鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)

　　鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)可用于多層和高層建筑中的樓面梁、桁架、板、柱，屋蓋結(jié)構(gòu)中的屋面板、梁、桁架，廠房中的柱及工作平臺(tái)梁、板以及橋梁，在中國(guó)還用于廠房中的吊車梁。在混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前，施工活荷載、鋼筋混凝土板及壓型鋼板自重，由壓型鋼板單獨(dú)承受。

　　鋼部件和混凝土或鋼筋混凝土部件組合成為整體而共同工作的一種結(jié)構(gòu)，兼具鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一些特性。可用于多層和高層建筑中的樓面梁、桁架、板、柱，屋蓋結(jié)構(gòu)中的屋面板、梁、桁架，廠房中的柱及工作平臺(tái)梁、板以及橋梁，在中國(guó)還用于廠房中的吊車梁。鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)有組合梁、組合板、組合桁架和組合柱四大類。

　　組合梁 　由鋼梁、連接件和鋼筋混凝土板組成，常用形式見(jiàn)圖1。組合梁的上翼緣有截面面積較大的鋼筋混凝土板承受壓力，致使鋼梁上翼緣截面減小,從而節(jié)約鋼材,鋼梁下翼緣則承受拉力，這是組合梁的受力特點(diǎn)。組合梁的鋼梁，可用熱軋成型的工字鋼(圖1a);或在工字形的下翼緣焊一塊鋼板，不設(shè)上翼緣板而將連接件焊在鋼梁腹板兩側(cè)(圖1b)荷載較大時(shí)，則采用焊接上下不對(duì)稱工字形截面(圖1c)或箱形截面(圖1d);為了節(jié)約鋼材，便于穿越管道，有時(shí)也采用蜂窩梁(見(jiàn)鋼梁)。

　　組合梁目前大多采用彈性設(shè)計(jì)，其工作方式隨施工方法的不同而不同。最簡(jiǎn)單的情況是鋼梁先安放在支座上，作為以后灌筑鋼筋混凝土板的承重結(jié)構(gòu)。當(dāng)混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前，鋼梁承受它本身自重、施工活荷載、模板重量以及在其上灌筑鋼筋混凝土板的自重。當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，新增的恒載(如找平層)以及作用于樓面的活荷載(見(jiàn)荷載)，全部由組合梁承受。

　　連接件也稱剪力件，它保證鋼梁與鋼筋混凝土板成為整體而共同工作。連接件的形式較多，基本上分成用鋼筋制作的柔性連接件(圖1a)，和用帶加勁肋的角鋼制作的剛性連接件(圖1c)。帶頭栓釘作連接件施工速度快、質(zhì)量好,使用較為普遍;此外，也有用摩擦型高強(qiáng)螺栓傳遞預(yù)制鋼筋混凝土板與鋼梁之間的剪力;這兩種連接件，一般也屬于柔性連接件。

　　組合梁已有約60年的歷史，在50年代獲得廣泛的應(yīng)用。中國(guó)自50年代開(kāi)始研究，首先用在鐵路橋梁上，此后在房屋建筑上也逐漸采用。

　　組合板 　在壓型鋼板上先焊接連接件，后灌筑鋼筋混凝土板而形成組合板結(jié)構(gòu)。連接件采用帶頭栓釘或鋼筋。

　　在混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前，施工活荷載、鋼筋混凝土板及壓型鋼板自重，由壓型鋼板單獨(dú)承受。當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，組合板上的找平層、活荷載等荷載，全部由組合板承受。組合板除需驗(yàn)算強(qiáng)度及撓度外，還需驗(yàn)算顫動(dòng)。

　　壓型鋼板在組合板結(jié)構(gòu)中起著雙重作用，在施工階段作為模板;在使用階段作為抗拉主鋼筋抵抗作用于組合板底面的正彎矩,還可利用壓型鋼板的波紋間的槽,供鋪設(shè)電力、通信與通風(fēng)管道之用。組合板自50年代初開(kāi)始采用，70年代已獲得廣泛的應(yīng)用。

　　組合桁架 　在鋼桁架上弦焊接鋼筋或帶頭栓釘?shù)娜嵝赃B接件，然后灌筑鋼筋混凝土板而形成組合桁架(圖2)。桁架上弦用鋼板或T形鋼，上澆鋼筋混凝土板，下弦用槽鋼或T形鋼,腹桿用圓鋼。采用組合桁架可使管道穿越結(jié)構(gòu)層比較方便。50年代以來(lái)在屋蓋結(jié)構(gòu)中，采用另一種結(jié)構(gòu)體系的組合桁架，上弦桿用鋼筋混凝土構(gòu)件，受拉腹桿及下弦桿用鋼構(gòu)件，受壓腹桿用鋼筋混凝土或鋼構(gòu)件。在節(jié)點(diǎn)處將鋼構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件組裝成組合桁架。此種組合桁架跨度為12～24米。

　　組合柱 　在薄壁鋼管內(nèi)灌注混凝土而成，也稱鋼管混凝土柱。截面形式有圓形和方形。其工作特點(diǎn)是：①核芯混凝土可以防止管壁喪失局部穩(wěn)定性，防止鋼管內(nèi)表面銹蝕;②鋼管可以阻止核芯混凝土在縱向壓力作用下的側(cè)向膨脹和酥松剝落，使其處于三向受壓狀態(tài)，從而提高其抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。從后一特點(diǎn)看，圓管比方管更有效。此外，圓管對(duì)氣流阻力小，不易積灰塵;圓管表面積最小，油漆和維修費(fèi)用低。

　　鋼管本身，既是模板，又是鋼筋(兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用)，也是勁性承重骨架，施工時(shí)，可省去模板、鋼筋和臨時(shí)支撐的工序和材料。因此，鋼管混凝土柱是一種高強(qiáng)度、輕質(zhì)、性能優(yōu)越、施工簡(jiǎn)便的組合結(jié)構(gòu)材料，代替型鋼和鋼筋混凝土的受壓桿件，可使傳統(tǒng)的桿件結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)揮，尤其是在高層、大跨、重載和抗震的建筑中，更能較好地滿足設(shè)計(jì)和施工的一系列要求。

　　在土木建筑工程中應(yīng)用鋼管混凝土柱已有80多年的歷史。早在20世紀(jì)初，美國(guó)就在一些單層和多層房屋建筑中采用鋼管混凝土柱。30年代末，在蘇聯(lián)曾應(yīng)用于跨度逾100米的橋梁。60年代以來(lái),鋼管混凝土柱在許多國(guó)家都有應(yīng)用。中國(guó)自1959年開(kāi)始研究鋼管混凝土柱的性能和應(yīng)用,60年代首先用于北京地下鐵道車站,以后又相繼在廠房框架(見(jiàn)彩圖)、高爐和鍋爐構(gòu)架和其他工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。