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论型钢混凝土楼板组合结构设计

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摘要：通过以上型钢—混凝土组合梁受力特点的分析，以及屋面型钢—混凝

土楼板组合结构的设计实践和相关的检测数据，对此结构体系有了一个初步的了

解，和详细的阐述和分析，以参考。

键词：大跨度：屋面钢—混凝土楼板组合：结构设计

l工程概况

某大厦位于城市中心，为一栋地下2层，地上22层的高档写字楼，其中1～

2层为裙房，做为商业及会所用途。根据建筑使用功能的要求，裙楼屋面设置了

一个标准室内游泳池，其要求具有3lm跨度的人中间，因此，游泳池平屋面采用

何种结构型式，是此部分结构设计的重点。设计人员考虑并对比分析了普钢结构、

预应力混凝土梁结构、型钢混凝土梁结构及钢—混凝上楼板组合结构等几种屋面

结构体系，最终，根据建设单位要求，游泳池屋面采用了钢—混凝土楼板组合结

构。

2屋面钢—混凝土楼板组合结构的设计

大跨度钢梁的受力分析，组合梁-与支撑柱的连接形式及钢梁的制作、吊装

和拼接节点的设计等内容是此部分结构设计的重点及难点，具体阐述如—下：

2．131m跨度钢梁的受力分析

组合梁的受力可分为以下三个阶段：

(1)施工阶段一(设置临时支撑时)。

考虑到钢梁的跨度较大，且施工过程中上面的钢筋混凝土板的作用尚未能发

挥，因此施工时在钢梁下约1／3梁跨处分别设置两个可靠的刚性临时支撑，待

屋面现浇混凝土楼板达到100％设计强度后再拆除。此阶段内钢梁受力可按两端

简支三跨连续梁考虑，此时荷载考虑钢梁自重、模板重和现浇混凝土板重量，称

为第一受力阶段的恒载，连同本阶段的施工活荷载，全部由纯钢梁截面承受，并

计算其内力、挠度及稳定性。因本工程刚性临时支撑的设计轴力达到1050kN，

为避免额外的增加下层楼面梁的荷载，将临时支撑设置在下层柱顶上，从而降低

了工程的造价。此时，钢梁在屋面荷载作用下出现初始变形。

(2)施工阶段二(临时支撑撤掉时)。

当屋面现浇混凝土楼板达到100％设计强度时，撤掉两个临时支撑，此时应

把原临时支撑的反力反向作为续加荷载作用在组合梁上，并计算其内力及变形。

此阶段内钢梁受力按单跨简支梁考虑，该集中力产生的内力由钢梁与混凝土板共

同作用的组合梁截面承受。此时，须分别验算钢梁的应力及混凝土板的应力，当

计算组合截面中钢梁的应力时，可将混凝朴二板的计算宽度除以钢与混凝土的弹

性模量比值αE换算成钢截面，当计算混凝上板的应力时，应将钢梁截面乘以αE

换算成混凝土二截而，计算组合梁的截面特征。

组合梁在施工阶段(混凝土凝固之前)，应验算其整体稳定性。为提高钢梁的

稳定承载能力，其端部支承处应采取相应的措施，以防止其端部截面的扭转。当

钢梁工字型截面受压翼缘的自由长度和宽度的比值不超过规范要求的数值时，可

不计算组合梁的整体稳定性，因此，在施工过程中采用加设侧向支承的方式，来

保证钢梁的整体稳定，安装就位的次梁也可起到相同的作用。

(3)使用阶段。

楼板(包括主梁支座后浇区)混凝土达到强度设计值以后为正常使用状态阶

段。此时，荷载考虑饰面层、找平层、防水层和吊顶等，称为第二受力阶段的恒

载。使用阶段的可变荷载称为第二受力阶段的可变荷载。使用阶段的组合梁按第

一受力阶段的恒载及第二受力阶段的恒载和可变荷载进行截面计算。由于混凝土

徐变的影响，组合梁在永久荷载的作用下，一部分的荷载转移给钢梁承受，即混

凝土板的应力有所降低，钢梁的应力有所提高。当考虑永久荷载的长期影响，设

计中近似的方法是将考虑长期荷载效应的弹性模量比值改为2αE，再进行钢与混

凝土截面的换算。

使用阶段的组合梁须进行挠度验算。组合梁的挠度，应按荷载的短期效应组

合，并考虑永久荷载的长期作用的影响，满足钢结构规范((GB50017-2003》的相

关规定。本工程组合梁跨度较大，为改善外观和符合使用条件要求，根据钢结构

规范第3．5．3规定，对钢梁进行预先起拱，一般起拱度为恒载标准值加1／2

活载标准值所产生的挠度值，但考虑到本工程组合梁以恒载作用为主，为保证结

构安全，计算起拱值取1／500L即62mm，计算求得实际产生的跨中挠度

111．12-62=49．12mm，可满足规范规定的挠度容许值。

简支组合梁在使用阶段(混凝土凝固之后)，由于混凝土板能阻止组合梁的钢

梁受压翼缘的侧向位移，故不需计