組合結構在建筑工程的應用

張貝貝 馮 瑤 劉 甜 陳月娥 趙安琪

（青島理工大學 山東省青島市 266011）

1 鋼-混組合結構

1.1 壓型薄鋼板與混凝土組合板

將混凝土澆筑在壓型薄鋼板中，根據鋼板頂部和底部的不平肋和不同的凹線，將鋼板和混凝土結合形成鋼襯組合。組合板使得材料受力均勻合理，減少應力集中現象，發(fā)揮鋼筋和混凝土的優(yōu)勢。作為混凝土壓型鋼板，有良好的抗拉性能及較高的抗壓輕度。另外，壓型薄鋼板可用作在施工期間澆筑混凝土的模具和施工平臺，可大大縮短工期提高效率。

1.2 鋼骨混凝土構件

鋼筋與骨加固相結合的混凝土中的鋼材輪廓成為鋼骨混凝土（CSRC）。在型鋼混凝土基礎上提出核心型鋼混凝土CSRC復合結構體系。通過將小橫截面鋼放置在鋼筋混凝土框架柱或異形柱中以及將深色柱芯放置在異形柱中而形成的新型鋼-混凝土復合結構，常用截面形式如圖1所示。

圖1 CSRC截面形式

1.3 鋼管混凝土構件

鋼管混凝土（CFT）是通過在鋼管中填充混凝土而澆筑而來的復合結構。使用鋼管限制混凝土，混凝土從單向壓縮狀態(tài)變?yōu)槿驂嚎s狀態(tài)，促使混凝土的抗壓強度提高了一倍以上。將鋼骨，鋼管和混凝土結合在一起，形成一個鋼混凝土復合柱，共同的常用截面形式如圖2所示。和傳統的鋼筋混凝土相比，其壓彎承載力更高，延性和耗能能力也更好。

1.4 鋼混混合結構在建筑工程中的應用

圖2 鋼管混凝土柱截面形式

在日本，每年發(fā)生1000多次小地震。根據建筑物抗震標準規(guī)定，建筑物的高度應超過45，并在靜止狀態(tài)下使用鋼筋混凝土結構。在日本的超過6層以上的建筑中，鋼筋混凝土結構和10～15層中約有42.5%由鋼筋混凝土結構制成，第16層及更高樓層中約有一半由鋼混凝土結構制成，其余一半由鋼制成。在中國，由于鋼的價格相對較高，目前在摩天大樓中使用鋼筋混凝土。如表1所示，根據中國十大建筑物的材料統計，鋼和混凝土復合結構的比例超過一半。

表1 我國內地100棟最高建筑所用材料分類

福建會堂位于福州西湖湖畔，西湖賓館內，會場的前部以八字形打開，入口平臺的上方有一個彎曲的網格狀玻璃屋頂。它由一個大廳和一個五層的裙樓組成，是福建省的一項重大工程。主會堂上方22.8m處有一個35m的會議廳。經多次調查設計、修改、比對，最終使用35m跨度的預應力空腹組合簡支梁，樓板的主梁有三根Ⅱ形預應力鋼梁。不僅滿足了強度、剛度、穩(wěn)定性等方面要求，還滿足大跨度空間的施工要求，解決施工難題。

1.5 展望

鋼和混凝土的完全組合結構利用了兩種材料各自本身具有的優(yōu)點，在實際工程中取得了極好的經濟效益。但是，由于建筑形式越來越復雜，在以下幾個方面促進了鋼混凝土組合結構的應用，并在實際工程中取得了一些成果：

（1）高強度、高性能混凝土具有強度高、形變小和剛度高的特點，可以減小截面尺寸和結構重量。因此，這是結構發(fā)展的方向，但是高強度混凝土的延展性也很弱，通常是由于建筑項目的抗震性所致。無法保證性能，并且覆蓋范圍有限。鋼管混凝土結構具有良好的延展性，同時可以提高框架柱的強度和抗震性能。因此，超高性能混凝土在工程領域具有廣泛的應用。伴隨建筑工程結構和橋梁結構向輕質，大跨度和重載發(fā)展，普通的鋼與混凝土復合結構常常不能完全符合實際建筑工程的需要。在這種情況下，使用預應力鋼-混凝土組合結構是一種合理而有效的結構解決方案。

（2）使用新型復合結構類型，例如空心鋼管，鋼管-鋼骨-混凝土結構。

（3）在混凝土中添加鋼纖維，玻璃纖維或PPF，以改善混凝土的拉伸，撓曲，剪切，沖擊，耐磨性，耐疲勞性，防爆性和抗裂性。

2 鋼-木組合結構

2.1 鋼木組合樓梯

鋼木組合樓梯的優(yōu)點是輕質、曲線優(yōu)美、耐久性好、修復少，所以鋼木組合樓梯比較受業(yè)主的青睞，在市場上也是消費者的首選。其綜合了鋼木兩種樓梯的優(yōu)勢，采用鋼制透空主梁（單梁和雙梁）實木踏板、玻璃和不銹鋼扶手，木制扶手踏板配套。鋼木組合樓梯保留了鋼樓梯的輕盈優(yōu)雅，輔以木結構樓梯的溫馨復古，并且十分堅固，較之普通樓梯，減少了維護的次數。

2.2 鋼-木組合結構在建筑工程中的應用

在中國，木結構體系已經逐漸應用到工程中。在國外，如美國、芬蘭等國家，木結構大多應用于低層民用住宅。因此，就有必要使用木材與鋼材協同工作的鋼木組合結構體系。其中，諸如柱和梁的受力構件是鋼結構，而外部結構是木質的。

鋼-木復合結構的典型組成部分是鋼木分析框架。鋼木分析框架用圓鋼或型鋼代替了木框架中的下弦，明顯提高了框架的可靠性和剛度，并減少了非彈性變形。這種結構被采用在日本AIRA體育公園的屋頂上，木殼結構和鋼結構的組合是通過在傳統機架中用木殼代替上弦來實現的。

3 結束語

隨著我國經濟水平的不斷發(fā)展和人們對周邊建筑工程要求的不斷提高，更高質量的工程建設對組合結構提出了新的要求。新技術、新材料不斷研究和發(fā)展，實現結構體系的創(chuàng)新與突破。鋼-混組合結構的高抗壓性能以及鋼-木組合結構的耐久性能，在建筑工程中發(fā)揮著越來越大的作用。