辽宁省冶金地质四〇五队有限责任公司 辽宁省鞍山市 114000
摘要：钢——混凝土混合结构是我国目前在高层建筑领域里应用较多的一种结构型式。钢结构和混凝土结构各有所长,前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空气大等优点,而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层建筑的发展开辟了一条新途径。本文主要研究如何科学利用这一结构。
关键词：高层建筑；钢结构；混凝土结构；混合结构；创新应用
Innovation and application of steel-concrete mixed structure in high-rise buildings
Ren Zhiqiang
Liaoning Metallurgical Geology Team 405 Co., LTD., Anshan city, Liaoning 114000
Abstract: Steel-concrete mixed structure is one of the most widely used structural types in high-rise buildings in China. Steel structure and concrete structure have their own advantages, the former has the advantages of light weight, high strength, good ductility, fast construction speed and large clean air inside the building, while the latter has the advantages of large stiffness, less steel consumption, less material cost and good fire performance. The comprehensive utilization of the advantages of these two structures opens up a new way for the development of high-rise buildings. This paper mainly studies how to use this structure scientifically.
Key words: high-rise buildings; Steel structure; Concrete structure; Mixed structure; Innovative applications
引言
我国经济快速发展， 城市化的程度越来越发达， 城市中的高层建筑越来越多， 这提高了城市用地的利用率。在进行建设的时候， 高层建筑的技术也越来越好， 其中将钢结构和混凝。土结构进行结合的设计对于高层建筑的发展起了很大的推动作用。这种混合结构具有比较好的性能， 在未来建筑行业中的应用会更广泛。
1 钢——混凝土混合结构优势
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。此外，两种材料之间的相互贡献、协同互补和共同工作的优势，还使得其具有较好的耐火性能及火灾后可修复性［1］。这种新型结构已被广泛的应用在高层超高层建筑、重工业建筑、桥梁结构、大跨度和高耸结构中，并逐渐形成了与传统四大结构（钢结构、混凝土结构、木结构、砌体结构）并列的第五大结构。
2 钢—混凝土混合结构主要的类型
钢—混凝土混合结构在高层建筑中主要有3 种结构形式：框架—核心筒结构、巨型柱框架—核心筒结构、筒中筒结构。
2.1 框架—核心筒结构
框架- 核心筒结构由外围的稀柱框架和核心筒组成的结构形式。稀柱框架部分主要承担竖向荷载，筒体部分主要承担水平荷载。框架- 核心筒结构兼具有筒体结构和框架结构两者的优点，外框架柱部分间距较大，布置方式比较灵活，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。
在超高层建筑中，可以在核心筒和外框架之间设置伸臂桁架，或在外围框架宜布置环带桁架用来提高整体框架的抗侧力效率。研究表明，设置伸臂桁架后的结构体系更适合在超高层建筑中应用。
2.2 巨型柱框架—核心筒结构
巨型柱框架—核心筒结构体系通过设置少量巨型混合柱，提高结构的抗侧刚度。巨型混合柱抗侧刚度及轴向刚度都较大，且与外伸臂桁架有效结合，可以大大地降低结构对环带桁架的依赖程度，同时提高结构的抗侧力。该结构的灵活性、经济性和便利性都较高，因此，在超高层建筑结构中使用较为广泛。
2.3 筒中筒结构
筒中筒结构是指在结构内部及外部同时布置筒体而形成的结构体系。筒中筒结构的外筒大多是由密柱深梁组成的钢框筒或者是桁架筒或交叉柱组成的网格筒，而内筒则为桁架筒或者是钢筋混凝土实腹筒。筒中筒结构体系对外伸臂桁架要求较低，当建筑本身的抗侧力要求不高时，可以不设置外伸臂桁架。若房屋高度较高时，可以在内外筒之间设置伸臂桁架。该结构形式多适用与50 层以上的超高层建筑。
3 超高层建筑混合结构体系的应用实例
3.1 广州东塔
广州东地处珠江新城的核心地段，与对面的西塔一起形成了双塔，分别坐落于新城市中轴线两侧，北面为中信大厦、广州火车东站和天河体育中心，南面为刚建的广州新电视塔。
广州东塔为带伸臂巨型框架- 核心筒结构体系，该结构体系由钢筋混凝土核心筒、6 道双层空间环桁架组成的巨型框架、矩形钢管混凝土柱、连接核心筒和巨型框架的4 道伸臂桁架组成。在酒店区域，建筑由于立面收进，通过空间环桁架过渡为常规的框架- 核心筒结构体系，形成新的抗侧力体系。对于核心筒结构，是抗侧体系中的重要组成部分，贯穿整个塔楼结构，用于抵抗接近一半的倾覆力矩和水平力产生的大部分剪力。巨型框架结构主要由巨型柱和巨型梁（双层空间钢桁架）组成。8 根巨柱一直从地下室延伸至办公区顶部，开始减掉1 根，余下7 根巨柱延伸至公寓区顶。
3.2 中国尊大厦
中国尊大楼（简称中国尊）位于北京CBD 核心区，包括了写字楼、高端商业、观光等功能的综合性超高层建筑。
中国尊大厦的结构是双重抗侧力体系，包括含有巨型柱、转换桁架及巨型斜撑的外框筒的抗侧力体系和钢筋混凝土核心筒（含有组合钢板剪力墙）的抗侧力体系。对于的巨型斜撑框筒，巨型柱、转换桁架和巨型斜撑主要为轴向受力，能为结构高效地提供抗侧力刚度。钢筋混凝土核心筒处于结构中间位置，结构布置对称、规则，具有良好的结构抗震及抗风性能。在核心筒墙体上，通过合理开设结构洞口，使其形成双方向的连梁，能在保证结构刚度的前提下，提高其延性，从而具有良好的耗能机制。在整个结构的每个分节里，是通过小柱和边梁组成的次框架，借助转换桁架将竖向荷载传递至四角的巨型柱。
3.3 天津高银117 大厦
位于天津市高新区CBD 核心区的天津高银117 大厦，是一幢集写字楼、 附有酒店及相关设施等功能的大型超高层建筑。
整个结构包括了由钢筋混凝土核心筒的抗侧力体系和由巨型支撑、环带桁架、4 根六边形巨型钢管混凝土柱组成的巨型框架的抗侧力体系，形成了多重抗侧力体系。整体结构布置对称、规则，钢筋混凝土核心筒位于结构中间位置中，利于结构整体抗震及抗风。通过合理设置结构洞口，在核心筒墙体是上双方向形成连梁，一方面保证了结构刚度，另一方面提高了结构延性，形成了良好的耗能机制。
4 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：
[1]高层建筑钢结构施工研究[J]. 揭振华. 住宅与房地产. 2018(31)
[2]超高层建筑钢结构制造技术研究[J]. 武林. 现代制造技术与装备. 2018(01)
[3]试论高层建筑钢结构施工与管理[J]. 王兵. 低碳世界. 2019(09)
[4]浅谈我国高层建筑结构的现状及发展[J]. 王雅超,高闻. 建材与装饰. 2018(45)