我國(guó)高層建筑鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程也加快了腳步，高層建筑為城市增添了繁華，也有效的緩解了城市土地的緊張。作為符合我國(guó)國(guó)情的重要的建筑結(jié)構(gòu)，高層建筑鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層建筑中的廣泛應(yīng)用，有效的保證了高層建筑的質(zhì)量，滿足了人們對(duì)高層建筑的需求。因此加強(qiáng)對(duì)高層建筑鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)近年來(lái)我國(guó)高層建筑鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展做了總結(jié)，并對(duì)諸如巨型鋼—混凝土組合柱、高強(qiáng)混凝土鋼板組合剪力墻等新型的混合結(jié)構(gòu)做了研究，進(jìn)而展望了鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層建結(jié)構(gòu)中發(fā)展，以期能夠?yàn)榻窈蟾邔咏ㄖ旌辖Y(jié)構(gòu)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼—混凝土；混合結(jié)構(gòu)；發(fā)展；展望

前言

鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的一種高層建筑結(jié)構(gòu)體系，它具有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)點(diǎn)，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，不僅降低了結(jié)構(gòu)的自重，并且還降低了結(jié)構(gòu)斷面的尺寸，提高了結(jié)構(gòu)受力的性能和施工的速度；與單純的鋼結(jié)構(gòu)相比，防火性能、抗風(fēng)荷載作用都有效的提高，并且用鋼量也有所減少，有效的降低了造價(jià)成本。目前，在鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用上，我國(guó)已建成一批如上海金茂大廈、上海環(huán)球中心、北京國(guó)貿(mào)三期等高度在200～500m的建筑，并且在高層建筑中，鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用比例還在不斷上升，因此，加強(qiáng)對(duì)該結(jié)構(gòu)體系的研究和總結(jié)，對(duì)其健康持續(xù)的發(fā)展具有重要的意義。

一、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的概述

鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于超高層建筑和大跨度橋梁等工程中，與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)并列成為五大結(jié)構(gòu)，它不僅具有混凝土的抗壓能力和承重能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，還具有鋼的抗拉能力及抗剪能力好的優(yōu)越性能，在實(shí)踐中已經(jīng)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通常，根據(jù)鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)所采用鋼材形式與配鋼方式的不同，可以將其分為組合樓板、鋼與混凝土組合梁、型鋼混凝土、鋼管混凝土等多種形式。其主要特點(diǎn)有

1、承載力提高。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)在梁截面受局部載荷時(shí)，可破壞載荷大約為設(shè)計(jì)載荷的2.2～2.6倍（文獻(xiàn)4），能夠有效的提高承載力。

2、抗疲勞性能好。由于混凝土翼板的存在，有效的降低了鋼梁上翼緣應(yīng)力，在實(shí)際應(yīng)用中也表明混合結(jié)構(gòu)梁比純鋼梁具有更好的抗沖擊、抗疲勞的能力。

3、節(jié)約鋼材用量。在該混合結(jié)構(gòu)中，混凝土可以替代部分鋼結(jié)構(gòu)，使得用鋼量大幅下降，實(shí)踐表明（文獻(xiàn)4），鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)梁比鋼結(jié)構(gòu)梁用鋼量少20%～40%。

4、增加剛度，提高抗震性和穩(wěn)定性。一方面，混凝土板參與梁的工作，有效的增加了梁的剛度，在用鋼量相同的條件下，與鋼梁結(jié)構(gòu)相比，梁撓度可減少30%～50%，并且截面高度減小1/4～1/3。另一方面，混合結(jié)構(gòu)梁上翼緣側(cè)向剛度大，進(jìn)而使得整體穩(wěn)定性提高，從而提高了抗震性能。

二、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用

目前，我國(guó)高層建筑鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系主要有框架—筒體結(jié)構(gòu)體系、巨型柱框架核心筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系和其他新型結(jié)構(gòu)體系。

1、框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系。該種混合結(jié)構(gòu)體系具有協(xié)同工作的特點(diǎn)，屬框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特例，大部分剪力由核心筒承擔(dān)，對(duì)抗震、抗風(fēng)起到第一道保護(hù)防線的作用。外周框架主要確?；旌辖Y(jié)構(gòu)的整體性，承擔(dān)豎向載荷，起到第二道屏障的作用。該種結(jié)構(gòu)體系外框架柱間距一般在8m～10m之間，且布置方式也較為靈活。在高層建筑中，若需提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，可以在外框架與核心筒之間設(shè)置伸臂桁架，還可以在外圍框架設(shè)置環(huán)帶桁架。該種結(jié)構(gòu)體系廣泛應(yīng)用于超高層建筑中，其建造高度可達(dá)400m以上。以南京綠地紫峰大廈為例（如圖1所示），該高層建筑屋頂高達(dá)381m，天線頂尖高度為450m，共70層，結(jié)構(gòu)體系采用了帶伸臂桁架的框架—核心筒混合結(jié)構(gòu)體系，位于結(jié)構(gòu)三角形平面中心的核心筒由型鋼混凝土剪力墻組成，有效的提高了抗風(fēng)、抗震的能力。

2、巨型柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)體系由外圍巨型組合柱、伸臂桁架及核心筒組成。該結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用，可以減少建筑對(duì)環(huán)帶桁架的依賴(lài)程度，并可以有效的提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力效率，且該結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際運(yùn)用中，具有相當(dāng)大的靈活性，造價(jià)也相對(duì)較低，便于施工建設(shè)。例如，上海的金茂大廈（如圖2所示），高372.1m的88層多功能建筑，結(jié)構(gòu)體系采用巨型柱框架核心筒伸臂桁架的鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系，外周有8根鋼筋混凝土巨型柱，與核心筒共同組成抗側(cè)力體系，在角部的8個(gè)小鋼柱主要承受豎向載荷。