摘 要：结合几个工程，探讨了钢骨混凝土梁的设计、计算方法及构造措施，可供设计人员参考。
关键词：钢骨混凝土梁，钢骨截面形式，钢骨含钢率
钢骨混凝土 (SRC)结构是钢 —— 混凝土组合结构的一种主要形式，由于其承载能力高、刚度大及抗震性能好等优点，已越来越多地应用于大跨结构和地震区的高层建筑以及超高层建筑。 SRC结构比钢结构可节省大量钢材，增大截面刚度，克服了钢结构耐火性、耐久性差及易屈曲失稳等缺点，使钢材的性能得以充分发挥，采用SRC结构，一般可比纯钢结构节约钢材50％以上。与普通钢筋混凝土(RC)结构相比，型钢混凝土结构中的配钢率可比钢筋混凝土结构中的配钢率要大很多，因此可以在有限的截面面积中配置较多的钢材，所以型钢混凝土构件的承载能力可以高于同样外形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截面积，避免钢筋混凝土结构中的肥梁胖柱现象，增加建筑结构的使用面积和空间，减少建筑的造价，产生较好的经济效益。钢骨混凝土结构在施工上，钢骨架可作为施工的自承重体系，获得很好的经济和社会效益，同时，由于SRC结构整体性强，延性性能好等优点，能大大改善钢筋混凝土受剪破坏的脆性性质，使结构抗震性能得到明显的改善。
本文仅对钢骨混凝土梁的设计作一初浅的探讨。
1、钢骨混凝土结构设计前的准备工作
目前国内外对钢骨混凝土梁的计算方法有许多种，我国冶金部行业标准（钢骨混凝土结构设计规程 YB 9082-97）主要沿用日本和前苏联的方法，即将钢部件等效成混凝土，再将混凝土弹性模量折减，未考虑混凝土的塑性影响，再用力学方法将梁中钢骨部分的受弯承载力和梁中钢筋混凝土部分的受弯承载力简单叠加得钢骨梁的受弯承载力。在钢骨混凝土梁设计中需要注意的几个问题如下：
1.1 、钢骨的含钢率：
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% 。另在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》 JGJ138-2001 中定为 4% ~ 10% 。
1.2 、钢骨的宽厚比：
钢板的厚度不宜小于 6mm ，一般为翼缘板 20mm 以上，腹板 16mm 以上，但当钢板厚度大于 36mm 时，钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》 GB5313 中的 Z15 级的规定。这是因为厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性，由于在焊缝附近常形成约束，焊接时容易引起层状撕裂，焊接质量不易保证。钢骨的宽厚比应满足规范的要求。
1.3 、桁架式钢骨梁的计算及构造：
梁的受弯承载力按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）的有关公式计算，计算中可将上、下弦型钢考虑为纵向钢筋；斜腹杆承载力的竖向分力可作受剪箍筋考虑。钢桁架一般采用华伦式（见附图四）。钢桁架中的压杆的长细比宜小于120。
1.4 、钢骨的混凝土保护层厚度：
根据规范规定，对钢骨柱，混凝土最小保护层厚度不宜小于 150mm ，对钢骨梁则不宜小于 100mm 。
1 .5 、钢骨混凝土梁的截面：截面高一般取跨度的 1/15 ~ 20进行试算，通过挠度计算控制梁高。截面宽度不宜小于300mm。
1 .6 、要重视钢骨混凝土梁与钢筋混凝土柱在构造连接上的配合协调问题。如柱纵筋可能须在梁翼缘上穿孔。梁柱节点处柱箍筋要穿钢梁腹板。
2、钢骨的制作与构造措施
2.1 、钢骨的制作
钢骨的制作必须采用机械加工，并宜由钢结构制作厂家承担。型钢的切割、焊接、运输、吊装、探伤检验应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 GB50205 、《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81 、《钢结构工程质量检验评定标准》 GB50221 的规定，钢材、焊接材料、螺栓等应有质量证明书，质量应符合国家有关规范的规定。焊接前应将构件焊接面除油、除锈，焊工应持证上岗。施工中应确保施工现场型钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量，型钢钢板的制孔，应采用工厂车床制孔，严禁现场用氧气切割开孔，在钢骨制作完成后，建设单位不可随意变更，以免引起孔位改变造成施工困难。
2.2 、钢骨混凝土中设置抗剪拴钉的要求
钢骨混凝土与钢筋混凝土结构的显著区别之一是型钢与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。根据国内外的试验，大约只相当于光面钢筋粘结力的 45% 。因此，在钢筋混凝土结构中认为钢筋与混凝土是共同工作的，直至构件破坏。而在钢骨混凝土中，由于粘结滑移的存在，将影响到构件的破坏形态、计算假定、构件承载能力及刚度、裂缝。通常可用两种方法解决，一是在构件上另设剪切连接件 ( 栓钉 ) ，并按照计算确定其数量，即滑移面上的剪力全由剪切连接件承担，称为完全剪力连接。这样可以认为型钢与混凝土完全共同工作。另一种方法是在计算中考虑粘结滑移对承载力的影响，同时在型钢的一定部位：如（ 1 ）柱脚及柱脚向上一层范围内；（ 2 ）与框架梁连接的牛腿的上、下翼缘处；（ 3 ）结构过渡层范围内的钢骨翼缘处加设抗剪栓钉作为构造要求。构件中设置的栓钉应符合国家现行标准《园柱头焊钉》 GB10433 的规定，栓钉直径一般为 ? 19, 长度不宜小于 4 倍栓钉直径，间距不宜小于 6 倍栓钉直径，且不宜大于 200mm 。并采用特制的设钉枪进行焊接，焊接质量应满足规范要求。
