钢与混凝土组合梁

中假定钢梁与混凝土翼板有可靠连接，能保证钢筋
应力的充分发挥，忽略混凝土抗拉强度的贡献。
规范规定组合梁在负弯矩作用区段拉力全部由翼
板内配置的纵向钢筋承受，梁的抗弯强度应满足下式 的要求：
M M s Ast f st ( y3 y4 2)
Ms= ( S1+S2 ) f
在负弯矩作用下，组合梁的混凝土翼板还应进 行最大裂缝宽度计算。因为连续组合梁负弯矩区混
式中
bc1、bc2——相邻钢梁间净距s0的1/2。
公式中最重要的是bc2值（有些情况bc1值与bc2值
相等），世界各国或地区的规范，对bc2值的规定颇不
一致，组合梁翼板的计算宽度与梁格尺寸、梁的位置 （在楼盖外侧或中部）、荷载方式（均布或集中荷
载）、简支单跨或连续等因素有关，只不过有些国家
的规范忽略了某些因素，而其他规范又忽略另外一些
种，在 20 世纪 50 年代及以前，组合梁的抗弯强度主
要按弹性理论计算。假定钢梁和混凝土均为弹性体 ，变形后截面保持平面，混凝土不能受拉，不考虑 板托截面。计算时，将受压区混凝土截面除以n0，换 算成钢截面。
弹性设计法假定钢和混凝土都是理想弹塑性体，因 而截面始终保持平面，不能全面反映组合梁的实际工作。
然有微小的相对位移，但可忽略不计；
（3）钢材与混凝土均为理想的弹塑性体。
（4）忽略钢筋混凝土翼板受压区中钢筋的作用；
（ 5）假定剪力全部由钢梁承受，同时不考虑剪力 对组合梁抗弯承载力的影响。
2. 组合梁的截面设计
组合梁的截面高度一般为跨度的 1/15~1/16 ，为 使钢梁的抗剪强度与组合梁的抗弯强度相协调，钢 梁截面高度不宜小于组合梁截面总高度h的1/2.5。 组合梁的截面计算有弹性分析法和塑性分析法两
向是不均匀的，所谓计算宽度（即有效宽度）实质 上是指以应力均匀分布为前提的当量宽度。 规范取用的组合梁混凝土翼板有效宽度，系 按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的
规定采用的。
混凝土翼板的有效宽度 取下式中的最小值：
bce l0 / 3
bce b0 12hc
bce b0 bc1 bc 2
（1）钢筋混凝土翼板——组合梁的受压翼缘； （ 2 ）抗剪连接件 —— 混凝土翼板与钢梁共同工作
的基础，主要用来承受翼板与钢梁接触面之间的纵
向剪力；同时可承受翼板与钢梁之间的掀起力。 （ 3 ）钢梁 —— 在组合梁中主要承受拉力和剪力， 钢梁的上翼缘用作混凝土翼板的支座并用来固定抗 剪连接件，在组合梁受弯时，抵抗弯曲应力的作用
形成整体。
压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪连接件与钢梁 连接组合成整体后，钢梁与楼板成为共同受力的组合梁结 构。

2. 钢梁的形式 钢梁的形式应根据组合梁跨度、荷载、施工条
件等综合考虑。一般来说，采用上窄下宽的焊接工
字形截面耗钢量较少。当荷载或跨度较小时，也可
采用热轧H型钢或普通工字钢，或在其下面加一块
梁或钢筋混凝土连续梁，其弯矩重分布的程度较高，
且在正常使用极限状态弯矩重分布就有很大发展。 因此，计算混凝土翼板中纵向钢筋时，应当考虑弯 矩重分布的影响。 由荷载效应标准组合计算的负弯矩区钢筋应力
可以按下式计算：
M k yr r I
由纵向钢筋与钢梁形成的钢截面的惯性矩
Mk—由荷载效应标准组合计算的截面负弯矩：
（2）对预制混凝土叠合板，当按《混凝土结构设 计规范》GB 50010的有关规定采取相应的构造措施后， 可取为预制板加现浇层的厚度； （3）当采用压型钢板作混凝土底模时，若用薄弱
截面的厚度将过于保守，参照试验结果和美国资料，
翼板厚度可采用有肋处板的总厚度。
11.4 组合梁的截面设计
1. 组合梁截面的基本假定 （1）组合梁截面变形符合平面假定； （ 2）钢梁与混凝土翼板之间的相互连接可靠，虽
钢与混凝土组合梁
重庆大学土木工程学院 崔 佳
11.1 组合梁的应用和发展
组合梁的应用开始于本世纪（20世纪）20年
代 ，我国从50年代开始开展组合梁的研究和应用。
最初主要用于桥梁结构，自80年代以来，由于在多 层及高层建筑中更多地采用了钢结构，使得组合梁 在建筑结构领域也得到了长足的发展。 在设计方法方面，大约在60年代以前，组合梁
远不及下翼缘，故钢梁宜设计成上翼缘截面小于下
翼缘截面的不对称截面。
组合梁的工作原理
11.3 组合梁的截面形式和翼板的有效宽度

