试论钢—钢筋混凝土组合结构在住宅中的应用

试论钢—钢筋混凝土组合结构在住宅中的应用

邹文举

摘要：钢—钢筋混凝土组合结构住宅体系是借鉴钢—钢筋混凝土组合结构在高层、超高层公共建筑中的成功经验及科技成果，结合住宅建筑的特点，经过辨证综合、统筹优化而探索出的一条具有中国特色的钢结构住宅体系。

关键词：钢—钢筋混凝土组合结构；住宅；应用1钢—钢筋混凝土组合结构在住宅中的应用概述

人类建筑史上传统的结构形式主要有：木结构、砖石（砌体）结构、钢筋混凝土结构和钢结构等四类。随着建筑科学技术的发展，近20年来又推出了第五种结构类型，即全新的钢—钢筋混凝土组合结构。该种新型建筑结构，充分发挥了钢材和混凝土的材料特性，具有施工简便、工期短、结构性能好、承载力高、抗震性能好、节约钢材的特点，已成为二十一世纪住宅建筑中最为实用和主要的结构形式。

钢—钢筋混凝土组合结构是一种杂交结构，包括混合构件和体系。前者有钢管混凝土、型钢混凝土、组合梁等构件，后者有钢框架—混凝土剪力墙（芯筒）、混凝土筒体—钢梁（钢悬挂）、混凝土框筒—钢框架等体系。由钢和混凝土组合成的构件和体系，最大化地发挥了钢和混凝土各自的特性。钢结构具有施工速度快、重量轻、强度大，而混凝土结构刚度大、成本低。与全钢结构相比，具有节省型钢和节约用料，减少防火处理，减轻施工难度及降低工程造价等优点；与混凝土结构相比，又具有减轻结构自重，节约基础造价，施工速度快和减少现场湿作业等优点。被认为是一种符合我国国情的较好的住宅结构形式。因此，钢—钢筋混凝土组合结构体系在我国已经得到大量应用，并被建设部列为推广应用新技术。

2钢—钢筋混凝土组合结构体系的构成

2.1体系的基本构成

钢—钢筋混凝土组合结构住宅体系建筑是由钢管砼柱、抗侧力支撑、双向轻钢密肋组合楼盖、复合外墙板等构件组成的钢结构框—撑结构体系。

钢管砼柱是在螺旋焊接钢管内灌注高强度等级砼，形成两种材料相辅相成共同工作的机理。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特点，一般每三层为一个制作安装单元，整根钢管柱一次吊装就位，为主体结构安装创造了流水作业的条件。

钢骨砼梁是在钢梁周围配置钢筋，浇注砼后使钢骨与砼成为一体共同工作的组合结构构件。由于钢骨的存在使得构件延性得到很大改善，其变形能力强，抗震性能好，承载力高。混凝土对钢骨的包裹解决了钢结构的防腐、防火问题。施工时钢梁骨架有较大的承载力，可大大节省模板工作量。

抗侧力支撑是由钢管斜撑杆与钢管柱、钢框架梁焊接组成的抗侧力架体。考虑建筑专业的门窗布置，在不影响建筑功能的前提下，支撑可以采用X型、单斜杆型、人字型、W型等形式，还可采用偏心耗能支撑。采用抗侧力支撑取代了传统的砼剪力墙，不仅减轻了结构自重，而且提高了结构延性，对于优化抗侧刚度，改善抗震性能起到了积极抗震的作用。

双向轻钢密肋组合楼盖是由钢筋或小型钢焊接的单榀珩架正交成的平板网架，并在网格内嵌入五面体无机玻璃钢模壳而形成双向轻钢密肋楼板。施工时利用平板网架自身的强度、刚度，并配合临时支撑即可完成无模板浇注砼作业。钢框梁、轻钢珩架被砼包裹形成双向组合楼盖，不仅增加了楼板的刚度，而且其防火、防腐问题也迎刃而解。利用模壳内形成的空腔，既可以暗敷各种水平设备管线，也可作为改善楼盖隔音的有效措施。

