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摘要：随着社会经济的快速发展，同时带动了建筑行业的发展脚步，现如今城市中越来越多的高层建筑呈现在人们眼前，成为了城市发展的名片。在这些高层建筑的建造过程中，大多数采用的是型钢与混凝土结构，该结构的应用和国家规范都已经很完备，而且在强度、抗压、抗震、耐火等方面的性能都可以满足绝大多数高层建筑的需求。本文将对高层建筑钢混凝土结构及其节点的性能化开展深入探究。
关键词：高层建筑；钢混凝土结构；节点性能化；分析研究
由于混凝土材料的抗拉强度较小、抗压强度大，容易产生开裂，为了避免此类问题的出现在混凝土材料中配合钢筋材料，因为钢筋的抗压强度和抗拉强度都很高，尤其是抗拉强度完全弥补了混凝土的缺点。所以钢混凝土结构在高层建筑物的建造中被广泛应用。而且该结构形式与节点构造可以满足高层建筑可靠性的要求，保障了高层建筑的建造质量。
一、高层建筑的混合结构分析
（一）高层建筑梁的混合结构：梁属于受拉区，因为它是一个简支梁体，相对来说它会向下屈挠，下表面积扩张，如果是跨中的部位，挠度最大，下表面是一个受拉区，此时梁的破坏荷载就要求所受的荷载比破坏的荷载要小，这样才能避免开裂[1]。由于梁的下部扩张受拉，所以在底部配上钢筋，利用了钢筋的抗拉性能，梁的整体就不会裂断，只会有一些裂纹，所以钢筋混凝土梁的承载能力是极高的。
（二）高层建筑柱的混合结构：有关实验表明，在高层建筑中钢筋混凝土柱的承载能力与受力性能较高。
（三）钢筋混凝土可共同工作的条件：首先钢筋与混凝土之间要具备一定的粘结力，而且钢筋外部有一个保护层（保护层的厚度不宜过薄）钢筋被混凝土包裹住，以防锈蚀，确保结构的耐久性。
二、工程概况
工程主体是独立结构的多层裙楼建筑项目，包含有高层塔楼以及地下室工程。实际工程施工中，塔楼的长度设计为53米，结构宽度设计为29米，工程主体施工结构为24层高层建筑，层高设计4米，总体工程的结构高度超过了99米。而工程的中的裙楼建筑长度设计65米，宽度设计为31米，整体工程结构为4层建筑，高度设计为19.8米，并且包含有两层地下室工程施工结构，地下室工程高度设计为5.4米。该工程的设计过程中，采用了异型建筑结构的设计方案，在传统立方体形状的设计中，对建筑结构形式进行了旋转切削处理，形成了如图一所示的特殊结构造型。
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图一 工程建筑结构造型设计
三、建筑结构设计分析
在上述工程的结构设计中，为了充分满足工程建设施工对地震、台风等自然灾害问题的处理，进行了建筑结构设计的优化。在建筑结构的设计中，如图二所示：
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图二 建筑结构设计角度变化示意图
由于该工程项目的Y向刚度偏小，建筑结构设计以传统的钢筋混凝土-核心筒结构的设计方式，无法满足建筑结构设计的规范限值要求。并且经过试算发现，以常规钢筋混凝土框架-核心筒结构作为该项目的建筑结构设计方案时，也无法满足该工程施工设计的抗震性能和抗风性能的实际要求，过大的结构质量会增加建筑结构在地震中的风险。基于这两种试算考虑和工程建设的功能需求实际，该项目建筑结构设计以混合结构的形式来实现[2]。并且工程中塔楼的周边柱以圆钢管混凝土柱来实现，直柱和斜柱也采用此种结构设计方案，其具体如图三所示：
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图三 项目建筑结构设计分析
实际设计中，结构设计方案如下：
