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摘要：现如今，建筑行业的发展越来越好，尤其是当代中国高层建筑的结构设计发展取得了长足进步，钢-混凝土结构在国内高层建筑中的地位已经日渐重要，为适应建筑风格和社会发展的需求，必须对这种建筑结构体系拥有一个更加全面的认识与了解，以保证这种体系的不断提高与发展。
关键词：超高层建筑；钢；混凝土；混合结构；应用
引言
混凝土和钢材是现代建筑工程中广泛应用的材料，有其自身的优缺点。混凝土抗压性能较好，而其抗拉性能却很差；钢材抗拉及抗压强度高、塑性好，但其在受压时常取决于稳定承载力，强度不能充分利用。钢-混凝土组合结构是在在构件层次上由钢材和混凝土两种不同性质的材料组合的一种新型结构形式。它充分发挥了混凝土抗压性能好，钢材抗拉强度高、塑性好的的优点，弥补了彼此各自的缺点，是一种合理的组合方式。
1钢-混凝土混合结构体系
钢-混凝土混合结构主要是以钢梁（或型钢混凝土梁）、钢柱（或型钢混凝土柱、钢管混凝土柱）代替混凝土梁、柱。因此，钢筋混凝土结构体系原则上都可以设计成钢-混凝土混合结构体系，但考虑到这种结构体系主要用于超限高层建筑。目前应用较广泛的结构体系主要有筒中筒体系、框架-核心筒结构体系和核心筒-翼柱体系等。
1.1筒中筒结构体系
筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成，称为桁架筒。
1.2框架-核心筒体系
框架-核心筒是由周围密柱深梁、内部剪力墙围合而成的筒体结构，在结构上剪力滞后是它与其他结构的主要区别。
1.3核心筒-翼柱体系
核心筒-翼柱体系是由钢筋混凝土或型钢混凝土、核心筒与建筑周边型钢混凝土以及巨形翼柱所组成的结构体系。核心筒通过各层楼盖大梁以及每隔若干楼层由核心筒外伸的伸臂桁架（或大梁）与周边巨型翼柱相连，形成一个整体抗侧力结构体系。建筑每边的两个巨形翼柱，通过各层楼盖边梁相互连接，形成一个空腹桁架结构。
2钢-混凝土混合结构类型
2.1型钢混凝土结构
型钢混凝土结构是在型钢周围配置钢筋并浇筑混凝土的结构，高层建筑常用的型钢混凝土梁、型钢混凝土柱、型钢混凝土剪力墙和筒体。型钢混凝土梁骨架一般采用实腹轧制工字钢或由钢板拼焊成工字形截面。型钢混凝土柱内埋设的型钢芯柱有轧制H型钢或由钢板拼焊成的H形截面、方钢管、圆钢管，由一个工字型钢或窄翼缘H型钢及一个剖分T型钢拼焊成的带翼缘T形截面等几种类型。
2.2钢管混凝土结构
钢管混凝土结构是在钢管内部充填浇筑混凝土的结构，钢管内部一般不再配置钢筋。钢管内的混凝土受到钢管的有效约束，可显著提高其抗压强度和极限压应变，而混凝土可增强钢管的稳定性，使钢材的强度得以充分发挥。因此，钢管混凝土柱是一种比较理想的受压构件形式，具有良好的抗震性能。
2.3钢-混凝土组合梁板
钢-混凝土组合梁板是利用钢材承受截面上的拉力、混凝土承受压力，使钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用。组合梁板中的钢梁可以承担施工荷载，而压型钢板则可直接作为楼板混凝土的模板，加快施工进度，减轻楼板自重，因而在高层建筑楼盖结构中应用较多。
3钢-混凝土混合结构设计分析
3.1结构整体抗震性能分析
许多高层建筑位于地震频发地区，所以在房屋建筑设计时，抗震性能是必须考虑到建筑设计中的。相关文献数据表明，混合结构中承担主要的抗震作用的部分是钢筋混凝土剪力墙或筒体框架，如果框架设计不合理，建筑结构就会成为一个纯剪力墙筒体结构，无法形成稳定的建筑物。有资料显示，在钢筋混凝土构件中添加设型钢，如果构造不当，就无法保证型钢与混凝土协同运作，会对结构产生极为不利的影响。因此，合理地对建筑物尤其是高层建筑物进行构造设计，是决定结构抗震性能的关键性因素。我国许多地区地处地震地带，广泛采用的是钢（型钢混凝土）框架-混凝土核心筒结构体系，这种体系存在一定争议，因为此体系通过钢筋混凝土核心筒结构抗震，刚度有余而强度不足，而外周钢（型钢混凝土）框架的特性则正好相反，这使得混合结构在抗震性能上不大协调。如果遭遇强级地震（如2008年汶川大地震），这种体系的缺点就会显现，其中，内筒部分会因为刚度大而承担大部分地震作用而首先遭到破坏，外框架则因为刚度不足而导致结构过分变形，而使得建筑物整体结构遭到破坏，无法起到“第二道防线”的作用。当采用钢-混凝土的混合结构时，用钢构件或组合构件来代替普通混凝土结构中的外圈框架或框筒，可以加大结构的延展性，增强建筑结构的抗震可靠性。
3.2构件及节点的设计分析
钢-混凝土混合结构的超高层建筑结构由于其塑形的多变性，需要根据工程的实际情况对构件及节点进行理性分析与设计，这些构件与节点的设计主要包括组合柱、组合梁、组合墙还有连接节点的施工方案设计和选择。再次设计和选择的过程中，应时刻注意实用性、高效性、稳定性这三大原则，这一过程中需要注意以下几点：（1）高强型钢经济指标较好，是竖向构件备选之首，而且应优先可以选用实腹式，如图2所示；
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图2实腹式
（2）在混合结构构件中，为了让混合结构能够发挥出最好的功能，应该确保钢与混凝土相互协同，这样在建筑受外力时，两部分能够共同承担外压，达到更大程度上的承压性，实现更好的稳定性。为了实现这一目的，可以采取相应的方案，比如配置栓钉，还可通过构造箍筋或高强箍筋等方法来解决，这样也能避免组合构建发生粘结破坏；（3）在竖向构件的选定和设计过程中，应充分确保其结构的延展性较好；（4）通过对钢与混凝土之间的握固作用的深入研究，可以及时准确的判断两者之间的受重情况，以此根据实际情况采用切实可行的方案或措施，以保证组合构建的柱脚稳定，在强烈地震的情况下不会发生受拉破坏的现象；（5）在钢-混凝土组合构件节点的设计过程中，构件节点的受力性能是否可靠也是必须考虑的方面，有的节点部位是建筑结构中的关键部位，如组合梁柱的节点区，一定要设置可靠、可行的箍筋，同时还需要保证混凝土的浇筑质量，这就要求混凝土的浇筑方式要科学、合理。
结语
钢—混凝土混合结构抗震抗风性能较良好，充分发挥了材料的性能，且经济合理，在超高层结构中得到了广泛的应用。近年来，国内新建了多个钢-混凝土混合结构的超高层建筑，具有良好的发展前景。
参考文献
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论文作者:李平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年21期
论文发表时间:2020/2/26
标签：混凝土论文; 结构论文; 型钢论文; 组合论文; 体系论文; 构件论文; 高层建筑论文; 《建筑学研究前沿》2019年21期论文;