随着我国经济的快速发展,高层建筑日益增多,体型日趋复杂,其高度亦在不断攀升,现阶段正在向700m挺进。钢-混凝土混合结构因兼有钢结构和混凝土结构的优点,在我国高层及超高层建筑中得到了广泛的应用 ^[1,2,3,4]。据不完全统计,截至2019年底,全国已完成主体结构封顶最高的100幢建筑中,混合结构、组合构件约占82%,并且其比例还有不断上升的趋势。可以预见,钢-混凝土混合结构必将作为建筑结构中一种重要的结构形式发挥其特有的作用。

　　 近年来,针对工程应用需要,广东省在混合结构设计、试验研究等方面做了大量的研究工作,对组合构件、混合结构体系和节点连接的研究取得了大量有价值的创造性研究成果,并已成功应用于工程实践中,主要成果已被广东省标准《高层建筑钢-混凝土混合结构技术规程》(DBJ/T 15-128—2017) ^[5]采纳,有力促进了广东省高层建筑混合结构技术的发展和进步。本文主要介绍近年来广东省在高层及超高层建筑中应用的新型组合构件、新型混合结构体系以及新型关键节点的创新设计与应用研究。

　　 为适应高层建筑向着超高、超复杂的方向发展,近年来涌现了一些新型的组合结构构件,包括带约束拉杆异形钢管混凝土(墙)柱、钢管混凝土与双钢板组合空实结合剪力墙、排钢管钢板混凝土剪力墙、巨型组合柱、U型外包钢-混凝土组合梁、局部型钢混凝土密肋扁梁楼盖、钢管空心组合楼板、部分填充钢-混凝土组合构件等。这些新型组合构件的创新和成功应用,有效解决了混合结构设计中的多项难题,可为今后同类型的结构设计提供借鉴和参考,本节主要对这些新型构件的创新做法及应用进行介绍。

　　 带约束拉杆异形钢管混凝土(墙)柱是由高强混凝土填入异形薄壁钢管(如方形、L形、T形等)内,并在异形薄壁钢管各边按一定间距设置约束拉杆组成的组合结构构件(图1～3)。其基本原理是借助内填混凝土使钢管的局部屈曲模式发生变化,约束拉杆的拉结作用使钢管壁的变形减小,从而增强钢管壁的稳定性和延性;同时,借助钢管和约束拉杆对核心混凝土的套箍(约束)作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和变形能力 ^[6,7]。

　　 带约束拉杆异形钢管混凝土(墙)柱具有钢结构延性好和钢筋混凝土结构刚度大、抗压性能好等优点,可减少墙柱面积,是一种有效的新型组合结构构件 ^[8]。

　　 华南理工大学蔡健教授课题组采用试验研究、理论分析、数值模拟相结合方法对带约束拉杆钢板组合剪力墙构件的力学性能和抗震性能进行了研究。通过试件在低周往复荷载作用下的试验研究,分析约束拉杆布置方式和间距、轴压比及剪跨比等关键参数对其抗震性能的影响。试验及计算分析结果表明,带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能良好,6个试件的屈服位移角平均值为1/147,极限位移角平均值为1/48,位移延性系数平均值为3.57;减小约束拉杆间距和采用梅花式布置约束拉杆的方式,能更好地对钢板和混凝土提供约束,延缓钢板局部屈曲,增大混凝土的极限变形能力,提高剪力墙承载力、延性和耗能能力,减缓承载力退化和刚度退化,改善剪力墙抗震性能 ^[9]。

　　 带约束拉杆异形钢管混凝土(墙)柱已在多项大型复杂标志性建筑中应用,其中包括:广州新中国大厦、广州名盛广场、广州正佳广场西塔楼、广州琶洲国际采购中心、江门时代广场、广州粤电信息交流管理中心等。

　　 钢管混凝土与双钢板组合空实结合剪力墙作为抗侧力构件,由外层钢板、间隔排列的混凝土钢管柱及加劲板组成(图4～6)。方钢管成排布置内灌注混凝土,钢管间用两块钢板拉结,两块钢管钢板之间不灌注或局部灌注混凝土 ^[6]。

