型钢混凝土井字梁组合楼盖的初步研究

[摘要] 将井字梁楼盖与型钢梁结合使用后，可充分发挥井字梁楼盖和组合楼盖的优点，可提高楼板承载力和刚度，可为大跨度楼盖的设计提供有益参考。

[关键词] 井字梁，组合楼盖，大跨度

[abstract] will ribbed beams floor and type steel beam combination after use, ribbed beams can give full play to the advantages of the floor and the combination of floor, the floor may improve the bearing capacity and stiffness, the design of large span plates for reference.

[keywords] ribbed beams, combination floor, big span

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

1引言

目前钢—混凝土组合结构在楼板方面的主要应用，是压型钢板混凝土组合楼板技术。在H型钢梁上铺设压型钢板，再浇注钢筋混凝土板，并与下部钢梁之间用销钉连接，使两者共同工作形成受拉区为钢结构，受压区为混凝土的组合楼板结构，该楼板结构的刚度和承载力都优于普通钢筋混凝土楼板。

应用实践表明,该种形式的组合楼板存在一些不足：1由于受压型钢板跨度的影响，梁的间距不宜做得很大,一般不超过3.6米，压型组合板两个方向的刚度差别较大，仅作为单向板使用； 2 结构高度仍然较高，需考虑防腐、防火、装修等问题。

对于普通钢筋混凝土楼板，当跨度较大（9~15m），两个方向跨度之比≤1.5时，用井字梁结构是较为理想的结构形式。井字梁楼板是从钢筋混凝土双向板演变而来的一种结构形式。双向板下部受拉区的混凝土一般都不考虑其作用，受拉主要靠下部钢筋承担，跨度较大时，为了减轻板自重，可以把下部受拉区的混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋适当集中在几条线上，双向板就演化成井字式的网格梁。

当前将井字梁楼盖与型钢梁结合使用的相关研究工作和工程实例不多。在上述井字梁楼板的基础上把型钢梁双向内置，形成双向钢骨混凝土组合梁楼板，可以得到一种新的楼板结构体系，本文称之为型钢混凝土井字梁组合楼盖。

2型钢混凝土井字梁组合楼盖受力特点和构造

这种型钢混凝土井字梁组合楼盖属于钢骨混凝土结构。其优点在于：其一，能大大改善钢筋混凝土受剪破坏的脆性性质；其二，混凝土的峰值应变，大于型钢屈服应变，因此截面受压侧型钢翼板在受压屈服前一般不会发生局部压屈；其三，型钢混凝土结构中的配钢率可比普通钢筋混凝土结构中的配钢率大很多，可以在有限的截面面积中配置较多的钢材，承载能力可以高于同样外形尺寸的钢筋混凝土构件的承载能力一倍以上，从而可以减小构件的高度，得到更大的使用空间。

对本文所提出的型钢混凝土井字梁组合楼盖而言，肋梁属于实腹型钢混凝土组合梁（SRC）的范畴。试验表明，未设置剪力连接键的梁，当实腹型钢型钢在截面高度上对称布置时，在荷载约达到极限荷载的80%以前可以保证型钢与混凝土的共同工作，在80%极限荷载以后，二者有相对滑移产生，变形不能协调一致。应采取措施保证型钢与混凝土的共同工作，防止型钢混凝土界面粘结破坏产生滑移，抵抗翼板与混凝土面板的掀起作用。

型钢上翼缘可直接与上层混凝土面板中钢筋网中钢筋焊接，使型钢与上层钢筋网连为一体；在型钢下翼缘的上表面加焊栓钉。组合楼盖的构造示意详见图1（梁箍筋未示出）。

图1型钢混凝土组合井字梁楼盖构造示意图

型钢腹板的存在可以大大提高其受剪承载力，剪力验算一般可满足要求。箍筋可更好地使型钢上下翼缘所包的混凝土形成约束核心混凝土，增强构件塑性铰区的变形能力和耗能能力，保证混凝土和型钢、纵向钢筋共同工作。

关于钢骨混凝土构件的最小和最大含钢率，目前没有统一的认识，但当钢骨含钢率小于 2% 时，可以采用钢筋混凝土构件，而没有必要采用钢骨混凝土构件。当钢骨含钢率太大时，钢骨与混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全发挥，且混凝土浇注施工有困难。因此，在冶金部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》 （YB9082-97）中将钢骨含钢率定为 2% ~ 15%。一般说来，较为合理的含钢率为 5% ~ 8% 。在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》 （JGJ138-2001）中则定为 4% ~ 10%。

3型钢混凝土组合井字梁楼盖弹性受力分析方法

型钢混凝土井字梁组合楼盖中布置型钢将使得楼板的刚度发生变化，从而使楼盖的内力分布与实心平板相比将有较大不同。对于本文提出的楼板弹性阶段的受力性能分析，可采用拟板法，将楼板按刚度等效为一均质的具有正交各向异性特征的实心板。实验资料证明，如果它的抗弯刚度分别在俩个方向均匀分布，则这种假定与实际结构之间具有良好的一致性。

通过经典弹性力学理论，建立板的平衡微分方程可以求解楼板在弹性受力阶段的弯矩及挠度分布的规律。本文仅对弹性分析做下简要说明。

型钢混凝土组合楼板的两方向型钢钢骨梁均按相同间距埋置在混凝土井字梁内，即两方向孔间肋宽相同，则在宏观上可以认为楼板的两方向弯曲刚度相同，属于各向同性板的情况，由弹性板小挠度克希霍夫理论，各向同性双向空心楼板的平衡微分方程可以表示为：

（1）

上式中为型钢混凝土组合空心楼板的主向抗弯刚度，可由井字梁计算手册及组合结构计算公式很容易计算求得。求得主刚度后可基于弹性薄板小挠度理论求解析解，也可以查表计算。

4结论

将井字梁楼盖与型钢梁结合使用后，可充分发挥井字梁楼盖和组合楼盖的优点，型钢上下翼缘所包混凝土三向受压，属于约束混凝土，混凝土受压条件得以改善，极限抗压强度得以提高，进而可提高楼板承载力和刚度。该楼盖有望在解决大跨度楼盖的设计方面为设计师提供有益的参考。本文提出的研究成果有待于进一步通过工程实践后得到检验和改进。为使这种楼板结构实用化，大比例尺的模型试验和试点工程是今后非常必要的工作。

参考文献：

[1] 刘书智.钢筋混凝土井字梁结构设计研究[D]. 西安建筑科技大学.2004:10-19.

[2] 李培林，吴学敏.混凝土密肋及井式楼盖设计手册 [M].北京:中国建筑工业出版社，1994:18-36

[3] 林宗凡.钢-混凝土组合结构[M].上海:同济大学出版社,2004.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。