浅析组合结构及其类型特点

1、浅析组合结构及其类型特点有两种以上性质不同的材料组合成的整体并能共同工作的构件称为组合构 件，由各种组合构件构成的结构称为组合结构。狭义的组合结构仅包括由钢和混 凝土两种材料组成的组合柱、组合梁、组合板。自上世纪0年代以来，经济建设 持续高速发展，随着大量建筑物的兴建，各种新的结构形式不断涌现，组合结构 作为一种新兴结构得到越来越广泛的应用与推广，而且应用前景越来越好。组合 结构将不同材料或构件组合在一起的结构形式，同时在设计时应将不同材料和构 件的性能纳入整体进行考虑，以最有效地发挥各种材料和构件的优势，从而获得 更好的结构性能和综合效益，其具有施工方便、节省材料、经济效果好等优点， 因此，

2、组合结构将成为继传统的四大结构（钢结构、钢筋混凝土结构、木结构及 砌体结构）以后的第五大结构体系。组合结构具有多种多样的组合方式和途径，如材料间的粘结力、机械连接件 的抗剪抗拔力、构件或材料间的相互约束与支持等。合理运用各种组合方式，可 以使各种材料扬长避短，获得一系列性能优越的组合构件或体系。例如，钢.混 凝土组合梁通过抗剪连接件将钢梁与混凝土翼板组合，充分发挥了混凝土抗压强 度高和钢材抗拉性能好的优点。而钢管混凝土将钢管与混凝土组合，钢管的约束 作用使混凝土处于三向受压从而提高了混凝土的强度和延性，混凝土对钢管的约 束则防止了钢管的屈曲。此外，钢板混凝土剪力墙、钢板混凝土组合井壁等也都 使

3、两种或多种结构材料通过不同的方式进行有效组合，可以获得更高的性能。组合结构还包括多种结构体系之间的组合，如组合简体与组合框架所形成的 组合体系、巨型组合框架体系等。将钢筋混凝土核心筒或剪力墙与钢框架联合使 用，使具有较大抗侧移刚度的钢筋混凝土核心筒或剪力墙主要承受水平荷载，而 具有较高材料强度的钢框架主要承受竖向荷载，这样可利用轻巧灵活的钢框架做 成跨度较大的楼面结构，避免了单一结构体系带来的弊端。应用组合概念，还可以增强结构构件的局部性能，或在构件中形成部分组合 作用。例如，利用钢板和混凝土之间的相互作用可以提高预应力锚固区附近钢板 的受力性能，利用混凝土对钢板的约束作用可以提高钢箱梁在负弯

4、矩作用下底板 和腹板的局部稳定性。通过对构件的局部或部分组合作用，能够在基本不改变原 结构方案的前提下使结构的某项性能得到显著提高。总之，组合结构将多种材料或构件通过某种方式组合在一起共同工作，组合 后的整体工作性能要明显优于各自性能的简单叠加。经过几十年的研究及工程实 践，组合结构类型和适用范围涵盖了结构工程应用的很多领域。随着我国国民 经济的迅速发展和基础建设规模的不断扩大，对各种能够满足超高、大跨以及其 他特殊要求的结构形式提出了越来越高的要求。同时，新材料、新技术的出现， 也为结构体系的创新与发展创造了条件。掌握组合结构的特性和原理，可以开发 出更高性能的组合结构形式并建立新的设计概念

5、，使组合结构的设计趋于更合 理、更可靠、更经济、更耐久。钢一混凝土组合结构作为组合结构的一种重要形式，在建筑工程中已有了较 为成熟的运用。其中包括压型钢板与混凝土组合楼板、组合梁、钢管混凝土柱、 型钢混凝土结构等等。压型钢板与混凝土组合楼板是将0.72mm的薄钢板压制成带凹凸肋及各种 槽纹的波形板，在压型钢板上浇筑混凝土，使其与压型钢板组合在一起，形成组 合板整体共同工作。利用压型钢板代替板中的受拉钢筋，并且它可作为施工阶段 中浇筑混凝土的模板，一般这种模板为永久模板，施工完毕不用在拆除。因此压 型钢板必须具有足够的强度和刚度，能承受施工阶段湿混凝土的重量以及各种施 工荷载，同时组合板高度的增

6、加，使其在使用阶段的强度和刚度大大提高。另外， 为了使混凝土与压型钢板能很好的结合成一个整体共同工作，在压型钢板上要压 制出各种槽纹与花纹。目前生产的彩色钢板既美观又具有防腐作用，使之暴露于 板底的钢板不易锈蚀。组合板得特点是受压性能好，刚度大的混凝土主要分布在 受压区，而受拉区用受拉性能好的压型钢板代替受拉钢筋，所以受力合理。同时， 由于压型钢板的工厂化生产，减小了模板钢筋的制作安装工作，使其最突出的优 点就是施工速度快，可以数个楼层、多工种同时立体化作业，使主体工程的施工 进度缩短数倍。组合楼板可以作为楼板、屋面板与工业厂房中的操作平台等，它 已经越来越广泛的应用于高层、超高层民用建筑、公

7、共建筑以及工业建筑中。组合梁是型钢作为梁的腹板、混凝土板作为梁的翼缘板组合在一起共同工作 而构成的T形或者倒L型梁。为保证共同工作，组成整体，混凝土与型钢之间用 剪切连接件可靠连接。在正弯矩作用下，混凝土板处于受压区，能充分发挥其受 压性能好的特点，并且与钢梁相比混凝土具有很大的侧向刚度，避免了钢梁容易 发生整体与局部屈曲的弱点。型钢处于受拉区或大部分受拉区，发挥了钢材受拉 性能好的特点。型钢受拉主要依靠型钢下翼缘，型钢腹板的主要作用是可靠传递 截面上的应力，承受纵向与竖向剪应力，保证混凝土板与型钢整体工作。因此， 型钢可以用轧制的对称型钢，也可以用上下翼缘不对称的焊接型钢。混凝土板可 以是现

