【正文】 高的效果。6）穩(wěn)定性好由于組合梁上翼緣側(cè)向剛度大，所以穩(wěn)定性好。第二類最為常見的組合構(gòu)件是型鋼混凝土構(gòu)件。型鋼混凝土框架較之鋼框架可節(jié)省鋼材達(dá)50%以上，經(jīng)濟(jì)效益可觀。因此，型鋼混凝土構(gòu)件對(duì)于抗震十分有利，尤其適用于地震區(qū)。利用二次受力原理進(jìn)行型鋼混凝土梁的合理設(shè)計(jì)，可以減小梁的變形和裂縫寬度。另外，不必等待下層結(jié)構(gòu)的混凝土達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度就可以繼續(xù)上層施工，不需要臨時(shí)支撐，可實(shí)行土建和設(shè)備安裝工序的平行流水作業(yè)。由于約束混凝土的強(qiáng)度大大提高，因此使構(gòu)件承載能力顯著提高，從而構(gòu)件斷面可以大大減小。鋼管混凝土構(gòu)件充分發(fā)揮混凝土和鋼材各自的優(yōu)點(diǎn)，避免了鋼材特別是薄壁鋼材容易失穩(wěn)的特點(diǎn)，所以受力非常合理，大大節(jié)省了材料。因此，鋼管混凝土構(gòu)件常作為柱使用，而梁一般采用其他結(jié)構(gòu)形式。2）抗震性能優(yōu)越鋼管混凝土柱中，鋼管相當(dāng)于縱向鋼筋，同時(shí)相當(dāng)于橫向箍筋，核心混凝土對(duì)鋼管有橫向擠壓力。而鋼管混凝土柱則表現(xiàn)出良好的抗震性能。一旦鋼管部分屈服，溫度不高的混凝土依然可以承受大部分承載力，可防止結(jié)構(gòu)的倒塌，使鋼管混凝土的耐火時(shí)間增長，其防火性能比鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越。 同時(shí)，鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的功能。 由上述可知，組合構(gòu)件以其承載力高、變形性能好、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)獨(dú)樹一幟，以其為基礎(chǔ)的組合結(jié)構(gòu)已發(fā)展成為繼木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之后的第五大結(jié)構(gòu)形式。（1）建模計(jì)算對(duì)于混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)，常按照普通混凝土框架結(jié)構(gòu)建模，只是將局部構(gòu)件定義為組合構(gòu)件。另外，在型鋼混凝土組合構(gòu)件中，為充分利用鋼材，構(gòu)件含鋼率宜控制在4%~10%之間。這種工藝便于預(yù)制化生產(chǎn)，可以縮短工期。常見的鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)形式包括組合柱上鋼屋蓋結(jié)構(gòu)、組合柱—鋼梁框架結(jié)構(gòu)等。比如，由于混合結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)處常采用剛接，則節(jié)點(diǎn)區(qū)域剛度會(huì)明顯增大，在風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載作用下節(jié)點(diǎn)區(qū)域剪力增大，建模分析時(shí)可考慮適當(dāng)減小節(jié)點(diǎn)剛度，以減小構(gòu)件截面尺寸，在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)則需加強(qiáng)構(gòu)造措施。圖219 型鋼混凝土柱+鋼梁結(jié)構(gòu)圖220 鋼管混凝土柱+鋼梁結(jié)構(gòu)圖221 混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu) 混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件的混合 概念 如果將混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件三者混合在一起，則稱之為混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)。 本章小結(jié)本章對(duì)幾種常見的混合結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比較分析，研究各自的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。對(duì)于城市商業(yè)綜合體這類大跨度混合結(jié)構(gòu)，鋼—混凝土組合樓蓋、型鋼混凝土梁、型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱等組合構(gòu)件運(yùn)用最多，其相互之間的混合及其與混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件等的混合也是最為常見的混合結(jié)構(gòu)形式。