高層混凝土結構和高層鋼結構的區(qū)別與聯(lián)系

1、高層混凝土結構和高層鋼結構的區(qū)別與聯(lián)系高層混凝土結構和高層鋼結構的區(qū)別與聯(lián)系鋼結構自重小，延性好，但耐火性差，易受外界腐蝕，密閉 性差。混凝土結構自重大，剛度大，地震作用下震害比較明 顯，但抗壓性、整體性比較好，不易受外界侵蝕，密閉性好 從多個角度比較分析和比較了高層混凝土結構和高層鋼結 構的異同點，加以分析并提出了未來的展望。隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，世界各國莫不致力于高層建筑，甚 至超高層建筑的發(fā)展。高層建筑之所以有如此大的生命力， 是因為它能有效地利用空間，能在有限的土地面積內(nèi)增加建 筑面積，緩解用地緊張的問題，同時高層建筑的建筑高度的 競爭也反映了國家的政治地位和經(jīng)濟實力。而先如今，我國

2、的高層建筑結構采用的比較多的是鋼筋混凝土結構和鋼結 構，并且高層鋼結構發(fā)展僅處于起步發(fā)展階段，高層鋼筋混 凝土結構發(fā)展較成熟。本文從多個角度對高層混凝土結構和 高層鋼結構進行比較分析，試圖能為高層結構的發(fā)展大概地 指出一個方向，并為之努力。從定義方面進行比較。聯(lián)合國教科文組織所屬的世界高層 建筑委員會1972年召開的國際高層建筑會議，將9層和9 層以上的建筑定義為高層建筑。當然主體用的鋼筋混凝土的 是高層混凝土結構，目前鋼筋混凝土結構廣泛應用于各種建 筑，而主體是剛結構的是高層鋼結構，目前主要用于輕鋼廠 房，大跨建筑，高層建筑和嗦膜結構等。從二者的優(yōu)缺點進行比較。首先談談混凝土結構的優(yōu)缺 點。

3、優(yōu)點：（1）可模性好。（2）整體性好。（3）耐久性好。（4）耐火性好。（5）易于就地取材。鋼筋混凝土結構具有 下述主要缺點：（1）自重大。（2）抗裂性差。（3）性質(zhì)脆。 綜上所述不難看出，鋼筋混凝土結構的優(yōu)點多于其缺點。而 且，人們已經(jīng)研究出許多克服其缺點的有效措施。例如，為 了克服鋼筋混凝土自重大的缺點，已經(jīng)研究出許多質(zhì)量輕、 強度高的混凝土和強度很高的鋼筋。為了克服普通鋼筋混凝 土容易開裂的缺點，可以對它施加預應力。為了克服混凝土 的脆性，可以在混凝土中摻入纖維做成纖維混凝土。鋼結構 優(yōu)點：（1）自重輕。（2）抗震性能好。（3）工業(yè)化程度高， 施工周期短。（4）環(huán)保效果好。缺點：（1）耐火

4、性能差。（2） 需要注意防銹。（3）變形大，設計需注意控制。亦用體系 方法。（4）特有的冷橋問題，有時需要考慮。（5）常常造價 偏高。和傳統(tǒng)結構相比。（6）當前國內(nèi)設計，制造水平低解 決辦法當前主要有：（1）大力發(fā)展了耐火鋼和耐火涂料。（2） 大力發(fā)展鋼結構，逐步降低鋼結構的造價。（3）大力鼓勵建 設高層鋼結構，積累更多的經(jīng)驗，為鋼結構地發(fā)展打下基礎。從計算的原理進行分析。不論混凝土結構還是鋼結構都依 據(jù)板梁柱基礎這樣傳力途徑進行受力傳遞。不論二者結構模 形有多大的差別，從受力上講計算原理都是相同的。都需要 借助傳統(tǒng)的力學與數(shù)學公式進行分析，借助相應的規(guī)范和軟 件進行設計。從二者的結構類型進行

5、比較。高層鋼筋混凝土結構主要有 框架結構，剪力墻結構，框架剪力墻結構，框筒結構，筒體 結構，鋼混凝土組合結構等，高層鋼結構的結構體系和混凝 土結構基本相同，同時高層鋼結構主要有四類：鋼結構、鋼 混凝土結構、型鋼混凝土結構和鋼管混凝土結構。它們各自 有自己的特點，例如框筒結構有剪力滯后的特性，鋼管混凝 土結構能是鋼管約束了混凝土的變形，充分發(fā)揮鋼筋和混凝 土的有點，增強結構的綜合性能。從選用混凝土和鋼的方面比較。對于鋼筋混凝土結構，據(jù) 混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2002第4.1.2條之規(guī)定：鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C15；當采用 HRB335級鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于

6、C20；當采用 HRB400和RRB400級鋼筋以及承受重復荷載的構件，混凝土 強度等級不得低于C20；預應力混凝土結構的混凝土強度等 級不應低于C30；當采用鋼絞線鋼絲熱處理鋼筋作預應力鋼 筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。高層民用鋼結構技術 規(guī)程（JGJ99 1998）規(guī)定，高層建筑鋼結構所用鋼材，宜 采用Q235B、C、D （原A3鋼）碳素鋼或Q345 （原16Mn） B、 C、D、E低合金鋼或Q390 （原15MnV） C、D、E低合金鋼。不宜采用A級鋼。重要的焊接構 件宜采用C、S、P含量較低的C、D、E級碳素鋼和D、E級 低合金結構鋼。強度超過Q390的鋼材。由于其伸長率較低，

