浅谈组合结构的特点

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浅谈组合结构的特点

摘要：本文先论述了轻钢结构、钢结构、混凝土结构及组合结构各自材料的特点，然后通过比较这四种结构的承载力、截面尺寸、耐火、抗震等特点，突出了组合结构自身材料的优异性能。最后通过比较型钢组合梁与钢梁、钢筋混凝土梁在自重与抗震中优势，阐明了组合结构在建筑上的优越性。

关键词：轻钢结构；钢结构；混凝土结构；组合结构；型钢混凝土梁

1绪论

型钢混凝土组合结构构件是钢和混凝土两种性能不相同的材料的组合体。钢结构和混凝土结构各有所长，钢结构重量轻、强度高、延性好、施工速度快，工厂制作保证质量，而混凝土结构材料成本低、刚度大、防火及耐腐蚀性能好。组合结构就是利用这两种结构的优点，使两种材料组合后的整体工作性能要明显优于二者性能的简单叠加，极大地提升了其综合性能。随着大量的研究及工程实践组合结构已涵盖结构工程的各个领域，并成功地应用于许多超高层建筑和大跨度结构中。

2轻钢结构、钢结构、组合结构及混凝土结构的特点

2.1 轻钢结构特点

2.1.1应用范围

轻钢结构用度广、优势明显,在我国大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房、办公楼以及高层建筑中的非承重构件等。

2.1.2轻钢结构主要优点

（1）施工周期短

轻钢结构的最大优点是所有构件均可由工厂制作，现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需45天至2个月。而采用钢筋混凝土结构的建筑则要6—8个月左右。

（2）综合经济效益好

由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益。采用色彩鲜艳的彩色压型钢板，美观华丽，改善了周边环境的动态感。因为建筑物本身的自重轻，一般情况下不必作桩基，可以节省投资。采用了聚苯乙烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后，使保温、隔热和隔音等效果良好。彩色压型钢板是以镀锌为基板，又用硅酮作为表面，经两涂两烘加工而成，耐久性也较好。根据我国目前的市场

价格，轻钢结构的造价在某种意义上来说已经低于钢筋混凝土结构，当厂房的跨度越大时，其优势更为明显，这也是它在竞争中的一大优势。

（3）震性能好

由于钢结构属于柔性结构，自重轻，因而能有效地降低地震影响及灾害的影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区的国家，在地震区建筑中应大力推广应用钢结构，可减少地震灾害和人员伤亡。

（4）易于拆卸搬迁

一旦业主对所选厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化，则整个建筑可在很短的时间内拆迁，损失极小，而所有这些特点是钢筋混凝土建筑所无法具备的。

由于轻钢结构的诸多优点，随着近年来防火、防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构防火性能及抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房以及民用设施建筑中获得到了广泛的应用。

2.1.3轻钢结构主要缺点

（1）需要熟练技术工人安装

（2）造价可能略贵

（3）严重依赖产业配套，比如预制墙板、屋面板、墙体内填保温材料、防火材料。国内现在流行的混凝土、砌体结构形式，墙体基本为现场湿法砌筑，而轻钢结构需要干法预制墙板。

（4）需要内装修材料、装置、方法的配套，比如把热水器、空调、画框安装到预制墙板上的方法和现在安装在砌体墙上的方法还是有很大差别的，再比如压型钢板楼面的防水做法、隔音做法等。

（5）需要定期检修维护，因为钢材的耐久性还是不如混凝土，不像混凝土那么“泼辣”。

2.2 钢结构特点

2.2.1应用范围

目前我国在工业与民用建筑中钢结构的主要应用于重型厂房结构，大跨结构，塔桅结构，多层、高层及超高层建筑，承受振动荷载影响及地震作用的结构等。

2.2.2钢结构主要优点

（1）强度高、自重轻

钢材强度较高，弹性模量也高，在同样的受力情况下钢材自重较轻，使得钢结构建筑总重轻，约为混凝土结构建筑总重一半，这样即减小结构内力，又降低建筑结构基础处理要求，施工简便，降低造价。此外，钢结构的这一特点是的大跨度、跨空间结构设计成为可能。

（2）塑性、韧性好

钢结构的塑性和柔韧性较好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。（3）施工速度快

钢结构所使用的轧制型材和钢板在工厂中制成，便于机械化制造，生产效率高，成品精度较高；从构件的工厂加工到现场吊装，工业化程度大大高于具有劳动密集性质的现浇钢筋混凝土结构；构件（梁、柱、板材）以焊接或栓接为主要形式，安装施工快捷迅速，降低工程造价。

（4）环保效果好

钢结构建筑施工时大大减少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是绿色、

100%回收或降解的材料，在建筑物拆除时，大部分材料可以再用或降解，不会造成垃圾。

（5）设计灵活、满足大跨度设计需求

基于钢结构的强度、韧性优势，设计师可以有更大的设计空间，进行大跨度、艺术性、实用性更强的设计。例如巴黎埃菲尔铁塔（1889年建成，总高324米）、吉隆坡双子塔（1997年建成，总高451.9米），英国的千年穹顶（高50m，直径320m目前世界上跨度最大的屋盖）。这些闻名世界的大跨度钢结构设计凸显出钢结构的优势及发展前景。

2.2.3钢结构主要缺点

（1）耐火性差

由于钢材常温导热率高达58.2w/（m·k），在高温条件下，传热更为迅速，这使得其强度受到严重影响。如钢材在20℃时，屈服强度为450MPa，温度为485℃时，屈服强度降至278MPa，几乎降为常温下的50%，而到614℃时，钢材强度只有70MPa，基本丧失承载能力。火场温度大多在800~1200℃，已远超出钢结构可承载的温度极限。因此，火灾的发生会对钢结构建筑的安全性造成严重的威胁。（2）耐腐蚀性差

钢材容易锈蚀，对钢结构必须注意防护，特别是薄壁构件更需注意，因此，处于较强腐蚀性介质的建筑物不宜采用钢结构。钢结构在涂油漆以前应彻底除锈、油漆，质量和涂层厚度均应符合要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。

（3）低温脆性断裂

常温下，钢材本是塑性和韧性较好的金属，而在寒冷地区，钢材的塑性、韧性减弱，使得脆性断裂问题比较突出。不过，通过避免在严寒地区使用钢结构建筑，可以最大限度减小钢材的这一缺陷造成的危害。

2.3 组合结构特点

2.3.1应用范围

适用于框架、框架一剪力墙、底层大空间剪力墙、框剪一核心筒、筒中筒等结构体系。

2.3.2组合结构主要优点

（1）型钢混凝土组合结构中的型钢可不受含钢率的限制，其承载能力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力的一倍以上；可以减小构件的截面，对于高层建筑，可以增加使用面积和楼层净高。

（2）型钢混凝土结构的施工工期比钢筋混凝土结构的工期大为缩短。型钢混凝土中的型钢在混凝土浇灌前已形成钢结构，具有相当大的承载能力，能够承受构件自重和施工时的活荷载，并可将模板悬挂在型钢上，而不必为模板设置支柱，因而减少了支模板的劳动力和材料。型钢混凝土多层和高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层。施工中不需架立临时支柱，可留出设备安装的工作面，让土建和安装设备的工序实行平行流水作业。

（3）型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，尤其是实腹式的构件。因此，在大地震中型钢混凝土组合结构呈现出优良的抗震性能。日本抗震规范规定高度超过45m的建筑物，不得使用钢筋混凝土结构，而型钢混凝土组合结构不受此限制。

（4）型钢混凝土框架较钢框架在耐久性、耐火度等方面均胜一筹。

2.3.3组合结构主要缺点