項(xiàng)目位置圖31 項(xiàng)目位置圖（比例1：30000）該項(xiàng)目主要由一幢超高層建筑（45層）、三幢高層建筑（30層）及其4層裙樓和6幢三層建筑物組成。對(duì)于其建筑結(jié)構(gòu)而言，既有高層、超高層辦公塔樓，又有大面積、大跨度、大懸挑的商業(yè)裙房，傳統(tǒng)單一的結(jié)構(gòu)形式顯然難以滿足要求，因此屬典型的大跨度混合結(jié)構(gòu)。 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB500092012252。 《建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》JGJ942008252。 《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500032001252。 《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB501082008252。SATWE采用空間桿單元模擬梁、柱及支撐等桿件，采用在殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻。在應(yīng)用中，可根據(jù)工程實(shí)際情況和分析精度要求，選用其中的一種或幾種簡化假定。SATWE在WINDOWS環(huán)境下運(yùn)行，可動(dòng)態(tài)管理計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源，機(jī)器的內(nèi)存越大，SATWE的效率就越高，用SATWE分析規(guī)模大、層數(shù)多的高層或超高層結(jié)構(gòu)，其在解題能力和速度方面的優(yōu)越性更突出。因此本文中的結(jié)構(gòu)分析工作主要利用SATWE進(jìn)行。其中，填充墻荷載分布按照實(shí)際情況布置，樓面附加恒載取值根據(jù)建筑功能、裝修情況的不同而不同，詳見表34~表37。一、線荷載標(biāo)準(zhǔn)值：　　　　：　　　　1）.外墻一（200厚空心磚,瓷磚墻面）　　　?。?)= kN/m2）.外墻二（200厚KP1多孔磚，瓷磚墻面）　　　　：()= kN/m3）.外墻三（200厚KP1多孔磚,干掛石材）　　　?。?)= kN/m4）.外墻四（200厚空心磚,干掛石材）　　　?。?)= kN/m：　　　　1）.內(nèi)墻一（200厚空心磚,抹灰墻面）　　　　：()= kN/m2）.內(nèi)墻二（100厚空心磚,抹灰墻面）　　　?。?)= kN/m3）.內(nèi)墻三（200厚KP1多孔磚，瓷磚墻面）　　　?。?)= kN/m4）.內(nèi)墻四（200厚KP1多孔磚，抹灰墻面）　　　　：()= kN/m5）.內(nèi)墻五（100厚KP1多孔磚，瓷磚墻面）　　　?。?)= kN/m6）.內(nèi)墻六（100厚KP1多孔磚，抹灰墻面）　　　?。?)= kN/m:　 　：= kN/m：= kN/m　　　　?。骸? kN/m：　 ?。?)　= kN/m備注：。連廊附加荷載的施加位置詳見附錄5各層荷載平面圖。（6）地震作用本工程抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，擬建場(chǎng)地為Ⅱ類建筑場(chǎng)地，與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500112010的相關(guān)要求一致。表310 各結(jié)構(gòu)單元抗震等級(jí)地上建筑高層、超高層辦公塔樓上部主樓范圍一級(jí)下部裙房范圍按一級(jí)計(jì)算，特一級(jí)加強(qiáng)構(gòu)造商業(yè)裙房營業(yè)面積大于7000m2一級(jí)營業(yè)面積小于7000m2二級(jí)地下建筑1層一級(jí)2層二級(jí)3層三級(jí)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》：鋼筋混凝土房屋應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級(jí)，并應(yīng)符合相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求。地面粗糙度：根據(jù)本工程所處區(qū)域的實(shí)際情況取為C類。表38 各樓層活荷載取值功能分類本項(xiàng)目活荷載取值（kN/m2）商場(chǎng)部分辦公室商場(chǎng)（含走廊）普通層樓層貨車通道首層樓面首層中庭考慮蜘蛛車走廊門廳樓梯電影院餐廳普通樓層餐廳頂層餐廳廚房衛(wèi)生間消防通道（室外）庫房陽臺(tái)自行車庫通風(fēng)機(jī)房電梯機(jī)房配電室不上人屋面上人屋面屋頂花園地下車庫超市部分收貨區(qū)、存貨區(qū)冷庫區(qū)域開敞賣場(chǎng)加工間餐飲區(qū)獨(dú)立零售店鋪辦公區(qū)衛(wèi)生間消防疏散樓梯（3）附加荷載對(duì)于連廊荷載，為簡化起見，建模時(shí)以節(jié)點(diǎn)集中力的形式附加到結(jié)構(gòu)上。②衛(wèi)生間、廚房，水、電井，電梯間隔墻為KP1多孔磚（干容重按14kN/m3）考慮。計(jì)算中，混凝土容重取25kN/m3，鋼材容重取78kN/m3。