标准规范下载简介

钢结构设计规范理解与应用（老版2004）.pdf

（3）为了保证栓钉连接件在混凝土翼板与钢梁之间发挥抗撤起作用，间时也为了使翼 板的底部钢筋能作为连接件根部附近混凝土的横向配筋，防止混凝土由于连接件的局部受 压作用雨开裂，连接件的下表面应商出混凝土底部横向钢筋30mm。附加的横向钢筋的间 距不应大于4e和600mme （4）为了防止在混凝士翼板与钢梁接触面间产生过大的裂缝，影响组合梁的整体工作 生能和耐久性，连接件沿梁跨度方向的最大间距不应大于混凝土翼板（包括板托）厚度的 4倍，月不大于400mm 以上四条要求中，后：条同样适用于无板托的情况，此时所指横向钢筋为混凝：板 的下部钢筋

第二节组合梁的截面设计

一、抗弯强度的弹性设计法

组合梁的截面高度一般为跨度的1/15~1/16，为使钢梁的抗剪强度与组合梁的抗弯强 度相协调，钢梁截面高度不宜小于组合梁截面总高度h的1/2.5。 组合梁的截面计算有弹性分析法和塑性分析法两种。在20抵纪50年代及以前，组合 梁的抗弯强度主要按弹性理论计算。假定钢梁和混凝士均为弹性体，变形后截面保持平 面，混凝正不能受拉，不考虑板托截面。计算时风力发电工程质量监督检查大纲（国能安全[2016]102号 国家能源局 发布）.pdf，将受压区混凝土截面除以n，换算成 钢截面：对荷载的短期效应组合，n=α=E/E。（E为钢材弹性模量，E.为混凝十弹性 模量）；对荷载的长期效应组合，考虑混凝土徐变的影响，则可取几。=2αE。αe值可按表 11.2采用。

弹性设计法虽是古老计算方法，但至今仍在直接承受动态荷载的组合梁中使用，一般 分为两个阶段计算弯曲强度。 第一阶段为浇灌混凝土板时，此时混凝土和钢梁自重以及施工活荷载由钢梁承受，应 按一般钢梁进行计算（图11.11a）：

式中M，一第一阶段荷载作用下的计算弯矩： W，一钢梁应力最大边缘（2点）的截面模量。 第阶段为混凝上终凝形成组合梁后，承受全部的使用荷载、 混凝土板上边缘：

组合整弹性理论计算简图

式中M，一一全部使用活荷载产：生的计算弯矩； Wo——组合梁换算截面（图1t.115）对1点处的截面模量； 子混凝十抗压强度设计值 钢梁底部：

MI.M2 D+= K， Wn3 ≤J

2+002= 7, Wo2 NJ

W。一一换算截面对2点处的截面模量。 如果在浇混凝土时，钢下设置临时支承，则应不分阶段，按承受全部荷载计算。 混凝土板上边缘：

01 M,+M aWol KJ. M+ M: Wn3 ≤J

钢染腹板的局部稳定以及浇灌混凝七阶段的整体稳定，应按第4章的有关规定进行计 算 弹性设计法假定钢和混凝土都是理想弹塑性体，因而截面始终保持平面，不能全面反 映组合梁的实际工作。试验研究发现，弹性理论对弯曲刚度和截面开始屈服前的曲率能给 出较准确的预测，但由于收缩，徐变和溢度作用等的影啊，截面开始屈服时的弯矩M，却 过高地估计了13%左右。组合梁开始届服后的承载潜力较大，最后破坏的极限弯矩M，比 、大得多，若以极限齊短为准，就显得弹性设计太保守。所以从0年代开始，各国刘承 受静态荷载和间接承受动态荷载的·般结构，均逐渐转为按简单塑性理论进行计算

