对土木工程的基本认识

型钢混凝土组合结构在建筑中的应用

贺家融

青岛理工大学土木工程专业土木1311班学号：201304484 【摘要】：典型的建筑工程是房屋工程，房屋是人类生产与生存的场所，而建造房屋就离不开土地。但随着我国城市化进程的加快，可用于人类居住的土地正逐步减少，一方面为了不断满足人民日益增长的物质、文化需要，改善居住条件，需要占用大量的土地；另一方面，城市工业和公共用地的需求量也在与日俱增，土地的供需矛盾日益突出。为了解决这一问题，高层建筑就此诞生。型钢混凝土组合结构的优势将在高层建筑中的应用得到体现和加强。

【关键字】：型钢混凝土结构高层建筑应用土木工程

1、引言

近几年，高层建筑的建设不断增多，型钢混凝土组合结构也被广泛使用，该结构存在着其他结构所没有的优点，但也并不是适用于所有的建筑。

2、型钢混凝土组合结构的特点

型钢混凝土结构是在型钢结构的外面包裹有一层钢筋混凝土的外壳，这种结构现已广泛应用于高层建筑和大跨度建筑工程转换层中，随着科学技术的不断进步，以及我国经济的发展，型钢混凝土结构将作为一种新型的结构不断得到推广和应用。

3、型钢混凝土组合结构与普通混凝土结构相比较，优点有

由于在钢筋混凝土中增加了型钢骨架，使得这种结构具有钢结构和混凝土结构的双重优点。

3.1型钢混凝土设计上不受含钢率限制，刚度，承载力高。型钢混凝土结构的构件的承载能力可以高于同样尺寸的钢筋混凝土构件的一倍以上，因此，对于高层建筑，可以减小构件截面，即可以增加使用面积和层高，其经济效益显著。

3.2型钢构件截面积小，对于建筑物而言，可以增大跨度，增加使用面积和层高，其经济效益可观。

3.3型钢混凝土梁结构的延展性远高钢筋混凝土结构，因此，具有优良的抗震性能，刚度加强，抗屈服能力增强。

3.4型钢混凝土梁柱高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层，有效地缩短了建设工程的工期，即节约了施工成本。

4、型钢混凝土组合结构与钢结构比较，优点有：

4.1与钢结构比较，型钢外包混凝土参与承受荷载，同型钢结构共同受力；同时由于型钢包裹混凝土后，能够抵抗有害物质，从而防治钢材锈蚀。

4.2受力性能好，型钢混凝土结构构件内部的型钢由于受到外部钢筋混凝土的约束，克服了普通的钢结构构件的受压失稳的弱点，同时也克服了钢结构的耐火性能差的弱点，型钢混凝土组合结构耐火性和耐久性优良。

4.3由于钢筋混凝土和型钢共同受荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一种有效手段。型钢混凝土组合结构较钢结构可节省钢材50%以上。

在我国，随着钢材产量和质量的不断提高，型钢混凝土组合结构已开始广泛应用于大跨、超高层建筑。中国著名的东方明珠电视塔、北京香格里拉饭店、国家大剧院等均采用了此种结构。

图二 5、型钢混凝土组合结构在高层建筑中的应用 5.1上海环球金融中心 上海环球金融中心（图一）为超高层建筑，高度为492m ，地下3层，地上101层，是目前中国第三高楼、世界最高的平顶式大楼。它采用了外围为巨型桁架筒与内部为钢筋混凝土的筒中筒结构。 作为492m 的超高层建筑，环球金融中心需要面临高空中的风力以及地震所带来的建筑物摇晃。为了抵抗来自风和地震作用，环球金融中心在建筑角部设置了巨型柱，而型钢混凝土的截面可提供巨型构件需要的高承载力，也能方便与钢结构构件的连接，同时使巨型柱与核心筒竖向变形差异的控制更容易。 环球金融中心结构体系： (1)巨型柱、巨型斜撑、周边带状桁架构成的巨型结构具有很大的抗侧力刚度,在建筑物的底部外周的巨型桁架筒体承60%以上的倾覆力矩和30%～40%的剪力,而且与框筒结构相比,避免了剪力滞后的效应,也适当减轻了建筑结构的自重。 (2)外伸臂桁架在建筑中所起的作用较常规的框架2核心筒或框筒结构体系已大为减少,使得采用非贯穿核心筒体的外伸臂桁架成为可行。 (3)位于建筑角部的巨型柱可起到抵抗来自风和地震作用的最佳效果,型钢混凝土的截面可提供巨型构件需要的高承载力,也能方便与钢结构构件的连接,同时使巨型柱与核心筒竖向变形差异的控制更容易。 (4)巨型斜撑采用内灌混凝土的焊接箱形截面,不仅增加了结构的刚度和阻尼,而且也能防止斜撑构件钢板的屈曲。 (5)每隔12层的一层高的周边带状桁架不仅是巨型结构的组成部分,同时也将荷载从周边小柱传递