8、浇混凝土实体板，预应力混凝土板，也可以用压型钢板与混凝土组合板。 保证混凝土板和型钢可靠连接成整体、共同工作的关键是设置足够数量并且合理 布置的剪切连接件。由于组合梁中混凝土与钢材能充分发挥其各自的材料特点， 扬长避短，受力合理，可以节约大量钢材和混凝土。在于压型钢板配合使用的情 况下，可以省去全部模板工程。另外混凝土板作为整个组合梁高度的一部分，而 且通常情况下现浇混凝土板都设有托板，这就增加了梁的高度，不仅使其刚度强 度有很大提高，同时也增加了房屋净空或可以减少房屋的层高和总高。组合梁重 量轻，这对地震区的建筑具有重要意义。基于上述优点，组合梁被广泛应用于桥 梁、工业房屋与高层、超高民用建

9、筑中。钢管混凝土结构通常指的是圆钢管混凝土结构，即在圆钢管中浇筑混凝土。 由于混凝土受压时受到钢管的约束，将使混凝土由单向受压改变为三向受压，混 凝土约束受压强度将比单向受压强度提高很多，这样能充分发挥混凝土的受压能 力，在混凝土外包裹的钢管，虽然也受纵向压力与环向力，但与其强度相比，应 力较小，儿钢管主要承受环向拉力。这样便能充分发挥混凝土受压、钢管受拉的 长处。由于混凝土填充在钢管中，同时钢管受压应力有较小，所以钢管不容易失 稳，这对薄壁钢管来说具有重要的意义。因为钢管混凝土改变了一半受压构件的 受力性能，混凝土钢材两种材料各自扬长避短，受力合理，所以使钢管混凝土 受压构件的截面减小，不仅

10、减少了混凝土用量，也减轻了自重，比钢结构节约钢 材50%。钢管混凝土的另一特点是其延性大为提高。一方面是因为外围为钢管， 其本身延性较好，另一方面因为管内的混凝土在手里后处于三向约束状态，延性 大大提高。钢管混凝土邮件受压破坏属于脆性破坏，而钢管混凝土柱的破坏是延 性破坏。即使混凝土被压坏，由于它被约束在钢管内，一次不可能产生溃散、塌 落现象，这对防止地震区建筑倒塌具有特殊意义。由于圆断面惯性矩较同样截面 积的矩形惯性矩要小，同时当构件受弯时，较薄的钢管壁处于受弯构件的受压区， 容易失稳，因此钢管混凝土主要适用于做柱子等轴心受压和小偏心受压构件。钢 管混凝土的浇筑不需另用模板，所以省去了全部模

11、板工程。而且，目前钢管混凝 土结构中一般不配钢筋，有一也省去了钢筋与其制作安装工作。在应用钢管混凝 土是，因为梁一般要用矩形截面的钢梁、钢筋混凝土梁或组合梁，而钢管混凝土 为圆形截面，因此其节点构造一般比较复杂，同时要耗费一点的钢材，这是钢管 混凝土结构的致命弱点。目前钢管混凝土结构已经广泛应用于高层的下部数层。 如地铁站台、城市立交桥、过街人行桥以及公路桥梁等多采用钢管混凝土； 一些 展馆等大跨建筑也采用钢管混凝土；工业厂房中采用单肢及多肢钢管混凝土柱， 也有将密排的钢管混凝土柱构成刚度很大的筒体用于超高层建筑中；钢管混凝土 柱还广泛用于构筑物或大型设备的支架中。型钢混凝土结构是指在混凝土中

12、配置或以配置型钢为主的结构，型钢混凝土 既可以做柱又可以作梁，也可以浇筑成抗震墙与筒体，应用范围更为广泛。由于 在混凝土中配置了整体的型钢骨架，因此其强度、刚度、延性大大提高，显著改 善了构件与结构的抗震性能。采用型钢混凝土构建可以明显减小构件的截面面 积，这不仅使得结构所占面积减小，增大了建筑的使用面积，而且减少了梁的高 度，使净空增加或者建筑物层高和总高减小。由于我国大部分城市都处于地震区， 因此在高层、超高层建筑中，采用钢筋混凝土结构，将使柱子截面过大，实际上 不可能采用，其延性和安全性已近不足。在超高层建筑或高耸结构中采用钢结构， 虽然强度高、延性好，但往往因其抗侧刚度小而使侧移过；或

13、在风振作用下，发 生过大的颤动。如若采用型钢混凝土结构或在下面数层采用型钢混凝土结构即可 避免发生过大的侧移和颤动。在型钢混凝土结构中，型钢被混凝土包裹，避免了 钢结构的防火、防腐性能差的缺点，同时克服了钢结构中容易发生整体或局部失 稳的弱点。型钢混凝土结构根据其配置的型钢不同分为两大类，即配置空腹的角 钢骨架和配置实腹型钢。前者均由角钢构成，不可再配钢筋与钢箍，而其刚度、 强度、延性均较差，一般用于中小型建筑中；后者可配工字钢、H型钢、槽钢、 双工字型钢、双槽钢等，其板厚、宽度可根据强度、刚度和延性要求选择，焊接 而成，适用于大型、高层、超高层、大跨、重载的建筑物，尤其是地震区建筑物 中。由于型钢混凝土结构有很高的强度、刚度以及良好的抗震性能，因此在一些 大跨、重载的接哦股中采用型钢混凝土结构是合适的。型钢混凝土中的型钢骨架 的制作在工厂中完成，工地连接无特殊