二、抗弯强度的塑性设计法

组合梁可按简单塑性理论即形成塑性铰时的抗弯承载能力进行设计，其基本假定为： ）组合梁截面变形符合平面假定，即截面受弯后仍保持平面；2）钢梁与混凝十翼板之间 的相互连接是可靠的、虽然有微小的相对位移，但可忽咯不计；3）钢材与混避十均为理 想的弹塑性体，位于塑性中利轴一侧的受拉混凝土因为开裂而不参加工作，而混凝上受压 区假定为均勾受压，并达到抗承强度设计值，：因为板托对组合梁的强度、变形利裂缝觉 度的影响均很小，故计算时可不考虑其作用；4）根据塑性中和轴的位置，钢梁可能全部

2，完全抗剪连接组合染的截面计算

完全抗剪连接组合梁是指混避主算板与钢梁之间具有可靠的连接，抗剪连接件按计算 需要配置，以充分发挥组合梁截面的抗弯能力。完全抗剪连接组合梁的抗弯强度按下列方 法进行计算： （1）正弯矩作用区段 在止弯矩作用下，组合梁的塑性中和轴可能位于钢筋混凝土翼板内，也可能位于钢梁 截面内，计算时应分别两种情况考虑。 1）塑性中和轴在混凝土翼板内（图11.12），即Af≤b。h。1f。时：

图11.12塑性中和轴在混凝土翼板内时的组合粱 截面及成力图形

x = Afl(b.f.)

式中M—正弯矩设计值； A钢梁的截面面积；

——混凝土抗强度设计值

(11.11) (11.12)

(11.13) (11.14)

M≤M.+AJ(Y+y4/2) M. = (S, + S.)f

贝旭发用 S，，S,一钢梁塑性中和轴（平分钢梁截面积的轴线）以上和以下截面对该轴的面积 矩； A一 负弯矩区混凝上翼板有效宽度范闺内的纵向钢筋截面面积； f一钢筋抗拉强度设计值； 腹板内时，取y=4.f/（2tf），当该中和轴在钢梁缘内时，可取：等 于钢梁塑性中和轴至腹板边缘的距离 在负弯矩作用下，组合梁的混凝翼板还应进行最大裂缝宽度计算、因为连接组合梁 免查钙区退凝上翼板的工作状太很接折正钢筛混凝 故晟大刻缝宽底的让

在负弯短作用下，组合梁的混凝1翼板还应进行最大裂缝宽度计算、因为连接 负弯矩区混凝1.翼板的I作状态很接近于钢筋混凝七轴心受拉构件，故最大裂缝宽 算可参照混避土结构设计规范进行、在验算混凝土裂缝时，可仅按荷载的标准组

图11.14负公短作用时组合婴裁面和计简图

算，因为在荷载标准组合下计算裂缝的公式中已考虑了荷载长期作用的影响。 板托对组合梁的强度、变形和裂缝宽度的影响狠小，计算时可不考虑其作用。 3，部分抗剪连接组合梁的截面计算 当抗剪连接件的设置受构造等原因影响，不能按照完全抗剪连接所需要的抗剪连接件 数量全部配置，因而不足以承受组合梁上最大弯矩点和邻近零弯矩点之间的剪跨区段内总 的纵向水平剪力时，可采用部分抗剪连接设计法，如压型钢板混凝土组合梁等，此时应按 照部分抗剪连接计算其抗弯承载力。国内外研究成果表明，在承载力和变形都能满足要求 时，采用部分抗剪连接组合梁是可行的。由于梁的跨度愈大对连接件柔性性能要求愈高 所以用这种方法设计的组合梁其跨度不宜超过20ml。 对于单跨简支梁，部分抗剪连接组合梁的计算是采用简化塑性理论按下列假定确定的： （1）在所计算截面左右两个剪跨内，取连接件抗剪设计承载力设计值之和n,N中的 较小值，作为混凝土翼板中的剪力； （2）钢梁与混凝土翼板间产生相对滑移，以致在截面的应变图中混凝土翼板与钢梁有 各自的中和轴。 部分抗剪连接组合梁的抗弯承载力计算公式，可考虑最大弯矩面到零弯矩截面之间 混凝土翼板的平衡条件。混凝土翼板等效矩形应力块合力的大小，取决于最大弯矩截面到 零弯矩截面之间抗剪连接件能够提供的总剪力。因此，部分抗剪连接组合梁在正弯矩作用 下的抗弯强度按下列公式计算（图11.15）

