蘭艷妮
（廣西城鄉規劃設計院，廣西 南寧 530022）
【摘 要】文章結合在實際工程中鋼-混凝土組合結構的應用情況，介紹了鋼-混凝土結構的特點，并對鋼-混凝土結構的設計要點及施工要點進行了簡要的概述。
【關鍵詞】鋼-混凝土組合結構；設計；構造
【中圖分類號】 TU399 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1007-7723（2005）12-0131-02
【收稿日期】2005-09-25
南寧青秀山高爾夫俱樂部打習館改擴建工程項目位于青秀山風景區，擬在改造原有主體框架的同時擴建二層的辦公用房。由于打習館已投入使用，在改、擴建施工的過程中應盡量減少對原有建筑已使用部分的影響，縮短工期，同時配合整個建筑物的立面造型及風格，經多方分析比較，決定在擴建工程中采用鋼-混凝土組合結構，并采取一定的施工措施，充分利用組合結構的優越性，取得了良好的技術經濟效益。
一、鋼-混凝土組合樓蓋梁的特點
鋼-混凝土組合樓蓋梁簡稱組合梁，是在鋼梁上翼緣表面焊接抗剪連接件后，再澆鑄混凝土板而形成的一種鋼筋混凝土上翼緣板與鋼腹板及下翼緣的整體組合梁。由于抗剪界面的可靠連接，其整體工作性能良好，能充分發揮兩種材料的優勢，顯著提高結構的強度和剛度，梁撓度可減少1/3以上，節約鋼材約20%～40%，并可降低造價約10%～30%。當采用壓型鋼板組合樓板等作法時，還可以顯著方便與加快施工。近年來組合梁已較多用于高層鋼結構及重型操作平臺結構。
組合梁的截面由三部分組成：鋼筋混凝土板及板托 、抗剪連接件及鋼梁。
二、組合梁設計的一般規定
（一）組合梁的設計均遵照極限狀態設計準則進行，其承載力（強度及連接）極限狀態設計一般采用塑性設計方法，但對承受直接動力荷載的組合梁極其鋼梁截面受壓板件不符合塑性設計要求的組合梁，仍采用彈性設計方法此時，其荷載作用可簡化僅按短期效應組合計算，并對鋼梁抗力乘以0.9的折減系數；當有必要時也可按長期效應（考慮徐變影響）進行計算。而對組合梁的正常使用極限狀態（撓度、裂縫）計算均按彈性設計方法進行，并分別按荷載（標準值）短期效應及長期效應計算。
（二）組合梁抗剪連接件的極限狀態設計方法，應與梁截面受彎設計方法相對應，分別采用塑性或彈性方法進行。
（三）無論采用彈性設計或塑性設計方法，組合梁的設計一般均按施工階段及使用階段兩種工況進行，但當施工階段鋼梁下設臨時支承（支承后梁跨度小于3.5M）時，可只按使用階段設計。
三、工程應用
南寧青秀山高爾夫俱樂部打習館改擴建工程底層架空，層高3M，二層層高3.3M，屋頂為種植屋面，最大柱距8X5.94M，考慮到建筑外形要求美觀及鋼材的利用，框架柱采用螺旋焊圓鋼管柱，柱上端與樓面鋼梁鉸接，柱下端與基礎剛接。框架梁采用鋼-混凝土組合梁進行設計，在設計中主要考慮以下幾點:
1．混凝土板的選型。混凝土板在組合梁中主要起受壓翼緣作用。板托的設置可以提高組合梁的高度，以增強剛度和可靠性，有時為了支模施工的方便，也可不設托板。混凝土板一般有現澆混凝土樓板、壓型鋼板組合樓板和預制裝配式鋼筋混凝土樓板等三種類型。在本工程中,由于組合梁最大跨度僅為８米，為方便施工采用無板托的現澆混凝土樓板。板厚取100。
2．抗剪連接件的選型。抗剪連接件是組合梁設計的關鍵因素之一。抗剪連接件主要用于承受鋼筋混凝土板與鋼梁接觸面之間的縱向剪力與掀起力，阻止其相對滑移，以保證二者的共同工作。其類型一般有專用焊釘、槽鋼和彎起鋼筋等三種。由于槽鋼和彎起鋼筋不便于施工，我國于上世紀年代開發成功栓釘焊接成套設備，隨后圓柱頭栓釘抗剪連接件逐步成為最主要的連接形式并得到廣泛應用。本工程采用該種抗剪連接件。根據大量的推出實驗認為栓釘主要有兩種破壞模式，即栓釘周圍混凝土的破壞或栓釘桿被剪斷。因此，新規范規定栓釘的承載力需根據下式按兩種情況分別計算，并取兩者中的較小值。
[Ncv]=0.43AS/EcfC≤0.7 ASγf
式中，AS為栓釘桿的截面面積； Ec為混凝土的彈性模量；γ為栓釘材料抗拉強度最小值與屈服值之比。
3．鋼梁的選型。鋼梁在組合梁中常處于受拉狀態，其常用的截面形式為開口截面（焊接Ｈ型鋼、工字鋼）及箱型截面。箱型截面的兩個主軸方向的慣性矩和回轉半徑、截面抗彎模量相同，單一桿件的穩定性較好，具有良好的抗扭特性，多用于大跨度及承受較大荷載的情況；開口截面（焊接Ｈ型鋼、工字鋼）的兩個主軸方向的慣性矩和回轉半徑、截面抗彎模量相差較大，對于在主軸方向平面內單向受彎比較有利，適用于跨度及扭矩不大的情況。因此，在本工程中選用焊接Ｈ型鋼梁。次梁與主梁、主梁與鋼柱連接采用高強螺栓鉸接。如下圖：
