浅议钢-钢筋混凝土混合结构的抗震性能

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摘要：钢一混凝土结构是指钢材与混凝土结合形成新的构件，组合而成的受力结构体系。比较典型的构件形式是钢骨混凝土、钢管混凝土，比较典型的结构形式是钢框架一混凝土核心筒。为进一步确保钢-钢筋混凝土混合结构的抗震安全性，本文就针对钢-钢筋混凝土混合结构的抗震性、构造方法、结构体系和参数设计等方面进行浅要的研究分析，并提出系统的研究方向。

关键词：钢-钢筋混凝土；混合结构；抗震性能

一、钢-钢筋混凝土混合结构下钢筋混凝土的抗震性

钢-钢筋混凝土混合结构采用钢筋混凝土的内部核心筒和剪力墙结构体系，其侧移曲线呈线性分布，侧向刚度优于一般的钢结构，能够弯剪复合变形，减小相应的水平位移，从而保证外伸梁在传递水平作用力时的有效扩散，实现外钢框架与内部核心筒的协调合作，成为坚实的连续抗侧力的整体，能够有效提高钢-钢筋混凝土混合结构的抗震性能。钢管混凝土柱，能够有效提高混凝土柱的承载力，发挥钢管混凝土柱的抗侧力刚度和结构侧向刚度，增强钢管混凝土柱的强度。

二、钢-钢筋混凝土混合结构常用的构造形式

组合框架的构造方法：此方法通过钢混凝土柱、组合梁和组合版三大部分构成体系，形成非常大的水平刚度，从而承受高层建筑中竖向和侧向的荷载，保证各部分框架的协调。

横向组合的构造方法：其典型的构造形式为组合筒体与框架构造体系，可以通过诸如钢管混凝土剪力墙等形成实腹筒来承载侧向荷载，由钢混组合梁和组合形成的外框架来承受竖向荷载等。

竖向组合的构造方法：这适用于多层商用建筑结构形式，并且其使用功能可以根据不同的结构形式做出不同的使用规范。

巨型结构的构造方法：此构造方法则是通过采用巨型组合构建来组成巨大的桁架来作为主体结构，进而与其他此结构协同工作的适用于超高层建筑结构形式的构造体系。

三、钢-钢筋混凝土混合结构合理的抗震结构体系的选择

第一，钢-钢筋混凝土混合结构抗震体系的优势

首先，它的侧向刚度要明显优于钢结构，通过采用钢筋混凝土的内部核心筒和剪力墙来应对抗侧力，保证钢-钢筋混凝土混合结构的水平位移也相对较小。其次，成本造价要介于钢筋混凝土结构和钢结构之间，由于其用钢量小于钢结构，而钢筋混凝土结构的造价要低于钢结构。再次，施工周期要明显短于 钢筋混凝土结构。最后，结构面积要明显小于钢筋混凝土结构。

第二，钢-钢筋混凝土混合结构的抗震体系选择

钢-钢筋混凝土混合结构的高层建筑结构形式是由部分钢结构与部分钢筋混凝土结构相互组合而成的，主要应对的是抗侧力。其典型的抗震结构体系是外框架采用钢结构，而其内部核心筒则采用钢筋混凝土结构，从而形成外钢框架与内部混凝土核心筒的钢-钢筋混凝土混合结构抗震体系。此外，在一些超高层的建筑结构形式中，可以采用由钢管混凝土柱与钢梁组合而成的外钢框架，并且进行伸臂桁架设置，形成特有的带伸臂桁架的外钢框架外钢框架与内部混凝土核心筒的钢-钢筋混凝土混合结构抗震体系；在另外一部分超高层的建筑结构形式中，其外钢框架可以采用钢骨混凝土巨型柱作为其部分的主要柱子，再将其与其他的钢柱和钢梁组合成为外钢框架，形成巨柱外钢框架与内部混凝土核心筒的钢-钢筋混凝土混合结构抗震体系；至于高层建筑抗震结构体系采用钢框外筒与混凝土内筒的筒中筒结构体系的在实际工程中则比较少见。

四、钢-钢筋混凝土混合结构合理的建筑结构参数设计我们可以通过钢-钢筋混凝土混合结构抗震设计原理进行地震反应的结构参数设计。

第一，典型结构的选用：假定分析结构为 29 层, 层高3.5 m, 总高度为103m, 结构型式是外钢框架- 内混凝土核心筒混合结构, 所有钢构件均采用工字型截面, 材料为Q235钢. 混凝土墙的弹性模量取EC = 3.25×104 MPa, 剪切模量 G= 1.30×104 MPa, 芯筒壁厚均取为550mm,结构阻尼比取0.04。

第二，地震波选用：建筑物的地震反应不仅与地震的峰值加速度有关, 而且与地震的持续时间、场地土性质、地震的卓越周期、建筑物的位置和形状都有密切的关系. 为进行对比分析, 笔者选取了3条天然地震波进 行 计 算: Elcentro 波、兰州波 4、TAR - ARZANA- 90- nor- 90W 波.

第三，地震反应结果：利用 M T S 计算出前 15 阶的振型, 用振型迭加法进行数值积分, 迭代求解. 地震波的原始记录时间间隔为 0 02 s, 取迭代步长为 0 002 s, 以提高迭代精度, 保证迭代收敛. 下图是 X 、Y方向分别输入 3 个地震波时建筑物的最大楼层位移时程曲线。从图中曲线可以看出: 输入 3 条地震记录, 建筑物在 X 方向最大楼层位移分别为23.41cm 、7.96 cm、5.99 cm, 在 Y 方向最大楼层位移分别为46.36 cm、11.34 cm、3.42 cm .

第四，结论

(1) 运用 M T S 软件进行建筑物抗震性能分析是可行的。考虑混凝土材料的非线性，计算结果能够真实反应建筑物在地震作用下的受力和变形。

(2)该建筑物的整体刚度较大，未出现明显的薄弱层。但是，X 方向最大层间位移角在第24 层出现了最大值，Y 方向 最大层间位移角在第26层出现了最大值，地震发生时可能会出现应力集中。

(3)经分析表明结构的最大位移限值对混合结构的抗震性能均有较大影响。

五、结束语综上，钢-钢筋混凝土混合结构是采用外钢框架与内混凝土核心筒共同组成的用于承担纵向和横向作用的高层建筑结构,具有刚度大、造价低等诸多优势，也存在着一些缺陷，需要相关专业人员进一步的研究论证。