组合结构及其应用研究

[摘 要]20世纪80年代以来，随着改革开放和经济快速发展，高层建筑层数逐渐增加，建筑构件的截面尺寸一般较大，占用了较大的使用面积，从而影响高层建筑的使用功能。有时高层建筑物和超高层建筑物存在着不同结构形式的转换层，因此采用普通钢筋混凝土结构，已经不能满足高层建筑物和超高层建筑物的这种需要。随着对钢和混凝土组合结构的深入研究，已在高层建筑物和超高层建筑物中广泛应用各种形式的钢和混凝土组合结构

[关键词]钢筋混凝土 钢结构 混合结构

中图分类号：TU378 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0599-01

一、 组合结构简介

由于两种以上性质不同的材料组合成整体，并能共同工作的构件称为组合构件。由各种组合构建构成的建筑物称为组合结构。从广义上说：所有高层建筑都是组合结构，因为一个功能性建筑不可能只用钢或者只用混凝土建造。严格来说，才用软钢钢筋就已经使混凝土结构转化为组合结构了，所以，可以把组合结构定义为：由钢结构及钢筋混凝土混合的结构

最早的组合结构是由钢筋和钢筋混凝土板组成，这类构件之间有抗剪连接件，这种体系称为组合楼盖体系，最早在桥梁建设中应用，很快便在建筑物建设中应用了。1960年以来，随着高强混凝土和超高强混凝土的出现，工程师们逐渐认识到混凝土柱比纯钢柱更经济，相关研究表明混凝土或组合柱比纯钢柱便宜20%―30%。混凝土良好的经济性，且具有较大的刚度和防火性能，才使混凝土与钢结合。钢材有其自身的优点，即承载力高，施工速度快、跨度大和重量轻等，这些对于无柱空间设计以及抗震设计、输电线路铺设等方面都有重要意义。

二、 组合结构的主要类型及其特点

钢与混凝土组合结构依据钢材形式与配钢方式不同形成了多种不同的类型，并且一些新的形式仍在不断出现，目前研究较为成熟与应用较多的主要有以下几种钢和混凝土组合结构。

1、压型钢板与混凝土组合板

压型钢板与混凝土组合板是在压成各种形式的凹凸肋与各种形式的槽纹钢板上浇筑混凝土而制成的组合板，依靠凹凸肋及不同的槽纹使钢板与混凝土组合在一起。压型钢板与混凝土组合板的特点主要有：

（1）充分利用了混凝土造价低、抗压强度高、刚度大的特点，将其作为板的受压区，而将受拉性能好的钢材置于受拉区，代替板中受拉纵筋。使得这两种材料合理受力，都能发挥各自的优点。

（2）压型钢板在施工时先行安装，可以作为浇筑混凝土的模板及施工平台，大大加快了施工进度，缩短了工期。

（3）压型钢板非常轻便，易于运输、存储、堆放与装卸，节约人力，减少现场工作量。

2、组合梁

通过抗剪连接件或粘结作用将钢筋与混凝土板组合在一起就形成组合梁。混凝土板与钢梁之间用剪切连接件连接，是混凝土板作为梁的翼缘与钢梁组合在一起，整体共同工作形成组合T形梁。组合梁的特点主要有：

