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【摘 要】 钢-混凝土组合空腹夹层板大跨楼盖具体良好的力学性质，比较适合在大跨度、大柱网的工民建之中使用，具有较好的使用价值，基于此，本文分析了钢-混凝土组合空腹夹层板大跨楼盖设计的相关问题。
【关键词】 钢-混凝土组合空腹夹层板;大跨楼盖;设计
引言：
建筑物的结构体系包括水平抗侧力体系和竖向承重体系两部分。楼盖或屋盖构成了建筑物的水平结构承重体系，是多层和高层房屋的重要组成部分。楼盖结构的重要性在于：其一，楼盖把作用在其上的荷载传递给竖向承重结构，同时还作为具有足够刚度的水平连接构件，成为竖向承重结构的水平支撑，把地震作用、风荷载等水平荷载传递和分配给竖向抗侧力构件，并与竖向承重结构一起形成了建筑物的空间承重骨架。其二，楼盖结构自重在结构总自重中所占比例较大，楼盖结构高度影响建筑使用层高。在普通钢筋混凝土建筑结构中，楼盖的自重约占总结构自重的30—40%，在钢筋混凝土高层建筑中，楼盖的自重约占50—60%，而在跨度超过gm的大跨度建筑中，楼盖的自重约占60—80%，楼盖结构的自身高度约占结构总高度的15—20%。
因此，楼盖结构的选型是否得当，布置是否合理，不但关系到结构受力性能的好坏，而且对结构的正常使用、造价高低、室内视觉效果以及施工是否方便都有重大影响。楼盖结构在整个建筑结构中处于非常重要的地位，它直接影响着建筑物的可靠性与经济性。
1、钢—混凝土组合空腹板结构研究意义
1.1、弥补现有组合楼盖结构体系的局限性
钢—混凝土组合梁是通过销钉使钢与混凝土两种材料共同工作而形成的梁式组合结构。对于两端简支承的简支梁而言，这种组合梁能够充分发挥混凝土抗压、钢材抗拉的性能，但对于框架梁或连续跨梁而言，组合梁发挥两种材料各自特性的优点就受到了影响，因为框架梁或多跨连续梁，它的弯矩内力值是反号的，此时混凝土不是受压而是抗拉，下部钢材抗压，还存在局部稳定问题。压型钢板—混凝土组合板利用压型钢板作为混凝土楼盖的底模，按计算用销钉连接后形成钢与混凝土单向密肋组合楼板，使混凝土受压、压型钢板受拉，从而充分发挥两种材料的各自性能;同时钢板作底模，节约模板用料，加快施工进度。但是，此类新型楼盖也存在一定的问题：首先，此类板主要是单向受力，与密肋梁正交方向的混凝土截面只起到横向分布效应，两个方向单位宽度的抗弯和抗剪刚度相差悬殊;其次，在大柱网（7.2m以上）多、高层建筑中，采用此类组合板存在如下问题，因单向受力而非空间空间三维受力，当为大柱网而中间不加梁时，钢板和钢筋用量及混凝土用量因单向受力而陡增，经济性丧失;若中间加梁，则结构层高增加。
平板型钢—混凝土组合网架也是由钢与混凝土两种建筑材料组合而成，混凝土设置在组合网架的上弦层，钢管或型钢设在组合网架结构的下弦层和腹杆层。对于周边简支承的组合网架能够充分发挥材料的力学性能。对于大柱网、大跨度多点支承的组合网架，内力分布如同板柱结构，在柱周边1/4范围内为负弯矩，导致上弦层钢筋混凝土受拉，下弦钢管受压。另外，当跨度大于24m时，组合网架的自重和截面高度都較大，不能满足层高限制的要求。如何将钢一混凝土组合结构“安全、合理、经济”地应用于大跨度单层与多层建筑和大柱网多层与高层建筑中去，是建筑科学技术领域内需要深入研究和探讨的一个方面。如建筑平面尺寸为18×24m的两层室内无柱的大空间建筑，楼盖平面长边与短边之比为1.333，楼盖的双向受力是明显的。如采用现行钢—混凝土组合梁，每6m一根，组合梁高1，5—1.2m（1/12—1/15），占建筑净空较多;另外现行压型钢板—混凝土组合板要跨越6m，超过其使用的极限跨度1/3，如6m之间再加等高连接的组合次梁，每3.6m一根，再搁置压型钢板—混凝土组合板（l=3.6m），楼盖用钢量大，已无经济可言。若采用现行钢——混凝土组合网架，结构高度大（h=18000/l5=1200～）的问题仍然存在。研究一种既是三维空间受力，结构高度小，且能做到“安全、经济、合理”的新型钢—混凝土组合结构，是研究钢—混凝土组合空腹板结构的出发点。
1.2、克服钢筋混凝土组合空腹夹层板的不足
在钢筋混凝土空腹夹层板楼盖体系的基础上，为可克服其缺点，贵州大学研究开发了一种新型组合楼盖结构—钢—混凝土组合空腹板结构。它是由下层双向交叉钢肋、上层混凝土板及连接上下层并使之共同工作的钢管或钢管混凝土剪力键组合而成，其结构构造如图1所示。钢—组合空腹板架结构中下部网格均用型钢，剪力键用钢管或钢管混凝土，只有上层混凝土薄板需要模板，这样大大节约了模板量，并且加快了施工进度。这种结构既可保证结构的整体性和刚度要求，又能达到截面高度小、结构自重轻、材料用量少、受力性能好的效果;可实现平面灵活分隔布置、增加建筑有效使用空间，满足大开间、大柱网的设计要求;同时，其空腹部分可作水平管道支架，无再需设吊顶，节省二次装修费用。钢—混凝土组合空腹板结构可广泛应用于多高层民用和工业建筑的楼屋盖结构、大跨度单层民用和工业建筑的屋盖结构中，迎合了近代建筑结构楼盖的发展趋向。