　　 钢管混凝土与双钢板组合空实结合剪力墙技术创新点如下:1)型钢与混凝土相互结合,相互促进;2)利用型钢对混凝土的套箍作用,提高混凝土抗压能力,同时型钢参与抗剪,使抗剪能力大大提高;3)混凝土外包钢材延性好,不易开裂,可用C100以下的混凝土;4)两块钢管钢板之间不灌注或局部灌注混凝土,大大减少了混凝土的用量,减轻了结构自重;5)施工时不用做模板,直接采用型钢作为施工模板,施工速度快;6)钢材现场施工方便,由于型钢主要在工厂完成焊接加工,现场打铆钉连接,可基本做到竖向没焊缝。

　　 ANSYS及ABAQUS模拟计算分析表明 ^[6]:在罕遇地震作用下,外层钢板局部屈服后,钢管混凝土与双钢板组合空实结合剪力墙的钢管柱出现局部屈曲,内填混凝土与钢管之间出现滑移,内填混凝土开始压坏,钢管钢板组合墙在抵抗大震时能有效地减缓核心筒的刚度退化,提高核心筒延性,从而改善结构的抗震性能,具有较好的延性和耗能性能。

　　 排钢管钢板混凝土剪力墙是指由连排钢管混凝土柱、柱间外侧钢板围团并浇筑混凝土组合而成,共同工作的钢-混凝土组合剪力墙(图7～9)。

　　 排钢管钢板混凝土剪力墙是在总结了多个工程应用实践经验后,在1.2节所述组合剪力墙的基础上,经过改进后的新型钢板混凝土剪力墙结构。该结构利用圆钢管对混凝土的套箍作用,提高剪力墙的抗压能力,同时型钢参与抗剪,使抗剪能力大大提高,适用于高300m及以上的超高层建筑,并已成功应用于珠西金融中心综合楼。

　　 珠西金融中心综合楼地上70层(结构高度336m),采用钢管柱框架-排钢管钢板混凝土核心筒体系。设计人员将该结构与钢管柱框架-钢筋混凝土核心筒体系进行了试算比选,构件尺寸及总重详见表1。经分析对比,在满足规范各项指标的情况下,采用该新体系,核心筒底部墙厚最大减小500mm,全楼实际增加建筑使用面积约2 000m²,结构总重减小17.5%,效益可观 ^[10]。

　　 近年国内超高层建筑中巨型柱多采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱形式。采用钢管混凝土巨型柱的有天津117大厦、台北101大楼、深圳京基中心、广州东塔、武汉中心等;采用型钢混凝土巨型柱的有上海中心大厦、深圳平安金融中心、上海环球金融中心等 ^[5]。

　　 巨型钢管混凝土柱可采用设置内隔板或内钢管的多腔钢管,内灌高强混凝土的形式,钢管与约束混凝土共同受力,具有较高的竖向承载力;同时钢管混凝土柱整体性好,相同含钢率的前提下,其抗弯、抗剪承载力较型钢混凝土柱更高; 也方便与环桁架、伸臂桁架、外框梁及楼面钢梁的连接,避免了型钢混凝土柱节点区柱钢筋与楼面钢构件的相互影响问题。

　　 格构式型钢混凝土柱单肢型钢截面小、重量轻,方便运输及吊装。但其各肢型钢分散布置,通过缀板连接,传力不够直接,各肢协同工作难度较大;尤其节点区域,格构式型钢混凝土柱仅有部分型钢与伸臂桁架直接连接,需要大量缀板才能把力传递给其他型钢。实腹式型钢混凝土柱可以在工厂中直接焊接完成,工地现场仅需要拼接焊,焊接工作量减小,施工质量高。

　　 当型钢混凝土巨型柱内型钢为多肢形式时,应注意加强各肢间连接;当采用钢管混凝土形式时,宜采用多腔形式(图10)。

　　 对于巨型组合柱,现阶段理论研究还不完善,设计方法也不够成熟,因此需要进行专门的研究,为设计提供依据。文献[11]进行了比例为1∶8.3的两个巨型钢管混凝土柱的低周往复荷载试验研究;文献[12]针对两种截面形式,进行了8个巨型型钢混凝土柱的缩尺试件的试验,并做了相应的数值计算分析。试验及分析结果表明:1)巨型组合柱一般可按照平截面假定及纤维模型进行设计;2)应采取一定的措施,如设置加劲肋、栓钉等,以保证钢-混凝土两者共同工作。

