钢-混凝土混合结构在高层建筑中的应用

李贯林，董凤举

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250014）

1 钢-混凝土混合结构类型

1.1 型钢混凝土结构

型钢混凝土结构是在型钢周围配置钢筋并浇筑混凝土的结构，高层建筑常用的型钢混凝土梁、型钢混凝土柱、型钢混凝土剪力墙和筒体。型钢混凝土梁骨架一般采用实腹轧制工字钢或由钢板拼焊成工字形截面。型钢混凝土柱内埋设的型钢芯柱有轧制H型钢或由钢板拼焊成的H形截面、方钢管、圆钢管，由一个工字型钢或窄翼缘H型钢及一个剖分T型钢拼焊成的带翼缘T形截面等几种类型。

1.2 钢管混凝土结构

钢管混凝土结构是在钢管内部充填浇筑混凝土的结构，钢管内部一般不再配置钢筋。钢管内的混凝土受到钢管的有效约束，可显著提高其抗压强度和极限压应变，而混凝土可增强钢管的稳定性，使钢材的强度得以充分发挥。因此，钢管混凝土柱是一种比较理想的受压构件形式，具有良好的抗震性能。

1.3 钢-混凝土组合梁板

钢-混凝土组合梁板是利用钢材承受截面上的拉力、混凝土承受压力，使钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用。组合梁板中的钢梁可以承担施工荷载，而压型钢板则可直接作为楼板混凝土的模板，加快施工进度，减轻楼板自重，因而在高层建筑楼盖结构中应用较多。

2 钢-混凝土混合结构体系

钢-混凝土混合结构主要是以钢梁（或型钢混凝土梁）、钢柱（或型钢混凝土柱、钢管混凝土柱）代替混凝土梁、柱。因此，钢筋混凝土结构体系原则上都可以设计成钢-混凝土混合结构体系，但考虑到这种结构体系主要用于超限高层建筑。目前应用较广泛的结构体系主要有筒中筒体系、框架-核心筒结构体系和核心筒-翼柱体系等。

2.1 筒中筒结构体系

筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成，称为桁架筒。

2.2 框架-核心筒体系

框架-核心筒是由周围密柱深梁、内部剪力墙围合而成的筒体结构，在结构上剪力滞后是它与其他结构的主要区别。

2.3 核心筒-翼柱体系

核心筒-翼柱体系是由钢筋混凝土或型钢混凝土、核心筒与建筑周边型钢混凝土以及巨形翼柱所组成的结构体系。核心筒通过各层楼盖大梁以及每隔若干楼层由核心筒外伸的伸臂桁架（或大梁）与周边巨型翼柱相连，形成一个整体抗侧力结构体系。建筑每边的两个巨形翼柱，通过各层楼盖边梁相互连接，形成一个空腹桁架结构。

3 高层建筑钢-混凝土混合结构的结构布置

高层建筑钢-混凝土混合结构房屋的总体布置原则与高层建筑混凝土结构相同。由于混合结构中的梁、柱为钢结构或型钢混凝土结构，故而应遵循钢结构布置的一些基本要求，特别是对平面及竖向规则性要求。

（1）混合结构房屋平面的外形宜简单规则，采用方形、矩形等规则的对称平面，并尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合。建筑的开间、进深宜统一。

（2）混合结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化，构件截面宜由下至上逐渐减少，无突变。当框架柱的上部与下部的类型和材料不同时，应设置过渡层。对于刚度突变的楼层，如转换层、加强层、空旷的顶层、顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近楼层，应采取可靠的过渡加强措施。钢框架部分设置支撑时，宜采用偏心支撑和耗能支撑。支撑宜在相互垂直的两个方向连续、均匀布置，并相互交接。支撑框架在地下部分宜延伸至基础。

4 钢-混凝土混合结构在高层建筑中的应用

4.1 广州南航大厦

广州南航大厦于1999年建成，地下3层，地面以上61层，高189m，突出屋顶的小塔楼5层，屋面标高为204m，平面为带凸角的正方形。采用框架-核心筒结构体系，核心筒由纵、横向钢筋混凝土墙体组成。周边框架由两种构件组成：

（1）4根巨型角柱，采用平面尺寸为5m×5m的钢筋混凝土墙筒。

（2）8根边柱，地下3层至地上6层采用直径为1.2m的钢管混凝土柱。

（3）第7～20层采用钢管混凝土芯柱，钢管直径为350mm.

（4）20层以上改为钢筋混凝土柱。

核心筒与周边框架之间的楼盖，采用后张有粘结部分预应力混凝土平板，板厚200mm。核心筒与角筒之间采用截面尺寸为1600mm×400mm的后张有粘结部分预应力扁梁加强连接。

4.2 上海环球金融中心大厦

上海环球金融中心大厦地下3层，地面以上95层，高460m，总建筑面积为33.5×10m，采用筒中筒结构体系。其中外框筒由型钢混凝土梁和型钢混凝土柱构成，内筒为钢筋混凝土实腹筒，内、外筒之间的楼盖采用钢梁及压型钢板-混凝土组合板。

5 结语

钢-混凝土混合结构大多应用在B级高度高层建筑（或超限高层建筑），一般为核心筒体系、筒中筒体系或其他抗侧能力很强的体系。这种结构融合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点，承载力高、延性好，具有较强的抗风和抗震能力。近10多年来，钢-混凝土混合结构在我国已得到广泛应用，具有良好的经济效益和广阔的发展空间。

[1] DJ/TJ08-015—2004.高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程[S].

[2] 汪大绥， 周建龙.我国高层建筑钢- 混凝土混合结构发展与展望，建筑结构学报，2010（6）：62-70.