大跨度钢-砼组合梁屋盖结构设计浅析

大跨度钢-砼组合梁屋盖结构设计浅析

曾李生

广东省轻纺建筑设计院有限公司广东广州510080

摘要：通过工程实例对大跨度钢-砼组合梁屋盖结构的设计过程进行介绍，对设计关键部分进行多角度分析比较，并提出设计过程需特别关注之处，从而提供局部大开间的工程一种设计思路。

关键词：大跨度屋盖；钢-砼；组合梁；钢筋桁架模板

1前言

在许多商业或公共建筑中，随功能和外观的不同要求，对层高、跨度会有诸多限制。因为建筑布局和使用功能导致在同一栋建筑物中出现了大跨度、层高突变的情况，会给结构设计带了不少的麻烦。这类型建筑结构因为同一平面相邻跨出现大跨度而不得不使用较高截面的梁柱；因为相邻楼层的层高突变，而不得不进行竖向构件的数量或截面调整来避免出现刚度突变，从而导致薄弱层的出现。下面我们提供一种解决思路，供设计人员参考。

海口市某大型主题酒店首层为酒店前厅、宴会大厅。其中宴会大厅46.7m×32.4m内不设立柱，而宴会大厅顶板上表面为景观休闲平台，上面设置按摩池，种植园林景观（覆土层厚度1.2m），宴会大厅顶板下表面为宴会大厅内部装饰，设置豪华吊顶，吊挂宴会厅灵活分隔墙、风管、喷淋等

2大跨度屋盖结构的结构选型

由于该结构相邻跨度比值介于4~5倍之间，如果大跨度的结构梁端采用刚接，对减少本跨梁的受力和变形是有帮助的，但必然导致相邻小跨度的梁影响巨大，从而使相邻跨结构梁柱截面增加较大；如果大跨度的结构梁端采用铰接，这样对相邻跨影响较小，但本跨梁的受力和变形必然较大。为了评估上述两种思路的优缺点，针对本项目我们选取了三种结构方案进行比较，方案一为梁端铰接的钢-砼组合梁-板屋盖结构，方案二为梁端铰接的钢桁架梁-板屋盖结构，方案三为梁端刚接的预应力混凝土梁-板屋盖结构。通过综合分析显示方案一比较节省、施工难度低、且速度快。

3钢-砼组合梁屋盖的结构设计

3.1组合梁设计

钢-砼组合梁是指钢梁与混凝土翼缘板通过抗剪连接件组合成整体共同受力的T型截面的横向承重构件。钢-砼组合梁的设计主要包括三方面内容：钢梁、钢筋混凝土翼缘板以及将二者组合成整体的抗剪连接件。钢梁的设计与普通钢结构梁的设计类似；翼缘板通常由支承于钢梁上的钢筋混凝土板构成，板主筋的方向与钢梁轴线方向垂直。沿梁的方向，混凝土翼缘板与钢梁形成的T型组合截面受弯。如果组合梁按简支梁来设计，混凝土翼缘板沿梁方向主要受压，在垂直于梁的方向，混凝土翼缘板的受力模式则与连续板相似。

由于考虑受压翼缘的混凝土板对组合梁的贡献，混凝土翼缘板的有效宽度取值对钢-砼组合梁起关键作用。影响组合梁混凝土翼板有效宽度的因素很多,如梁跨度与翼板宽度比、荷载形式及作用位置、混凝土翼板厚度、抗剪连接程度以及混凝土翼板和钢梁的相对刚度等。一般认为,其中前三点是影响混凝土翼板有效宽度的主要因素。

我国规范[1]对混凝土翼缘板有效宽度的规定见11.1.2条规定。前文所述工程，组合梁跨度32.4m，梁间间距2.80m和2.85m（取最不利位置的钢梁来进行计算）。根据规范对有效翼缘的规定，可得到本工程有效翼缘宽度2610mm。本工程所用楼板混凝土标号C30，厚度180mm，钢梁截面H1600x450x30x50，材质Q345B，采用中国建筑科学研究院的PKPM-STS辅助设计软件系统计算，结果如下表3-1。

3.2抗剪连接件设计

抗剪连接件是在钢梁与混凝土翼板接触面处焊接的关键部件。除了传递钢梁与混凝土翼缘板之间的纵向剪力外,抗剪连接件还起到防止混凝土翼板与钢梁之间竖向分离的作用。栓钉(stud,或称为圆柱头焊钉)是目前最常用的抗剪连接件。经计算并配合压型钢板的模数，栓钉间距188mm设置2个。

表3-1钢-砼组合梁计算结果

注：根据计算，该钢-砼组合梁截面比钢梁单独受力时，承载力提高了3.6倍，线刚度提高了34.2倍。

3.3楼板设计

本文所讨论的工程因为层高较高，梁为H型钢梁，为了避免高支模施工和更好连接，因此楼板会考虑采用组合楼板的方式。

压型钢板-混凝土组合楼板施工省去了模板工程,施工速度快,与钢结构建筑施工周期相适应,但存在楼板平面内双向刚度不等、板底不平整、只能单向受力、钢板利用率不高等缺陷[2]。如采用钢筋桁架楼承板与混凝土组成的钢筋桁架混凝土现浇板不但解决了压型钢板混凝土组合楼板的缺陷,而且提高了楼板施工质量和使用性能,施工速度更快,是一种较为理想的节材、环保楼板体系。

本文工程选用三连跨布置楼承板，即2.85m+2.85m+2.80m。现浇混凝土标号为C30，楼板厚度180mm。根据文献[3]选用钢筋桁架楼承板型号为HB6-150x6-JG/T368-2012。

4结论

综合上文所述，大跨度混凝土屋盖结构采用钢-砼组合梁方案有如下结论；

（1）结构整体性能能满足规范要求，与普通现浇混凝土屋盖相似，但自重比普通现浇混凝土屋盖轻，避免高支模，降低施工难度，施工速度快，造价低等优点。

（2）采用钢-砼组合梁屋盖，梁端采用铰接，对周边支承构件要求低，支承构件尺寸不大，节点容易满足。

（3）采用钢-砼组合梁屋盖，考虑混凝土楼板作为受压翼缘，对钢梁刚度贡献较大，后期实测变形小于理论值。能获取较大的楼层净空。

（4）采用钢筋桁架楼承板作为组合楼板的楼承板具有较多优势，如梁间距可以比压型钢板大，且减少现场钢筋绑扎等。

参考文献

[1]GB50017-2003，钢结构结构设计规范[S]，北京；中国建筑工业出版社，2003.

[2]李文斌，杨强跃，钱磊．钢筋桁架楼承板在钢结构建筑中的应用［J］．施工技术，2006，12(35).105-107.

[3]JG/T368-2012，钢筋桁架楼承板[S]，北京；中国标准出版社，2012.