谈型钢混凝土组合结构

高 八 一

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

1 型钢混凝土组合结构的产生

型钢混凝土组合结构，简称：src。在传统的钢筋混凝土结构中，钢材的主要作用是抗拉，混凝土的主要作用是抗压，二者互相作用。但在复杂力学结构中，由于作用力众多，不能完全发挥出各自的优势与性能，同时，钢筋与混凝土的结合，在某些程度上甚至会表现出应力方向不一致、作用不同步、不协调等现象，如肥梁、胖柱等，不但起不到应有的效果反而会影响工程质量，造成人力、物力的浪费。相比之下，型钢混凝土组合结构能够按照型钢与钢筋、混凝土的特点，较大程度发挥各自构建的特点与优势，满足力学要求、结构要求、改善结构的工作性能，使结构得到充分的利用，提升技术经济效益。近年来，越来越多的建筑工程采用型钢混凝土组合结构技术，使得该项技术取得了长足的发展，积累了众多宝贵的行业经验，但由于型钢混凝土组合结构技术需要经验支撑，有些设计人员的经验不足，不考虑施工时的可行性，造成了技术应用的缺陷、推广的不便。因此，既要在技术层面加大推广力度，又要在理论研究层面大力创新，增强型钢混凝土组合结构技术层面与实际应用层面的衔接，使其更好地服务于建筑领域发展与国民经济建设。

2 型钢混凝土组合结构的特征

型钢混凝土组合结构是一种特殊类型的结构，它是将钢筋置于型钢周围并浇筑混凝土[1]，具有承载力高、弹塑性好、刚度大、断面尺寸小等特点。型钢混凝土组合结构主要为：全部结构构件或者部分结构构件采用型钢混凝土结构，适用于框架结构、框架—剪力墙结构、底部大空间剪力墙结构、框架—核心筒结构、筒中筒结构等。型钢混凝土结构不仅具有钢筋混凝土结构的承载能力高、延展性高等特性，又具备有钢结构受力性能好、抗拉等的优点,使得越来越多的学者、机构对型钢混凝土组合结构产生了浓厚的兴趣，同时，在实际施工层面也得到了越来越广泛的应用。

3 型钢混凝土组合结构的优点

和传统钢结构相比，型钢受到周围混凝土的共同载荷,提升了型钢受压稳定性，同时也提升了型钢混凝土组合结构的耐火性，因此型钢混凝土组合结构的优点有以下几个方面:优良的耐久性和耐火性；结构局部和整体稳定性好。

与普通钢筋—混凝土结构相比，型钢混凝土组合结构由于同混凝土相互作用受力，增加了混凝土的强度和型钢的强度，改善了混凝土本身不利于抗震的特性,增加了组合结构的抗震性能；由于在型钢混凝土组合结构中，型钢和钢筋混凝土共同作用，利用其型钢固有的强度和延性，使型钢混凝土组合结构具备了承载力大、刚度大、抗震性能好的优点。同时，采用型钢混凝土梁柱的高层建筑在施工过程中，能够不必等待混凝土完全凝固就可以继续上层施工，这大大缩短了施工周期，节约了成本。因此型钢混凝土组合结构又具有:1)承载力高;2)施工周期短;3)抗震性能好等优点。

同时，就经济效益而言，型钢截面面积小，建筑物可以设计的跨度更大，使用面积和层高均可相应增加；型钢和混凝土共同受载荷，相对来说节省钢材，有分析证明：型钢混凝土组合结构比钢结构能节约30%以上的钢材；可以不必为模板设置支柱，减少支模板的劳动消耗，有效缩短高层建筑的施工工期。因此，型钢混凝土组合结构在建筑工程方面有广阔的发展前景[2]对建筑施工领域的发展以及改善升级建筑结构性能都具有重要的意义。

日本是位于环太平洋火山地震频发地带，由于型钢混凝土组合结构具有抗震性能，因此国内建筑工程领域尤其重视对其的研究应用。总部位于东京的兴业银行，也称株式会社日本兴业银行，它是20世纪上半叶世界最大的银行之一，其总部大楼也是日本早期典型的全型钢混凝土组合结构，高30 m，在1923年9月1日日本关东地区7.9级强烈地震中，因自身几乎没有受到损害，引起了日本工程界乃至世界工程界的重视，从而为型钢混凝土组合结构的大范围推广奠定了坚实基础。位于南美洲西南部的国家——智利，也是地震多发国家，发生在1960年的智利大地震，是世界地震史上震级最高、烈度最强的地震，震级达9.5级，因此，智利国家也尤其重视型钢混凝土组合结构的性能研究以及工程应用[3]。

