【正文】 強度高的特長，鋼管雖然也承擔(dān)縱向與徑向壓力，但是因為鋼管中被混凝土填充，所以對防止鋼管失穩(wěn)極為有利。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，避免了鋼材特別是薄壁鋼材容易失穩(wěn)的特點，所以受力非常合理，大大節(jié)省了材料。另一方面，約束混凝土比混凝土單向受壓的延性要好得多。因為鋼管混凝土主要是利用強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。因為其是圓形截面，而且斷面高度較小，所以在受彎作用下顯然并無優(yōu)越可言，而且是不利的。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。圖211 各種截面形式的實心鋼管混凝土組合構(gòu)件鋼管混凝土柱的特點概括如下：1）承載力高鋼管中填充混凝土，鋼管對混凝土的約束，使得核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強度。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。鋼管混凝土柱相對于鋼筋混凝土柱的承載力提高了很多。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，同時相當(dāng)于橫向箍筋，核心混凝土對鋼管有橫向擠壓力。同時，鋼管約束了混凝土的橫向變形，二者相互貢獻，協(xié)同互補，使得二者共同作用大大提高。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。在地震力反復(fù)作用下，普通鋼筋混凝土柱的保護層可能大面積脫落，鋼筋暴露在空氣中，嚴重的會發(fā)生腐蝕，影響其力學(xué)性能。而鋼管混凝土柱則表現(xiàn)出良好的抗震性能。3）耐火性能好鋼管內(nèi)存在大量的混凝土，混凝土的比熱比鋼材的比熱大得多，而鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)卻比混凝土大很多。所以發(fā)生火災(zāi)時， 鋼管混凝土柱在吸熱后， 一些熱量會傳給混凝土，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減小。同時，鋼管可保護核心混凝土不發(fā)生崩裂。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。經(jīng)實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，達到一級耐火3小時要求時和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/3—2/3甚至更多，隨著鋼管直徑增大，節(jié)約涂料也越多。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。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時，鋼管本身就是模板，可省去支模、拆模的工和料和人工費，也縮短了工期。 同時，鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的功能。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護工藝比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護工藝簡化了許多。5）節(jié)點復(fù)雜鋼管混凝土柱最大的弱點就是圓形截面的柱與矩形截面的梁連接較復(fù)雜，也將耗費相當(dāng)多的鋼材。相比之下，方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工較為方便，但方鋼管混凝土受到的約束作用較小，結(jié)構(gòu)的承載力較低。 由上述可知，組合構(gòu)件以其承載力高、變形性能好、經(jīng)濟合理等優(yōu)點獨樹一幟，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。如果在混凝土結(jié)構(gòu)中局部采用組合構(gòu)件，則稱之為混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)。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。 設(shè)計要點 對于混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計，既需要參考混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，又需要考慮二者的共同受力機制，尤其是混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的連接節(jié)點設(shè)計需重點考慮。（1）建模計算對于混凝土構(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。這種建模分析方法方便快捷，但也存在不合理之處。因此，設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時需格外注意。比如，由于混合結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點處常采用剛接，則節(jié)點區(qū)域剛度會明顯增大，在風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載作用下節(jié)點區(qū)域剪力增大，建模分析時可考慮適當(dāng)減小節(jié)點剛度，以減小構(gòu)件截面尺寸，在構(gòu)件設(shè)計時則需加強構(gòu)造措施。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。同時在進行構(gòu)件設(shè)計時，應(yīng)注意加強構(gòu)造措施，在節(jié)點區(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。（2）節(jié)點設(shè)計根據(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，同時應(yīng)按構(gòu)造要求設(shè)置加勁肋。對于型鋼混凝土柱+混凝土梁構(gòu)成的節(jié)點，在節(jié)點核心區(qū)通常采用以下幾種構(gòu)造：梁內(nèi)縱筋較少時，可直接錨固在節(jié)點的鋼筋混凝土中（圖213）；圖212 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)貫通型節(jié)點圖213 型鋼混凝土柱+混凝土梁結(jié)構(gòu)梁主筋直接與型鋼柱上的連接套筒連接，如圖214所示；與型鋼混凝土柱連接的梁端設(shè)置一段鋼梁與梁主筋搭接，如圖215所示；梁內(nèi)部分主筋焊接在鋼牛腿上，如圖216所示；如果梁主筋穿過型鋼梁翼緣或腹板，將鋼筋在工廠加工時，采用塞焊的方法將鋼筋焊在型鋼上，在工地將預(yù)焊鋼筋段的一端用連接套筒與梁主筋連接，如圖217所示。這種工藝便于預(yù)制化生產(chǎn)，可以縮短工期。圖214 梁主筋與型鋼柱通過套筒直接相連 圖215 梁端鋼梁與柱連接圖216 梁內(nèi)部分主筋焊在鋼牛腿上 圖217 預(yù)焊鋼筋與梁主筋通過套筒連接對于鋼管混凝土柱+型鋼混凝土梁構(gòu)成的節(jié)點，通常采用的是鋼帽的形式，將梁內(nèi)型鋼與鋼管混凝土柱通過焊接或高強螺栓連接形成整體（圖218）。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)件存在價格昂貴、耐腐性差、耐火性差等缺點，且對于受壓、壓彎構(gòu)件常常會出現(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。而組合構(gòu)件正好可以彌補鋼構(gòu)件的這些缺點，如果將二者混合，則稱之為鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)，如圖219和圖220所示。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。鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)，和混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)相類似，只是局部采用了組合構(gòu)件。 設(shè)計要點 對于鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計，既需要參考鋼結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，又需要考慮二者的共同受力機制，尤其是鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的連接節(jié)點設(shè)計需重點考慮。