钢骨空

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钢骨砼梁结构设计及应用

摘要：简介钢骨砼梁结构设计，并通过工程实例，着重

说明其设计思路，及节点构造和有关施工技术要求，特别是

在大跨度梁构件中可与宽扁梁结合一起应用。

关键词：钢骨砼梁正截面承载力裂缝宽度节点构造一、

前言由砼包裹型钢做成的结构被称为钢骨砼结构（也称劲性

砼结构），在日本应用最为广泛，研究和试验也最多。这种结

构被简称为SRC结构，现在已和钢结构、木结构、砌体结构

以及钢筋砼结构并列为五大结构之一。其中实腹式钢骨砼构

件具有较好的抗震性能、节约钢材、提高砼利用系数、施工

方便等优点，在工程建设中得到广泛应用。本文将主要介绍

钢骨砼梁的设计方法及构造要求，通过工程设计实例，具体

说明其计算和使用，供类似工程设计时参考。二、结构特点

及计算方法钢骨砼梁是钢梁和钢筋砼梁二者的组合结构，实

腹式钢骨通常采用工字形、口字形，截面材料的选用主要是

依据现行国家标准“钢结构设计规范（GBJ17-88）”和“高

层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）”，保证构件具有

足够的塑性变形能力，其屈服强度不宜过大，伸长率应大于

20%；钢筋砼按照“砼结构设计规范（GBJ10-89）”要求实施。

钢骨砼梁的正截面强度各国的计算方法很不相同。前苏联

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“劲性钢筋砼结构设计指南CN3－78”假定型钢和砼成为一

个整体，能够一致变形，几乎完全套用钢筋砼结构的计算方

法。日本“钢筋砼结构计算标准”把钢筋砼梁的抗弯能力和

型钢的抗弯能力叠加得到钢骨砼梁的抗弯能力，两种方法不

同之处在于型钢梁能否与钢筋砼形成一个整体。现行“钢骨

砼结构设计规程YB9082－97”在实腹式钢骨砼梁的计算方法

上主要参考了日本计算标准，结合试验研究成果，对称配臵

钢骨砼梁正截面受弯承载力，计算结果偏于保守。

M≤Mssby+MrcbuM为弯矩设计值，Mssby为梁中钢骨部分的受

弯承载力，Mrcbu为梁中钢筋砼部分的受弯承载力。当受拉翼

缘大于受压翼缘的非对称钢骨截面，则可将受拉翼缘大于受

压翼缘的面积作为受拉钢筋考虑，考虑粘结滑移对截面承载

力的影响，砼抗压设计强度以fc代替fcm。由力矩平衡公式

ΣM=0，力平衡公式ΣX=0可得：

fcAc=fyAs+Nss,Mu≤fcAc(hos+hoc)-Nss(hos-hoss)+MssAc：

受压区砼的面积，hoc、hoss、hos分别为受压区砼的合力点、

钢骨中心以及受拉钢筋合力点至截面受压边缘的距离。对于

钢骨偏臵在受拉区的非对称截面，按钢与砼组合梁的设计方

法计算处理，为保证砼与钢骨整体作用，在钢骨上翼缘设臵

剪力连接件。在设计中值得注意的是，在钢骨部分受弯承载

力的计算中可不考虑局部压屈，基于受力构件达到受弯承载

力极限状态时，比弹性极限受弯承载力有所提高采用截面塑

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性发展系数γs，实际应用中，根据构件重要性可偏于安全取

γs=1.0。钢骨砼梁受剪承载力按照承载力极限状态理论

V≤Vssy+Vrcbu。V为梁的剪力设计值，Vssy为梁中钢骨部分

的受剪承载力，Vrcbu为梁中钢筋砼部分受剪承载力，无地震

作用组合时V≤0.4fcbbhbo，Vrcbu≤0.25fcbbhbo。钢骨砼梁

裂缝宽度和抗弯刚度，钢骨砼结构设计规程给出了计算公式，

不对称钢骨砼截面抗弯刚度可按下式计算。

B=EsAshbo2/[1.15Ψ+0.9+6αEρ/(1+3.5γ′f)]+EssIss

三、工程实例华天贵宾楼工程，地下二层，地上二十八层，

标准层层高3.3米，总高99.35米，总建筑面积48000平方

米。南北向沿高度作内外7.08°～7.91°倾斜，顶

部最大外公倾平面尺寸达14米，外倾面积7700平方米，其

倾斜部分采用斜向钢骨砼柱与水平钢骨砼梁拉结，受层高和

各专业安管道安装空间的限制，为满足建筑净空使用要求，

轴线跨度为11.955米，横向次梁梁高只能做成600毫米，高

跨比接近1/20，且位于外挑部位，梁身刚度很难保证，经方

案比较，确定采用钢骨砼宽扁梁。此建筑主楼结构整体采用

“SATWE”进行分析计算。其顶层内力最大，最大正弯矩设计

值M=829.0kN·m，最大剪力设计值V=331.6kN，轴向力

设计值N＝17.2kN，短期效用组合下弯矩标准值

Mk=637.7kN·m。结合框架柱梁分析结果，假定梁截面尺

寸700×600（h），钢骨采用Q235等级C的热扎H型钢

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HM450×300（440×300×11×18mm），截面

