钢-混凝土混合结构设计浅谈

钢-混凝土混合结构设计浅谈

赵鹏宇

中色科技股份有限公司河南洛阳471039

摘要：钢-混凝土混合结构体系具有刚度大、成本低、减轻结构自重、节约基础造价、加快施工速度的优点，被认为是一种符合我国国情的较好的高层建筑形式。本文阐述了混合结构的受力特点和抗震性能，并通过一个钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构的计算实例，对计算结果进行详细分析，详细分析混合结构的特点，提出节约工程造价及加快施工速度的几项具体措施。

关键词：钢-混凝土混合结构钢管混凝土柱钢梁剪力墙

Abriefdiscussiononthedesignofsteel-concretemixedstructure

ZHAOPeng-yu

LuoyangEngineering&ResearchInstituteforNon-ferrousMetalsProcessing,Luoyang,Henan471039,China

ABSTRACTSteelandconcretehybridstructurehasbigstiffnessoflowcostReduceweightofTosavecostandbaseSpeeduptheconstructionoftheadvantages,isconsideredagoodformofhigh-risebuildingswhichaccordswiththesituationofourcountryThisarticleexpoundsthemechanicalcharacteristicsandseismicperformanceofcompositestructure,andthroughaconcretefilledsteeltubularframe-reinforcedconcretecoretubestructurecalculationexample,thecalculationresultsaredetailedanalysis,adetailedanalysisofthecharacteristicsofthehybridstructure,savetheprojectcostandspeeduptheconstructionofseveralspecificmeasures

KEYWORDSsteel-concretehybridstructure；concretefilledsteeltubularcolumn;steelbeam；sheerwall

1．引言

近年来，钢-混凝土混合结构兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、成本低的优点，与全钢结构相比，具有节省型钢、减少防火处理、减小钢框架现场焊接工作量、减轻施工难度及降低工程造价等特点；与混凝土结构相比，又具有减轻结构自重、节约基础造价、加快施工速度等优点，被认为是一种符合我国国情的较好的高层建筑形式。本文以钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒为主，探讨此类结构的特点及设计方法。

2．钢-混凝土混合结构的特点

2.1受力特点

在地震作用下，由于钢筋混凝土抗震墙抗侧力刚度较钢框架大很多，因而承担了绝大部分的水平剪力，钢框架承受的剪力小于楼层总剪力的5%，但钢筋混凝土抗震墙的弹性极限变形很小，约为1/3000，在达到规程限定的变形时，抗震墙已经开裂，而此时钢框架尚处于弹性阶段，地震作用在抗震墙和钢框架之间会进行再分配，钢框架承受的地震力会增加，而且钢框架是重要的承重构件，它的破坏和竖向承载力的降低，将危机房屋的安全，因而有必要对钢框架承受的地震力作更严格的要求，以使钢框架能适应强地震时的大变形且保有一定的安全度。

2.2优点与缺点

与钢结构相比，混合结构可节省钢材达50%以上，造价较低。同时，混合结构具有较大的抗侧刚度和较高的受剪承载力，且克服了钢结构耐火性、耐久性差及易屈曲失稳等缺点，使钢材的性能得到充分发挥。

与钢筋混凝土结构相比，混合结构由于可以在有限的截面中配置较多的钢材，构件承载力可以高于同样外形的混凝土构件的承载力一倍以上，从而可以减小构件的截面尺寸，避免混凝土结构中“肥梁胖柱”的现象，增加了建筑结构的使用面积和空间，减少了建筑造价。同时，由于混合结构的整体性强、延性性能好等优点，能大大改善混凝土受剪破坏的脆性性质，使结构的抗震性能得到明显的改善。

3．钢-混凝土混合结构的设计实例

3.1工程简介

本文以某银行（原结构为框架-核心筒）为实例，用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒进行修改设计，并对计算结果进行分析比较，探讨混合结构的经济性和合理性。

钢管混凝土柱与混凝土柱（RC）和型钢混凝土柱（SRC）相比能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服钢管结构容易发生局部屈曲的缺点，因此钢管混凝土柱可以提供更大的承载力和更好的延性，在相同承载力作用下，受力性能优势明显。由于钢管混凝土柱的钢管和混凝土之间的相互作用，使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力提高，具有优越的抗震性能。尤其是圆形钢管柱，对内部混凝土的约束作用最理想，能够获得较好的塑性变形能力。

3.2计算结果分析

结构的自振周期、地震作用下和风荷载作用下的结构位移见下表。

结构自振周期（s）

第一扭转周期/第一平动周期=2.3566/2.9546=0.80

地震作用下结构位移值

风荷载作用下结构位移值

图一梁柱节点

3.3典型节点构造

采用外部加强环板的形式，可以将钢梁上的力有效地传递到钢管周围，由于加强环板具有较高的承载能力和刚度，其滞回曲线饱满，表现出良好的延性，梁端剪力传递可用焊接于钢管上的连接腹板来实现，梁端弯矩传递则采用环绕钢管柱的加强环与钢梁的上下翼缘板焊接的办法来实现，同时外部环板又对钢管具有约束作用，从而使钢梁达到合理的受力状态，是目前钢管混凝土柱常用的节点形式。参见图一。

4．结语

钢-混凝土混合结构体系多变，内容繁多，笔者主要针对工作中的实际应用，摘取了其中的一小部分进行分析。而对于混合结构应用更广的超高层建筑，所牵涉的内容更为复杂，如超高层需要进行罕遇地震下薄弱层的弹塑性变形验算；必须采用两种结构软件进行受力分析；侧向刚度不足时设置加强层、剪力墙中设置型钢及钢板等等。

参考文献

[1]钢结构设计手册.中国建筑工业出版社.

[2]张维彬.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例.中国建筑工业出版社，

[3]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.

[4]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.

[5]钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:90）.

作者简介

赵鹏宇（1982~），男，河南洛阳人，一级注册结构工程师，高级工程师，从事结构工程设计与研究。