　　 巨型组合柱不仅具有较大的抗侧刚度,而且具有更大的轴向刚度,在超高层混合结构中, 巨型框架-核心筒结构形式将得到广泛的应用。

　　 以常规型钢混凝土梁为原型,将型钢下翼缘下移至梁底,将型钢腹板一分为二并外扩至梁身外侧,型钢上翼缘跟随腹板外扩后兼作两侧楼板的支承点,从而形成了U型外包钢-混凝土组合梁(图11)。

　　 为提高柱头区域的抗剪、抗弯能力,截面中间增设Π形(或n形)型钢,为减小梁的自重,提高跨中的抗剪能力,加设了跨中空心钢管,从而最终形成U型梁(图12,13)。

　　 U型外包钢-混凝土组合梁技术创新点:1)组合梁采用U型型钢直接作为施工支承模板,无需另外搭建施工模板。 2)组合梁在U型型钢的两端支座处设置n形型钢,相当于加设了配有抵抗梁负弯矩的型钢,可大大提高梁支座处的抗弯能力,同时大大减少了支座处用于抵抗负弯矩的配筋面积。3)组合梁作为楼面梁时,顶面与楼板的底部结合,型钢外露的部分减小,使得防腐防火面积减小,进一步节省了成本。4)组合梁跨中部位的U型型钢的底板与侧腹板的下部均可以直接参与受力,作为受弯筋;设置的钢筋在保证承载力的前提下,能够进一步减小用钢量。5)组合梁设置钢管并不在钢管内灌注混凝土,因此可在不降低梁承载力的前提下,大大减少自重,约可减小25%的自重 ^[6]。

　　 U型外包钢-混凝土组合梁承载力强、抗弯能力高、用钢量小、自重小;施工方便,工作效率高,从而相应地缩短了工期。U型外包钢-混凝土组合梁已成功应用于中国南方航空大厦、珠江新城F2-4、江门时代广场、珠江新城D3-2地块项目等多个大型超高层项目中。

　　 根据型钢在构件中的设置情况,可分为以下两种:1)沿构件全长设置型钢、钢板形成型钢混凝土组合构件;2)仅在构件端部或中部设置型钢、钢板形成分段加强型钢-混凝土组合构件。上述做法是根据构件的受力情况,有针对性地在局部位置(受力最大处)设置型钢以提高构件在该处的受弯、受剪承载力。构件设计基于钢筋混凝土构件设计原理,充分考虑内置分段型钢对承载力和刚度的增大作用,从而达到减小截面、节省材料的目的。典型的工程应用有局部型钢混凝土密肋扁梁楼盖等。

　　 局部型钢混凝土密肋扁梁楼盖,是将框架主梁和密肋次梁均设计为宽扁梁,梁高约为梁跨度的1/20(图14,15)。为了解决梁端部及跨中抗弯能力不足,使框架主梁的强度及抗震等性能满足规范要求,创新地提出如下设计内容:1)在框架主梁内沿轴向设置局部型钢。局部型钢是指在整条梁中的一段型钢,无须贯穿整条梁。框架主梁与钢管混凝土柱相连时,可采用抗弯剪牛腿节点;与剪力墙连接时,局部型钢与剪力墙内的型钢暗柱相连;2)在密肋次梁内及端部也设局部型钢,密肋次梁与剪力墙相连;相应地,在与密肋次梁相交的剪力墙内设置相应的局部竖向型钢,形成型钢节点,将密肋次梁梁端的弯矩、剪力可靠传递给剪力墙。

　　 在框架主梁或密肋次梁端部设置局部型钢,其优点在于:1)布置在梁端部的局部型钢可有效提高梁端部的抗剪、抗弯能力,且有效地减少了梁的高度;2)梁端部设置型钢,与钢管混凝土柱共同作用,提高了框架的延性,改善了结构整体的抗震性能;3)使梁截面高度大幅度减小,对楼层净高有限制的建筑有较好的推广前景;4)是一种承载力好和抗弯剪刚度好的新型楼板体系,该体系能有效地将柱、墙连成整体成为一个良好的抗侧力新体系。