1. 组合梁混凝土翼板的形式 组合梁混凝土翼板可用现浇混凝土板、混凝土叠合板
或压型钢板混凝土组合板。混凝土叠合板翼板由预制板和
现浇混凝土层组成，施工时可在混凝土预制板表面采取拉 毛及设置抗剪钢筋等措施，以保证预制板和现浇混凝土层
M k M se (1 a )
Mse—由荷载效应标准组合按弹性方法计算得到的
连续组合梁支座负弯矩值（按等截面计算）：
a—连续组合梁支座负弯矩调幅系数：
M sc 0.8 a 0.13(1 ) ( ) f M 1
2
钢筋与钢梁的力比， f =Astfst/Af
r— 钢筋截面重心至钢筋和钢梁形成的组合截面
因此，完全抗剪连接所需要的抗剪连接件数目为：
n f Vs / N
C V
当剪力连接件的设Biblioteka Baidu受构造等原因影响不能全 部配置，即剪跨内的实际抗剪连接件数目 nr<nf ， 不足以承受组合梁上最大弯矩点和邻近零弯矩点之 间的剪跨区段内总的纵向水平剪力时，可采用部分
抗剪连接设计法。国内外研究成果表明，在承载力
基本上按弹性理论设计，60年代开始逐步转变为按
塑性理论设计。
组合梁是钢梁和所支承的钢筋混凝土板通过抗剪
连接件组合成一个整体而共同工作的梁。组合梁能更 好地发挥钢和混凝土各自的材质特点，即充分发挥钢 材的抗拉性能和混凝土的抗压性能。与单独工作的钢 梁相比，组合梁的稳定性和抗扭性能均有提高，防锈
和耐火性能也有所增强，可以节省钢20～40％，从而
取得较大的经济效益。 组合梁的整体刚度比钢梁单独工作时要大得多， 挠度可减小1/3～1/2。如果保持挠度大小不变，则钢 梁高度可减低15～2 0％，使建筑高度降低。

