华北理工大学 建筑工程学院 研究生学院 河北省唐山市 063210
摘要：随着设计理论和设计方法的不断发展，“组合结构 ”的概念已经由构件层次拓展到结构体系的层次，组合的概念不仅仅局限于材料层次上钢筋与混凝土的组合。近年来，通过对不同结构构件以及体系之间的相互组合，形成了一系列新型而高效的结构体系。其中，钢-混凝土组合框架结构、框架-核心筒混合结构等都是其中的代表。
关键词：钢-混凝土组合框架结构；框架-核心筒混合结构；组合
随着科技的发展、社会需求的变化，低层建筑结构向高层次、高强度和组合结构发展，结构体系的选择将根据建筑的功能效果和外观以及建筑的可造性来决定，从而使得结构体系呈现多样化和结构材料呈现多样性。在 20 世纪 80 年代以前，我国的高层建筑大多采用钢筋混凝土结构形式，随着建筑高度的不断增加和使用功能的日趋复杂，一般的结构形式已不能满足建筑设计要求。由钢-混凝土组合框架结构或者框架-核心筒混合结构作为主要受力构件的组合结构体系，由于兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、便于建筑平面布置等优点，得到迅速的发展和越来越广泛的应用，成为目前在高层建筑领域内应用较多的结构形式。
一、钢-混凝土组合框架结构
①钢-混凝土组合框架结构国内外现状
钢-混凝土组合结构体系目前已大量用于我国高层及超高层建筑结构，其中已建或在建的100多幢高层钢结构建筑中，半数以上全部或部分采用了组合结构体系。例如上海金茂大厦、深圳中兴研发大楼、广州珠江新城西塔、大连国贸中心等高层建筑或超高层建筑都全部或部分采用钢-混凝土组合结构形式。
目前，钢-混凝土组合结构的研究现状是：在构件和节点层次，对于常用的组合梁、组合柱以及组合节点已经积累了大量的试验数据，同时建立了较为完善的设计理论与方法，但在体系层次上设计人员更为关心的是构件集成和体系优化问题，其研究仍处于起步阶段。钢-混凝土组合结构体系方面的研究仍滞后于工程实践，是未来组合结构领域研究的重要方向之一。清华大学组合结构研究室以钢-混凝土组合框架和框架-核心筒混合结构为主要研究对象，以大量的组合构件以及若干组合结构体系的试验数据为支撑，以发展高效、精确以及适用性广的数值计算方法为主要手段，以提出组合结构体系优化设计的定量指标为主要目标，开展了一系列研究工作，以期为组合结构体系的工程实践提供有益的参考。
②不足
钢-混凝土组合框架结构是由组合楼盖和组合柱通过组合节点连接而成的框架结构体系。影响组合框架受力性能的核心问题之一是楼盖的空间组合作用，目前结构设计也往往忽略钢梁和混凝土楼板的组合作用，仅按纯钢框架进行设计和计算，这将低估结构的刚度和承载力，难以发挥组合结构的内在优势。
近年来，这一问题得到了国内外学者的广泛关注。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然而，采用传统的以截面弹性应力等效为原则推导出的有效翼缘宽度，虽然能粗略地考虑楼盖的空间组合作用，但较准确地把握组合楼盖弹塑性全过程的受力特征仍有较大困难。
③钢 -混凝土组合结构体系在以下方面还有待进一步研究
国内还没有出台有关高层钢-混凝土组合结构的抗震设计规程或规范，其抗震性能研究也尚不够充分与完善，与之相应的试验工作开展的也不多，主要抗震性能问题没能很好地解决。由于对钢-混凝土组合结构抗震性能的研究开展不充分、设计依据不足，目前已建成的组合结构绝大部分分布在抗震设防烈度较低的城市。近年来，钢-混凝土组合结构已逐渐在我国高烈度区开始应用，确保这种新型的结构体系在强地震作用下的安全是一个亟待解决的问题。因此，对钢-混凝土组合结构体系的抗震性能和易损性能开展系统和深入的研究，确定优良的组合结构抗震体系，找出实用的设计方法和建议，以及对组合结构的地震易损性进行评估，具有重要的意义。
二、框架-核心筒
随着结构高度的增高，建筑功能既要求结构平面布置有较大的灵活性，又要求结构能满足风和地震作用的考验。因此在框架结构中设置部分剪力墙，结合框架结构和剪力墙结构两者之长，成为框架-剪力墙结构。如果把剪力墙布置成筒体，可称为框架-核心筒结构体系。
①优点：
筒体的承载能力、侧向刚度和抗扭能力都较单片剪力墙有很大提高。框架结构具有布置灵活的优点，剪力墙结构具有良好的抗侧力能力，结合后的结构体系可以广泛满足一般建筑功能的要求，是一种较好的结构体系，是目前高层建筑结构中广泛采用的结构体系。
框架-核心筒结构的另一个优点是它适用于采用钢筋混凝土内筒和钢框架或组合框架组成的混合结构或组合结构。
②不足：
在这种体系中，内筒与外框框架之间存在较严重的刚度与强度不协调，内筒刚度较大，承担大部分的地震作用，外框框架刚度较小，分担剪力较小，但框架必须符合第二道设防要求，故需要对外围框架与核心筒间的相对关系进行研究。
三、国内外对组合结构的具体研究成果
孙修礼、梁书亭等使用非线性分析程序分析了钢梁―钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱两类框架结构的骨架曲线。聂建国等对一个 10 层方钢管混凝土框架结构进行了 Pushover 分析，为方钢管混凝土框架结构的抗震性能分析提供了参考数据。黄襄云、周福霖等分别对圆钢管混凝土柱及钢筋混凝土柱 5 层框架结构进行了抗震性能对比试验研究，从理论上分析比较了两种结构的动力特性。李向真等利用杆系模型理论，对高层钢管混凝土结构简化模型进行了非线性弹塑性时程分析。
弯曲弹簧的变形也很难与边柱变形协调。国内外许多学者对垂直杆单元模型进行了改进或简化，提出了很多模型，其中两元件模型应用较多。孙景江等推导了二元件模型墙单元的刚度矩阵，对剪切弹簧和弯曲弹簧恢复力骨架曲线的取值给出了简单实用的算法，有较高的精度。陈戈等对已有钢-混凝土组合梁研究成果进行了总结，讨论了简化框架组合梁的弯矩-曲率骨架曲线，对组合梁-钢框架进行了 Pushover 分析。王元清、锁军等研究了组合梁刚度、组合节点刚度对组合梁-钢框架结构弹性抗震性能的影响。到目前为止，组合梁-钢管混凝土框架结构研究较少：蒋丽忠等根据组合梁-钢管混凝土框架结构的实验结果，设立了适用于组合结构的三线性刚度退化恢复力模型，对组合梁-钢管混凝土框架结构的弹塑性时程反应进行了分析。刘晶波等修正了原有的钢-混凝土组合梁三折线弯矩-曲率骨架曲线，讨论了组合梁的四折线的弯矩-曲率骨架曲线模型，用非线性有限元软件对组合梁-方钢管混凝土框架结构进行了 Pushover 分析和弹塑性动力时程分析，为组合框架结构的设计提供了参考。
四、结语
本文综述了钢-混凝土组合框架结构体系和框架-核心筒混合结构体系研究的一些新进展。
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论文作者:贾信志
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
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