蔡顺 张丽 王文龙
（山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东 青岛 266590）
摘要：随着我国科学技术的不断发展,由于钢混组合结构能够同时发挥钢材和混凝土两者的各自优点, 并以其优异的力学性能 ,已经被越来越多的房屋结构所采用。钢混组合结构组合结构能否充分发挥其自身的力学性能 ,很大程度上取决于钢材与混凝土是否能良好连接 ,因此需要对房屋建筑结构中的钢混结合段进行充分研究和探讨。
关键词：钢混组合结构;房屋建筑；应用；发展前景
1引言
钢-混凝土组合结构是在钢结构与混凝土基础上发展起来的结构，主要有压型钢板-混凝土组合板、钢-混凝土组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等几类。由于组合结构可以降低钢材的消耗、节约成本、合理有效利用混凝土、抗震性能良好和施工方便等优点，得到了许多国家的青睐与使用。
2 钢混组合结构的发展状况
我国在型钢混凝土结构方面的研究与应用始于20世纪80年代。西安建筑科技大学、冶金部建筑研究总院等科研单位最早对其进行研究，并于1989年提出了《型钢混凝土结构设 计建议》。近年来在大量学者的研究成果与应用基础上，各部制订了一些专项规程。这些规程的颁发，一方面推动了组合结构在我国的推广应用，另一方面也说明了目前工程界急切需要一部完整的、统一的组合结构设计规范。这部规范应当主要建立在我国自己研究成果的基础上，比较成熟、完善，又适合我国国情，它应该是我们工程界的研究、设计、施工人员及有关学者共同完成的一项有意义的任务。
3钢-混凝土组合结构的基本形式
3.1 压型钢板-混凝土组合板
压型钢板与混凝土组合板是20世纪60年代前后兴起的一种新型组合结构。压型钢板与混凝土组合成整体共同工作。施工阶段，压型钢板作为模板及浇注混凝土的作业平台，承受荷载。使用阶段，压型钢板作为受拉钢筋与混凝土板共同承载，考虑二者的组合作用。
（1）组合板的优点：压型钢板作为浇灌混凝土的模板，节省了大量木模板及其支撑，节约成本又加快施工进度。压型钢板安装好后也可以作为施工平台，便于立体作业，加快施工进度，缩短工期。在使用阶段，由于组合作用，可代替受拉钢筋。减少了钢筋的制作与安装工作。刚度大，自重轻，减小混凝土用量和楼板自重。便于敷设通信、电力、采暖等管线。
（2）我国应用组合板的优势：当前阶段，我国的原材料供应相当充足，压型钢板的加工制作能力比较强，基本已经完善了压型钢板混凝土组合板的科学技术研究，政府也加强了政策方面的引导，并给予了大力支持，高性能建筑钢材的开发也处于一种快速发展的阶段，足可以保证组合板的蓬勃发展及其广泛的应用。
（3）我国应用组合板存在的问题：对于压型钢板-混凝土组合板来说，它的设置抗剪螺钉及抗剪钢筋研究比较少，对于组合板的纵向剪力及其分布缺乏相对系统的研究和明确的计算方法；对于构件的加工工艺方面来说，轧制的共同工作性能比较好，但是对于制作形状较复杂的压型钢板来说，仍然是存在一定困难的，压型钢板-混凝土组合板的制作工艺有待于提高。
3.2钢-混凝土组合梁
钢-混凝土组合梁中混凝土板与钢梁共同工作，混凝土板为组合梁的受压翼缘，组合梁的强度和刚度都大大提高。组合作用依靠焊在钢梁上并浇筑在混凝土板中的剪切连接件实现。
（1）组合梁的受力及其优点：组合梁截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分发挥材料特性。混凝土板参加梁的工作，使组合梁截面高度小且梁的刚度增大。使之受力合理，强度与刚度显著提高，充分利用了混凝土的抗压作用；刚度要求相同时，采用组合梁可比非组合梁减小截面高度26%-30%。可以利用钢梁的刚度和承载力承担悬挂模板、混凝土板及施工荷载，无需设置支撑，加快施工速度。
