钢与混凝土组合梁

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。
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
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
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：
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
（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
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。
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
（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
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
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。
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 载力设计值之和 nr N V 的较小者作为混凝土翼板中 的剪力；
（2）梁与混凝土翼板间产生相对滑移，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:
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。
随着抗剪连接件数目的减少，钢梁与混凝土翼 板的共同工作能力不断降低，导致二者交界面产生
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
当剪力连接件的设置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
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
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
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
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
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
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
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
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；
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
因素而已。严格说来。楼盖边部无翼板时，其内侧的