组合梁设计有关常见问题解析

吴海楠

中国建筑科学研究院有限公司北京构力科技有限公司 北京 100013

[摘要] 钢梁和混凝土翼缘板组合梁理论因其相较一般钢梁的弹性计算理论有良好的经济效益而被广泛应用。《钢结构设计标准》GB50017-2017中修改了组合梁的尺寸确定、增加了组合梁纵向抗剪验算的内容，组合梁的设计在SATWE和STS程序中通过组合梁工具箱完成，本文针对设计师在组合设计时，提出的常见问题进行详细的解答。

[关键词] 组合梁；挠度；纵向抗剪；抗剪连接件；横向钢筋

0 前言

这里的组合梁指的是将钢梁和混凝土翼缘板通过抗剪连接件连成整体的钢-混凝土简支或者连续组合梁，组合梁的设计主要参考钢标14章钢与混凝土组合梁中的要求。

1 相关问题

1. 组合梁和组合楼板是什么关系？

答：组合组合梁混凝土翼板可用现浇混凝土板或混凝土叠合板,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,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形成整体。组合梁就是钢梁和上部楼板的组合体进行一体化设计。组合楼板一般指压型钢板不仅作为混凝土楼板的永久性模板，而且作为楼板的下部受力钢筋参与楼板的受力计算，与混凝土一起共同工作形成组合楼板。所以组合楼板只是描述带有压型钢板本身的设计原则，和组合梁没有直接关系，组合梁上可以布置组合楼板，也可以布置现浇楼板或叠合楼板。

2. 组合梁在整体模型中如何定义？

答：组合梁需要在特殊梁的组合梁自动生成全楼的钢梁或次梁（用梁建模）的组合梁，然后在交互修改里删除不需要定义的组合梁属性。

图1 组合梁定义

3. 组合梁在整体模型中是按照完全抗剪还是部分抗剪计算的？

答：SATWE程序按照完全抗剪连接计算组合梁。

4. 简支组合梁计算结果中为什么第一个强度应力比始终为零？

图2 组合梁应力比为0情况

答：组合梁的应力比输出的内容和普通钢梁是不同的，组合梁输出的应力比从左到右依次是：组合梁负弯矩区段的强度应力比-组合梁正弯矩区段的强度应力比-组合梁剪应力比，简支梁没有负弯矩区段，所以第一个负弯矩区段应力比为0.

5. 组合梁计算中的负弯矩区段的受弯承载力如何计算？

答：程序按照钢标14.2.1-5计算负弯矩区段的受弯承载力，楼板配筋按照最小配筋率考虑。

图3 组合梁负弯矩区段的计算要求

6. 组合梁抗剪连接件的设计和验算在哪里考虑？

答：目前组合梁的抗剪连接件的设计和纵向抗剪验算需要到下图中的组合梁工具箱里完成

图4 组合梁工具箱抗剪连接件验算

7. 组合梁的挠度在哪里考虑？

答：SATWE分析计算结果中的梁弹性挠度输出，对于组合梁为短期刚度下的弹性挠度，没有考虑钢与混凝土剪切面滑移的影响，也没有考虑混凝土长期效应徐变下的挠度计算，可以做近似参考，如果需要考虑钢与混凝土剪切面滑移的影响，考虑混凝土长期效应徐变下的挠度，就需要到组合梁工具箱里查看挠度，如下图所示：

图5 组合梁工具箱挠度验算

8. 当组合梁纵向抗剪验算不满足时，应该调整哪些变量使验算满足要求？

答：如下图所示，使用工具箱时组合梁抗剪承载力会超限

图6 组合梁工具箱纵向抗剪验算

纵向抗剪验算的抗剪承载力根据钢标14.6.3计算得到，从公式中可以看出，对于组合梁受剪承载力影响较大的参数是受剪界面的横向长度b_f和单位长度上横向钢筋的截面面积A_e。

图7 组合梁纵向抗剪规范条文

和b_f相关的是组合梁抗剪连接件的横向间距、连接件的长度和连接件的列数，如果不满足规范要求时，可以适当调整连接件的尺寸信息。

图8 组合梁工具箱连接件尺寸的修改

A_e是的横向钢筋的截面面积，可以通过调整横向钢筋的配筋来提高抗剪承载力。

图9 组合梁工具箱横向钢筋的修改

参 考 文 献

[1] GB50017-2017 钢结构设计标准[S]. 北京，中国建筑工业出版社，2018.

[2] 聂建国,王洪全.钢-混凝土组合梁纵向抗剪的试验研究[J].建筑结构学报,1997,18(2):13-19

[3] PKPM 软件说明书-STS钢结构CAD软件技术条件（v6）