混凝土与钢的组合促进高层建筑结构的发展

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1、混凝土与钢的组合促进高层建筑结构的发展摘要：混凝土和钢材两种材料的不同组合方式，构成了现代高层建筑的主要结构体系。充分利用混凝土和钢材两种材料性能的特点，将两种材料有效组合，形成一系列新颖、高效的新构件、新体系。从钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土到今天的钢管高强混凝土组合结构，使混凝土和钢的组合更趋完美。关键词：钢筋混凝土结构；钢骨混凝土；钢管混凝土；组合结构Compositionofconcreteandsteelpromotesthedevelopmentofhigh-risebuildingA

2、bstract:Variouscompositionsofconcreteandsteelmaterialhaveconsistedofmainstructuralsystemsofhigh-risebuildingsbeingused.Efficientlycompositingthetwomaterialsbysufficie-ntlyutilizingtheconcreteandsteelmaterialpropertiestoformaseriesofinnovativeandhighe-ff

3、icientstructuralmembersandsystems.SuchasRC、SRC、CFTandhighstrengthconcretef-illedsteeltube,makethecompositionsofconcreteandsteelmoreperfect.Keywords:RCstructure;SRC;CFT;Compositestructure41概述混凝土和钢是构成现代建筑结构的两种最重要的建筑材料，这两种材料本身性能的不断改善以及两者之间相互组合方式的研究提高，促进了建筑

4、结构从构件到体系的不断创新。早期的高层建筑是从钢结构起步的[1]。美国1931年建成的102层、高381m的帝国大厦（EmpireStateBuilding）标志着高层建筑发展的第一个里程碑。我国最早的高层建筑也是从钢结构起步的，如1934年建成的24层、82.5m高的上海国际饭店。随着高强度钢材出现，厚钢板的轧制成功，焊接技术的进步，加上结构设计理论的完善，使钢结构建筑得到迅速发展。20世纪80年代前世界上著名的超高层建筑基本上都是钢结构,如位于纽约市的世界贸易中心（WorldTradeCenter

5、）、位于芝加哥的西尔斯大厦（SearsTower）。目前世界上最高的钢结构建筑是1974年建成的西尔斯大厦（110层，高443m）。纯钢结构高层建筑在向高度发展的同时，发现它的刚度小，抗侧移能力差，即使加支撑系统和减震系统也难免在大风和地震时顶部产生过大的摇摆和振动，正常使用舒适感差。钢结构防火能力差的难题，从技术上至今没能很好地解决，纽约世界贸易中心的倒塌就是由于撞击后燃料爆炸产生高温引起的。与此同时，混凝土技术不断进步，钢筋混凝土就是混凝土和钢材组合的最早形式。随着混凝土强度的提高和混凝土结构抗风

6、、抗震性能研究有了突飞猛进的进步，使得用混凝土材料也可以建起刚度大、防火性能好、造价便宜的高层、超高层建筑[2]。1976年建成当时世界最高的混凝土结构建筑芝加哥水塔广场大厦（74层，262m高）标志着高层建筑发展的第二个里程碑。之后，钢筋混凝土高层建筑如雨后春笋，目前世界最高的纯混凝土结构建筑是香港中环广场（78层，374m高，1992年建成），我国最高的是广州中信大厦（80层，322m高，1996年建成）。世界最高的马来西亚彼得洛纳斯双塔（PetronasTower,88层，450m高），从底层直

7、到第84层的周围构架（柱、梁）都是混凝土结构，中央核心筒则完全由钢筋混凝土结构组成。随着建筑层数增加，柱网尺寸增大，单柱承担的荷载加大，采用钢筋混凝土建高层，必然要加大柱断面，形成对抗震不利的短柱，也占去使用面积，而且混凝土本身延性很差，需要靠许多构造措施来加以控制。于是，人们想到“组合”的概念，充分利用混凝土和钢的材性特点，将两种材料有效的组合，形成一系列新颖、高效的新构件、新体系。2钢骨混凝土结构和钢管混凝土结构在高层建筑中的应用钢骨混凝土（图1）和钢管混凝土（图2）都是通过混凝土和钢两种材料组合

8、成型的构件。4图1钢骨混凝土柱截面图2钢管混凝土柱截面世界第三高的上海金茂大厦（88层，421米高）的外围八个巨型柱（1.50mx4.88m）和香港中国银行大厦（368.5m高）的四个角柱（4.3mx7.93m）都是钢骨混凝土柱。这类建筑中的剪力墙也大多是钢骨混凝土剪力墙，而楼板则采用压型钢板上现浇混凝土的组合楼板。因此，钢骨混凝土结构是钢和混凝土“组合”的进一步优化和完善。钢管混凝土是由素混凝土填入薄壁圆形或方形钢管内而形成的组合结构构件。其基本原理是