图11.15部分抗剪连接组合梁计算简图

(11.15) (11.16)

武中九，为腹板受压区的高度。

三、组合染的抗剪强度计

三、组合染的抗剪强度计

世界各国规范都认为在极限状态时，剪应力仅由钢梁腹板承担并沿腹板均匀分布，即 抗剪强度按下式计算：

四、组合梁的绕度计算

组合梁的挠度计算与钢筋混凝土梁类似，可按结构力学公式进行，计算时应分别考虑在荷 裁标准组合及荷载准永久组合下的截面折减刚度，并以其中的较小值作为挠度计算的依据 由于组合梁在荷载的标谁组合作用下产生的截面弯矩小于组合梁在弹性阶段的极限弯矩 即组合梁在正常使用阶段仍处于弹性工作状态、因此组合梁的变形计算可按弹性理论进行。 仅受正弯矩作用的组合梁，过去均采用第二节中一段的弹性设计法，即假定钢和混凝 土都是理想的弹塑性体，将受压区混凝土翼板的有效宽度6。折算为与钢材等效的换算宽 度b，构成单质的换算截面（图11.11）。为使混凝土翼板的形心位置不变，可来用下式 进行换算

对荷载的准永久组合（考虑混凝土在荷载长期作用下的徐变影响） b.. = b./2 αs

产生（图11.16)。根据国内的一些 试验结果，由混凝土翼板与钢梁间 相对滑移引起的附加挠度约在9% 左右，而国外的研究也认为在10% ～15%以下。此附加挠度原规范认 为可以忽略不计，但近来国内外的 试验研究表明，采用栓钉等柔性连 接件：（特别是部分抗剪连接件时） 该滑移效应对挠度的影响不能忽 视，否则将偏于不安全。因此，在

图11.16组合梁截面的应变及附加曲率

计算组合梁的挠度时，还应对组合梁的换算裁面抗弯刚度EI。进行折减，以考虑滑移效阅 的影响 考虑滑移效应的折减刚度B、可以通过餐原理，以考虑计算挠度及附加挠度时组合 装的总挠度计算公式推出11.4，经简化后，可表达为：

式中为刚度折减系数，按下式计算

1式中的及仪与梁的几何参数和物理参数有关，可按下式计算：

36Ed.pAn n,khi n,ha j= 0.81 EloP AtA Ao 1。=1+l

戴面刚度时，不号虑混凝工翼板而只计入在翼板有效宽度b。范围内负弯短钢筋截面对截 面刚度的影响，在其余区段不应取组合梁的换算截面刚度面应取其折减刚度，按变截面梁 来计算其变形，计算值与试验结果吻合良好。

第三节组合梁连接件的设计

验，栓钉在混凝土中的抗剪工作类 似于弹性地基梁，栓钉受剪力时， 诠钉根部混凝土受局部承压作用， 根部混凝土区出现局部破碎而剪力 指向的前面出现劈裂。在普通混凝 土中，栓钉有弯曲现象（图 11.17a）；而在轻质混凝土中，栓杆 几乎直线向前倾斜（图11.176）。因 雨响圆柱头栓钉连接件抗剪承载

图11.17圆柱头焊钉（栓钉）的混凝七破坏情况

力的主要因素有：1）栓杆（包括钉头）的直径d（或栓钉的截面积A，）；2）混凝土的强 性模量E。；3）混凝土的强度等级。 如果栓钉埋深不足，可能使栓钉拔出（带出一块楔形混凝土），所以栓钉的承载力还 与长度有关。但当栓钉长度超过4d（d为栓杆直径）时，承载力增加极为有限，所以规 范规定，栓钉长度不应小于其杆径的4倍。 对圆柱头栓钉，有不少学者作过试验研究。如J.W.Fisher等人在总结前人试验结果 的基础上又进行了大量补充试验，于1971年提出可用于普通混凝土又可用于轻质混凝 的栓钉极限承载力为