　　 随着建筑业的发展及建筑功能的日益提升,常规楼盖结构设计正面临着来自各方面越来越苛刻的要求:跨度大、荷载大、构件截面受限制。为满足建筑净高要求及设备走管、装修吊顶等要求,允许的楼盖厚度要求往往非常严苛。当上述多种不利条件同时出现,而常规空心楼盖可能无法满足相关要求时,则可考虑采用这一新型空心楼盖——钢管空心组合楼板(图16,17)。

　　 钢管空心组合楼板是对常规空心楼盖结构进行创新和改进的一种新型空心楼盖,该组合楼盖以钢管作空心板的内模,并通过沿管壁纵向焊接钢筋等方式使其与混凝土紧密结合,保证两者协调变形。钢管在空心板受力过程中参与承受板内弯矩和剪力,有效提高了整个空心楼盖结构的承载力和刚度。当钢管的端部与型钢主梁或侧壁钢预埋件有可靠连接时,可以将此单向板支座作为固端考虑。另外,由于钢管与混凝土紧密结合,钢管作为内孔的孔壁可以承受较大的挤压力,在两孔之间可以布置预应力钢绞线,进一步提高空心板的承载能力和刚度。

　　 钢管空心组合楼板特点主要有:1)钢管为薄壁钢管,用钢量小;2)空心钢管减小了厚楼板的自重,有效减小了荷载作用,对结构进行了优化;3)圆钢管对混凝土浇捣几乎没有影响,施工进度与普通混凝土楼板相比无太大影响。

　　 部分填充钢-混凝土组合构件,是在开口截面形式的钢构件外包轮廓范围内,填充混凝土,并可依据性能要求布置纵筋、箍筋、系杆、栓钉等部件的结构构件(图18)。

　　 部分填充钢-混凝土组合构件可以是结构的全部构件或主要受力构件采用部分填充组合,也可仅是结构中的某类构件采用部分填充组合。部分填充钢-混凝土组合构件已应用于多个实际项目中,具有良好的受力性能、经济性、可预制性及可装配性等优点。

　　 我国高层建筑混合结构体系主要有框架-筒体结构体系、巨型柱框架-核心筒结构体系、筒中筒结构体系。近年来,随着高层建筑的发展,为满足建筑功能复杂、造型新奇的特点,提出了一些新理念,并创造性地发展了一批新型混合结构体系。本节主要对几种新型混合结构体系的特点、试验研究及设计进行介绍。

　　 偏钢结构属性混合结构是指由钢构件或外包钢-混凝土构件组成的混合结构体系。其主要特点是此类结构是由“不开裂”的组合构件组成,其抗震性能接近于钢结构的抗震性能,具有较高的承载力和良好的延性,与其他混合结构相比,具有更好的力学性能。

　　 外包钢-混凝土构件是指外部均匀配置钢板或钢管、内部浇筑混凝土的构件。在钢管或钢板组成的空间内浇筑混凝土增强了外包钢板的整体性和稳定性,钢材的强度能够充分发挥,优于钢筋混凝土结构且构件外围不产生裂缝。

　　 在工程中应用得较多的是钢管混凝土柱,关于钢管混凝土柱已有较多的研究成果和实践经验,现阶段已较成熟。为了解决超高层建筑结构体系优化的问题,一些新型的混合结构形式,如前所述的排钢管钢板混凝土剪力墙、带约束拉杆异形钢管混凝土(墙)柱、钢管混凝土与双钢板组合空实结合剪力墙等,在建筑中也逐步得到了应用。但现阶段,对其抗震性能的试验研究、理论研究以及设计方法的研究较少,国内规范对其设计指标尚未给出明确的规定,与普通混合结构相比,其设计指标如结构最大适用高度、扭转不规则程度分类及限值、弹性层间位移角限值、弹塑性层间位移角限值、抗震等级等可以有所放松,放松程度介于钢结构与钢筋混凝土结构之间。广东省标准《高层建筑钢-混凝土混合结构技术规程》(DBJ/T 15-128—2017) ^[5]首次提出了该理论,并从以上设计指标给予体现。

