摘" 要：高層建筑的出現對建筑結構和建筑工藝提出更高的要求，采用更為有效、更為安全的梁結構是其中的關鍵。在各種梁結構中，鋼混梁同時具備鋼梁和混凝土梁的優(yōu)勢，承載性能好、適用于在高層建筑中使用。為此，針對鋼混梁進行詳細的研究。第一項研究工作，是依據高層建筑的需要，給出鋼混梁的施工工藝流程和詳細步驟。第二項研究工作，是在截面模型的基礎上，給出鋼混梁的力學性能分析模型，可以對鋼混梁的抗彎效果進行分析。第三項研究工作，是在有限元分析工具的幫助下，對鋼混梁進行抗彎性能量化測試和分析。測試從鋼混梁的抗彎效果、最大撓度與跨中距離關系等角度出發(fā)，驗證鋼含量增加有利于提升鋼混梁的抗彎效果。

關鍵詞：高層建筑；建筑結構；鋼混梁；施工；有限元分析

中圖分類號：TU973" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）08-0086-04

Abstract： The emergence of high-rise buildings has put forward higher requirements for building structures and building processes， and the adoption of more effective and safer beam structures is the key. Among various beam structures， steel-concrete beams have the advantages of both steel beams and concrete beams， have good bearing properties and are suitable for use in high-rise buildings. To this end， detailed research was carried out on steel-concrete beams. The first research work is to provide the construction process and detailed steps of steel-concrete beams based on the needs of high-rise buildings. The second research work is to provide a mechanical performance analysis model of steel-concrete beams based on the section model， which can analyze the bending resistance effect of steel-concrete beams. The third research work is to quantitatively test and analyze the bending performance of steel-concrete beams with the help of finite element analysis tools. From the perspectives of the flexural effect of steel-concrete beams， the relationship between maximum deflection and mid-span distance， the test verified that increasing the steel content is conducive to improving the flexural effect of steel-concrete beams.

Keywords： high-rise building; building structure; steel-concrete beam; construction; finite element analysis

城鎮(zhèn)化建設進程的加快，極大地改善了城市樣貌和基本生活條件。在居住方面，因城鎮(zhèn)化引發(fā)的住宅新建，使得一座座高層建筑拔地而起，聳立在城市中形成了全新的建筑文化和城市特征。相比于多層建筑，高層建筑能夠提供的有效居住空間更大，能夠容納的城市人口更多[1]。但是，高層建筑因為高度的大幅度提高、總重的大幅度增加，也對建筑工藝、結構強度提出了更高的要求。為了更好地滿足高層建筑的安全性需求，在大跨度的承載區(qū)域采用鋼混梁是一種有效的方法[2]。所謂的鋼混梁，是將鋼梁和混凝土梁結合而成的一種梁的結構形式，這種混合結構形式可以充分發(fā)揮鋼梁、混凝土梁的2種結構優(yōu)勢，使得梁結構具有更高的強度、抗壓性能和承載優(yōu)勢[3]。因此，鋼混梁已經成為高層建筑中一種非常重要的關鍵結構，對其進行施工技術和力學性能的研究，對于提升鋼混梁結構性能具有重要的意義，對于高層建筑安全也有非常大的輔助作用。

1" 高層建筑鋼混梁的施工流程

在高層建筑中進行的鋼混梁施工，包括的流程如下。①進行鋼梁的梁體制作，根據建筑的需求充分考慮梁體高度、寬度和厚度，以及鋼梁的承載能力等等。②在鋼梁梁體的合適位置、鋼梁安裝的合適位置，配置剪力釘，以確保其整體安裝后能夠承載足夠的剪切力。③面板施工，即在鋼梁梁體的基礎上，進行混凝土的澆筑，從而實現鋼-混凝土結構。④對于梁體和安裝位置如墻體等進行接縫處理。⑤對于一些規(guī)范的結構，一般都有標準的建筑格式，用模板約束施工。⑥對接縫位置等對接處進行混凝土澆筑，以起到強化作用，增強連接的可靠性。同時考慮混凝土的養(yǎng)護問題。⑦對于跨度較大的鋼混梁，要配置輔助支撐的支座，支座的高度、位置也要精準控制。⑧整體安裝完畢后，對鋼混梁進行平穩(wěn)性測試，對于不能達到標準的，要進行進一步的處理。鋼混梁施工的詳細流程如圖1所示。

圖1" 鋼混梁的施工流程

2" 鋼混梁力學性能分析模型

通過前面的施工流程闡述可以看出，高層建筑中鋼混梁的施工包含復雜的步驟，通過結構形式上對2種梁的合理配置，達到更好的效果。這2種梁分別是鋼質材料的梁和混凝土材料的梁。鋼混梁施工過程中，對于梁整體的結構設計也非常關鍵。結構設計過程中，要充分考慮高層建筑的尺寸要求，并對關鍵參數進行慎重的調整。結構設計過程中，為了驗證鋼混梁是否滿足了預期的功能需求和安全性需求，需要通過力學分析等手段進行測試和驗證。為了展開這種測試和分析，就需要建立鋼混梁內部的結構參數模型，以便于進行數學意義上的量化和分析。要構建鋼混梁內部結構的數學模型，一個直觀的想法就是將鋼混梁剖開，從內部觀察其結構、各關鍵參數，從而構建出對應的分析模型。這里采用工程制圖學中的剖面法進行鋼混梁的分析和建模。

