什么是钢和混凝土组合结构?

[拼音]：gang he hunningtu zuhe jiegou

[外文]：steel and concrete composite structure

钢部件和混凝土或钢筋混凝土部件组合成为整体而共同工作的一种结构，兼具钢结构和钢筋混凝土结构的一些特性。可用于多层和高层建筑中的楼面梁、桁架、板、柱，屋盖结构中的屋面板、梁、桁架，厂房中的柱及工作平台梁、板以及桥梁，在中国还用于厂房中的吊车梁。钢和混凝土组合结构有组合梁、组合板、组合桁架和组合柱四大类。

由钢梁、连接件和钢筋混凝土板组成，常用形式见图1。组合梁的上翼缘有截面面积较大的钢筋混凝土板承受压力，致使钢梁上翼缘截面减小，从而节约钢材，钢梁下翼缘则承受拉力，这是组合梁的受力特点。组合梁的钢梁，可用热轧成型的工字钢(图1a)；或在工字形的下翼缘焊一块钢板，不设上翼缘板而将连接件焊在钢梁腹板两侧（图1b）荷载较大时，则采用焊接上下不对称工字形截面（图1c）或箱形截面（图1d）；为了节约钢材，便于穿越管道，有时也采用蜂窝梁（见钢梁）。

组合梁目前大多采用d性设计，其工作方式随施工方法的不同而不同。最简单的情况是钢梁先安放在支座上，作为以后灌筑钢筋混凝土板的承重结构。当混凝土未达到设计强度之前，钢梁承受它本身自重、施工活荷载、模板重量以及在其上灌筑钢筋混凝土板的自重。当混凝土达到设计强度后，新增的恒载（如找平层）以及作用于楼面的活荷载（见荷载），全部由组合梁承受。

连接件也称剪力件，它保证钢梁与钢筋混凝土板成为整体而共同工作。连接件的形式较多，基本上分成用钢筋制作的柔性连接件(图1a)，和用带加劲肋的角钢制作的刚性连接件(图1c)。带头栓钉作连接件施工速度快、质量好，使用较为普遍;此外，也有用摩擦型高强螺栓传递预制钢筋混凝土板与钢梁之间的剪力；这两种连接件，一般也属于柔性连接件。

组合梁已有约60年的历史，在50年代获得广泛的应用。中国自50年代开始研究，首先用在铁路桥梁上，此后在房屋建筑上也逐渐采用。

在压型钢板上先焊接连接件，后灌筑钢筋混凝土板而形成组合板结构。连接件采用带头栓钉或钢筋。

在混凝土未达到设计强度之前，施工活荷载、钢筋混凝土板及压型钢板自重，由压型钢板单独承受。当混凝土达到设计强度后，组合板上的找平层、活荷载等荷载，全部由组合板承受。组合板除需验算强度及挠度外，还需验算颤动。

压型钢板在组合板结构中起着双重作用，在施工阶段作为模板；在使用阶段作为抗拉主钢筋抵抗作用于组合板底面的正弯矩，还可利用压型钢板的波纹间的槽，供铺设电力、通信与通风管道之用。组合板自50年代初开始采用，70年代已获得广泛的应用。

在钢桁架上弦焊接钢筋或带头栓钉的柔性连接件，然后灌筑钢筋混凝土板而形成组合桁架（图2）。桁架上弦用钢板或T形钢，上浇钢筋混凝土板，下弦用槽钢或T形钢，腹杆用圆钢。采用组合桁架可使管道穿越结构层比较方便。50年代以来在屋盖结构中，采用另一种结构体系的组合桁架，上弦杆用钢筋混凝土构件，受拉腹杆及下弦杆用钢构件，受压腹杆用钢筋混凝土或钢构件。在节点处将钢构件和钢筋混凝土构件组装成组合桁架。此种组合桁架跨度为12～24米。

在薄壁钢管内灌注混凝土而成，也称钢管混凝土柱。截面形式有圆形和方形。其工作特点是：

（1）核芯混凝土可以防止管壁丧失局部稳定性，防止钢管内表面锈蚀；

（2）钢管可以阻止核芯混凝土在纵向压力作用下的侧向膨胀和酥松剥落，使其处于三向受压状态，从而提高其抗压强度和抗变形能力。从后一特点看，圆管比方管更有效。此外，圆管对气流阻力小，不易积灰尘；圆管表面积最小，油漆和维修费用低。

钢管本身，既是模板，又是钢筋（兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用），也是劲性承重骨架，施工时，可省去模板、钢筋和临时支撑的工序和材料。因此，钢管混凝土柱是一种高强度、轻质、性能优越、施工简便的组合结构材料，代替型钢和钢筋混凝土的受压杆件，可使传统的杆件结构体系的优点进一步发挥，尤其是在高层、大跨、重载和抗震的建筑中，更能较好地满足设计和施工的一系列要求。

在土木建筑工程中应用钢管混凝土柱已有80多年的历史。早在20世纪初，美国就在一些单层和多层房屋建筑中采用钢管混凝土柱。30年代末，在苏联曾应用于跨度逾100米的桥梁。60年代以来，钢管混凝土柱在许多国家都有应用。中国自1959年开始研究钢管混凝土柱的性能和应用，60年代首先用于北京地下铁道车站，以后又相继在厂房框架（见彩图）、高炉和锅炉构架和其他工程结构中应用。

参考书目

R.P.Johnson，Composite Structures of Steel andConcrete，vol.1， Beams， Columns， frames and Applications in Buildinɡ，Crosby Lockwood Staples，London，1975.