7、盡量少用于高層建筑鋼結構中?；炷翉姸鹊燃壊粦陀贑30,抗震設防中SRC混凝土中，強度不宜超過C70（8度） 或C60（9度）。對SRC混凝土或鋼管混凝土構件，宜采用高 性能混凝土，其特點為：高耐久性；低含堿量；高強 度；高密實度；高抗?jié)B性；流動性好；體積穩(wěn)定性 強?？v向受力鋼筋宜采用HRB335級或HRB400級；箍筋宜采 用HRB335級、HRB400級或HPB235級。建筑抗震設計規(guī)范 （GB 50011 -2001）規(guī)定，對一、二框架結構，鋼筋強屈 比應在1.251.3之間。從二者的設計特點進行比較。共同點：（1）水平荷載成為 決定因素（風荷載和地震作用）。（2）結構側移成為控制目

8、標。（3）軸向變形不容忽略。（4）梁柱節(jié)點域的剪切變形 影響不能忽略。（5）結構延性是重要設計指標。（6）高層 建筑結構構件應選用空間構件。（7）防雷、防飛機撞擊系 統(tǒng)應完全可靠。（8）提供合理的抗側力能力。不同點：（1） 高層混凝土結構延性差，而鋼結構卻相對好很多。（2）高層 鋼結構抗火設計必不可少，防銹處理必須到位。從二者的結構布置進行分析。相同點：（1）高層房屋應首 選由光滑曲線構成的平面形式；（為了減少風壓作用，圓形 比方形好）；盡可能地采用中心對稱或雙軸對稱的平面形式；（以減小或避免在風荷載作用下的扭轉振動）；避免以狹長 形作平面形式；（因風荷載作用會產(chǎn)生嚴重的剪切滯后現(xiàn) 象）；框筒

9、結構采用矩形平面形式時，應控制其平面長寬比 小于1.5；（不滿足時，宜采用束筒結構）；需抗震設防時平 面尺寸關系應符合相關要求。（2）因此高層建筑一般不宜設 置防震縫；一般也無須設置溫度縫；地震區(qū)的高層建筑，應 當建立精細的力學模型，作較精確的地震分析，并采取相應 的措施提高其薄弱部位和構件的抗震能力。（3）任一層的偏 心率大于0.15時，稱為平面不規(guī)則結構。樓層剛度小于其 相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)三層總的剛度降低超過50%， 稱為豎向布置的不規(guī)則結構。（4）采用天然地基時，不宜小 于H/15；采用樁基時，不宜小于H/20，H :室外地坪至 屋頂檐口的高度。當有可靠根據(jù)時，基礎埋深可適當減

10、小。（5）樓蓋結構的方案選擇原則：滿足建筑設計要求；較小 自重；便于施工；有足夠的整體剛度。用于高層建筑的樓板 主要有三種：現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板、預制樓板、壓型鋼板 組合樓板。（6）粱錫布置需考慮的因素：鋼梁的間距要與上 覆樓板類型相協(xié)調(diào)，盡量取樓板經(jīng)濟跨度以內(nèi)（壓型鋼板組 合樓板取23m）；主梁應與豎向抗側力構件直接相連；（充 分發(fā)揮整體空間作用）豎向構件縱橫兩個方向均應有主梁與 之相連，以保證兩個方向的長細比不致相差懸殊；梁系布置 應能使盡量多的樓面重力荷載份額傳遞到豎向構件；（如， 設置斜向主梁）為減小樓蓋結構的高度，主次梁通常不采取 疊接方式。不同點：高層鋼結構主次梁較混凝土結構那樣現(xiàn)

11、澆連接方式多樣，有簡支連接和剛性連接兩種，主要是通過 螺栓和焊接方式。從連接方式來比較。（1）鋼結構高層建筑連接主要有焊接， 螺栓連接，原柱頭栓釘，錨栓連接，化學錨栓連接。（2）為 了避免因連接較弱而使結構發(fā)生破壞，節(jié)點連接應采用強連 接弱構件的原則。構件的拼接應采用與構件等強或比等強度 更高的設計原則，一般采用摩擦型高強度螺栓連接或焊接連 接。（3）高層鋼結構柱腳分埋人式、外包式和外露式三種。從計算方法比較。二者基本相同。（1）高層建筑結構的計 算模型，可采用平面抗側力結構的空間協(xié)同計算模型；當結 構布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、不計扭轉效應時， 可采用平面結構計算模型；當結構平面或立

12、面不規(guī)則、體型 復雜、無法劃分成平面抗側力單元的結構，或為筒體結構時， 應采用空間結構計算模型。（2）豎向荷載下的分層法，水平 荷載下的D值法。（3）地震作用常采用振型分解反應譜法， 用時程分析法輔助。從荷載組合分析。二者的荷載組合在組合的項目上基本 相同，但相應的荷載分項系數(shù)和其他一些系數(shù)，需要根據(jù)荷 載規(guī)范、混凝土相關規(guī)范、鋼結構相關規(guī)范以及經(jīng)驗確定。從發(fā)展趨勢分析。二者發(fā)展趨勢統(tǒng)一。（1）構件立體化 （2）巨柱周邊化（3）支撐大型化（4）體系巨型化（5）體形圓錐化（6）材料輕質(zhì)高強化（7）動力反應智能化（8） 結構分析設計高度集成化。但是由于高層鋼結構起步比較 晚，在未來一段時間必將會得到迅猛發(fā)展，而高層混凝土結