　　 拱结构与同跨度、等荷载的梁相比,拱肋的弯矩较小,能够充分发挥构件的抗压承载能力,是一种高效的结构,因此广泛应用于大跨度空间结构及桥梁结构中,极少应用于高层建筑主体结构中。随着建筑造型的创新,更多大跨度的连廊或连体结构产生,由于桁架的腹杆对建筑空间影响较大,在某些情况下常规的桁架结构已不满足建筑空间的要求;而作为一种造型简洁优美、传力清晰的结构,在解决好抗震性能及拱脚推力等关键问题的前提下,拱架结构也能应用于高层建筑的主体结构中 ^[7,13]。

　　 近年来,根据不同工程的建筑空间需求及技术特点,广东省建筑设计研究院已在多个高层建筑项目上进行了大跨度拱架混合结构的设计与应用研究。主要工程应用有名盛广场A区(图19～20)、广州报业文化中心1号连廊、赫基国际大厦等。

　　 为研究拱架受力性能,确保结构的安全及计算的准确性,对名盛广场A区拱架进行了模型试验研究(图21),并采用SAP2000,ETABS及ANSYS 等程序对结构进行了深入的计算分析。试验及计算分析结果表明,拱架模型的承载力及变形能力满足设计要求,拱肋可起到很好的压力传递作用,由于拱顶竖向荷载主要通过吊杆传递,吊杆节点及节点区的下翼缘腹板是结构的薄弱部分,需采取措施改善其受力性能 ^[13]。

　　 框架-密式异型短肢钢板墙结构主要由异型短肢钢板剪力墙、连梁和楼层板组成。钢板墙采用外包钢板混凝土组合剪力墙,钢板墙墙肢较短,一般不超过3m,墙肢与墙肢之间通过钢-混凝土组合连梁联系(图22)。钢板墙外包钢板间通过栓钉、加劲肋或约束拉杆等措施加强钢与混凝土协同工作,同时防止钢板局部屈曲,钢板墙平面投影形状可以为一字形、T形、L形、十字形及相应的弧形 ^[14]。外包钢板混凝土组合剪力墙采用高强螺栓分节组合连接,既能承受水平力,也可避免竖向焊缝。

　　 框架-密式异型短肢钢板墙结构技术创新点如下:1)构造合理,抗震延性好;2)整片墙体分离成短肢钢板墙,加工制作简单,焊接量少,整肢一次吊装,方便施工运输及吊装;3)外包钢板混凝土组合剪力墙、连梁内浇灌混凝土,提高内筒刚度,利于结构抗震;4)外包钢板混凝土组合剪力墙采用高强螺栓分节组合连接,既能承受水平力,也可避免竖向焊缝,方便施工。

　　 框架-密式异型短肢钢板墙结构克服现有钢板墙核心筒墙肢较长、现场焊缝较多、构造复杂的不足,提供了一种构造简单、合理的钢板墙核心筒结构形式,而且能够避免现场钢板墙超长竖向焊缝焊接工序及墙上开设备洞口,核心筒施工速度也不会因变形而受楼层平面结构施工影响;可以实现工业化,提高施工速度 ^[15]。

　　 内置钢结构体系混合结构是指将由钢构件组成的结构受力体系与外部混凝土组成共同受力的混合结构。该结构体系吸收了不同结构体系的优点,能有效提高结构的抗震性能,具有良好延性。内置钢结构体系的组合方式多种多样,可根据受力情况采用合适的组合 ^[5]。

　　 内置钢管混凝土桁架剪力墙结构体系是一种多重组合剪力墙结构体系,实现了钢管混凝土、混凝土剪力墙、钢桁架三种抗侧力体系组合,以及型钢和混凝土两种材料组合,充分发挥了不同抗侧力体系和不同材料的抗震优势,形成了具有多道抗震防线的组合剪力墙,实现了多重组合剪力墙核心筒技术的新突破。该结构已成功在广东省博物馆新馆得到应用(图23～25)。

