钢-混凝土组合梁结构的发展概述
我国从50年代初期开始研究组合梁结构，之后在公路、铁路桥梁方面得到应用。如1957年建成的武汉长江大桥，其上层公路桥的纵梁（跨度18m）采用了组合梁，但当时在应用中并未考虑钢与混凝土材料之间的组合效应，而仅仅将其作为强度储备以提高安全度或者是为了方便施工。在房屋建筑方面，早在50年代，北京钢铁设计研究总院对组合梁结构进行了探讨和研究。自20世纪80年代初以来，随着我国经济建设的快速发展、钢产量的大幅提高、钢材品种的增加、科研工作的深入、应用实践经验的积累，钢-混凝土组合梁结构得到了迅速的发展和越来越广泛的应用，应用范围已涉及建筑、桥梁、高耸结构、地下结构、结构加固等领域。例如：我国已建成的上海环球金融中心（492m）、金茂大厦（见图5，高421m）、深圳地王大厦（384m）、深圳赛格广场大厦（292m）等超高层建筑都采用了组合楼面；上海杨浦大桥（602m）、东海大桥（420m）、芜湖长江大桥（见图6，大桥主跨度312m）、深圳彩虹桥（150m）以及北京等城市的大量立交桥也都使用了钢-混凝土组合梁作为桥面系。大量工程应用实例证明，钢-混凝土组合梁综合了钢梁和钢筋混凝土梁的优点，可以用传统的施工方法和简单的施工工艺获得优良的结构性能，技术经济效益和社会效益显著，非常适合我国基本建设的国情，是具有广阔应用前景的新型结构形式之一。
图5 金茂大厦（421m）
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图6 芜湖长江大桥（312m）
目前, 各国均对组合结构编制了相应的规范。其中，欧洲规范4 (Eurocode 4)是一本专门的钢-混凝土组合梁的设计规范；我国现行规范和规程如《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《型钢混凝土组合结构技术规程》(JCJ138-2001)、《钢-混凝土组合结构设计规程》(DL/T 5085-1999)和《钢-混凝土组合结构施工规范》（GB50901-2013）等也都可以指导钢-混凝土组合结构设计与施工。
3 钢-混凝土组合梁的工程应用实例
3.1 多层工业厂房
1988年开始建设的国家重点建设项目——太原第一热电厂五期工程，由山西省电力勘测设计院设计。该工程的集中控制楼位于两台锅炉之问，处在第一台锅炉的安装通道上，只有在第一台锅炉的大件吊装完，塔吊退出后才能进行全面施工，因此，第一台机组能否早日发电取决于集中控制楼的工期。集中控制楼楼面设计荷载为25~35 kN/m2。对集中控制楼设计必须选择施工工序简单，便于立体交叉作业和多层同时施工且能最大限度地加快施工速度的结构型式。为此，在钢-混凝土组合楼层的三个方案(现浇楼板、压型钢板-混凝土组合楼板、混凝土叠合楼板组合梁)中选择了叠合板组合梁方案，柱为钢管混凝土柱，通过加强环与组合梁相连，形成了完整的钢-混凝土组合结构体系。当时，由于钢-混凝土叠合板组合梁的应用在国内尚无先例，又无设计规范可循，因此在设计前，山西省电力勘测设计院和郑州工学院合作，对叠合板组合梁进行了试验研究，包括钢筋混
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凝土简支叠合板、连续叠合板、钢-混凝土叠合板简支和连续组合梁等，成果为叠合板组合楼层结构设计提供了依据。集中控制楼柱网尺寸为7 m×9 m，次梁沿纵向布置(梁跨9 m)并支承在梁跨为7m的主梁上，如图7所示。预制板跨3.5 m，宽0.8~2.2 m，厚度70 mm，预制板中配置了楼板的正弯矩钢筋。在板的上表面沿每米宽布置1列、纵向间距为300 mm、直径为,6构造抗剪钢筋(如图8所示)。浇灌预制板时在其上表面用竹扫帚拉毛以使其具有一定的粗糙度。组合梁混凝土翼缘的横向配筋率为0.7％，包括伸出预制板端120mm的“胡子筋”和现浇层中的负钢筋。组合梁中支座弯矩调幅度取15％。值得指出的是，由于叠合板组合楼层设计在当时尚无规范可循，又没有实例参考，故集中控制楼楼层结构设计偏于保守。尽管如此，它同现浇组合楼层相比，不仅缩短工期1/3，而且由于节省了支模工序和模板等降低造价18％。与压型钢板组合楼层相比，节省钢材30％，降低造价76％。由于缩短工期使第一台机组提前发电所创造经济效益近700万元。继太原第一热电厂第五期工程之后，第六期工程和阳泉第二发电厂等工程也采用了叠合板组合梁结构。
图7 太原第一热电厂柱网布置及组合梁截面
图8 钢-混凝土叠合板组合梁构造
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3.2 高层建筑
北京国际技术培训中心的两幢18层塔楼，楼盖结构采用冷弯薄壁型钢-混凝土简支组合梁，跨度6 m，间距1.5 m，组合梁全高300 mm(包括混凝土楼板厚度)。梁的截面如图9所示。组合楼盖结构设计是以试验研究成果为依据的。栓钉剪力连接件设计采用文献[14]的研究成果，节约栓钉用量达47％ (仅这2幢高层建筑的楼盖结构就节约栓钉近10万个)。与钢筋混凝土叠合楼板相比较，结构自重降低29％，水泥消耗节约34％，钢材消耗节约22％，木材消耗节约7％，造价降低5％，施工周期缩短25％，并且使建筑标准提高了一大步，实现了建设部对小康住宅提出的“造价不高水平高，标准不超质量高”的要求，为我国城镇住宅建设提供了一种轻型、优质、大跨的楼盖结构型式，这种新型组合梁在高层建筑楼盖结构中具有广阔的应用前景，有利于推动大开问灵活分隔的高层建筑的发展。
钢-压型钢板混凝土组合结构在高层建筑中的应用也在不断发展，如深圳赛格广场、上海世界金融大厦、金茂大厦等超高层建筑的楼板也采用了压型钢板组合楼板。压型钢板组合楼盖的最大优点是施工速度快，但造价比较高。
图9 冷弯薄壁型钢一混凝土组合梁截面
3.3 桥梁结构
1993年，北京市市政工程设计研究总院设计的北京国贸桥，在三个主跨采用了钢-混凝土叠合板连续组合梁结构，其侧面和横剖面如图10所示。当时叠合板组合梁在国内城市立交桥中的应用尚属首次。其综合效益为：
(1)比原现浇桥面板方案节省近4000 m2的高空支模工序和模板，减小现场湿
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