现行《钢结构设计规范》新增加了下列主要内容：
（１）连续组合梁负弯矩处的计算方法。 （２）楼板为压型钢板组合板时组合梁的设计。 （３）部份抗剪连接组合梁的设计。部份抗剪连接 对梁的强度影响很小，只挠度增大，可节约连接
试验研究发现，弹性理论对弯曲刚度和截面开始屈服前
的曲率能给出较准确的预测，但由于收缩、徐变和温度 作用等的影响，截面开始屈服时的弯矩 My却过高地估计 了 13 ％左右。组合梁开始屈服后的承载潜力较大，最后 破坏的极限弯矩Mu比My大得多，若以极限弯矩为准，就 显得弹性设计太保守。所以从 60 年代开始，各国对承受 静态荷载和间接承受动态荷载的一般结构，均逐渐转为 按简单塑性理论进行计算。
区形心的距离； y2 ——钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区形心 的距离。
部分抗剪连接组合梁在负弯矩作用区段的抗弯
强度，按 nr N vc 和 Astfst 两者中的较小值计算。计算 略偏保守，以补偿混凝土的抗拉作用、钢筋的强化 作用以及构造钢筋的作用。
和变形都能满足要求时，采用部分抗剪连接组合梁
是可行的。
在承载力和变形许可的条件下，采用部分抗剪
连接可以减少连接件用量，降低造价并方便施工。
对采用压型钢板混凝土组合板为翼板的组合梁，由
于受板肋几何尺寸的限制，栓钉布置的数量有限，
有时也不得不采用部分抗剪连接的设计方法。 由于梁的跨度愈大对连接件柔性性能要求愈高， 所以用这种方法设计的组合梁其跨度不宜超过 20m 。
因素而已。严格说来。楼盖边部无翼板时，其内侧的
bc2应小于中部两侧有翼板bc2的；集中荷载作用时的 bc2值应小于均布荷载作用的情况；连续梁的bc2值应小 于简支梁的该值。
此外，各国规范对bc2的取值相差较大，与梁跨 度l的关系从0.083l（美国，一侧有翼板）到0.2l（日 本，简支组合梁）。与板厚有关与否也不尽统一。对 于日本AIJ的规定，有试验证明，在低应力时是合适
塑性中和轴的距离。
11.5 部分抗剪连接的组合梁设计
钢 - 混凝土组合梁的混凝土板与钢梁之所以能 形成整体共同工作，关键是由于抗剪连接件传递二
者之间的剪力。规范规定，抗剪连接件应以控制截
面间的区段分段进行布置，控制截面一般取弯矩最
大截面及零弯矩截面。在每个正弯矩计算区段（剪
跨）内，钢梁与混凝土板交界面的纵向剪力 Vs 取 （ Af ）和（ behc1fc ）中的较小值。在负弯矩区段， Vs等于钢筋屈服时所能提供的纵向拉力Astfst。
对于单跨简支梁，部分抗剪连接的抗弯强度计
算方法是根据简化塑性理论按下列假定确定的： （ 1 ）在所计算截面左右两个剪跨内， 取连接件承 C 的较小者作为混凝土翼板中 载力设计值之和 nr N V 的剪力；
（2）梁与混凝土翼板间产生相对滑移，以至混凝土
翼板与钢梁
有各自的中
和轴。
部分抗剪连接时，混凝土翼板受压区高度由抗 剪连接件能够提供的最大剪力所确定:
正弯矩作用下，组合梁的塑性中和轴可能位于钢
筋混凝土翼板内，也可能位于钢梁截面内，计算时分
两种情况考虑。
（ 1 ）当塑性中和轴位于混凝土受压翼板内 ，即
Afbcehcfc时：
M bce xfc y
Af x bce f c
（2）当塑性中和轴位于钢梁截面内即Af > bcehcfc 时:
M bce hc f c y Ac f y1
盖板。 当跨度较大而荷载相对较小的情况，可考虑采
用H型钢的腹板切割为锯齿形，错开半齿焊合而成
的蜂窝梁。它将H型钢高度提高约50％，有较好的
经济效果，而空洞又便于铺设管线。
3. 混凝土翼板的计算宽度
计算组合梁时，将其截面视为T形截面，上部
受压翼缘为混凝土板的一部份甚至全部。由于剪力
滞后的影响，混凝土翼板内的压应力分布沿宽度方
组合梁的计算分两阶段——施工阶段和使用阶段。 （ 1 ）施工阶段：钢梁承受混凝土和钢梁的自重以
及施工活荷载，钢梁应计算强度、稳定性和刚度。
（ 2 ）使用阶段：钢梁上的混凝土翼板已终凝形成 组合梁承受在使用期间的荷载。应按钢与混凝土组合 梁进行截面的强度、刚度及裂缝宽度计算。 组合梁在正弯矩作用下的抗弯强度计算
的，但在极限荷载情况下，有效宽度应予减小。
总的来看，我国规范对翼板计算宽度的规定有
些偏大。由于组合梁混凝土板与钢梁之间仅用连接件
连结，不能考虑两者完全粘连,按理，其计算宽度应小 于全混凝土的，但规范的规定与《混凝土结构设计规 范》一致，似值得再加以研究。
混凝土翼板计算厚度的取值：
（1）对现浇混凝土，取如图 中的值；
凝土翼板的工作状态很接近于钢筋混凝土轴心受拉
构件，故最大裂缝宽度的计算可参照《混凝土结构 设计规范》进行。 在验算混凝土裂缝时，可仅按荷载的标准组合 进行计算，因为在荷载标准组合下计算裂缝的公式
中已考虑了荷载长期作用的影响。
连续组合梁由于混凝土开裂的影响，正负弯矩 区抗弯刚度有较大差异，相对于大部分单一材料的
x nr N vc (be f c )
nr —— 部分抗剪连接时一个剪跨区的抗剪连 接件数目；
N —— 每个抗剪连接件的纵向抗剪承载力。 钢梁受压区面积为：
c v
Ac ( Af nr N vc ) (2 f )
A —— 钢梁截面面积。
部分抗剪连接时组合梁截面抗弯承载力为：
M u,r nr N vc y1 0.5( Af nr N vc ) y2 y1 ——钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压
Ac 0.5( A bce hc f c f )
组合梁在负弯矩作用下的抗弯强度计算 对连续组合梁，在负弯矩作用下极限状态的一
般特征为：负弯矩区混凝土翼板受拉开裂后退出工
作，同时混凝土板中的纵向受拉钢筋达到或超过屈 服应变，钢梁的拉区和压区大部分也达到或超过屈 服应变，其受力状态类似钢筋混凝土梁。我国规范 规定可以采用塑性理论计算抗弯承载力，并在计算
件和施工费用。
（４）组合梁的挠度计算（主要是考虑滑移效应的
折减刚度的计算方法）。
11.2 一般规定

压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪连接件
与钢梁连接组合成整体后，钢梁与楼板成为共 同受力的组合梁结构。 组合梁的组成及其工作原理 压型钢板组合梁通常由三部分组成，即： 钢筋混凝土翼板、抗剪连接件、钢梁。