蘭艷妮　
（廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530022）

【摘 要】文章結(jié)合在實(shí)際工程中鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況，介紹了鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并對(duì)鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及施工要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述。
　　【關(guān)鍵詞】鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；構(gòu)造
【中圖分類(lèi)號(hào)】 TU399 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1007-7723（2005）12-0131-02

【收稿日期】2005-09-25

南寧青秀山高爾夫俱樂(lè)部打習(xí)館改擴(kuò)建工程項(xiàng)目位于青秀山風(fēng)景區(qū)，擬在改造原有主體框架的同時(shí)擴(kuò)建二層的辦公用房。由于打習(xí)館已投入使用，在改、擴(kuò)建施工的過(guò)程中應(yīng)盡量減少對(duì)原有建筑已使用部分的影響，縮短工期，同時(shí)配合整個(gè)建筑物的立面造型及風(fēng)格，經(jīng)多方分析比較，決定在擴(kuò)建工程中采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，并采取一定的施工措施，充分利用組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
　　一、鋼-混凝土組合樓蓋梁的特點(diǎn)
　　鋼-混凝土組合樓蓋梁簡(jiǎn)稱(chēng)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(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)，顯著提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，梁撓度可減少1/3以上，節(jié)約鋼材約20%～40%，并可降低造價(jià)約10%～30%。當(dāng)采用壓型鋼板組合樓板等作法時(shí)，還可以顯著方便與加快施工。近年來(lái)組合梁已較多用于高層鋼結(jié)構(gòu)及重型操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)。
　　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(shè)計(jì)的一般規(guī)定
　　（一）組合梁的設(shè)計(jì)均遵照極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行，其承載力（強(qiáng)度及連接）極限狀態(tài)設(shè)計(jì)一般采用塑性設(shè)計(jì)方法，但對(duì)承受直接動(dòng)力荷載的組合梁極其鋼梁截面受壓板件不符合塑性設(shè)計(jì)要求的組合梁，仍采用彈性設(shè)計(jì)方法此時(shí)，其荷載作用可簡(jiǎn)化僅按短期效應(yīng)組合計(jì)算，并對(duì)鋼梁抗力乘以0.9的折減系數(shù)；當(dāng)有必要時(shí)也可按長(zhǎng)期效應(yīng)（考慮徐變影響）進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)組合梁的正常使用極限狀態(tài)（撓度、裂縫）計(jì)算均按彈性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，并分別按荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）短期效應(yīng)及長(zhǎng)期效應(yīng)計(jì)算。
　　（二）組合梁抗剪連接件的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，應(yīng)與梁截面受彎設(shè)計(jì)方法相對(duì)應(yīng)，分別采用塑性或彈性方法進(jìn)行。
　　 （三）無(wú)論采用彈性設(shè)計(jì)或塑性設(shè)計(jì)方法，組合梁的設(shè)計(jì)一般均按施工階段及使用階段兩種工況進(jìn)行，但當(dāng)施工階段鋼梁下設(shè)臨時(shí)支承（支承后梁跨度小于3.5M）時(shí)，可只按使用階段設(shè)計(jì)。
　　三、工程應(yīng)用
　　南寧青秀山高爾夫俱樂(lè)部打習(xí)館改擴(kuò)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(chǔ)剛接。框架梁采用鋼-混凝土組合梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中主要考慮以下幾點(diǎn):
　　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(shè)置可以提高組合梁的高度，以增強(qiáng)剛度和可靠性，有時(shí)為了支模施工的方便，也可不設(shè)托板。混凝土板一般有現(xiàn)澆混凝土樓板、壓型鋼板組合樓板和預(yù)制裝配式鋼筋混凝土樓板等三種類(lèi)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(wú)板托的現(xiàn)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(shè)計(jì)的關(guān)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(duì)滑移，以保證二者的共同工作。其類(lèi)型一般有專(zhuān)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(guó)于上世紀(jì)年代開(kāi)發(fā)成功栓釘焊接成套設(shè)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(yīng)用。本工程采用該種抗剪連接件。根據(jù)大量的推出實(shí)驗(yàn)認(rèn)為栓釘主要有兩種破壞模式，即栓釘周?chē)炷恋钠茐幕蛩ㄡ敆U被剪斷。