（1）建模計算對于鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)，建模計算時和混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)相類似，同時也要注意一些細節(jié)。比如，由于混合結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點處常采用剛接，則節(jié)點區(qū)域剛度會明顯增大，在風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載作用下節(jié)點區(qū)域剪力增大，建模分析時可考慮適當(dāng)減小節(jié)點剛度，以減小構(gòu)件截面尺寸，在構(gòu)件設(shè)計時則需加強構(gòu)造措施。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。同時在進行構(gòu)件設(shè)計時，應(yīng)注意加強構(gòu)造措施，在節(jié)點區(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。（2）節(jié)點設(shè)計鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件構(gòu)成的節(jié)點可以參考鋼結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土柱+型鋼混凝土梁結(jié)構(gòu)的節(jié)點形式，并且免去了梁內(nèi)鋼筋的穿插，節(jié)點處理相對簡單。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)。此類混合結(jié)構(gòu)是前面所述三種混合結(jié)構(gòu)的綜合，如圖221所示。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。 設(shè)計要點 由于混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)是前面所述三種混合結(jié)構(gòu)的綜合，因此對于它的設(shè)計應(yīng)當(dāng)綜合考慮混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，同時注意前面所述三種混合結(jié)構(gòu)中的設(shè)計要點。 本章小結(jié)本章對幾種常見的混合結(jié)構(gòu)形式進行比較分析，研究各自的優(yōu)缺點及設(shè)計要點，為實際工程的結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。為便于研究，本章將大跨度混合結(jié)構(gòu)仍按建筑材料分類，且僅考慮混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件、組合構(gòu)件之間的混合，分為混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件的混合、混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合、鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合、混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件的混合四種類型。同時，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，是一種比較理想的結(jié)構(gòu)形式。組合構(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，已逐漸推廣應(yīng)用到土木工程領(lǐng)域中，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。對于城市商業(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。由于混合結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點處常采用剛接，則節(jié)點區(qū)域剛度會明顯增大，在風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載作用下節(jié)點區(qū)域剪力增大，建模分析時可考慮適當(dāng)減小節(jié)點剛度，以減小構(gòu)件截面尺寸，在構(gòu)件設(shè)計時則需加強構(gòu)造措施?；旌辖Y(jié)構(gòu)中，連接節(jié)點的設(shè)計尤為重要，節(jié)點形式也豐富多彩，在設(shè)計時應(yīng)按著“強節(jié)點弱構(gòu)件”的準則選取合適的節(jié)點形式，在保證計算要求的情況下，加強構(gòu)造措施。3 工程實例設(shè)計與分析 工程概況 華潤置地西安三橋商業(yè)一期項目位于陜西省西安市灃渭新區(qū)西郊三橋新街與老西戶公路丁字口西南角，南與華宇鳳凰城一墻相隔，交通便利（詳見圖31）。項目位置圖31 項目位置圖（比例1：30000）該項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。地上總建筑面積約25萬平方米，加上地下商業(yè)建筑及地下車庫和設(shè)備用房等合計建筑總面積約為37萬平方米。各建筑物的基本情況及各層凈高要求詳見表3表32，項目綜合技術(shù)經(jīng)濟指標詳見表33。表31 建筑物基本信息一覽表建筑物名稱層數(shù)高度（m）結(jié)構(gòu)類型地下室層數(shù)基礎(chǔ)埋深（m）T145187框筒3T2～T430框剪3S1～S6裙房4框架3地下室3框架表32 建筑物各層凈高要求（底線高度）（單位：m）購物中心B3B2B1B1M1F2F3F4F汽車庫非機動車庫卸貨區(qū)及車道（超市）后場通道商場公共區(qū)域（含防火隔間）銷售街鋪1F2F3F外廊連橋?qū)懽謽菢藴蕦幼叩溃ê芸盏匕澹缬校┳鈪^(qū)（含架空地板，如有）電梯廳大堂大堂電梯廳公寓公共區(qū)域走道綜合技術(shù)經(jīng)濟指標一覽表（西安商業(yè)A地塊）　項目單位數(shù)值備注規(guī)劃用地面積m253,　容積率　地下建筑面積不計入容積率一、按地上地下部分劃分地上建筑面積（計容）m2247,計容地下建筑面積（不計容）m2123,不計容總建筑面積m2370,　二、按功能性質(zhì)劃分1）地上商業(yè)建筑面積（計容）其中：m2104,計容 北4層商業(yè)裙樓 m288,計容 南3層臨街商業(yè)m2 15,計容2）超高層辦公建筑面積（計容）m281,計容3）高層辦公建筑面積（計容）m260,計容4）地下商業(yè)建筑面積（不計容）m231,不計容5）地下車庫及設(shè)備用房建筑面積（不計容）m292,不計容三、其他指標停車泊位輛1379(商業(yè)）+702（辦公）按《陜西省城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》計算建筑占地面積m231,　建筑密度% 　綠地率% 　 表33 綜合技術(shù)經(jīng)濟指標一覽表該項目為一特大型城市商業(yè)綜合體，集商業(yè)、辦公、餐飲、會議、文娛等于一體，功能齊全、規(guī)模龐大。對于其建筑結(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)。圖3圖33為該項目的建筑平面示意圖和某剖面示意圖。圖32 建筑平面示意圖圖33 某剖面示意圖 初步設(shè)計分析 設(shè)計依據(jù)252。 《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》GB500682001252。 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB500092012252。 《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》GB502232008252。 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB500112010252。 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB500072002252。 《建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》JGJ942008252。 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB500102010252。 《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》GB/T504762008252。 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 32010252。