（2）应用组合梁存在的问题：组合梁一般是不用于连续结构的，在承受负弯矩的时候，混凝土的翼缘会因受拉而出现裂缝；横向稳定性比较差，在进行扭转破坏的时候，钢梁与混凝土板的抗扭能力及其不平衡。耐火性能差：对耐火要求较高，需对钢梁涂耐火涂料，或做其它防护措施此外，在钢梁上焊上连接件后，安装后不便于在其上行走。型钢与混凝土之间的连接始终未能找到比较好的解决办法，二者之间的滑移要引起高度重视。
（3）组合梁的应用范围：组合梁结构目前广泛应用于大跨、大荷载建筑、高层建筑、钢结构承重建筑和厂房、桥梁结构等。
3.3型钢混凝土结构
型钢混凝土结构是把型钢埋置在钢筋混凝土中形成的一种型钢、钢筋、混凝土三种材料协同工作的组合结构，也称为钢骨混凝土结构、混凝土包钢结构、劲性钢筋混凝土结构。
(1)型钢混凝土结构的优点：型钢在施工阶段可以作为支架结构；可利用钢骨架挂模、滑模，节省模板、方便施工；工厂化制作程度高加快施工安装速度，改善劳动条件；外包混凝土可以防止钢构件局部屈曲，整体刚度大，减少侧移；延性好、耗能性能好，混凝土内埋入型钢后，可以显著提高结构的强度、刚度和延性，抗震性能良好，适用于地震区，因而抗震性能好。
(2)型钢混凝土结构存在的问题：型钢混凝土在我国的发展比较缓慢，建筑面积占全部建筑面积的千分之一左右。当前我国对于型钢混凝土的计算理论还不是很完善，当前阶段还在使用着外国的规范条列。
(3)型钢混凝土结构应用范围：高层、超高层建筑; 地震区建筑;大跨度梁;荷载特别重的梁、柱等。
3.4钢管混凝土结构
钢管混凝土结构 是指在钢管内浇筑混凝土形成整体受力构件的一种组合结构，主要用作受压柱，其关键要素是钢管与混凝土的相互作用。
(1)钢管混凝土结构的优点：钢管混凝图其抗压和抗剪性能好，承载力高，抗震性能优越，延性好。钢管混凝土柱的耐火性能优于钢柱和高强混凝土柱。施工简便，具有较好的经济效益。
(2)钢管混凝土存在的问题：钢管混凝土很少适用于钢管混凝土梁中，构造相对来说比较繁琐，并且制作成本比较高，经济效益方面性价比不高。管混凝土柱与钢筋混凝土梁在进行连接的时候，必须借助于柱子上的牛腿和钢筋混凝土梁，连接起来较麻烦，施工工序复杂，影响施工进度的进行。
(3)钢管混凝土的应用范围
在钢管混凝土使用早期，多是使用在造船、电力行业等的工业厂房的推广应用，当前阶段主要广泛使用在高层和超高层建筑、空间结构和单层、多层工业厂房柱。
4 钢-混组合结构需要进一步研究的问题
组合结构的理论和实际应用过程，我们要考虑组合结构的整体力学性能和施工实践问题研究，看是否能够开发出比较合适的全新的组合结构形式，我们要注意结构构件在复杂应力状态条件下的性能特性、承载力计算方法、破坏阶段，以及破坏后的温度、收缩徐变等等效应；构件之间的节点连接也是目前应该主要关注的问题，如何加强构件之间的连接，使得构件之间的连接简单方便高效；注意高强钢材和高强混凝土材料的开发利用，使得两种材料的性能发挥到极致。
5 前景展望
随着当前材料、设计理论和方法的快速发展，组合结构也正在经历着从构件层次向结构体系方向发展的过程，该体系是指由组合承重构件或者是组合抗侧力构件形成的结构体系，可以避免传统结构体系带来的一系列问题，将材料和体系的优势发挥到极致，形成高效的结构体系，并且组合结构广泛应用于工程实践，是一种符合我国国情的超高层建筑结构形式。
参考文献：
[1]张钱贵,张善勇.钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展[J].科技视界,2015(35):296.
[2]刘继明,吴成龙,时伟,张保涛. 装配式钢混组合结构抗震性能研究进展[C].《工业建筑》2017年增刊II.工业建筑杂志社,2017:252-255.
作者简介：蔡顺（1995.04—），男，汉族，山东济南人，工学硕士，单位：山东科技大学土木工程与建筑学院,专业:建筑与土木工程，研究方向：结构工程。邮编266590
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