为考虑经济性，现阶段对钢框架结构中钢梁+压型钢板组合楼盖常见设计方法：对于两端简支的钢梁考虑梁板工作效应，但对两端刚接或连续梁情况，未考虑梁板共同工作效应，因此设计相对安全和保守，经济性不明显。
基于此，《建筑结构》特邀清华大学长聘副教授、博士生导师 陶慕轩“ 基于钢梁与压型钢板楼盖共同工作的问题”进行答疑解惑，希望对广大工程师有些许启迪。
关于钢梁与压型钢板楼盖共同工作，《组合结构设计规范》《组合结构通用规范》《钢结构设计标准》分别进行了规定：
1.《组合结构设计规范》（JGJ138-2016） 第12.1.2~12.1.3条及条文说明对于承受竖向荷载并参与结构整体抗侧力作用的梁柱刚性框架组合梁，宜考虑楼板与钢梁之间的组合作用，并给出相应的设计方法和研究成果论述。
【条文说明】 清华大学的研究成果表明：组合框架中，楼板的空间组合作用对组合框架结构体系的整体抗侧刚度有显著的提高作用。
第12.1.3条客观分析了组合梁具有内力重分布特点，仍然具有较好的经济效益，给出对梁端负弯矩进行调幅的设计方法。
2.《组合结构通用规范》（GB55004-2021） 第5.2.2~5.2.4条对于钢-混凝土组合梁的设计方法给予进一步的设计指导意见。并明确给出钢-混凝土组合梁负弯矩区段的混凝土板，应采用“ 局部释放组合作用的抗拔不抗剪连接 ”等措 施缓解混凝土开裂。
3.《钢结构设计标准》（GB50017-2017） 第14.1.4条及条文说明对组合梁负弯矩区，组合作用会使混凝土受拉而易于开裂，可能会影响结构的使用性能和耐久性。针对该问题，提出具体施工措施。
【条文说明】 参考欧洲组合结构设计规范EC4规定：在中间支座2侧各0.15l的范围内确定梁的截面刚度时，不考虑混凝土翼板而只计入在翼缘有效宽度b c 范围内负弯矩钢筋截面对截面刚度的影响。
然而，在实际工程应用对考虑刚性框架和连续梁支座位置的组合作用效应实际应用较少，基于以下考虑。
问题1
计算公式较为复杂，现有计算程序对此项规定考虑尚不全面，作为设计人员熟练掌握有一定门槛。
解答
现有计算公式已经尽可能做了简化，但目前相应的计算软件没有纳入这些公式，需要采用EXCEL表进行手算，中国建工出版社出版的《钢结构设计手册》第17.3节有计算例题可以参考。
*计算表主要是用于简支组合梁的，对于连续的和框架的比较复杂，还需要软件建模分析，单独手算是不够的。
问题2
对压型钢板混凝土组合板，圆柱头焊钉需要穿过压型钢板焊接在钢梁翼缘上，焊钉根部没有混凝土的约束，一方面，常见工地现场焊接栓钉质量难以保障；另一方面，在南方潮湿环境，焊缝位置存在潮湿或渗水问题，栓钉是否更容易存在锈蚀问题，影响栓钉的耐久性。
相应对其组合效应的稳定发挥存在疑虑 ！
解答
栓钉透焊压型钢板确实有可能存在质量问题，规范也在这方面进行了考虑，有压型钢板时栓钉承载力要折减。但没有压型钢板时，栓钉的焊接质量是非常容易保证的，对于耐久性问题，在浙江大学牵头的十二五国家支撑计划项目——钢-混凝土组合结构全寿命性能与设计方法研究中专门做过栓钉的耐久性试验研究。对于大气环境下，只要保持混凝土不开裂，栓钉就可得到良好保护。
补充说明： 清华大学路新瀛教授等曾对普通大气中的钢梁及栓钉腐蚀进行了初步研究，结果表明，在大气中暴露7年后，未涂装的钢梁表面虽发生了锈蚀，但未开裂混凝土部位的钢梁顶面只发生了轻度局部锈蚀，其中的栓钉未发生任何腐蚀；当然，在混凝土开裂处，特别是有腐蚀性离子存在时，任何碳钢都会存在发生腐蚀的可能，故一旦发现贯穿裂缝，宜及时进行封闭处理。
问题3
基于上述相关规范的不同表述及实际工程情况，对于如何把握和执行《组合结构设计规范》、《组合结构通用规范》相关规定，考虑钢-混凝土组合梁负弯矩区段的混凝土板刚度贡献方面，设计和施工需要重点的方面能否给与具体的指导意见和建议。
解答
为了清楚地说明如何采用《组合结构设计规范》来设计组合梁，这里按照组合梁的具体设计过程和步骤来给您解答这个问题。组合梁的具体设计步骤如下：
