑对材料的屈服强度的影响;
2)仅钢梁单独考虑塑性应力重分布;
3)组合构件考虑塑性应力重分布或应变协调法进行分析(更适用于混凝土包裹构件的组合截面),同时必须使用钢栓钉进行连接(提高整体性)。
构造要求:同时要求steel core的总面积不少于1%Ag,外层的混凝土包裹必须设置纵向钢筋及横向钢筋(stirrups,ties,hoops,or spirals),其他具体要求也必须符合ACI 381的标准。Steel core与纵向钢筋的间距也同I2要求一样,不少于1.5D和38mm的最小值。

③ 填充型组合构件
Limitation:对于填充型组合构件,需要满足以下的限制要求
1)截面分类同I1.4;
2)钢截面A≥1%Ag
3)强度要求上不需要设置纵向钢筋,但是如果设置了,要满足0.004的最小配筋率;
抗弯强度:针对不同的截面类型(C/NC/S)分别给出了名义屈服强度计算公式。
④ 钢板剪力墙
钢板剪力墙的抗弯强度计算在I1.2中有明确,规范这里没有继续重复。
I章未完待续
有兴趣的可以加入群聊,一起学习和分享学习心得