2.1" 基于剖面的分析模型

從材料學的角度看，鋼混梁兼具了鋼結構、混凝土結構的特點，這2種材料都是具有較高剛度的材料，在承受外部重載荷的過程中，也很少發(fā)生塑性變形[4]。因此，可以根據這一特點進行建模。建模過程中，將鋼混梁看成近似鋼體，并將混凝土部分也近似看成鋼材質，這樣就形成了一個統(tǒng)一的近似鋼質的模型。

式中：FS為鋼混梁中鋼材質的結構部分所承載的法向力的大小，J為鋼混梁整體所承載的彎矩的大小，dS為鋼混梁中純混凝土材質梁的截面中的中心位置到達截面下方邊緣處的長度距離，IS為鋼混梁中鋼材質的結構部分所承載的的慣性矩大小。

3" 鋼混梁結構施工及有限元分析

針對高層建筑的梁結構施工問題及鋼混梁結構進行了研究，給出了鋼混梁的施工流程和力學分析模型。為了驗證前述工作的有效性，對鋼混梁施工后的力學性能，依托公式（1）到公式（6），進行有限元軟件的量化分析。這里，給出了一個跨度較大的梁，作為有限元分析的對象，結果如圖2所示。

在圖2中的結構下，鋼混梁分別采取鋼質材料和混凝土材料，以便于形成鋼混結構。鋼質材料的型號為Q235鋼，混凝土材料的型號為C50混凝土。為了檢驗不同鋼質材料配比對于鋼混梁性能的影響，分別考察鋼質材料含量為0.5、鋼質材料含量為1.0、鋼質材料含量為1.5三種情況。

首先對3種材質的鋼混梁進行抗彎效果的檢驗，結果如圖3所示。

從4組柱狀圖的結果可以明顯看出：①鋼質材料含量的變化，并不會引起最大載荷的明顯變化，4種情況下混合梁可以承受的最大載荷相差不多。②鋼質材料含量越大，梁結構的抗彎性能越強、可以承受的撓度變形越大。顯然，鋼質材料含量為1.5的鋼混梁，其可以承受的撓度變形比基本材料可以承受的撓度變形，有80%左右的增長。

進一步來觀察不同材質的梁所出現的撓度在空間維度上的變化，如圖4所示。

圖4中，橫坐標代表了最大撓度出現的位置與跨中的相對距離的大小，縱坐標代表了撓度的大小。從圖4中的結果可以看出，距離跨中越近的位置上，撓度越大；反之，距離跨中越遠的位置上，撓度越小。鋼質材料含量越大，撓度變形越大，在距離跨中不同位置上都有同樣的表現。

考慮到不同施工要求的情況下，對鋼混梁的強度要求還會有所不同，也為了給出更高的安全性保證，對鋼混材料中混凝土采取不同的型號，分別形成C50混凝土+Q235結構鋼、C75混凝土+Q235結構鋼、C100混凝土+Q235結構鋼3種材料，用于鋼混梁結構的建造施工和裝配。對于這3種材料的最大變形對比，實驗結果如圖5所示。

從圖5中可以看出，混凝土型號越高、其強度越大、鋼混梁結構的安全性也越高。C100混凝土+Q235結構鋼材料形成的鋼混梁，可以承受最大撓度為15 mm的變形；C75混凝土+Q235結構鋼材料形成的鋼混梁，可以承受最大撓度為14 mm的變形。但顯然，這種變化相對于C50混凝土+Q235結構鋼材料形成的鋼混梁，可以承受最大撓度為13 mm的變形，提升效果并不是特別明顯。

因此，在可以滿足安全性要求的前提下，為了降低建造成本、提高性價比，選用C50混凝土+Q235結構鋼材料建構鋼混梁，即可以滿足高層建筑的要求。這3種材料的撓度變化范圍，與圖3的結果類似，不再闡述。

4" 結束語

城鎮(zhèn)化建設進程的加快，極大地改善了城市樣貌和基本生活條件。相比于多層建筑，高層建筑能夠提供的有效居住空間更大，能夠容納的城市人口更多。但是，高層建筑因為高度的大幅度提高、總重的大幅度增加，也對建筑工藝、結構強度提出了更高的要求。為了更好地滿足高層建筑的安全性需求，在大跨度的承載區(qū)域采用鋼混梁是一種有效的方法。本文中，針對高層建筑鋼混梁結構展開研究。首先，給出了鋼混梁結構的施工流程。其次，構建了基于截面的鋼混梁力學性能分析模型，主要用于對其彎曲和受力等特征進行分析。最后，通過有限元分析，給出鋼混梁的力學性能量化分析結果，測試實驗中對鋼混梁的抗彎效果、最大撓度與跨中距離關系等進行了測試，形成了鋼混梁安全測試的體系化方法。

參考文獻：

[1] 金煒，劉冰.核心筒偏置型傾斜立面高層建筑設計關鍵技術[J].建筑結構，2022，52（1）：23-29.

[2] 王達，周勇，黃偉，等.異型鋼混梁拱組合橋V墩局部受力參數化分析[J].浙江工業(yè)大學學報，2023，51（2）：152-159.

[3] 李旺旺，班新林，蘇永華，等.鐵路鋼混梁裝配式橋面板受力特征計算分析[J].鐵道建筑，2023，63（7）：63-67.

[4] 王春彩.建筑工程中鋼混梁裝配后力學性能分析[J].中國新技術新產品，2024（8）：105-107.

[5] 張忠正.鋼混梁性能分項與試驗評定[J].交通世界，2021（22）：39-40.