复合外墙板是由陶粒砼与轻钢龙骨构成的组合结构外墙，内浇发泡砼保温，并敷内墙面板而组成。该墙板工厂化预制生产，现场安装，基本取消了湿作业。

这类结构中的典型的组合是外框架采用钢结构，内筒或剪力墙采用钢筋混凝土结构，形成钢框架—混凝土内筒体系。有一些超高层建筑中的钢框架是由钢管混凝土柱及钢梁组成，有的还设置整层楼高的外伸刚性桁架（刚臂），加强芯筒与外圈钢柱的连接，让外圈钢柱与芯筒连成一个整体抗弯构件，以加大整个结构体系的抗推刚度和抗倾覆力矩的能力，减少结构的顶点侧移值和最大层间侧移值，形成带伸臂桁架的钢框架—混凝土内筒体系。也有一些超高层建筑中的钢框架，对部分主要柱采用钢骨混凝土巨型柱使结构侧向刚度得以进一步提高，其余钢柱及钢梁组合成外框架，形成巨柱框架—混凝土内筒体系。

钢—钢筋混凝土组合结构可形成优势互补。钢构件具有材料强度高、延性好、截面尺寸小、能跨越较大跨度等优点；但用作竖向构件时，其抗推刚度相对较小。钢筋混凝土墙体或芯筒，则具有较大的抗推刚度和较高的受剪承载力。高层建筑采用钢构件和钢筋混凝土的构件两者兼有的混合结构，利用钢筋混凝土墙筒提供抗推刚度和水平承载力，利用钢构件承担竖向荷载，则兼备钢结构和混凝土结构的优点。其侧向刚度大于钢结构，而结构造价介于钢结构和钢筋混凝土结构之间。施工速度比钢筋混凝土结构有所加快，结构面积小于钢筋混凝土结构，发挥钢管混凝土柱的强度和刚度作用。

2.2体系的基本特点

（1）符合发展住宅产业化的方向

钢—钢筋混凝土组合结构住宅体系从根本上改变了传统建筑业以手工作业为主的小生产方式，基本实现了构配件生产的工厂化，施工的机械化。能够进行标准化的设计、系列化的开发、集约化的生产、社会化的供应，为住宅产业现代化探索出一条途径。

（2）经济效益显著

经测算该体系住宅建筑的造价仅为1100~1200元/平方米。其结构含钢量一般为40~45kg/m2。结构自重轻，一般为650kg/m2。施工周期短，一般可缩短30%~50%。

3钢—钢筋混凝土组合结构在住宅应用中有待研究的问题

3.1目前一些对混合结构的静力、动力和弹塑性分析方法都是建立在楼板绝对刚性和结构规则布置无扭转的假设前提下用简化平面法进行分析。随着住宅建筑个性化发展，经常遇到考虑楼板变形和扭转问题，要求我们建立一种新的分析模型和计算格式。

3.2组合体系中剪力在钢框架和剪力墙之间的分配比例和要求，关系到该体系的安全和经济问题，现行国家有关规范只有一个笼统的不区分抗震等级对钢框架剪力值的要求。应研究不同抗震等级和抗风要求的钢框架和混凝土核心筒的剪力合理分配比例。

3.3对于工程设计特别关心的层间位移限值，与结构布置、使用材料性能以及建筑高度等有关，尤其是强震作用下的弹塑性位移，还没有规范提出相应的限值规定。钢框架和混凝土墙体的连接方式，对结构体系的分析、设计和施工等有重要的影响，值得研究并通过一定的试验和理论确定。

3.4就结构的稳定性、合理性、经济性来说，对于钢－钢筋混凝土组合结构，应考虑地基—基础—上部结构共同作用，探索出一套合理的分析方法和设计技术，并通过实际工程检验。

3.5确定适宜的层间位移限值。我国有关混合结构的规程正在修编，高层住宅建筑钢结构规程没有列出对钢—钢筋混凝土结构的设计规定，但对以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的结构，高层建筑混凝土规程则提出其侧移限值的要求，规定为等同于相当高度的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。确定适宜的层间位移和顶点位移限值是该结构体系规程的重要内容之一。

3.6高层钢—钢筋混凝土组合结构住宅，由于自身特性与公共建筑有较大区别。要实现国家建筑科技计划使钢结构在建筑业有所发展，必须从占建筑业大头的住宅方面有所突破。根据住宅体系的特点对结构进行优化，为组合结构住宅提供设计参考和工程实践经验，尚有工作可做。

参考文献

[1]李丕宁，秦荣.钢—混凝土组合结构综述与研究[Z].

[2]钢—砼组合结构住宅建筑体系[Z].

[3]天津建工集团，中国建筑科学研究院等.钢—混凝土组合结构住宅建筑体系[J].鉴定材料，2002，9.