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摘要：钢-混结构在30层以上高层建筑中应用广泛，其与传统钢筋混凝土结构体系相比，在提高建筑使用面积、加快施工速度方面优势明显，因此本文对钢-混结构设计及在建筑结构中的应用进行了分析。
关键词：建筑结构设计；钢-混结构；应用
钢-混结构是指由钢或其他组合构件与钢筋混凝土构成的混合结构，例如压型钢板与混凝土组合板、钢与混凝土组合梁、钢框架与钢筋混凝土筒体结构、型钢混凝土框架与钢筋混凝土核心筒结构、钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒结构、外围钢框筒与钢筋混凝土核心筒构成的筒中筒结构等。这种结构可以充分发挥钢强度高、延性好的优点，以及混凝土抗压好、刚度大的特点；与普通钢筋混凝土结构相比，具有构件尺寸小、结构自重轻、施工速度快、抗震性能好的优势，所以在建筑结构中应用日益广泛和成熟[1，2]。钢-混结构与钢筋混凝土结构的特性不同，设计方面自有其特点。因此，本文对钢-混结构设计以及在建筑结构中的应用进行了分析。
1 钢-混结构的整体设计与构造措施
1.1 钢-混结构体系设计
目前，钢-混结构应用最多的是钢框架与钢筋混凝土筒体组成的结构。在这种结构体系中，钢筋混凝土核心筒作为抗震的第一道防线，在地震中要承担大部分水平剪力，而且震害及相关试验也表明，首先破坏的部分就是混凝土筒体，所以作为抗震第二道防线的钢框架必须能够承受剩余部分的地震能量。
由于钢-混结构抗震性能主要取决于混凝土筒体，所以应采取措施提高筒体的延性，其措施包括：加强筒体根角的配筋，以增强筒体根部的强度；提高筒体剪力墙厚度，控制筒体剪应力水平；筒体内部多层配筋，甚至在楼层部位设置混凝土暗梁，以保证筒体的整体性；连梁部位采用交叉配筋措施；筒体上开洞尽量对称、规则、均匀；筒体剪力墙内设置交叉暗支撑、型钢支撑、钢板支撑等；加强筒体剪力墙两端暗柱内纵向配筋、约束箍筋的配置，甚至在暗柱内设置型钢，以提高筒体抗弯、抗剪能力。
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）第9.1.11条规定，筒体结构设计时，框架部分分配的楼层剪力标准值的最大值不应小于结构底部总地震剪力标准值的10%；当框架部分分配的地震剪力标准值的最大值不足结构底部总地震剪力标准值的10%时，各层框架部分承担的地震剪力标准值应增大到结构底部总地震剪力标准值的15%，并且各层筒体剪力墙的地震剪力标准值应乘上增大系数1.1；当框架部分分配的地震剪力标准值的最大值为结构底部总地震剪力标准值的10%～20%时，应按结构底部总地震剪力标准值的20%和框架部分楼层地震剪力标准值中最大值的1.5倍两者中较小值进行调整。上述这段话的核心思想就是让框架承担第二道防线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为钢框架侧向刚度较小，承担二道防线有一定难度，为此可采取以下措施解决：在钢框架中增加斜撑，可提高框架刚度，但这样做会改变立面效果，需与建筑设计协调解决；若此法不通，还可将外框架设为组合构件，如型钢混凝土柱、钢管凝土柱等；同时限定混合结构高度、高宽比，如JGJ 3-2010表11.1.2、表11.1.3规定。
1.2 组合构件的设计
钢-混结构中常采用组合构件，以提高外框架的刚度和承载能力。常用组合构件有型钢混凝土柱、型钢混凝土梁、型钢混凝土剪力墙、型钢混凝土组合梁、钢管混凝土柱等。型钢混凝土柱常采用实腹形式或格构形式，由于格构形式抗剪性能较差，宜采用实腹形式。型钢混凝土梁中的型钢设在梁的中部，型钢混凝土剪力墙中的型钢一般设在墙的两端，型钢混凝土组合梁中的型钢设在梁的受拉区（即梁的下部）。钢管混凝土柱分为矩形柱和圆形柱两种形式，由于钢管就是模板，省去了施工中支模、拆模工序，可缩短工期、降低造价。
1.3 节点构造措施
