組合結構柱在甘肅省超高層和高層建筑中的應用研究

李玉山 李強 楊杰 齊欣

（1甘肅建總置業發展有限公司，甘肅 蘭州 730050；2甘肅建投科技研發有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

現代超高層建筑、高層建筑發展迅速。根據世界高層建筑與城市人居協會（CTBUH）統計資料，2020年全球最高的20棟超高層建筑中，中國有11棟，這標志著我國成為超高層建筑第一大國[1]，我國目前高度排名前四的超高層建筑如圖1所示。截止2018年底，我國高度250m以上的超高層建筑中，采用鋼-混凝土組合結構的比例占98.4%，鋼-混凝土組合結構成為了超高層建筑的重要結構形式[2]。

圖1 我國的超高層建筑

目前，關于鋼-混凝土組合結構的應用研究成果較為豐富。汪大綏等[3]針對框架-核心筒結構、巨型柱框架-核心筒結構、筒中筒結構等鋼-混凝土組合結構體系，結合國內工程實例進行了詳細介紹，并對其設計中的關鍵技術進行了討論。崔華[4]以天津某鋼-混凝土超高層建筑為例，對其在多遇、設防和罕遇地震下的抗震性能及風荷載作用下的結構性能進行分析。張勇[5]結合某超高層建筑，通過采用兩種不同形式的組合柱設計，對比分析了在不同組合柱設計情況下建筑的抗震性能及其經濟性，給出了同類超高層結構設計時的外框柱截面選型建議。陳星等[6]對排鋼管鋼板混凝土剪力墻等8種新型組合構件及大跨度新型鋼-混凝土組合拱架結構等5種新型混合結構體系在廣東省高層建筑中的應用情況進行了歸納總結。

甘肅省地處西北，是“一帶一路”重要節點。近年來，甘肅省建筑業發展迅速，根據甘肅省2019年發展年鑒數據，甘肅省截至2018年底房屋建筑施工面積達10099.99萬平方米，在這些施工的建筑中，鋼-混凝土組合結構有著廣泛應用。本文以甘肅省為例，對組合結構柱在甘肅省超高層和高層建筑中的應用情況進行分析，探討組合結構柱在甘肅省未來的發展趨勢。

1 組合結構柱的特點

組合結構構件指由型鋼、鋼管或鋼板與鋼筋混凝土組合，能整體受力的結構構件[7]。組合結構柱按截面構成主要分為鋼管混凝土柱（CFST）和型鋼混凝土柱（SRC）兩類，其截面示意如表1所示。

表1 組合結構柱截面示意

鋼管混凝土柱通過在鋼管中填充混凝土，基于外鋼管對核心混凝土形成約束作用，使得核心混凝土處于三向受壓狀態，從而具有較高的承載能力，組合的方式充分發揮了兩種材料優勢，同時彌補了各自的缺點。此外，鋼管混凝土還具有塑性和韌性好、施工方便、耐火性能好、經濟性好的優點，天津高銀金融117大廈、北京中信大廈（中國尊），廣州周大福金融中心等超高層建筑都采用了該類組合柱。

型鋼混凝土柱通過混凝土對型鋼進行包覆，形成內置型鋼與外包混凝土共同受力的組合柱形式，其承載能力高于普通型鋼柱與鋼筋混凝土的簡單疊加，由于內置型鋼的存在，柱的抗震性能得到了改善。型鋼混凝土柱在上海中心大廈、深圳平安國際金融大廈、大連綠地中心等超高層建筑中被采用。

2 組合結構柱在甘肅省超高層建筑中的應用

2.1 蘭州盛達金城廣場

蘭州盛達金城廣場位于蘭州市城關區天水路，是集辦公、酒店等功能為一體的商業綜合體。項目A塔樓高165.50m，39層；B塔樓高205.70m，51層；地上建筑面積173595.15m2；A塔樓10層及25層為避難層，B塔樓10層、25層及40層為避難層；裙樓為9層，1～9層將A、B塔樓連為一個整體。該建筑結構類型為鋼管混凝土外框架-鋼筋混凝土核心筒結構，組合柱類型為圓鋼管混凝土柱。伸臂桁架位于塔樓25層及40層，呈“十字形”布置，通過伸臂桁架將外圍框架柱與剪力墻核心筒聯系起來，從而有效增大結構整體剛度，減小結構在地震作用下的側向變形。項目效果圖及實體展示如圖2所示。

