初探型钢混凝土结构在高层建筑中的应用

卢业橙

【摘要】型钢和混凝土的结合能充分发挥各自的材料优势，形成一系列组合结构优势。这两种材料的组合形式逐渐成熟，形成了现代高层建筑的主要类型。在全球金融危机的大背景下，若能继续研究钢材行业在建筑行业的应用，对当前钢材市场将起到积极的促进作用。

【关键词】组合结构;型钢混凝土;高层建筑

在高层建筑中，钢和混凝土是两种最重要的材料。当代建筑理论的不断创新与发展，在很大程度上取决于这两种材料的不断改进与完善。当建筑高度和层数增加时，若采用普通钢-混凝土结构时，必须增大柱径。此外，大型立柱占用大量空间，减少了建筑里面的空间的使用率。为此，研究者提出了钢与混凝土组合结构的概念，并利用两者各自的材料性质，将两者结合起来，创造出具有创新性和高能的结构体系。

从国内外一般认识来看，广义混杂结构是指由不同材料构成的结构体系（或子结构）。混料法的目的是通过合理有序的混合，达到结构不具备或完全满足结构体系总体性能的结构性能。

在高层和超高层建筑中，大部分使用的是混合结构的建筑的结构。混杂结构由材料组成、构件截面组合和结构型式复合等多种形式构成。外框架主要承担竖向荷载作用，分担部分水平荷载，按刚度分布。SRC 核心筒与 SRC骨架-钢筋混凝土框架筒混合结构相比，混凝土框架筒的刚度在结构体系总刚度中的比例较大，应采取相应的抗震措施。外框架结构只需要很小的地震测量，但由于下部结构的优点，内筒混凝土结构的屈服强度要比外框架结构高。目前国内工程实践及试验结果表明，混凝土中的核心筒的结构里面的强度相对的来说是高于强度的，可外部的结构的强度比较大一些，但刚性度不够，所以这一种混合的结构的抗地震性能不太协调。由于钢混凝土框架比钢框架大，地震冲击力大，而且两种材料之间的一致性，使得SRC 框架—RC 核心桶的两个关键性的结构构成了强度与变形的优秀的协调能力。SRC框架技术一般在强烈地震的作用中具有优秀的抗震能力。

1、型钢混凝土（SRC）结构概述

型钢混凝土组合结构是型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的结构型式。由于在钢筋混凝土中增加了型钢，型钢以其固有的强度和延性，以及型钢、钢筋、混凝土三为一体。其核心为型钢构件，外部为混凝土结构，具有坡度和适当的纵向主位。型钢结构以混凝土为主，并采用轧制或焊接钢材。实心轧制钢构件中还存在少量的钢棒或钢环，主要是用来连接所用混凝土和建筑所需的混凝土。这种结构与钢筋相配合，其辅助功能在计算中也考虑到了。截面是各种各样的，钢骨可以是轧制的或焊接的型钢。钢的分布可以分为实体纤维钢和开口轧制钢。以工字钢、槽钢和 H型钢为主要原料，在角钢中，空腹型钢在材料上比较经济，在日本和前苏联已经广泛使用，但其生产成本较高，抗震性能不如实心腹板钢。近几年来，由于整体轧制工艺简单，承载能力强，日本及西方国家广泛采用。

2、型钢混凝土结构的特点

型钢混凝土结构是型钢结构的有机结合。测试结果表明，构件部分尺寸可相应减小，对扩展高层建筑的实际应用面积有着至关重要的作用;这种混合的结构有比较强的承载能力，可进行框架外装配、模板、塔旋转或墙固固定等多种作业，降低施工难度;把型钢放置在混凝土的组合中，可有效提高整个工程的回弹，提高抗震性能。

3、型钢混凝土结构的主要类别及应用

3. 1 SRC巨型柱—混凝土核心筒混合结构体系

上海金茂大厦有八十八层楼高，高四十一米，是现在世界范围内的最细长的高层建筑物之一，它的细长比例为八比一。结构体系是以水平力为主的型钢混凝土巨柱弯曲产生，混凝土核心筒主要由水平力产生。型钢混凝土支座由钢和混凝土组成，竖向荷载来自周边钢结构，结构的整体范围横向力主要是取决于混凝土芯筒的抗老化能力、SRC柱的轴力以及周边钢结构的抗老化能力。

3.2 SRC外筒—混凝土核心筒体系

外圈由骨架筒和混凝土核心筒组成，核心筒则是由大量密集分布的型钢的混凝土柱与深射线共同组成。在水平的地震情况中，SRC外筒一般承担着相对比较大的倾覆作用，而钢芯则承担了较小的倾覆作用;由于外筒体的刚度远远大于钢管的外刚度，所以应通过计算确定剪切力的分配。一般情况下核心筒体的抗击抗剪的强度与刚性都比较强，外框的筒体对于抗弯曲的刚度和侧面的刚度抗性比较强，震时的荷载的布置与核筒体抗剪强度和外框筒体具体长度一致，有利于提高抗震性能。

3.3框架—SRC剪力墙体系

其主体一般都是由钢筋混凝土或型钢与混凝土的结构组成的，配以一定量的型钢和前墙。一般在相同条件下，型钢混凝土的前端墙的强度和实际应用能力明显要高于普通钢筋混凝土，但是强度比较低，能耗比较大，具有优秀的抗震性能。

3.4 SRC框架—钢筋混凝土核心筒体系

这类系统是目前最常用的 SRC组合结构。它的特点是大部分水平荷载采用具有高抗推刚度的钢芯筒，竖向荷载采用高韧性、高材料强度的混凝土结构，也包括少量荷载，该体系还可实现大型夹紧地面结构，提供更多的空间。例如，上海的茂森大厦、北京香格里拉酒店等。

3.5框架—SRC核心筒体系

举例：深圳的地王大厦是具有标志性建筑体系中的一个，由公寓楼侧楼、两个塔楼与4层往下的一些裙楼联合组成，大厦的外面的框架柱是钢管混凝土结构构成的。这种结构体系主要存在于型钢混凝土混合结构中。

4、型钢混凝土结构的应用前景

由于型钢混凝土结构中钢筋和混凝土之间的相互约束，使得它们各自的强度都有所提高。另外，由于型钢的存在，提高了整个结构的回弹，从而改善了高强混凝土的脆性，而高强混凝土的回弹又因其回弹较低而不利于抗震，提高了结构和构件的抗震性能，尤其是压力型构件的回弹。所以可以预测型钢高强度混凝土结构在建筑工程中的应用越来越广泛。

总结：

型钢—混凝土结构能充分发挥型钢-混凝土结构优异的力学性能，使构件的使用更合理、更有效，减少构件的截面尺寸。所以钢结构和混凝土结构在高层建筑中的应用，不仅扩大了其应用范围，而且还降低了建筑自重和投资成本。型钢混凝土结构以其优异的性能一直是建筑行业的优势结构，推动了建筑行业的发展。这是未来研究的一个重要方向，随着研究的深入和技术经验的积累，高楼大厦将继续发展，同时它也是建筑业用钢的一种新方式，在当前的钢材市场中发挥着积极的作用。

参考文献：

[1]李岚.型钢混凝土组合结构在高层建筑中的應用[J].写真地理，2020，（26）：125.

[2]肖毅.浅析型钢-混凝土组合结构柱的施工质量控制[J].江西建材，2020，（5）：126，128.

[3]李志峰，邵陈钟.型钢混凝土组合结构深化设计探讨[J].建材与装饰，2020，（5）：14-15.