高层建筑钢－砼组合结构的开发与应用

1、所属科学技术领域
钢结构建筑的新技术。
2、主要内容
高层建筑钢—砼组合结构是利用钢材抗拉强度高而混凝土抗压强度高的特点，在一个构件中将两种材料有机地组合起来，发挥各自优点，形成的一种新结构。其关键技术主要有矩形钢管砼柱；H型梁与砼楼板形成组合梁等
矩形钢管砼柱是在箱形钢管柱内浇灌混凝土而形成的组合结构。在钢管砼的施工过程中，钢管可以作为浇筑其核心混凝土的模板。与钢筋混凝土相比，采用钢管砼可节省模板费用，加快施工速度。通过钢管和混凝土组合而成的钢管砼结构，可以弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，比纯钢结构和钢筋砼结构更具优势。
组合梁是在梁的受压区采用适宜于受压的混凝土，在受拉区采用抗拉强度高的钢材，H型钢梁与砼之间采用栓钉连接件而形成的一种组合结构。
浙江杭萧钢构股份有限公司联合浙江大学、福州大学、同济大学和西安建筑科技大学等高校的专家进行研究、开发钢－砼组合结构在多、高层建筑工程中的应用。研究成果报告主要包括《矩形钢管混凝土结构成套技术》——若干关键问题的试验研究；矩形钢管混凝土柱高位抛落法施工工艺研究；方钢管混凝土柱与工字型钢管梁框架节点在低周循环荷载作用下的试验研究，矩形钢管砼柱耐火设计及防火保护层厚度的试验研究等内容，涵盖了矩形钢管混凝土柱在实际工程中应用所需解决的全部相关课题。并和同济大学联合主编《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS159:2004）。为推动矩形钢管结构在我国的广泛应用提供了有力支持。

其综合优势如下：
1）可以安全地使用高强混凝土。
2）截面小——受压、受剪承载力高。
3）耗能多——钢管混凝土结构的延性高、耗能容量大，耐震性能好。
4）钢板薄——混凝土承担相当可观的作用。
5）混凝土级差不限——框架梁与柱的混凝土不必连续浇灌，柱可以采用更高强度等级的混凝土，而不必相应提高梁的混凝土强度等级。
6）耐火性好——管内混凝土能够吸收较多的热量，使钢管表面温度降低，耐火时间延长，从而节省防火涂料。
7）管内混凝土后期强度高——钢管相当于管内混凝土的永久性模板，并减小混凝土的收缩和徐变。
8）减小竖构件压缩差——可以显著减小“混凝土芯筒——钢框架”混合结构体系芯筒与框架柱的竖向变形差。
9）施工方便——钢管兼有纵向钢筋和箍筋的功能，管内无需设置钢筋骨架，便于混凝土的浇灌。
10）有利于逆作业法施工。
3、与国内外同比情况
在国际上，日本、美国、英国、挪威、新加坡等国已先后制定有钢—砼组合结构技术规程，最长的已有三十年的工程实践。
从20世纪80年代以来至2000年，我国已建的高层钢结构建筑项目，多数由外商设计，主要采用纯钢结构或混合结构，没有一幢全部采用钢—砼组合结构的高层钢结构建筑，没有完善的钢—砼组合结构技术规程，也无验收标准，更无设计软件。
杭萧钢构协同同济大学、天津大学及中国建筑标准设计研究所等科研单位主编、参编了《矩形钢管混凝土结构技术规程》、《矩形钢管混凝土节点技术规程》及《多高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》等技术规程。填补了国内“高层建筑结构中采用矩形钢管砼柱技术”空白，达到了国际同类产品的先进水平。
4、经济效益及社会效益
1)与钢筋砼结构、钢结构比较，钢—砼组合结构的造价较低，经济性较好
2)建筑物的使用面积增大，房屋使用面积可增加3%～5%
3)楼层层高降低，空间使用率提高
4)环境污染小，可再次利用
5)施工周期短，基础受荷小，基础的工程量下降，相应成本降低，工期缩短
6)抗震性好
5、应用推广情况
“高层建筑钢－砼组合结构技术”获得了建设部“全国绿色建筑创新奖（技术与产品类），并在杭州瑞丰国际商务大厦、杭州节能大厦、昆明俊发大厦、安哥拉国家安居家园、湖南文化广场、武汉民生银行大厦、成都成达大厦、武汉世纪家园住宅小区二期等数十个工程中成功应用，深受业内人士好评，取得了良好的社会经济效益，为企业赢得了声誉。