圖2 項目效果圖及實體展示

2.2 眾邦國貿中心

眾邦國貿中心位于蘭州市安寧區銀灘路，是集5A寫字樓和超五星酒店于一體的地標性超高層城市綜合體，建筑總高度239.275m，總建筑面積161696.85m2，地下3層，地上48層。項目為一類超高層建筑，結構形式為型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土雙核心筒結構，組合柱形式為型鋼混凝土柱，鋼柱類型包括“十”字型和“H”型兩種，屋頂鋼構采用了箱型鋼柱，型鋼牌號Q345C。項目效果圖及實體展示如圖3所示。

圖3 項目效果圖及實體展示

3 組合結構柱在甘肅省高層建筑中的應用

3.1 蘭州新區10萬m2裝配式鋼結構保障房

蘭州新區10萬m2裝配式鋼結構保障房項目位于蘭州新區，是目前西北最大的裝配式鋼結構住宅工程，占地面積84.306畝，總建筑面積101316m2，由10棟住宅樓及附屬地下車庫、臨街商鋪組成，其中，1#、2#、3#、4#、5#、8#、10#樓地上結構采用鋼管混凝土柱+鋼梁框架結構，柱截面為方鋼管混凝土柱，方鋼管混凝土柱與H型鋼梁采用隔板貫通節點進行連接。表2給出了項目的有關設計參數，圖4為項目模型及實體展示。

表2 項目有關設計參數

圖4 項目模型及實體展示

3.2 甘肅建投地產?百酈灣項目二期酒店辦公樓

甘肅建投地產?百酈灣項目二期酒店辦公樓位于蘭州市七里河區深安大橋西南角，總建筑面積79868.20m2，其中地上建筑面積58336.90m2，地下建筑面21531.30m2，結構形式為型鋼混凝土框架剪力墻結構。項目建筑高度99.80m，共計25層，其中地下兩層，地上25層，地下兩層為人防工程及停車場，地上1-5層為酒店，6-25層為辦公樓。項目采用型鋼混凝土柱，應用了“十”字型鋼柱和“H”型鋼柱兩種形式，其中，“十”字型鋼柱從地下二層到地上十二層，地下室單節最大重量24.654t，最大長度12.05m，地上單節最大重量5.08t，最大長度5.7m，材質為Q390級；“H”型鋼柱從地下二層到地上二十層，地下室負二層至負一層頂部分層對接，單節最大重量5.7t，最大長度12.05m，地上單節最大重量4.273t，最大長度5.7m，材質為Q390級。項目效果、模型及實體展示如圖5所示。

圖5 項目效果圖、模型及實體展示

4 發展趨勢分析

除上述實例外，本文還收集了近十年來甘肅省建設的部分超高層及高層建筑，如表3所示。結合上文實例及表3可以得出，甘肅省建設的超高層建筑基本都采用了組合結構框架+核心筒的結構形式，其框架柱類型也都為組合結構柱。甘肅省未來規劃建設的超高層建筑還有許多，如蘭州?環球港、天水中心項目等，組合結構柱勢會在其中得到更廣泛的應用。此外，隨著國家裝配式建筑發展政策不斷出臺，裝配式鋼結構建筑發展勢頭良好，而鋼管混凝土柱作為裝配式鋼結構建筑的結構柱主要類型，有著良好的應用前景。

表3 甘肅省超高層及高層建筑（部分）

5 結語

組合結構柱通過將鋼管或型鋼與混凝土進行組合，形成可共同受力組合柱構件，具有承載能力高等優點，在甘肅省建設的超高層和高層建筑中有著廣泛應用，尤其是在超高層建筑中。本文所列舉的甘肅省近十年來建設的超高層建筑幾乎都用到了組合結構柱，也顯示出組合結構柱在甘肅省未來的超高層建筑建設中被采用的趨勢。對于高層建筑而言，不論是公共建筑還是住宅建筑，組合結構柱可發揮出較多的優勢，雖然現階段鋼筋混凝土結構仍然占高層建筑結構類型的主要部分，但未來隨著裝配式建筑的發展，高層建筑中對于鋼管混凝土柱的應用必然會增多，甚至會超越普通鋼筋混凝土柱成為主流的結構柱類型。