E一一混凝生的弹性模量； A.一一圆柱头焊钉（栓钉）钉杆面面积： 一混凝土抗压强度设计值。 公式（11.31）发表以后，起了世界各国的注意。同时试验研究也表明，栓钉的抗 剪承载力并非随着混凝土强度的提高而无限地提高，存在一个与栓钉抗拉强度有关的上限 值。欧洲钢结构协会（ECCS）在制订1981年版的组合结格规范时，通过与欧洲的试验数

对比，也采用了类似Fisher的计算式。对于长度为4.2d的带头栓钉，提出偏下限的 承载力为

N = 0.46A,VE.fcer ≤ 0.7A,fu

式中1。为栓钉的抗拉强度，而0.7f。相当于栓钉的抗剪强度。 我国GBJ17一88规范，鉴于当时使用经验不足，偏于安全将上限值改为0.7A.f、，并 在公式（11.32）的基础上，除将混凝十的极限值于改为设计值f外，再附加抗力分项 系数0.85，得到圆柱头焊钉承载力设让值为：

A=0.43A,VE.f≤0.7AJ

式中为程钉材料抗拉强度最小值与庙服强度之比。按国家标准《圆柱头焊钉 CB/T10433，栓钉材料的性能等级为4.6级，即Y±f./f，=400/240=1.67。 以上对抗剪连接件承载力的计算公式，是根据正弯矩作用下的试验结果得到的，当栓 丁位于负弯矩区时，混凝土翼板处于受拉状态，栓钉周围的混凝土对其约束程度不如正弯 距区的栓钉受到周围混凝土约束程度高，故位于负弯矩区的栓钉抗剪承载力应予折减。规 范规定，对位于负弯矩区段的抗剪连接件，其抗剪承载力设计值N对中间支座应乘以折 减系数09.对暴臂部分应乘以折减系数08。

减系数0.9，对悬臂部分应乘以折减系数0.8。 2.槽钢连接件 槽钢连接件一般用于无板托或板托高度较小的情况，其工作 对其影响的因素亦相同，只是槽钢连接件根部的混凝土局部 承压区局限于槽钢上缘下表面范围内（图11.18）、槽钢主 要挚抗剪来承受水平剪力，槽钢的上翼缘可用来抵抗拉力。 月前世界各国普遍认为，其极限承载力为

槽钢连接件一般用于无板托或板托高度较小的情况，其工作性能与栓钉相似， 对其影响的因素亦相同，只是槽钢连接件根部的混凝土局部 减压区岛阳玉城钢上量线下主面蓝用中（图0）一雄期士

连接件一般用于无板托或板托高度较小的情况，其工作性能与栓钉相似，混凝士

对其影响的因素亦相同，只是槽钢连接件根部的混凝土局部 承压区局限于槽钢上缘下表面范围内（图11.18）、槽钢主 要挚抗剪来承受水平剪力，槽钢的上翼缘可用来抵抗撤拉力。 且前世界各国普遍认为，其极限承载力为

式坪 t槽钢翼缘的平均厚度； t"槽钢腹板的厚度； 1.槽钢垂直于钢梁的长度， 我国郑州工学院和固济大学的试验结果也颜为接近，为

图11.18槽钢连接件 的受力

现行钢结构设计规范以公式（11.35）为依据，除将混凝土极限强度f改为强度设计 值外，再附加考虑抗力分项系数0.85，得承载力设计值为

槽钢连接件通过肢尖肢背两条通长角焊缝与钢梁连接，角焊缝按承受该连接件的抗

承载力设计值N进行设计

弯起钢筋的抗剪作用主要是通过与混凝土锚固而获得的，当弯起钢筋的锚固长度在构 造上满足要求后，影响抗剪承载力的主要因素便是弯起钢筋的截而面积和弯起钢筋的强度 等级。弯起钢筋连接件利用筋受拉以承受水平剪力和掀拉力，通过粘结力将拉力传给混 凝土，弯筋的倾倒方向应顺向受力方向（图11.5）。各国规范对弯起钢筋的抗剪承载力取 直颇不一致，欧洲结构协会是根据弯筋受拉和受剪的复合应力届服条件，不考虑混凝 与钢梁间摩擦阻力影响，取极限值为

A.J Vcos α + 2sin'a

式中A。为弯起筋的截面积，α为其倾角。试验与分析表明，当弯起钢筋的弯起角度 为35°~55时，弯起角度的因素可以忽略不计。当弯起钢筋的倾角α为45°时，其抗剪承 载力设计值为：

Nt = 0.816Atf.