　　 内置钢管混凝土桁架剪力墙技术创新点如下:1)剪力墙内钢管混凝土柱确保了竖向构件与水平构件的有效连接;2)剪力墙内钢管混凝土柱有效提高了结构抗震性能,使结构获得二道防线;3)利用剪力墙内已有的钢管混凝土柱增设钢支撑形成内置钢管混凝土桁架,完成施工阶段到使用阶段结构体系的转换,极大地方便了施工,大大减少了施工工期和施工费用的一次性投入。

　　 为研究内置钢管混凝土桁架剪力墙抗震设计的合理性,文献[16]进行了比例为1∶30的模拟地震振动台试验及ABAQUS动力弹塑性分析。试验及计算分析结果显示:内置钢管混凝土剪力墙不仅提高了工程结构体系的延性, 使结构抗震由一道防线变为两道防线;主要的受力构件包括钢桁架、钢筋混凝土剪力墙等均满足抗震性能要求。

　　 在剪力墙型钢之间设置一定刚度的型钢梁,型钢梁贯穿整个核心筒外墙,形成一圈封闭的约束钢梁,并沿高度方向上每层或隔层设置,形成一种带约束钢梁的多型钢混凝土核心筒(图26)。约束钢梁的设置,提高了中部型钢的抗剪贡献率,加强了核心筒整体性,进而提高了剪力墙的延性、受剪承载力和抗压弯、拉弯承载力,满足高烈度区超高层结构的受力需求 ^[17]。

　　 对于框架-核心筒结构,核心筒是抗震的第一道防线,需承担很大比例的地震倾覆力矩和地震剪力,尤其在高烈度区地震作用很大的情况下,要求核心筒应具备足够的刚度、承载力和延性来满足其受力要求;采用型钢混凝土核心筒,在充分发挥混凝土核心筒弯曲刚度大和抗剪承载力高的优势的同时,利用内置型钢来进一步提高核心筒受拉、受剪承载能力和结构延性,并通过控制合理墙厚来满足轴压比要求。

　　 斜交网格结构体系区别于一般框筒结构之处,是其外筒由双向交叉连续环绕建筑外表面的斜杆构成,斜杆替代了传统上的垂直柱与斜向支撑的组合,是一种有效的抗侧力新型混合结构体系。该结构体系的典型工程实例有广州电视塔、广州西塔(图27)。地上103层、432m高广州西塔的斜交网格外筒组成构件包括:1)以一定角度相交的斜柱;2)沿外周边布置、连接网格节点的环梁及沿外周边布置、支承于斜柱的楼面梁。广州西塔结构模型模拟地震振动台试验表明:模拟地震振动台试验中的试验现象及由试验得到的结论与概念设计以及Pushover 静力弹塑性分析的结果大致吻合, 从宏观方面验证了广州西塔结构的抗震安全性 ^[18]。

　　 斜交网格结构中,以轴力为主的斜向构件使得外框(筒)同时产生弯曲变形和剪切变形,楼层的水平剪力主要以斜柱轴向内力向下传递,空间协调性较强,扭转刚度大,剪力滞后效应弱,外框(筒)可以提供很大比例的结构侧向刚度。

　　 斜交网格外筒主要以轴力的形式抵抗风、地震作用引起的水平剪力和倾覆力矩,充分发挥了高强钢管混凝土柱的优势,是一种新颖高效的结构体系。

　　 混合结构的特点就是各种形式构件的组合,其设计的一个主要难点就是各种不同构件的连接 ^[19]。目前各种节点构造的研究是一种重要的、亟待解决的课题。节点中的应力分布很复杂,必须做到构造正确,节点更强,才能防止节点早于构件发生破坏。这就是“强柱、弱梁、节点更强”的设计原则 ^[20]。本节介绍一些应用较多的节点构造做法,以供参考。

　　 抗弯剪牛腿节点是一种不穿心的钢管混凝土柱梁柱节点(图28)。该节点在节点区钢管外壁上焊接钢牛腿,以与钢梁或钢筋混凝土梁连接,钢牛腿上、下翼板沿钢管壁周边设置水平环板和竖向环板,以加强节点区的整体强度和刚度 ^[5]。

