广东呈斯意特建筑设计有限公司 广东省惠州市 516000
摘要：钢-砼组合楼盖具有承载力高、自重轻、施工简便等优点，广泛用于高层建筑、工业厂房、大跨度公共建筑等场合，因此本文对钢-砼组合楼盖的设计与应用进行了研究。
关键词：钢-砼组合楼盖；结构设计；应用
传统意义上的钢-砼组合楼盖是指由混凝土浇筑在压型钢板上构成的组合楼板与由型钢等构成的组合梁而成的楼盖。这种组合楼盖具有强度高、刚性大、延性好、耗能能力强等优点，可用于大跨度结构中[1]。而且这种结构还具有经济上的优势，所以在工业与民用建筑中获得大量应用[2]。鉴此，本文对钢-砼组合楼盖的设计与应用进行了研究。
1钢-砼组合楼盖类型与设计方法
1.1钢-砼组合楼盖类型
钢-砼组合楼盖主要包括薄壁型钢-砼组合楼盖、薄壁型钢-砼叠合式楼盖、现浇薄壁型钢-砼组合楼盖、组合型薄壁扁钢梁楼盖等[3]。薄壁型钢-砼组合楼盖与常规意义的钢-砼组合楼盖构造相似，组合楼板为压型钢板和现浇混凝土组合，组合梁以冷弯薄壁组合工字钢代替组合焊接工字钢。薄壁型钢-砼叠合式楼盖中的混凝土由预制和现浇两部分叠合而成，组合楼板为叠合混凝土板，组合梁为薄壁型钢构造的钢托梁。现浇薄壁型钢-砼组合楼盖是将现浇混凝土板与薄壁组合工字钢通过抗剪连接件连接整体。组合型薄壁扁钢梁楼盖是由薄壁钢托与预制钢筋混凝土空心楼板及现浇混凝土层组合而成。还有一种楼盖被称为钢-砼组合空心楼盖，类似现浇混凝土空心楼盖，但以弯折薄钢板替代现浇混凝土肋梁[4]。可见，钢-砼组合楼盖形式多样，但它们具有一个共同特点是将钢梁的抗拉性能与混凝土的抗压性能结合起来，充分发挥各自长处，使其优于传统钢筋混凝土楼盖。
1.2钢-砼组合楼盖的设计方法
目前，关于钢-砼组合楼盖的设计有3个相关规程或规范，第一个是早期的《钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程》（YB 9238-1992），第二个是《组合楼板设计与施工规范》（CECS 273：2010），第三个是《组合结构设计规范》（JGJ 138-2016）。这三个规范设计原则是一致的，钢-砼组合楼盖应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计，较新的规范考虑到了舒适度，要求对稳定性及风荷载组合下的舒适度进行验算。组合结构可按分项系数表达式进行计算，其整体工作需要保证足够的受弯承载能力，这主要是通过组合梁上的受剪连接件实现的，所以需对剪力连接件的受剪承载力进行计算。通常，组合楼盖先按弹性方法进行设计，若设计结果满足规范要求，可以考虑采用塑性法（例如塑性内力重分布法）进行分析，以便减少内力和材料用量。对于压型钢板来说，在施工阶段要作为浇筑混凝土的底模板，而在使用阶段发挥类似受拉钢筋的作用，但是否考虑这个作用，应根据压型钢板是否作为受拉组合板来分析。顺肋为强向，纵向按组合板计算，横向按混凝土板计算；横肋为弱向，应按混凝土板设计，无需考虑弱边的正负弯矩。
2钢-砼组合楼盖设计应用
2.1案例背景
某公共建筑为钢筋混凝土框架结构，楼盖尺寸为36m×30m，楼面恒载为5.7kN/m2，活载为3.5kN/m2。基本风压取0.4kN/m2。抗震设防烈度取6度，抗震等级为三级。
2.2设计方案