4．組合梁撓度控制。混凝土硬化形成組合截面后組合梁的剛度很大，一般可以有效控制活荷載下的撓度。但需注意的是，由于組合梁中鋼梁的截面通常要明顯小于相同承載力的純鋼梁，而受施工方法的影響，部分恒載可能僅由鋼梁承擔，從而造成恒載作用下組合梁的撓度偏大。減少組合梁恒載作用下的撓度通常有三種方法：（1）使用較強的鋼梁以限制施工階段的撓度；（2）將鋼梁起拱以補償恒載作用下的撓度；（3）設置臨時支撐以減少混凝土硬化前鋼梁的撓度。比較經濟可行的方法是同時采用第2、第3種方法，即在條件允許的情況下盡可能多地布置臨時支撐，并且使鋼梁產生預拱以抵消部分恒載撓度。本工程跨度大于7米的鋼梁施工時設臨時支撐（支撐后梁跨度小于3.5米），待混凝土板強度達到75%設計強度后方拆除。
四、組合梁的構造
鋼-混凝土組合梁尚應滿足以下構造要求：
（一）混凝土板
1．組合梁的混凝土板厚度，一般采用100、120、140、160mm。對于承受荷載特別大的平臺結構，其厚度可采用180、200mm或更大值；對采用壓型鋼板的組合樓板，壓型鋼板的凸肋頂面至鋼筋混凝土板頂面的距離應不小于50mm。
2．連續組合梁在中間支座負彎矩區的上部縱向鋼筋，應伸入梁的反彎點，并留有足夠的錨固長度或彎鉤；下部縱向鋼筋在支座處連續配置，不得中斷。
（二）連接件
1．一般規定
（1）抗剪件頂面的混凝土保護層厚度不應小于15mm。
（2）焊釘和槽鋼的外側邊至鋼梁上翼緣側邊的距離應不小于20mm。
（3）連接件的最大間距不得大于混凝土板厚度（含板托）的4倍，且不得大于600mm。
（4）焊釘外表面或槽鋼的端面至混凝土翼板側邊的距離不應小于100mm。
2．焊釘
（1）圓柱頭焊釘的直徑可在8、10、13、16、19及22mm等六種中選用。焊釘長度不應小于4d，釘頭直徑不小于1.5d，沿梁長度方向的最小間距為5d，垂直梁長度方向最小間距為4d，d為焊釘直徑。
（2）焊于鋼梁受拉翼緣的焊釘直徑，不得大于梁翼緣板厚度的1.5倍；而焊于無拉應力部位的焊釘直徑，不得大于翼緣板厚度的2.5倍。
（3）對采用壓型鋼板的組合板，焊釘頂面應高出壓型板表面30mm以上，桿徑不宜大于19mm。
3．槽鋼
槽鋼連接件一般采用Q235鋼軋制的[8、[10、[12、[12.6等小型槽鋼，槽鋼翼緣肥尖方向應與混凝土板中水平剪應力的方向一致。
4．彎起鋼筋
（1）彎起鋼筋宜采用直徑d不小于12mm的I級鋼筋成對稱布置，其彎折部分的彎起角度一般為450，彎折方向應與板內縱向水平剪應力的方向一致。
（2）在梁跨中可能產生剪應力變號處，必須在兩個方向均有彎起鋼筋（U形鋼筋）。每個彎起鋼筋從彎起點算起的總長度不家小于25d（I級鋼筋另加彎鉤），其水平段長度不應小于10d。
（3）彎起鋼筋與鋼梁連接的雙側焊穎長度為4d（當采用I級鋼筋）或5d（當采用Ⅱ級鋼筋）。兩個彎起鋼筋的距離不應小于混凝土翼板（包括板托）厚度的0.7倍，且不大于2倍翼板的厚度。
（三）鋼梁
（1）在選擇截面時，鋼梁截面的高度hs應大于組合梁截面高度的1/2.5。為保證鋼梁的翼緣和腹板的局部穩定，當組合興分別按彈性方法及塑性方法設計時，其截面尺寸應分別符合GB14—88《鋼結構設計規范》表1-36和表1-37的要求。
（2）鋼梁上翼緣的寬度不得小于120mm，一般不小于150mm。
（3）鋼梁頂面不得涂刷油漆，在澆灌（或安裝）混凝土翼板以前，應清除鐵銹、焊渣等污垢。
五、結 語
本文結合南寧青秀山高爾夫俱樂部打習館改擴建工程項目設計過程，介紹了鋼-混凝土組合樓蓋梁系結構的主要設計思路及計算方法，并介紹了構造措施。從本工程可以看出鋼-混凝土組合樓蓋梁系結構具有施工快捷，節省鋼材用量，減輕自重等諸多優點是一種理想的大跨樓蓋結構形式。
【參考文獻】
[1]聶建國，李盛勇，劉嶸，莫文杰．深圳華潤中心月牙形中庭大跨鋼－混凝土組合結構．建筑結構學報，2004，(12)．
[2]聶建國，余志武．鋼－混凝土組合梁在我國的應用及研究[J]．土木工程學報，1999，(32)．
[3]中華人民共和國行業標準．鋼結構設計規范ＧＢ50017-2003．北京：中國建筑工業出版社．