（1）、混凝土受压，钢梁主要是受拉与受剪，受力合理，强度与刚度显著提高，充分利用了混凝土的有利作用。

（2）很大程度上避免了钢结构容易发生整体失稳与局部失稳的弱点。

（3）由于组合梁的强度与刚度的提高，节省了大量钢材，并且组合梁的应用降低了梁的高度以及建筑物的层高与总高。

3、型钢混凝土结构

型钢混凝土结构（即：钢骨混凝土结构）是在构件的混凝土中主要配置轧型钢或者焊接型钢的结构。型钢混凝土的特点：

（1）不仅强度、刚度明显增加，而且延性获得很大的提高，因而具有一定的抗震性能，适用于地震区。

（2）施工安装时，梁柱型钢骨架本身构成了一个强度、刚度较大的结构体系，可以作为浇筑混凝土时挂模、滑模的骨架节省了模板支撑。

4、钢管混凝土结构

即在钢管中浇筑混凝土的结构称为钢管混凝土结构。一般在混凝土中不再配纵向钢筋与钢箍，所用钢管一般为薄壁圆钢管，方钢管混凝土结构应用较少。钢管混凝土结构的特点：

（1）受力非常合理，而且大大节省了材料，同时节省了钢材和水泥，降低了造价。

（2）钢管本身就是浇筑混凝土的模板，故可以省去全部模板，且不需要支模、钢筋制作与安装，简化了施工。

（3）钢管混凝土结构的最大弱点是圆形截面的柱与矩形截面的梁连接较复杂，节点的施工处理较为复杂，这是此种结构进一步推广的一大障碍。

5、外包钢混凝土结构

从广义上说，外包钢混凝土结构是指外部配筋的钢筋混凝土结构，简称外包钢结构。该结构是在克服装配式钢筋混凝土结构大量采用钢筋剖口焊、接头二次浇筑混凝土等缺点的基础上发展起来的。但因角钢外露，带来了防锈、防腐蚀较差的问题，并需要保持日常维护。

6、其他新型组合结构

钢纤维混凝土是几十年出现的有别于钢筋混凝土和型钢混凝土的新型结构形式。该结构具有良好的抗拉、抗弯、抗剪、抗冲击、抗折及耐疲劳的特性。

钢筋混凝土外包钢板构件是近年来研究与应用的一种组合结构形式，可以用于兴建工程也可以用于旧房屋结构加固工程。

三、 组合结构的发展与应用

1、组合板

压型钢板与混凝土组合板起初应用于欧美国家，自20世纪80年代中期引入我国，很快受到投资商与开发商的青睐，在我国，从无到有，已生产出多种压型钢板并投入使用。

尽管组合楼板本身的建筑造价要比钢筋混凝土楼板高，但根据综合经济分析，采用这种结构具有明显的经济效益。因此，我国许多大型商业建筑、公共建筑及综合建筑中广为采用。其中，典型的有上海锦江饭店、静安饭店、深圳发展中心大厦、北京香格里拉饭店、长富宫中心等高层建筑。采用工业建筑有东北某大型热电厂等。

2、组合梁

钢梁上支承混凝土板，早已在各种结构中应用。但是，传统的钢梁只作为混凝土板的支承梁，梁与板各自发挥其本身的功能。随着组合梁的出现与推广应用，组合梁的研究首先在欧美等国家展开和应用，随即推广到日本、前苏联、印度等国。我国自20世纪80年代以后也开始广泛应用组合梁。

3、型钢混凝土结构

型钢与混凝土的组合作用，因其可以进一步减小构件断面、节约钢材、提高抗剪性能等优点，因此得到推广、应用，对其研究也进一步广泛深入。在此方面我国起步较晚，而日本因其多发地震的国情，称为世界上采用型钢混凝土结构最多的国家之一。用型钢混凝土建成的建筑物有美国休斯顿第一城市大厦、休斯顿德克斯商业中心大厦、达拉斯第一国际大厦、日本北海饭店。而我国北京长富宫饭店，上海瑞金大厦等建筑也有应用。

4、 圆钢管混凝土结构

在型钢混凝土结构、配螺旋箍筋的混凝土结构及钢管结构的基础上出现和发展了钢管混凝土结构。钢管混凝土结构用于高层建筑工程中的典型例子有：1989年西雅图建成的太平洋第一中心大厦，双联广场大厦等。我国将钢管混凝土结构用于多层建筑物的典型例子有：1984年在上海建成的基础公司特种基础研究所科研楼、泉州市邮电局大厦、厦门信源大厦等。

四、小结

现代建筑已从过去单一的结构形式向多种结构形式联合、复杂结构方向发展，达到结构性能、造价。工期及施工技术等方面综合考虑的优化组合。近50年来，钢与混凝土的研究和应用得到迅速发展，至今已经成为一种新的结构体系，与传统的钢结构、木结构、砌体结构和钢筋混凝土结构并列，扩展成为五大结构体系之一。

参考文献

[1] 赵鸿铁.钢与混凝土组合结构 科学出版社 2001

[2] 韩林海.钢管混凝土结构 科学出版社 2000

[3] 中华人民共和国行业标准 JGJ138―2001型钢混凝土组合结构技术规程[S].2002

[4] 汪心洌.压型钢板与混凝土组合楼板的组合效益 工业建筑 1985