提出预应力钢筋混凝土梁-混凝土板楼盖、箱形钢梁-混凝土板楼盖、钢骨混凝土梁-混凝土板楼盖、钢桁架-混凝土板楼盖、井字型钢梁-混凝土板楼盖5个方案。由于对净高有一定限制，上述5个方案梁高分别为3m、2.5m、2.2m、4.0m和1.85m，最终选择井字型钢梁-混凝土板楼盖方案。主梁跨度30m，采用箱形截面，钢梁高度为1280mm，钢筋混凝土楼板厚120mm，合计1400mm；箱形截面宽1060mm；钢梁腹板厚16mm，底板厚34mm。边梁跨度36m，采用箱形截面，钢梁高度为1730mm，钢筋混凝土楼板厚120mm，合计1850mm；箱形截面宽、腹板厚、底板厚同主梁。次梁采用工字型截面，其中次梁A钢梁高930mm，钢筋混凝土楼板厚120mm，合计1050mm；次梁B钢梁高830mm，钢筋混凝土楼板厚120mm，合计950mm；钢梁截面宽350mm，钢梁腹板厚16mm，底板厚20mm。主梁与钢筋混凝土柱采用刚性连接；钢梁顶部设2列栓钉，主梁、边梁栓钉列距200mm，次梁栓钉列距150mm，栓钉纵向间距均为150mm。混凝土楼板设计强度C30，钢梁、栓钉材质为Q345B，楼板及组合梁配筋中固结梁端部的负弯矩钢筋材质采用HRB335，其他钢筋材质采用HPB235。选用设计工具，采用PKPM进行结构内力计算，采用SAP2000进行三维建模分析，采用ANSYS 分析舒适度。
2.3分析结果
经PKPM计算，主梁跨中最大弯矩为1.11×105kN·m，边梁跨中最大弯矩为2.13×105kN·m。SAP2000建模时，不考虑构件（钢梁与楼板）之间的滑移，即认为这些构件完全耦合，得到的结果是组合楼盖挠度（节点位移）达到135mm，规范规定超过最大跨度的1/400时应采取反拱措施，本案例36000mm/400=90mm，所以应采取反拱措施。
2.4构造设计
由于本案例采用混凝土框架结构与钢-混凝土组合楼盖，使梁柱节点构造复杂，为此采用了柱贯通式节点构造，即在钢筋混凝土柱的横隔板上开孔，穿入纵向钢筋，同时在节点处套上钢筒，这种结构形式类似钢管混凝土柱。其他节点也采取相应的方法进行处理。为了保证主梁与柱节点刚接效果，采取栓焊结合方式，而次梁与节点采用螺栓连接方式（铰接方式）。螺栓采用强度10.9级的高强螺栓，抗滑移系数达0.4以上。
2.5施工措施
因为钢梁刚度不足以控制施工荷载产生的全部变形，为此需在施工时设置临时刚性支撑，当现浇楼板强度达到设计强度的70%以上才能撤去临时支撑，同时为了保证临时支撑的刚度，采取了预压措施。支座处的框架梁承受负弯矩，为避免混凝土开裂，这部分应设置为后浇带。
2.6舒适度分析
与钢筋混凝土楼盖相比，钢-混凝土组合楼盖振动偏大，而且跨度大的楼盖自振频率一般较低，人的活动会带来振动，从而影响舒适性，为此应进行舒适度分析。ANSYS建模时，采用Shell 181单元模拟钢-混凝土组合楼盖，采用Shell 45单元模拟柱。计算自振频率大约在3Hz，再计算人走动时组合楼盖竖向振动加速度（
.png)
），在特定环境条件下均小于美国应用技术委员会推荐的
.png)
限值，说明舒适度满足要求。
2.7技术经济分析
与预应力钢筋混凝土梁-混凝土板楼盖、钢骨混凝土梁-混凝土板楼盖、实腹钢梁-混凝土板楼盖比较，钢-混凝土组合楼盖自重最轻，用钢量较少，经济效果较好。
3结语
随着钢-砼组合楼盖在各类建筑中广泛应用，其形式愈加多样化，从早期的型钢-混凝土组合楼盖发展到薄壁扁钢梁组合楼盖、钢-砼组合空心楼盖等形式，其应用前景愈加广阔，未来钢-砼组合楼盖将展示更加优异的性能。
参考文献：
[1]郑鸿，薛海新，费元民.杭州东站西子国际项目大跨度楼面结构设计[J].浙江建筑，2018，35（9）：16-19，23.
[2]杜德润，吴景福，蒋济同.不同类型钢-混凝土组合楼盖面内作用对比分析[J].钢结构，2016，31（12）：79-81，63.
[3]芦强.冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖的耐火性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2018：3-5.
[4]王琛.钢-混凝土组合空心楼盖的理论分析[D].济南：山东建筑大学，2018：7-12.