钢-混结构中构件连接是重点，也是难点。节点连接有多种方式，主要涉及型钢混凝土柱和钢管混凝土柱两类框架节点。型钢混凝土柱主要与型钢混凝土梁或钢筋混凝土梁进行连接，两种连接方式都应采用刚性连接。型钢与型钢的连接可参照钢结构节点构造进行设计，如采用全熔透焊缝连接或摩擦型高强度螺栓连接。钢筋与型钢的连接，一般应将钢筋穿入型钢的预留孔；也有不贯通的做法，在型钢上焊接短钢梁，并在短钢梁上焊接栓钉，钢筋与栓钉搭接固定，或者钢筋焊接在短钢梁上。型钢混凝土柱与钢柱、钢筋混凝土柱的连接一般应设置过渡层，其构造形式可参照标准图集的做法。钢管混凝土柱框架节点做法与型钢混凝土柱不同，这主要因为钢管与型钢在结构中位置不同，钢管在混凝土的外部，而型钢在混凝土的中间。钢管与钢梁连接，可在钢管外焊接加强环，再将钢梁焊接在加强环上。钢管与钢筋混凝土梁连接，可在钢管中插入承重销或在钢管外焊接环形牛腿或抗剪环，然后再在这些构件外面设置钢筋混凝土环梁，通过环梁与钢筋混凝土梁连接。由于钢筋混凝土梁多用于传递弯矩，为了避免钢管对管内混凝土约束作用减弱，受拉钢筋不应直接焊在钢管外壁上，而应通过井式双梁、环梁、变宽度梁、穿筋单梁等形式传递弯矩。钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱连接时，由于上层钢筋混凝土柱较大，柱中的纵筋无法插入钢管内，所以要在钢管内壁焊接竖向短筋，再与上层钢筋混凝土柱中的纵筋搭接。钢筋混凝土剪力墙与钢梁连接可采用铰接和刚接两种方式[3]。铰接时，可在剪力墙内设置预埋件，再在预埋件上焊接连接板，通过高强螺栓将连接板与钢梁腹板连接起来；也可以在剪力墙内设置型钢柱，再通过型钢柱与钢梁铰接。刚接时，必须在剪力墙内设置型钢柱，通过型钢柱与钢梁刚接。
2 钢-混结构设计在建筑结构中的应用
目前，钢-混结构多用于30层以上的高层建筑，以下案例即为1例。高层住宅楼总建筑面积约3.7万m2，总高97.5m，共34层，其中地上32层，地下2层。抗震设防烈度为6度第一组，场地Ⅱ类，基本风压为0.4kN/m2。采用混凝土核心筒与钢框架结构体系，其中筒体与剪力墙抗震等级为二级。钢框架由组合柱与H型钢梁通过栓焊连接而成。H型钢梁由碳钢板焊接而成。组合柱为矩形钢管柱，柱壳由钢板焊接而成，内部浇灌C40微膨胀混凝土。楼盖由钢梁与现浇混凝土楼板通过抗剪栓钉连接而成，楼板梁为T型钢与混凝土组成混合梁，楼板为C30现浇混凝土板。剪力墙主要沿电梯井、楼梯井布设，墙厚300～400mm，强度等级为C40。基础采用桩-筏板基础。在节点构造方面，钢梁与钢管混凝土柱采用内隔板式栓焊连接，钢梁与混凝土墙采用铰接方式，柱脚采用混凝土外包方式。与钢筋混凝土结构相比，由于钢框架采用工厂化加工，施工速度快，而且钢-混结构可减小构件尺寸，柱截面最大可减小0.85m2，由此增加的住房使用面积每户多达3.3m2，而总造价持平，工期又缩短了45%，可见经济效益十分突出。
3 结语
钢-混结构综合了钢结构与混凝土结构各自的优点，综合技术经济性能优于全钢结构和钢筋混凝土结构，所以近些年来成为超高层建筑广泛采用的结构形式。目前，这种结构体系的设计日趋成熟，未来应用前景将非常光明。
参考文献
[1]王莹，王若竹，李兆霞.罕遇地震下钢混组合结构损伤时变特性[J].东南大学学报（自然科学版），2017，47（4）：766-775.
[2]蔡军.钢混组合结构设计在典型高层建筑工程中的应用[J].建筑工程技术与设计，2014（13）：153，156.
[3]倪泰智.西宁市公共事务受理中心混合结构设计[J].结构工程师，2017，33（2）：83-89.
论文作者:邓秀钢
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/22
标签：型钢论文; 混凝土论文; 结构论文; 钢筋混凝土论文; 钢管论文; 钢梁论文; 剪力论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;