　　 抗弯剪牛腿节点受力机理:利用钢管壁周边设置的水平钢环板及竖向钢环板形成“L”形钢环梁,箍着钢管柱的节点区,“L”形钢环梁与钢牛腿连接,形成一个整体性较好的节点,该节点既传递剪力,又承受弯矩。

　　 抗弯剪牛腿节点技术创新点如下:1) 本节点利用钢管壁周边设置的水平环板及竖向钢环板形成“L”形钢环梁,节点区水平环板的尺寸不需太大,减小了水平环板的宽度,节点区简洁精干。同时取消了传统节点中的钢筋混凝土环梁,框架梁可灵活布置,适合于各向不等高楼盖梁的布置。2)钢牛腿的上翼缘、下翼缘及二者之间增加了竖向加劲肋板,既减少了柱壁的穹延效应,从而减少楼盖梁的变形,又使传递弯、剪、拉、压力更加合理;由于钢牛腿的刚度较大,因此可以根据空间等要求将楼盖梁做成扁梁。同时,在钢牛腿伸出端设置横向肋板或粗钢筋,可以有效防止楼盖梁的水平滑动。3)框架梁端的弯矩、剪力由钢牛腿承担,当钢牛腿伸出长度可满足楼盖梁钢筋的搭接长度,梁钢筋不需要与钢牛腿焊接;当钢牛腿伸出长度较小时,可采用部分焊接或机械连接。4)本节点施工方便。施工时,所述的钢牛腿与钢管柱可分开吊装,在工厂内在钢管柱上安装好水平环板和竖向环板后,再将其运至施工现场吊装,待施工到指定楼层时再人工安装上钢牛腿(图29)。

　　 近二十来年,广东省建筑设计研究院已在多个高层或超高层建筑项目上进行了抗弯剪牛腿节点的设计与应用研究 ^[6,7,21],并进行了大量的试验研究,包括振动台试验、静载及低周往复试验等,表2摘录了部分抗弯剪牛腿节点的试验情况。大量试验及数值计算分析结果表明:抗弯剪牛腿节点传力明确、受力合理,具有较好的延性,达到“强柱、弱梁、节点更强”的设计要求 ^{[5,6,7,21,22,23,24,25,26,27,28,29]}。

　　 内置环式型钢剪力键板柱节点是针对节点冲切承载力的问题而研发的一种新型带穿心钢牛腿的钢筋混凝土板柱节点 ^[30],该节点的基本构造如图30所示。

　　 内置环式型钢剪力键板柱节点受力机理如下:为加强型钢与混凝土的咬合作用,在键臂腹板上沿一定间距加焊短筋,并在键臂端部设置端板;为增强剪力键与柱的连接,同时提高节点的抗震延性,在剪力键中心设置角钢插件伸入柱内,伸入长度宜稍大于柱顶箍筋加密区高度;键臂型钢的高度取值以保证其保护层厚度(70～100mm)为前提。

　　 内置环式型钢剪力键板柱节点技术创新点如下:1)型钢剪力键可显著提高板-柱节点的抗冲切承载力;2)加设环板剪力键,其传力途径充分、可靠、直接,可较大幅度地减小节点区内混凝土的剪应力;3)加设双环板剪力键,可显著提高无梁楼盖的抗弯刚度,减小板跨中挠度。

　　 本文主要介绍了近年来广东省在钢-混凝土混合结构的一些创新设计及研究成果,随着高层建筑结构的发展, 会有更多新颖合理的混合结构体系及组合构件出现,钢-混凝土混合结构在工程中的应用也将会越来越普遍。但是,现阶段对混合结构全面系统的研究工作尚不充分,混合结构的许多技术突破了我国现行结构设计规范的要求,实践走在了理论的前面。需要继续对组合结构构件、混合结构体系、关键节点连接技术的工作机理、抗震性能、设计方法及构造措施等进行全面深入研究,解决理论落后于实践的状况,并不断进行改进及创新,开发更多新型结构体系、高性能材料和消能减震技术,同时加强对施工技术及验收方法的研究,提高混合结构的整体设计水平,保证建筑的安全性和经济性,促进钢-混凝土混合结构技术的进步。