论高层建筑钢与混凝土组合结构设计浅析

陈亚敏 刘督政

中国核电工程有限公司郑州分公司 河南 郑州 450000

1. 结构特点

钢筋混凝土结构由混凝土，钢管，纵向钢筋和箍筋组成。它使用钢管或钢筋作为框架，内部和外部混凝土作为复合构件，并且连接器或材料之间的结合力使钢和混凝土一起工作。在共同作用下，混凝土材料具有良好的压缩性能，但抗张拉强度和抗裂性较差。

钢管具有良好的拉伸和压缩性能，连接合理可靠，并且可以获得性能良好的复合部件。钢筋混凝土结构，钢管混凝土结构以及由它们支撑的钢梁构件和复合楼板梁是已被广泛使用的典型钢筋混凝土结构。混凝土构件和钢结构构件构成高层建筑的各种混合结构系统，具有强度，良好的延展性，轻质的构件，较大的侧向刚度，抗剪强度，钢筋混凝土结构的强度和耐火性等。它广泛用于高层建筑中，可以形成结构体系，例如框架结构，框架剪力墙结构，底部的大空间剪力墙结构以及框架芯管结构。

2. 结构布置

高层建筑有很多楼层，而且高度很高。结构应沿高度方向均匀，规则或逐渐收缩，没有突然变化或较大的悬挂，以利于抗风和抗震。钢筋混凝土芯管和剪力墙是侧向阻力的主要组成部分，因此应从底部到顶部减小刚度，并应逐渐减小剪力墙的厚度，并且不应使用底架剪力墙或刚度。立柱和钢框架的垂直支撑应从下到上连续均匀地布置，除底层和顶层，加固层和不规则层的较大空间部分外，支撑形式和布局应从上到下保持一致。通常，为了减少结构的横向位移和混凝土内管的弯矩，垂直布置了多条直线。

钢筋混凝土复合结构的结构布置分为平面布置和垂直布置。高层建筑的结构平面布置和结构布置应为力使横向力的中心与水平荷载的合力的中心重合，以减小偏心率。对于结构的竖向布置，当采用钢筋混凝土组合结构时，与普通钢筋混凝土结构相比，可以最大程度地提高房屋的最大适用高度。当所有结构构件都是钢筋混凝土结构，包括钢筋混凝土框架和钢筋混凝土，当复合结构由圆柱体组成时，最大可应用高度可增加30%，但加固强度为9%-40%。

3. 组合构件设计

钢-混凝土组合结构的设计包括梁、柱和节点的设计。下面是对钢-混凝土结构的分析。钢-混凝土梁的设计包括抗弯承载力和抗剪承载力的设计。当梁的荷载较大、截面高度较高时，为节约钢材、减轻重量，可采用桁架式空心钢混凝土梁。钢筋混凝土柱应考虑混凝土的使用，混凝土、钢筋、型钢的组合计算十分复杂。计算模型通常有两种思路：强度叠加模型和变形协调模型，在中国，已经采用了简单的变形协调模型。钢筋混凝土柱的钢筋配筋率不应太小。

只有固定钢筋的数量，钢-混凝土组合构件才能比钢筋混凝土构件具有更高的承载能力和更好的性能。伸长时，必须在组件上设置一定数量的纵向钢筋，以在混凝土中形成钢筋混凝土梁柱节点和纵向钢筋。在钢筋和箍筋的约束下，由于钢腹板和翼缘对混凝土的限制，混凝土的抗剪强度得到了显著提高，并且混凝土的存在还确保了钢腹板不会局部弯曲，因此通常只使用芯钢，可以满足节点的抗剪强度要求，箍筋的作用主要是确保纵向钢筋不会弯曲，节点设计的主要目的是计算节点的抗剪承载力和抗弯承载力。

4. 组合结构对混凝土的要求

复合结构需要更高等级的混凝土。为了满足结构载荷要求并节省工程成本，通常在结构设计中，上下柱或柱梁的混凝土使用不同强度等级，混凝土强度通常不低于C30。柱的横截面尺寸增加了柱的承载能力，通常使用高级混凝土。为了增加混凝土的强度，可以添加硅粉。另外，可以添加增塑剂以增加坍落度。混凝土柱由轴向压缩比控制。较大的横截面尺寸使建筑物布局困难。钢结构重量轻。钢的体积大，成本高，结构刚度小，侧面大。

如果辅助梁的跨度和载荷较大，或者结构为异形梁，或者辅助梁为悬臂梁，则可以将辅助梁和主梁刚性连接，从而使辅助梁成为连续梁，可以节省更多的钢材，并减少次梁的挠度。此时，辅助梁的剪切力仍传递到主梁，并且辅助梁末端的弯矩直接传递给相邻的两跨辅助梁。位移大的优点包括钢结构和混凝土结构体系。这是两者优点的结合。对于框架，支撑和其他组件，强弱节点的承载能力高于组件的承受能力，并且节点的保障先于组件的保障。这种钢-混凝土复合结构在高层建筑中具有突出的优势，即具有很强的抗震性。影响抗震性的因素很多。地质，水文和冻结是影响高层建筑中钢-混凝土结构抗震性能较强的因素。

5. 结束语

简言之，钢-混凝土组合高层结构的设计是一个复杂的过程。只有充分了解复合材料结构的概念、结构特点、构件设计和结构要求，以及混凝土和钢材对结构的影响，并得到设计者足够的重视，才能更好地进行设计。为保证钢筋与混凝土可靠结合，防止钢筋锈蚀，钢筋周围必须有一定有效的混凝土保护层厚度。如果结构处于腐蚀性介质环境中，应增加保护层的厚度。