4 型钢混凝土组合结构的缺陷

型钢混凝土组合结构施工过程中，应注意统一标高，注意混凝土梁与型钢混凝土柱的连接，注意钢筋孔周围的应力集中现象。由于采用型钢混凝土组合结构的工程项目大量采用钢结构，使得结构钢筋密布密集，型钢预埋件多且截面面积大，节点复杂，绑扎困难，混凝土浇筑也需要重点注意；钢筋穿孔难度较大，钢柱定位及垂直度要求高，型钢拼装复杂，需要特定的连接构件和专业焊接设备、人员；在浇筑完混凝土的初凝期，若厚度小于100 mm,易出现裂缝，尤其是高标号混凝土；型钢混凝土结构设计都要求设计者具有丰富的工作经验，根据设计者的经验选取合适的结构选型和初始截面对后续的结构计算的减少有很大的帮助。对于型钢混凝土框架构件，由于内力有较大的差别，故对其需要进行分段优化，尤其是变截面节点的位置以及构造和受力性能。

5 型钢混凝土组合结构应用的注意事项

型钢混凝土组合结构框架梁柱节点核心区保障梁柱内力传递，必须杜绝过大的局部変形，必须安全稳定，节点有以下几种类型：1)钢骨混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接，配钢桁架、实腹工字钢(H型钢)的梁柱节点；2)钢骨混凝土梁—钢筋混凝土柱的连接；3)钢筋混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接；4)钢梁—钢骨混凝土柱的连接。

采用型钢混凝土组合结构柱后，既能够不增加框架柱截面，又能够解决普通混凝土结构抗剪不足等问题，应用于体育馆、工厂厂房等空间大、结构布置大、柱较少、混凝土等级较高的工程项目中，需要注意结构延性的改善，一般采用三种方法:一种是将箍筋加密，改善高强混凝土构件的延性,但会给现场施工带来较大的难度;二是采用型钢混凝土组合结构;三是采用钢管—混凝土结构，使用混凝土填充钢管结构，但用钢量大，且需要防火处理。

当遇到跨度、荷载更大的结构，由于极限条件的限制而制约型钢混凝土结构的作用，可以借助预应力技术，提高承载极限能力，实现构件受力区域的应力控制，改善正常使用阶段的使用性能。

在现场质量控制方面，型钢腹板及牛腿腹板开孔时，应预先由工厂或采用专业设备制孔，严禁现场切割开孔；钢筋接头连接的施工应先安装钢柱，再进行箍筋绑扎；全部终拧高强螺栓；对正相邻压型钢板，使现浇叠合层的钢筋顺利通过。剪力墙墙脚有钢筋密集区域，可以采用人工进料，避免出现空洞。随时复查钢筋位置，保证钢筋位置的精确性。采用插入式振动器振捣混凝土，快插慢拔。拆除模板后及时进行浇水养护。

6 结语

随着城镇化的步伐加快，大型、超大型建筑越来越多地出现在城市的版图中，这些巨型建筑有着向大跨度、超高层及高耸建筑发展的趋势，型钢混凝土组合结构以其抗拉、抗压、抗震、刚度大等特点，发挥着不同材料的共有特性，迎合着建筑领域的发展趋势，产生巨大的经济效益，在建筑领域的发展中拥有广阔的前景。

参考文献：

[1] 郑山锁，孙龙飞，司 楠，等.型钢混凝土框架结构失效模式的识别和优化[J].振动与冲击，2014，15(4)：167-172.

[2] 王秋维，史庆轩，侯 炜，等.型钢混凝土框架结构基于增量动力分析的抗震性能评估[J].世界地震工程，2011，27(1)：34-40.

[3] 干 洪，汪 伟.隔震技术在型钢混凝土框架结构中的应用研究[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版)，2013，21(1)：112，1002-1005.