至巨型柱,也解决了周边相邻柱子之间的竖向变形差

异的问题。

5.2金茂大厦

金茂大厦（Jin Mao Tower ）（图二），又称金茂

大楼，竣工于1999年，曾经是中国大陆最高的大楼，

位于上海浦东新区黄浦江畔的陆家嘴金融贸易区，楼

高420.5米，目前是上海第3高的摩天大楼，中国大

陆高度排名第3。

金茂大厦位于长江下游冲积平原处，那不是个容

易建造超高层建筑的地方。那儿的土质条件极差，以

致于在浅基础上的许多建筑最大沉降可达254mm ；永

久地下水位是地面下1m 之内。在台风季节，建筑顶

部的平均风速在10min 内可达到201km/h 。地震时地

面加速度达到UBC 标准地区2A 。但就是在这种恶劣的外界环境下，建成了高420.5米的金茂大厦，这与

图三

其结构不无关系。

金茂大厦上部结构是钢结构和钢筋混凝土结构的混合体，水平抵抗系统的主要部件包括钢筋混凝土核心筒，该核心筒通过外伸桁架同外部的复合巨型柱连接。

因钢筋混凝土、钢结构及复合垂直结构件处在于塔楼同一平面内，所以必须认真考虑徐变、收缩、弹性收缩及温度的影响。由于结构的高度很高，增加了总的缩变且相对移动量很大。在设计结构件和非结构件时，设计师们考虑了强度和耐久性，同时估计了因荷载而引起的即使和永久的全部和相对缩变。他们还研究了非结构件如隔墙和外墙的特性。在这之中都运用了型钢混凝土组合结构作为承重。

5.3台北101

台北101（图三）楼高509米，地上101层，地下5层。该楼融合东方古典文化及台湾本土特色，造型宛若劲竹，节节高升、柔韧有余。另外运用高科技材质及创意照明，以透明、清晰营造视觉穿透效果。建筑主体分为裙楼（台北101购物中心）及塔楼（企业办公大楼）。其中B2—B4为停车场，B1至4楼共有5层购物中心，5楼则为数家银行与证券服务金融中心所在，6楼至84楼为一般办公大楼， 85楼为商务俱乐部，86至88楼为观景餐厅，89楼为室内观景层，91楼为室外观景台。

台湾位于地震带上，在台北盆地的范围

内，又有三条小断层，为了兴建台北101，这

个建筑的设计必定要能防止强震的破坏。且台

湾每年夏天都会受到太平洋上形成的台风影

响，防震和防风是台北101建筑所需克服的两

大问题。为了克服这两大问题，台北101采用

了巨型桁架结构。巨型桁架系统可以满足强柱

弱梁的需求．现场结合的接电焊量较少．不足

之处是构件和细部设计较为不易。

台北101的地上结构包含一栋101层的塔

楼及一栋6层的裙楼，两栋结构于地上部分以

伸缩缝完全断开，地下室共有五层，且塔、裙

楼相连。地上结构除了塔楼钢柱大部分皆以高

强度混凝土灌注之外，其余为纯钢骨结构；地

下室中B1层为SRC 梁柱构造，B2至B4层为RC 无梁板构造。

101层塔楼的结构系统以井字形的巨型构架(Mega Frame)为主，巨型构架在每八层楼设置一或二层楼高之巨型桁架梁，并与巨型外柱及核心斜撑构架组成近似11层楼高的巨型结构（Mega Structure ）。塔楼的结构系统分为垂直系统及侧力系统。

6、型钢混凝土组合结构的适用性

型钢混凝土组合结构是指采用部分为钢构件、部分为钢筋混凝土构件组成承重结构体系的建筑物，或者是其承重结构的主要构件（梁、柱、板等）内混凝土和型钢或钢管同时存在的建筑物。这种结构目前被广泛采用各种建筑物中，因为其不但拥有优秀的承重、抗震能力，还大量节省钢材，是一种极为优秀的组合结构。

7、结语

随着经济的发展，技术的不断进步，型钢混凝土组合结构已经越来越被广泛的应用于建筑的建设中，众多的经典建筑也不断的证实了这种结构的能力和优点，可以肯定，日后，型钢混凝土组合结构将会在我国的应用得到更加广泛的应用。

【参考文献】