而对于钢骨混凝土梁，一般不设栓钉。仅对于转换层大梁或托柱梁等主要承受竖向重力荷载的梁，在梁端钢梁上翼缘增设栓钉。
2.3、节点构造
框架梁、柱节点核心区是结构受力的关键部位，设计时应保证传力明确，安全可靠，施工方便，节点核心区不允许有过大的变形。 在钢骨混凝土结构中，梁、柱节点包括以下几种形式：（ 1）钢骨混凝土梁 — 钢骨混凝土柱的连接；（ 2）钢骨混凝土梁 — 钢筋混凝土柱的连接。
规范规定，节点区钢骨部分的连接构造应与钢结构的节点连接相一致，在柱钢骨的钢牛腿翼缘水平位置处应设置加劲肋，其构造应便于混凝土浇灌，并保证混凝土密实。柱中钢骨和主筋的布置应为梁中主筋贯穿留出通道，梁中主筋不应穿过钢骨翼缘，也不得与柱中钢骨直接焊接，钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不宜超过腹板面积的 25% 。
实际钢骨结构设计中需做以下几项工作：
（1） 需确定钢骨柱中每根钢筋的准确位置；
（2） 根据钢骨这种型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度；
（3） 确定框架梁中每根钢筋的位置；
（4） 根据柱梁钢筋的位置确定钢骨穿孔的位置；
（5） 钢骨中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定，一般比钢筋直径大 4 ~ 6mm ；
（6） 钢骨中纵横两方向穿钢筋孔的位置至少应错开一个孔径。
3 、工程实例及经济性比较：
3.1、桂林国际会展中心工程：（附图一）
业主要求中部的 7号展厅增设一多功能厅，由于受层高限制，跨度12.5米的梁梁高仅允许梁高900。故设计采用钢骨混凝土梁，钢骨部分采用焊接工字钢，钢梁高700。为了满足钢骨部分的锚固，在梁端处设置了型钢锚固件。该多功能厅建成使用至今两年多，钢骨梁未见任何裂缝及大的挠度。缺点：由于设计过多未考虑施工原因，梁端未设置型钢短柱，致使钢骨梁支模时，需等其下支承的钢筋混凝土柱达到一定强度。另由于没有型钢短柱的支承，钢骨吊装就位困难。
3.2、厦门正新海燕轮胎有限公司年产135万条全钢丝子午胎工程空压站：（附图二、三）
业主为了节约场地，将变电所置于空压站楼面上。本单体采用钢骨混凝土框架结构，框架跨度为18米。钢骨框架梁断面为400x1200mm( 钢骨为焊接钢梁 250x100x16x24)，框架柱断面为500x700(钢骨为热轧H型钢RH500x300x11x18)。现已建成使用。
3.3、福建佳通轮胎有限公司全钢子午胎项目锅炉房：（附图四）
该锅炉房为两台65t燃煤锅炉，每个煤斗贮煤85立方。锅炉间跨度达20.4米。屋面梁采用了空腹桁架式钢骨混凝土梁。梁断面为350x2000 ~ 2214mm(钢骨桁架高1800mm，上下弦杆为焊接钢梁BH250x200x8x16，腹杆为[16热轧型钢，现已建成。
3.4、经济性比较：以上三个工程，均做过方案比选，所比选方案分别为:
方案1：无粘结预应力钢筋混凝土大梁。该方案梁本身截面及用钢量均不太大即可满足结构设计要求，但由于仅部分大跨度梁需做成预应力大梁，工程量太少，成本过高，且张拉预应力会使工期拖长。故此方案不宜采用。
方案2：钢结构。钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对来说比较高，同等荷载条件及跨度下，钢结构构件结构断面较小、自重较轻。钢结构构件一般都在工厂里制造、加工，精度高，质量容易保证，工地安装就位较方便，工期也较短。另外钢结构用工省，现场比较文明。减少了沙、石、水泥堆放场地，还减少了模板储运、现场构件预制及钢筋混凝土结构现浇时的湿作业。该方案可满足设计要求。但由于钢结构本身造价较高，且钢结构的防火性能比较差，必须做防火及防锈处理，再加上是常的维护引用，增加了造价。
方案3：钢骨混凝土结构。与钢结构相比，节省钢材。包裹在钢骨架外面的钢筋混凝土，不仅在刚度和强度上发挥作用，还作为钢骨的保护层，可以取代钢骨外涂的防锈漆和防火涂料，不仅节省经常性维护费用，而且由于混凝土的蓄热量较大，从而提高了构件的耐火性。另外钢骨混凝土结构中的钢骨，在混凝土未浇注之前即已形成钢构架，具有相当大的承载力，可用作其上楼层平行施工的模板支架和操作平台，施工速度仅次于钢结构而大大优于普通混凝土结构。
通过三方案比选，方案3的钢骨混凝土结构为最优方案。
4 、结束语：
在不断总结经验和加深认识当中，我院在较大跨度梁的设计时采取了钢骨混凝土结构这一种方法，解决了用普通钢筋混凝土结构不能解决的难题，收到了良好的效果。在付诸实施过程中，对包括设计、制作、安装、混凝土浇筑等四个方面的配合协调，与普通钢筋混凝土结构相比，提出了更高的要求，我们将继续深化总结，为加强我公司结构专业的建设做出应有的贡献。
参考文献：
[1] 国家行业标准 . 钢骨混凝土结构设计规程（ YB9082-97 ） 北京：冶金工业出版社， 1999
[2] 国家行业标准 . 型钢混凝土组合结构技术规程（ JGJ138-2001 ） 北京：中国建筑工业出版社， 2001
[3] 钢骨钢筋混凝土结构计算标准及解说 日本建筑学会著 原子能出版社