特征见表1表

1EssIssWssfssfssyfssv2.06×105MPa56100×104m

m42550×103mm3215MPa235MPa125MPa混凝土强度等级

C30，fc=15MPa，纵向钢筋fy=310MPa，fsv=210MPa。（1）正

截面抗弯、斜截面抗剪承载力计算表2名称公式计算结果钢

骨受弯承载力Mssby=rswssfss575.7kN·m钢筋砼受弯承

载力Mrcb=M-Mssby253.3kN·m钢筋砼受弯配筋

As=Mrcb/fsyγhco1504mm2钢骨受剪承载力

Vssy=twhwfssv555.5kN钢筋砼剪弯承载力Vrcb=V-Vssy0（表

中a=35mm，hbo=hb-a=600-35=565mm）①选8Φ16，

As=1608mm2,Asρminbh②选13Ф18，As=3315mm，箍筋按构造，

ρvmin=0.02fc/fyv=0.14%，选φ8＠150（四肢箍）

0.4fcbbhbo=2373kNV=331.6kN0.25fcbbhbo=1483kNVrcb=0满

足要求（3）裂缝宽度验算表3名称公式计算结果①②受拉钢

筋配筋率ρ=AS/bhbo0.0040660.008382受压翼缘增强系数

γ′f=(b′f-b)h′f/bhbo0.80.8砼截面开裂弯矩

MC=0.235bh2ftk118.4kN·m118.4kN·m短期荷载效

应组合下钢筋砼部分所承担的弯矩

Mrck=EsAShbo/{EsAShbo+ESSISS/hos[0.2+6αEρ/(1+3.5γ

′f)]}×MK421kN·m492kN·m钢筋应变不均匀

系数Ψ=1.1(1-MC/Mrck)0.790.8352折算直径

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dc=4(As+Asf)/s29.9mm25.43受拉钢筋和钢骨受拉翼缘配筋

率ρte=（As+Asf）/0.5bh0.033370.0415短期荷载效应组合

下受拉钢筋的应力

δsk=Mrck/0.87Ashbo532.6Mpa310MPa301.9Mpa310MP（表中

Es=2.0×105MPaEc=3.0×104MpaXe=ES/EC=6.67h′

f=0.2hbo=113mm）梁最大裂缝宽度

Wmax=2.1Ψ(δsk)/(Es)×(2.70+0.1de/ρte)γ=2.1&

#215;0.8352×301.87/(2.0×105)×(2.7×

;25+0.1×25.43/0.0415)×0.7=0.24mm0.3mm平均

裂缝宽度Wm=Wmax（1.66×1.5）=0.096mm（4）挠度变形

计算近似取钢骨砼梁荷载为均匀分布。表4名称公式计算结

果短期荷载效应组合下截面抗弯刚度

B=EsAshbo2/[1.15Ψ+0.2+6αEρ/(1+3.5γ′f)]+EssIss2.

851×1014N·mm2长期荷载效应组合下钢筋砼部分

所承担的弯矩Mrclk=(Mlk/Mk)Mrck446.0kN·m长期荷载

效应组合下梁的抗弯刚度

Bl=Mrck/(Mrck+0.6Mrclk)×EsAshbo2/[1.15Ψ+0.2+6

γEρ/(1+3.5γ′f)]+EssIss2.254×1014N·mm2

（表中砼保护层厚度c=25mm,钢筋表面形状系数γ=0.7）

Δs=5/48×Mlkl2/Bl=5/48×(578.2×106)/(2

.254×1014)×119552=38.2mmΔs/l=38.2/11955=0

.0032=3.2‰，理论上满足要求。设计中，分析外挑结构在荷

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载及地震作用下推力或拉力对梁不利影响，计算过程中梁端

假定为简支，为平衡钢骨产生的拉力，需加配钢骨梁受力负

筋；另受梁高限制，钢骨砼保护层厚度小于临界厚度

ccr=0.25bft1/2=0.25x300x2.01/2=106.1mm，设臵锚固连接

件（通常采用圆柱头焊钉，按钢－砼组合梁要求验算，以增

强型钢与砼连接面上的粘接强度，限篇幅，从略）。梁端节点

因按“钢骨规程”对钢骨梁与钢骨梁暂无明确规定，遵循钢

骨腹板部分设臵钢筋贯穿孔时，截面缺损率不应超过腹板面

积的20%，主筋不得与钢骨直接焊接的要求。此工程于二OOO

年十月开工，二OO一年八月封顶、并主体验收，二OO二年

五月投入使用，建筑从建设至今，经观测，钢骨梁柱无裂缝，

挠度也不大，效果良好。四、结束语通过此次工程结构设计，

有如下体会：1、在钢筋砼结构体系中，局部采用钢骨砼结构

构件是可行的，特别是大跨度杆件设计时，结合宽扁梁的采

用，可提高梁的抗弯、抗拉、抗压刚度，减小竖向变形值，

降低梁高，其效果比纯钢筋砼结构好。2、钢骨砼结构的设计

和施工的重点是钢骨构件及其节点的设计，并且结合设计图

纸，做好施工配合，注意钢筋与钢骨的连接，钢骨与砼柱的

连接。