美国ACI规范则假定钢筋单向受拉，同时考虑混凝土与钢梁间摩擦阻力，取极限值 Ns, = Amf.(conα + 0.7sinα) (11.40

当弯起钢筋的倾角α为45°时

N = 1.202A,f

的公式较为简单，而且计算结果适中、为

根据我国哈尔滨建筑工程学院等单位的试验结果，认为采用公式（11.42）较为合适 具有相当的富裕度。因此，规范只将该式的f、改为弯筋的抗拉强度设计值f，不再： 附加抗力分项系数，得承载力设计值为： 114

当考虑抗剪连接件为弹性工作时，连接件的布置沿梁长度应按剪力的分布情况进行， 即剪力大处密些，剪力小处稀些。具体作法是将翼板与梁接触处单位长度的剪力V的分 布图形，分成按连接件抗剪承载力的相间面积等分，连接件布置于每一面积的形心处 (图11.19）。 但试验研究表明，栓钉等柔性抗剪连接件具有很好的剪力重分布能力，从极限状态的 观点考虑，连接件塑性变形后内力重分布，不论连接件如何布置都能同时达到其极限抗剪 能力。因此，在组合梁正截面抗弯强度采用塑性设计之前，人们已经将连接件按极限平衡 理论设计，这给设计和施工带来了极大的方便。 我国规范规定，连接件的布置，应以组合梁上弯矩绝对值最大点及零弯矩点为界限， 划分为若干个剪跨区（图11.20），逐段计算所需要的连接件数量，并在对应的剪跨区段 内均勾布置，

图1.19弹性工作时连接件的布望

施工电梯安装（拆除）施工组织设计编制要点【2）位F负弯矩区段的剪跨

当按照完全抗剪连接设计时，每个剪跨 区段内需要的连接件总数n，按下式计算：

式中V。为每个剪跨区段内钢梁与混凝土翼 板交界面的纵向剪力，分别按下列公式确定： （1）位于正弯矩区段的剪跨 V,=Af或V，=b。hf.（11.45) 两者取较小值，式中b。为混凝土翼板的 有效宽度，h，为翼板的厚度。

WST 591-2018标准下载图11.20组合梁剪跨区划分图

当在剪跨区段内有较大集中荷载作用时，应将公式（11.44）算得的连接件个数Ⅱ：接 剪力图面积比例分配后再各自均匀布置。 对于连续组合梁，当采用栓钉和槽钢抗剪件时，可将剪跨区m2和ms、m.和ms分 别合并为一个区，即可以将式（11.44）所计算的连接件个数分别在m，、（m2+m）、（m +ms）区段内均匀布置（图11.20），但应注意在各区段内混凝七翼板隔离体的平衡。 与按剪力不等距离有置相比，均匀布暨有下列优点： (1）施工方便。 （2）反映了连接件的实际工作状态。因连接件有较大的柔度，栓钉的最大移量可达 50mm左右；槽钢和弯筋虽差～些，也可达15mm左右。连接件塑性重分布的能力较大， 不均匀布置反而不能反映其实际工作状态。 （3）在支座附近，均匀布置的织向剪力流集度低于不均匀布置的，这可缓和连接件对 混凝土的局部承压作用，缓和冀板或板托在这一区域的配筋要求。 （4）在跨中剪力较小区段，均匀布置的剪力流集度大于不均匀布置的，这有利于跨中 最大弯矩截面抗弯承载力的充分发挥。

【11.1］冶金键筑．1982年，第7期（有关组合染的4篇文章）