5．8　钢－混凝土组合结构建筑物

钢－混凝土组合结构建筑物是采用钢构件和钢筋混凝土构件（或钢－混凝土组合构件）共同组成结构体系所形成的建筑物。这种组合可使钢和混凝土两种材料取长补短，取得良好的技术经济效果。钢－混凝土组合结构的构件有组合板、组合梁、组合柱等。其中，钢管混凝土柱的应用已有80多年的历史。早在20世纪初美国就在一些单层和多层房屋中采用钢管混凝土柱^[5]。20世纪60年代我国也将钢管混凝土柱用于北京地下铁道车站，以后又相继在工业厂房框架、高炉和锅炉的构架中应用。至于钢－混凝土组合结构体系，如组合剪力墙体系、组合框架体系、组合筒体系、组合巨型框架体系等，则是在1969年后由美国芝加哥SOM（Skid－more　Owings　＆Merril）公司的发兹勒·坎恩（Fazlur　Khan）博士提出建议后发展起来的。

目前，世界上最高的建筑物是钢－混凝土组合结构体系的哈利法（迪拜）塔（图5．44）。该塔于2004年1月开工，2010年1月4日竣工。它的总高度为828m（其中768m～828m为钢桅杆），全部楼层有206层，其中办公用的楼层有162层，总建筑面积527　000m²。哈利法塔创造了多项世界纪录，除高度外，还有办公楼层最多（162层）、混凝土泵送高度最大（601m）、电梯速度最快（17．5m／s）等。

哈利法塔的平面为三叉形，三叉端部呈鼻尖状。该体型具有良好的对称性和刚度，并有利于承受风荷载。该塔采用核心筒＋剪力墙＋端部柱的结构体系。为了提高建筑物的刚度，601m以下（含30m深的地下结构）采用钢筋混凝土结构，混凝土强度达到80N／mm²；601m以上则采用钢框架结构。每隔25～30层设一两层高的加强层，采用伸臂墙加腰桁架形成较大的刚度，既能安放设备还可作为避难层。它的各层楼盖都采用可以增加楼层使用高度的混凝土无梁楼盖。

中国台北金融大厦（图5．45），在钢－混凝土组合结构建筑物中，是高度排“全球第三、中国第一”的建筑

图5．44　哈利法塔

（a）立面图；（b）底层结构平面图物。它从地面到屋顶的高度有448m，至桅杆顶509m。地下5层、地上101层，也称台北101大厦。该大厦在2002年台湾3·31地震中，两座施工吊具被震落，造成伤亡事故；2003年初又发生两次火警，这些连续的意外使竣工时间拖延到2004年9月。台北101大厦包括容纳12　000人的办公大楼和购物中心等部分，是以8层为一个单元的巨型结构。大厦的34部双层高速电梯以60km／h的速度升降，可以在9s内将乘客送到第90层。大厦62层以下的型钢柱体内灌了混凝土，用以抵抗强风的冲击；62层以上则主要由钢材构筑，以便减少自重，有利于抗震。

图5．45　中国台北金融大厦

图5．46　上海环球金融中心

上海环球金融中心（图5．46）于2008年建成，目前为“我国内地最高、世界排名第四”的组合结构建筑物，位于上海陆家嘴金融贸易区。主体建筑为地下3层，地上101层，总高度492m，采用了外筒为巨型桁架筒体、内部为钢筋混凝土筒体的筒中筒结构。上部结构具有三重抗侧力体系：第一重体系是由矩形柱、巨型斜撑和周边带状桁架构成的巨型框架结构；第二重体系是钢筋混凝土核心筒；第三重体系是连系核心筒和巨型框架结构柱间的外伸臂桁架。这三重体系共同承担了由风和地震引起的倾覆力矩，前两个体系则承担了由风和地震引起的剪力。混凝土核心筒外围墙体厚度由下部的1　600mm变化至上部的500mm。混凝土强度等级为C60。大楼顶部的钢结构采用了空间桁架结构体系。同时，为了减少建筑物顶部的晃动，在90层处设置了两个各为300t的有动力制震装置，可根据楼顶晃动的情况决定采用静止、有动力、无动力或锁止的状态。它们在大风作用时，可使楼顶的加速度减少60%左右。

南京紫峰大厦（图5．47）是我国内地第二高的钢－混凝土组合结构建筑物，于2010年9月在南京落成。建筑屋面高度381m，至天线顶尖高度450m，是一幢地下4层、地上89层的办公及商业双用建筑。紫峰大厦是带加强层的框架核心筒混合结构体系，采用型钢混凝土柱、钢梁和钢筋混凝土核心筒。为了尽量减少建筑在风及地震作用下的位移，沿建筑高度方向设了三组高8．4m的钢结构外伸臂桁架与带状桁架，将周边的组合柱与内部的钢筋混凝土核心筒连接。

图5．47　南京紫峰大厦(www.daowen.com)

（a）立面图；（b）中间层结构平面图

香港中国银行大厦建于1989年，地上71层，高315m，天线顶端高368m。按建筑师贝聿铭设计的造型，平面为52m×52m的正方形，沿正方形对角线分成4个等腰三角形，向上每隔若干层切去一个角区，仅一个角区至楼的顶部，上部结构为由4个结合在一起而高度递增不同的三棱柱组成［图5．48（a）］。整座大楼由8片钢结构平面支撑和5根型钢混凝土柱组成“大型立体支撑体系”组合结构［图5．48（c）、（d）］。型钢混凝土柱平面尺寸4．3m×7．93m。该建筑在受力上极为合理，其独到之处有：

①采用几何不变的轴力杆（三角形桁架杆件仅受拉、受压）代替几何可变的弯曲杆来抵抗水平荷载，经济有效；

②多片平面支撑组成立体支撑，可承受水平荷载和竖向重力荷载，抗倾覆能力强；

③最大柱布置在四角，抗倾覆力臂最大；

④多个钢构件连接节点复杂，用型钢混凝土组合柱，使钢构件接头浇入混凝土中，简化节点构造；

⑤混凝土参与受压，降低造价，也有利于抵抗侧移和倾覆。

钢－混凝土组合结构作为一种合理的结构形式，近年来发展很快，已成为21世纪土木工程结构发展的重要方向，被誉为最有发展前途的结构形式之一。许多世界名楼都采用这种结构形式，深圳正在建造的新摩天大楼——深圳平安金融中心（图5．49），也是钢－混凝土组合结构体系，采用混凝土核心筒＋钢管超级巨柱框架柱＋混凝土外伸臂墙＋V形支撑组合结构体系。地上118层，地下5层，总高度660m。建成后将刷新我国建筑高度，出现新的中国第一高楼。

目前，世界上高度前十位的钢－混凝土组合结构见表5．2。

图5．48　香港中国银行

图5．49　深圳平安金融中心

表5．2　全世界高度前十位的组合结构