因此，新規(guī)范規(guī)定栓釘?shù)某休d力需根據(jù)下式按兩種情況分別計(jì)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(qiáng)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(tài)，其常用的截面形式為開(kāi)口截面（焊接Ｈ型鋼、工字鋼）及箱型截面。箱型截面的兩個(gè)主軸方向的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑、截面抗彎模量相同，單一桿件的穩(wěn)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(kāi)口截面（焊接Ｈ型鋼、工字鋼）的兩個(gè)主軸方向的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑、截面抗彎模量相差較大，對(duì)于在主軸方向平面內(nèi)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(qiáng)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(dān)，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(qiáng)的鋼梁以限制施工階段的撓度；（2）將鋼梁起拱以補(bǔ)償恒載作用下的撓度；（3）設(shè)置臨時(shí)支撐以減少混凝土硬化前鋼梁的撓度。比較經(jīng)濟(jì)可行的方法是同時(shí)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(shí)支撐，并且使鋼梁產(chǎn)生預(yù)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(shí)設(shè)臨時(shí)支撐（支撐后梁跨度小于3.5米），待混凝土板強(qiáng)度達(dá)到75%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方拆除。
　 四、組合梁的構(gòu)造
　 鋼-混凝土組合梁尚應(yīng)滿(mǎn)足以下構(gòu)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(duì)于承受荷載特別大的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，其厚度可采用180、200mm或更大值；對(duì)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(yīng)不小于50mm。
　　2．連續(xù)組合梁在中間支座負(fù)彎矩區(qū)的上部縱向鋼筋，應(yīng)伸入梁的反彎點(diǎn)，并留有足夠的錨固長(zhǎng)度或彎鉤；下部縱向鋼筋在支座處連續(xù)配置，不得中斷。
　　（二）連接件
　　1．一般規(guī)定
（1）抗剪件頂面的混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于15mm。
　　（2）焊釘和槽鋼的外側(cè)邊至鋼梁上翼緣側(cè)邊的距離應(yīng)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(cè)邊的距離不應(yīng)小于100mm。
　　2．焊釘
　　（1）圓柱頭焊釘?shù)闹睆娇稍?、10、13、16、19及22mm等六種中選用。焊釘長(zhǎng)度不應(yīng)小于4d，釘頭直徑不小于1.5d，沿梁長(zhǎng)度方向的最小間距為5d，垂直梁長(zhǎng)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(wú)拉應(yīng)力部位的焊釘直徑，不得大于翼緣板厚度的2.5倍。
　　（3）對(duì)采用壓型鋼板的組合板，焊釘頂面應(yīng)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(yīng)與混凝土板中水平剪應(yīng)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(jí)鋼筋成對(duì)稱(chēng)布置，其彎折部分的彎起角度一般為450，彎折方向應(yīng)與板內(nèi)縱向水平剪應(yīng)力的方向一致。
　　（2）在梁跨中可能產(chǎn)生剪應(yīng)力變號(hào)處，必須在兩個(gè)方向均有彎起鋼筋（U形鋼筋）。每個(gè)彎起鋼筋從彎起點(diǎn)算起的總長(zhǎng)度不家小于25d（I級(jí)鋼筋另加彎鉤），其水平段長(zhǎng)度不應(yīng)小于10d。
　　（3）彎起鋼筋與鋼梁連接的雙側(cè)焊穎長(zhǎng)度為4d（當(dāng)采用I級(jí)鋼筋）或5d（當(dāng)采用Ⅱ級(jí)鋼筋）。兩個(gè)彎起鋼筋的距離不應(yīng)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(shí)，鋼梁截面的高度hs應(yīng)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(wěn)定，當(dāng)組合興分別按彈性方法及塑性方法設(shè)計(jì)時(shí)，其截面尺寸應(yīng)分別符合GB14—88《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)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(yīng)清除鐵銹、焊渣等污垢。
　 五、結(jié) 語(yǔ)
　　本文結(jié)合南寧青秀山高爾夫俱樂(lè)部打習(xí)館改擴(kuò)建工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程，介紹了鋼-混凝土組合樓蓋梁系結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)思路及計(jì)算方法，并介紹了構(gòu)造措施。從本工程可以看出鋼-混凝土組合樓蓋梁系結(jié)構(gòu)具有施工快捷，節(jié)省鋼材用量，減輕自重等諸多優(yōu)點(diǎn)是一種理想的大跨樓蓋結(jié)構(gòu)形式。
　　
【參考文獻(xiàn)】
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