SATWE完成計(jì)算后，可經(jīng)全樓歸并接力PK繪梁、柱施工圖，接力JLQ繪剪力墻施工圖，并可為各類基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件提供設(shè)計(jì)荷載。SATWE還考慮了復(fù)雜體型的高層建筑、多塔、錯(cuò)層、轉(zhuǎn)換層及樓板局部開洞等特殊結(jié)構(gòu)形式。墻元不僅具有墻所在的平面內(nèi)剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的實(shí)際受力狀態(tài)。SATWE是中國建筑科學(xué)研究院 PKPMCAD工程部應(yīng)現(xiàn)代多、高層建筑發(fā)展的要求，專門為多、高層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)而開發(fā)的基于殼元理論的三維組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件。 《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1382001252。 《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T504762008252。 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500112010252。圖32 建筑平面示意圖圖33 某剖面示意圖 初步設(shè)計(jì)分析 設(shè)計(jì)依據(jù)252。各建筑物的基本情況及各層凈高要求詳見表3表32，項(xiàng)目綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見表33?；旌辖Y(jié)構(gòu)中，連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)尤為重要，節(jié)點(diǎn)形式也豐富多彩，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按著“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的準(zhǔn)則選取合適的節(jié)點(diǎn)形式，在保證計(jì)算要求的情況下，加強(qiáng)構(gòu)造措施。同時(shí)，得出結(jié)論如下：隨著建筑結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)單一的結(jié)構(gòu)形式難以滿足要求，而混合結(jié)構(gòu)將不同材料或構(gòu)件組合在一起，充分發(fā)揮各種材料和構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)，是一種比較理想的結(jié)構(gòu)形式。常見的混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)形式包括混凝土柱+鋼梁+組合板、混凝土框架+局部型鋼混凝土構(gòu)件或鋼管混凝土構(gòu)件+鋼結(jié)構(gòu)屋蓋等。同時(shí)在進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意加強(qiáng)構(gòu)造措施，在節(jié)點(diǎn)區(qū)域、變截面處等關(guān)鍵位置布置一定數(shù)量的抗剪栓釘，具體可參見相關(guān)規(guī)范和圖集。 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 對(duì)于鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既需要參考鋼結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，又需要考慮二者的共同受力機(jī)制，尤其是鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮。圖218 鋼管混凝土柱+型鋼混凝土梁結(jié)構(gòu) 鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合 概念 單一的鋼構(gòu)件存在價(jià)格昂貴、耐腐性差、耐火性差等缺點(diǎn)，且對(duì)于受壓、壓彎構(gòu)件常常會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)，為滿足穩(wěn)定性要求則需大量的斜向支撐和加勁肋。（2）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)根據(jù)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1382001，含型鋼混凝土構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)宜采用貫通型（圖212），其中的型鋼拼接構(gòu)造應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)的連接要求，同時(shí)應(yīng)按構(gòu)造要求設(shè)置加勁肋。