1. 确定内力，验算侧移。
这里关键是要有一个考虑楼板组合效应的组合梁刚度值，《组合结构设计规范》第12.1.2条给出了考虑楼板组合作用的梁刚度计算方法，这里不仅是考虑负弯矩区段板对刚度的贡献，而是全部区段板对刚度的整体贡献。
2. 验算截面强度。
这里需要用到有效翼缘宽度，可以参见《组合结构设计规范》12.1.1条。当采用完全剪力连接时，可采用《组合结构设计规范》12.2.1条来验算截面强度，当采用部分剪力连接时，可采用《组合结构设计规范》12.2.2条来验算截面强度。
3. 设计栓钉。
按照极限平衡的方法采用《组合结构设计规范》12.2.3、12.2.4、12.2.7、12.2.8、12.2.9条进行设计。
4. 验算纵向抗剪。
这是组合梁特色之处。可采用《组合结构设计规范》12.2.10、12.2.11、12.2.12条进行验算。
5. 验算挠度。
要考虑栓钉滑移造成刚度折减，可采用《组合结构设计规范》12.3.1~12.3.3条折减刚度法进行计算。
6. 负弯矩区混凝土裂缝宽度验算。
可采用《组合结构设计规范》12.3.4和12.3.5条进行验算。这里也推荐采用抗拔不抗剪连接件来避免裂缝的开展。
上述设计过程都有明确的计算公式，此处给出两个案例进行说明，供参考。
【案例一】
以下为摘自《钢结构设计手册》第17.3节的算例，为一个7跨连续组合梁的设计全过程。
某7跨连续组合梁，每跨跨度均为L=12m，荷载及跨中正弯矩区的截面形式与例题2相同。弯矩区混凝土板内配有 φ 16-150纵向HRB335钢筋，如图1所示。试验算该连续梁中间跨的承载力及变形。
图1 例题5梁截面及其尺寸
图2 例题5弯矩图（中间跨）
解：
（1）组合梁截面参数计算
（2）内力分析
（3）抗剪连接件设计
（4）抗弯和抗剪承载力验算
1）正弯矩抗弯承载力
2）负弯矩抗弯承载力
3）抗剪承载力计算
（5）正常使用极限状态下的变形验算
1）按折减刚度法计算正弯矩区折减刚度
2）负弯矩区截面弯曲刚度
3）挠度计算
【案例二】
某工程采用组合框架-核心筒结构体系。为降低结构高度，满足建筑空间要求，采用组合楼盖方案。本计算通过对比是否考虑楼板组合作用的计算结果，明确楼板组合作用对结构体系主要设计控制指标的影响。
模型A：不考虑楼板组合作用。
模型B：在模型A的基础上，考虑楼板组合作用。
采用Midas软件进行计算，按实际结构梁柱布置建模，如图3所示。不考虑楼板组合作用的模型直接建钢梁，考虑楼板组合作用时，在“截面特性调整系数”对话框 I yy中填入按《组合结构设计规范》（JGJ138-2016）第12.1.2条计算得到的刚度放大系数，如图4所示。
图3 结构的Midas模型
图4 考虑楼板组合效应软件实现方法
1. 自振特性对比：
楼板组合作用不仅显著影响结构周期，导致一阶周期降低10%，同时还改变了一阶振型的性质。
2. 层间位移角分布对比：
详见图5~8，除了给出Midas的计算结果外，还给出了不考虑楼板组合作用的YJK模型，为“原模型”。楼板组合作用使设计控制工况由X向地震变为Y向地震，设计最大层间位移角由1/879减小为1/1074（减小幅度18%）。
图5 层间位移角对比工况1：X向地震
图6 层间位移角对比工况2：Y向地震
图7 层间位移角对比工况3：X向风荷载
图8 层间位移角对比工况4：Y向风荷载
3. 小结：
楼板组合作用对本工程的整体设计控制指标影响较大，具体体现在：
（1）降低一阶周期10%（2.3842变为2.1647）；
（2）改变主振型（X向平动变为Y向平动）；
（3）减小最大层间位移角18%（1/879变为1/1074）；
（4）改变设计控制工况（X向地震变为Y向地震）。
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