鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用

李貫林，董鳳舉

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

1 鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)類型

1.1 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在型鋼周圍配置鋼筋并澆筑混凝土的結(jié)構(gòu)，高層建筑常用的型鋼混凝土梁、型鋼混凝土柱、型鋼混凝土剪力墻和筒體。型鋼混凝土梁骨架一般采用實(shí)腹軋制工字鋼或由鋼板拼焊成工字形截面。型鋼混凝土柱內(nèi)埋設(shè)的型鋼芯柱有軋制H型鋼或由鋼板拼焊成的H形截面、方鋼管、圓鋼管，由一個(gè)工字型鋼或窄翼緣H型鋼及一個(gè)剖分T型鋼拼焊成的帶翼緣T形截面等幾種類型。

1.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼管內(nèi)部充填澆筑混凝土的結(jié)構(gòu)，鋼管內(nèi)部一般不再配置鋼筋。鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的有效約束，可顯著提高其抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變，而混凝土可增強(qiáng)鋼管的穩(wěn)定性，使鋼材的強(qiáng)度得以充分發(fā)揮。因此，鋼管混凝土柱是一種比較理想的受壓構(gòu)件形式，具有良好的抗震性能。

1.3 鋼-混凝土組合梁板

鋼-混凝土組合梁板是利用鋼材承受截面上的拉力、混凝土承受壓力，使鋼材的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度均得到充分利用。組合梁板中的鋼梁可以承擔(dān)施工荷載，而壓型鋼板則可直接作為樓板混凝土的模板，加快施工進(jìn)度，減輕樓板自重，因而在高層建筑樓蓋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。

2 鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系

鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)主要是以鋼梁（或型鋼混凝土梁）、鋼柱（或型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱）代替混凝土梁、柱。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系原則上都可以設(shè)計(jì)成鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系，但考慮到這種結(jié)構(gòu)體系主要用于超限高層建筑。目前應(yīng)用較廣泛的結(jié)構(gòu)體系主要有筒中筒體系、框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系和核心筒-翼柱體系等。

2.1 筒中筒結(jié)構(gòu)體系

筒中筒結(jié)構(gòu)由心腹筒、框筒及桁架筒組合，一般心腹筒在內(nèi)，框筒或桁架筒在外，由內(nèi)外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墻圍成的筒體稱為實(shí)腹筒，在實(shí)腹筒墻體上開有規(guī)則排列的窗洞形成的開孔筒體稱為框筒；筒體四壁由豎桿和斜桿形成的桁架組成，稱為桁架筒。

2.2 框架-核心筒體系

框架-核心筒是由周圍密柱深梁、內(nèi)部剪力墻圍合而成的筒體結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上剪力滯后是它與其他結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別。

2.3 核心筒-翼柱體系

核心筒-翼柱體系是由鋼筋混凝土或型鋼混凝土、核心筒與建筑周邊型鋼混凝土以及巨形翼柱所組成的結(jié)構(gòu)體系。核心筒通過各層樓蓋大梁以及每隔若干樓層由核心筒外伸的伸臂桁架（或大梁）與周邊巨型翼柱相連，形成一個(gè)整體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。建筑每邊的兩個(gè)巨形翼柱，通過各層樓蓋邊梁相互連接，形成一個(gè)空腹桁架結(jié)構(gòu)。

3 高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置

高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)房屋的總體布置原則與高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)相同。由于混合結(jié)構(gòu)中的梁、柱為鋼結(jié)構(gòu)或型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，故而應(yīng)遵循鋼結(jié)構(gòu)布置的一些基本要求，特別是對平面及豎向規(guī)則性要求。

（1）混合結(jié)構(gòu)房屋平面的外形宜簡單規(guī)則，采用方形、矩形等規(guī)則的對稱平面，并盡量使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力中心與水平合力中心重合。建筑的開間、進(jìn)深宜統(tǒng)一。

（2）混合結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力沿豎向宜均勻變化，構(gòu)件截面宜由下至上逐漸減少，無突變。當(dāng)框架柱的上部與下部的類型和材料不同時(shí)，應(yīng)設(shè)置過渡層。對于剛度突變的樓層，如轉(zhuǎn)換層、加強(qiáng)層、空曠的頂層、頂部突出部分、型鋼混凝土框架與鋼框架的交接層及鄰近樓層，應(yīng)采取可靠的過渡加強(qiáng)措施。鋼框架部分設(shè)置支撐時(shí)，宜采用偏心支撐和耗能支撐。支撐宜在相互垂直的兩個(gè)方向連續(xù)、均勻布置，并相互交接。支撐框架在地下部分宜延伸至基礎(chǔ)。

4 鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用

4.1 廣州南航大廈

廣州南航大廈于1999年建成，地下3層，地面以上61層，高189m，突出屋頂?shù)男∷?層，屋面標(biāo)高為204m，平面為帶凸角的正方形。采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，核心筒由縱、橫向鋼筋混凝土墻體組成。周邊框架由兩種構(gòu)件組成：

（1）4根巨型角柱，采用平面尺寸為5m×5m的鋼筋混凝土墻筒。

（2）8根邊柱，地下3層至地上6層采用直徑為1.2m的鋼管混凝土柱。

（3）第7～20層采用鋼管混凝土芯柱，鋼管直徑為350mm.

（4）20層以上改為鋼筋混凝土柱。

核心筒與周邊框架之間的樓蓋，采用后張有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土平板，板厚200mm。核心筒與角筒之間采用截面尺寸為1600mm×400mm的后張有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力扁梁加強(qiáng)連接。

4.2 上海環(huán)球金融中心大廈

上海環(huán)球金融中心大廈地下3層，地面以上95層，高460m，總建筑面積為33.5×10m，采用筒中筒結(jié)構(gòu)體系。其中外框筒由型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱構(gòu)成，內(nèi)筒為鋼筋混凝土實(shí)腹筒，內(nèi)、外筒之間的樓蓋采用鋼梁及壓型鋼板-混凝土組合板。

5 結(jié)語

鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)大多應(yīng)用在B級高度高層建筑（或超限高層建筑），一般為核心筒體系、筒中筒體系或其他抗側(cè)能力很強(qiáng)的體系。這種結(jié)構(gòu)融合了鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，承載力高、延性好，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)和抗震能力。近10多年來，鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)在我國已得到廣泛應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展空間。

[1] DJ/TJ08-015—2004.高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[2] 汪大綏， 周建龍.我國高層建筑鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010（6）：62-70.