该项目结构设计中钢结构设计部分材料选择为Q345B钢结构，结构设计中竖向构建混凝土设计采用渐变形式实现，由下而上逐渐将混凝土等级由C60渐变为C35，而支撑结构的钢管选择为φ426*16的圆形管。而建筑结构的梁截面则选择为H800*300*14*（30-35），次梁截面为H500*250*12*18，在结构中钢管混凝土柱的结构设计中，选择了截面为φ900*（40-20）的钢管，钢管内填充混凝土结构的等级与剪力墙的混凝土结构等级相匹配，楼板结构设计中，厚度确定为120mm，通过组合楼板的方式来的实现。该工程建筑结构设计的钢管混凝土柱交叉节点设计方案如下：
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图四 钢管混凝土柱交叉节点示意
由上图，该工程结构设计的钢管混凝土柱交叉节点形状相同，并且节点变化规律一致，外观、尺寸也都相同，实际设计中为了结构较差而增加施工难度和风险，可以以整层牛腿的来实现对钢管混凝土柱交叉节点的优化设计，其具体方式就是通过上层斜柱以透过钢板后实现上下层的过度，已全面提升钢管混凝土柱交叉节点的目标。
四、节点性能化分析
一般情况下，在节点性能化分析中，较为常见的分析方式主要有两种，其一是节点有限元细化模型分析，通过总体内力计算并提取，然后将之作为荷载施加到有限元模型之中进行对节点性能化的分析与计算，是一种直观的节点性能化分析方式。但是在其实际应用中，无法对节点与主体结构之间的相互影响进行展示，这就容易造成节点性能临近极限时，性能化分析不收敛的情况发生。
而现阶段应用较为广泛的节点性能化分析方式就是嵌入式节点性能化分析，是以现代技发展中计算能力不断提升的背景下得以广泛应用的。嵌入式节点性能化分析就是将节点的性能化细化有限元模型嵌入整体模型中，以统一分析的方式，实现对节点性能化的全面分析。在本工程中，基于位移等效准则提出了的节点性能化分析的方式，其具体分析方式包含以下方面：首先，分别建立基于整体计算的模型，模型建立的实际过程中，以建筑的梁板柱墙等单元结构为节点，并将其完全定义为刚性，实现整体模型的构建，并结合传统的节点有限元细化模型，节点设定为有限刚度，采用壳单元或实体单元，简称精细化模型；其次，进行常规的基于总体模型的静力分析，得到相关节点及其自由度的广义位移；再次，将广义位移作为强迫位移，施加到精细化模型的相应边界，进行静力分析即可得到该精细化节点的应力应变等计算结果；最后，将节点计算结果体现的性能与总体模型的计算结果进行比对验证。其计算公式如下：
{d}=[N]{σe}
式中：{d}为Y向位移矩阵；[N]为坐标函数矩阵；{σe}
为单元节点位移矩阵。
{Ve}+{Pep}=[Ke]{σe}
式中，{Ve}为单元节点力矩阵；{Pep}等效荷载矩阵；{σe}为单元节点位移矩阵；[Ke]为刚度矩阵。
经计算，其结果如表1所示：
表1 建筑混合结构节点功能性分析结果
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经过上述位移等效准则的建筑混合机构功能性分析，而出如下结论：首先，上述工程结构的Y形钢管混凝土交叉节点区域在达到整体结构的性能点位移时基本保持弹性。其次，对于整体性能化分析，基于位移等效准则的节点精细化分析方法是一种行之有效的补充手段，通过该方法能够比较快速地验证不同条件下的节点部位的可靠程度，同时还能对节点设计提供指导，以完整实现结构性能化设计的目标。
五、结束语
综上所述，高层建筑混合结构的应用对于建筑产业的发展具有重要意义，能够全面提升建筑结构设计的科学性和质量。实际过程中，需要注重对混合结构功能性的分析，以保证混合结构建设能够满足工程建设的实际需求，保证工程后期运行的安全性。
参考文献：
[1]陈星，罗赤宇，王华林，等. 高层建筑钢-混凝土混合结构的创新与应用[J]. 建筑结构，2020，v.50；No.526（10）：6-16.
[2]宋玉华. 高层建筑钢结构梁柱节点的冲击荷载性能研究[J]. 兵器材料科学与工程，2020，v.43；No.300（03）：49-52.
[3]王宇，束天明，祖青. 某超限高层结构设计与分析[J]. 建筑结构，2020（5）：66-70.