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需格外注意。常見的混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)形式包括型鋼混凝土柱+混凝土梁+混凝土板、鋼管混凝土柱+混凝土梁+混凝土板、混凝土柱+型鋼混凝土梁+混凝土板、型鋼混凝土柱+型鋼混凝土梁+混凝土板、鋼管混凝土柱+型鋼混凝土梁+混凝土板等。5）節(jié)點(diǎn)復(fù)雜鋼管混凝土柱最大的弱點(diǎn)就是圓形截面的柱與矩形截面的梁連接較復(fù)雜，也將耗費(fèi)相當(dāng)多的鋼材。4）施工方便，工期大大縮短鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工周期長，受氣候的影響較大，并在工程中需要大量的腳手架和模板。所以發(fā)生火災(zāi)時(shí)， 鋼管混凝土柱在吸熱后， 一些熱量會(huì)傳給混凝土，混凝土吸收大量由鋼管傳來的熱量，使得外包鋼管升溫滯后，鋼管的承載力損失相對(duì)減小。其滯回曲線表現(xiàn)較好的穩(wěn)定性，曲線圖形飽滿，耗能性能好。鋼管混凝土柱的承載力大于同等條件下的鋼管柱的承載力和混凝土柱的承載力。因?yàn)殇摴芑炷林饕抢脧?qiáng)度很高的混凝土受壓，所以這種結(jié)構(gòu)最適用于作軸心受壓與小偏心受壓構(gòu)件。鋼管的主要作用是約束混凝土，所以圓形鋼管是最理想的。鋼管混凝土組合構(gòu)件是指在鋼管中澆筑混凝土而構(gòu)成的構(gòu)件，并不另配鋼筋（圖211）。施工安裝時(shí)，梁柱型鋼骨架本身構(gòu)成了一個(gè)強(qiáng)度、剛度較大的結(jié)構(gòu)體系，可以作為澆筑混凝土?xí)r掛模、滑模的骨架，不僅大量節(jié)省了模板支撐，也可以承擔(dān)施工荷載。澆筑混凝土以前，型鋼混凝土中的型鋼有相當(dāng)?shù)某休d力，可以懸掛模板，承受自重、后澆混凝土重和施工荷載等第一階段荷載。因此，型鋼混凝土組合構(gòu)件的耐久性、耐火性能等比鋼構(gòu)件均勝一籌。型鋼混凝土組合構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)：1）由于截面中配置了型鋼，含鋼率不受限制，使構(gòu)件承載能力、剛度大大提高，可以大大減小構(gòu)件的截面尺寸，明顯增加建筑物的使用面積。在符合一定的條件下，組合梁的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定可以不必驗(yàn)算，這也省去了相當(dāng)一部分鋼結(jié)構(gòu)為保證穩(wěn)定所需要的各種加勁肋的鋼材。4）剛度好混凝土板與鋼梁共同作用，抗彎模量增大，致使撓度減小，剛度增大。因此，壓型鋼板與混凝土板之間的抗剪連接鍵成為了關(guān)鍵，栓釘是最為普遍的抗剪連接鍵（圖29）。建筑壓型鋼板采用鍍鋅鋼板經(jīng)輥壓冷彎成型，其截面成V型、U型、梯形或類似這幾種形狀的波形。由于壓型鋼板本身具有相當(dāng)?shù)某休d力，允許本層澆筑的混凝土尚未達(dá)到設(shè)定強(qiáng)度值前，就可以繼續(xù)進(jìn)行上層混凝土的澆筑，加快施工進(jìn)度，從而帶來經(jīng)濟(jì)效益。壓型鋼板相當(dāng)平整，可直接作為混凝土樓層的頂棚表面，其波紋間距有預(yù)加工的槽，可供電力、通信等工程之用，省工省料，增加了樓層的有效空間，有效減少各層樓板厚度，可降低層高，節(jié)省投資。但對(duì)于板的設(shè)計(jì)，顯然二者完全不同，且各有優(yōu)缺，詳見表21。近年來，鋼與混凝土組合構(gòu)件作為一種合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以其承載高、剛度大、截面尺寸小和良好的抗震性能等許多突出的優(yōu)點(diǎn)，已逐漸推廣應(yīng)用到建筑工程、公路與城市道路工程、橋梁工程、地下工程和海洋工程等土木工程領(lǐng)域中，特別是許多大城市興建的高層建筑、超高層建筑及大型橋梁等建筑物越來越多地采用組合構(gòu)件。此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工都簡單，傳力明確，但無法形成框架。圖22 典型的美國RCS組合節(jié)點(diǎn)示意圖圖23 日本RCS組合節(jié)點(diǎn)柱面鋼板型示意圖圖24 日本RCS組合節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)類型混凝土柱頂加鋼梁如果現(xiàn)場(chǎng)情況要求將鋼梁加到混凝土柱頂上，則需要在柱頂植化學(xué)錨栓，再固定一塊過渡板，將鋼梁放到過渡板上，化學(xué)錨栓穿過打孔的過渡板和鋼梁，用螺栓在鋼梁下翼緣上表面將其固定，柱頂梁上要加支承加勁肋（圖25）。此節(jié)點(diǎn)鋼梁端板靠預(yù)埋鋼筋固定在混凝土柱上，端板上伸出的連接板和鋼梁腹板采用高強(qiáng)螺栓連接。剛接節(jié)點(diǎn)主要使用在主梁或受力較大的梁上，鉸接節(jié)點(diǎn)主要使用在次梁或受力較小的梁上。比如混凝土框架結(jié)構(gòu)與鋼框架結(jié)構(gòu)