2、新型钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖的结构构造
2.1、新型钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖的结构构造
新型钢—混凝土组合空腹夹层的力学模型来源于钢筋混凝土空腹夹层板，不同之处在于将钢筋混凝土下肋网格改为由U形钢板通过抗剪连接件形成钢—混凝土组合网格，U形钢板用小直径高强度螺栓连接，既做模板又是受力构件，小直径高强度螺栓连接消除了焊接应力，有效地控制了U形钢板的焊接变形。因此其基本尺寸、网格划分及构件的基本要求和钢筋混凝土空腹夹层板一样，具体参见文献《钢筋混凝土空腹夹层板楼盖结构技术规程》（DB22/48—2005），再考虑其二种典型支承形式：周边简支、多点支承。
2.1.1、中间网格构造节点 钢板弯折成型，U型构件尺寸由下肋网格尺寸决定，长为网格长a，宽和高即下肋宽b1和高h1，厚度由计算确定，构造上要求其厚度不小于1.5mm。U形钢板连接采用高强度螺栓连接或焊接连接，U形构件及其连接件和打孔等工序均可在工厂制作加工运往工地现场拼装成型。摩擦型高强螺栓连接，采用加上下盖板型，保证抗剪连接中传力摩擦面数，=2，从而减少高强螺栓的个数和直径。
2.1.2、周边简支承支座节点
周边支承钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖结构的支座节点与钢筋混凝土空腹夹层板楼盖周边简支承情况基本相同，周边梁比空腹板高出50，是否加支坐钢垫板，视跨度和支座反力大、小而定。下肋网格的U形槽钢构件不伸入实腹边梁内部，在边梁侧壁切断，它与边梁的连接由U形槽钢两侧及底板焊接的钢筋插入边梁内锚固。
2.2、新型钢—混凝土组合空腹夹层板的施工注意事项
U形钢板的加工交底及编号，因U形钢板是根据内力大小设置的，施工中要特别注意不要把U形钢板放错位置，这样会造成承载力不够，发生工程质量事故。因此要严格按照编制、审核、审定三步骤对“U形钢板的加工交底及编号”进行把关，从而杜绝不会将U形钢板放错位置。现场小直径高强度螺栓施工除严格按照《钢结构施工质量验收规范》（GB5025—2001）进行控制，还要特别注意一定要用临时螺栓或冲钉做定位使用，严禁把小直径高强度螺栓当临时螺栓或冲钉做定位使用。由于新型钢—混凝土组合空腹夹层板的自重很大，一般施工上层时，上层楼盖的自重大于下层的楼盖的使用荷载，因此必须经核算“上层施工荷载小于本层使用荷载”方可脱模折架，当上层施工荷载大于本层使用荷载时，必须有可靠的保证措施才可脱模折架。
3、结语
钢-混凝土组合空腹楼盖是一种新型的组合空腹楼盖形式，该楼盖由上下钢筋混凝土板与中部的波纹钢腹板结合而成，结构形式与传统混凝土密助梁空腹楼盖相同，其波纹钢腹板主要承受横向剪力。用波纹钢腹板代替传统混凝土密助梁空腹楼盖结构中的钢筋混凝土肋梁，可以大大减轻结构自重，使楼盖可以满足更大的跨度要求，并且具有节能减材等诸多优点。钢心板助梁适合工业化生产，经过合理设计可以实现便捷的现场装配，符合我国建筑工业化对楼板结构形式的发展要求。
参考文献：
[1]黄杰，齐煜.钢-混凝土组合空腹夹层板大跨楼盖设计[J].河南城建学院学报，2013，03：11-14.
[2]胡岚.新型钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖的研究与应用[D].贵州大学，2007.
[3]胡岚，马克俭.U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖结构研究与应用[J].建筑结构学报，2012，07：61-69.
[4]王兆敏.某多层大跨新型组合空腹楼盖有限元分析及現场试验研究[D].哈尔滨工业大学，2010.
【关键词】 钢-混凝土组合空腹夹层板;大跨楼盖;设计
引言：
建筑物的结构体系包括水平抗侧力体系和竖向承重体系两部分。楼盖或屋盖构成了建筑物的水平结构承重体系，是多层和高层房屋的重要组成部分。楼盖结构的重要性在于：其一，楼盖把作用在其上的荷载传递给竖向承重结构，同时还作为具有足够刚度的水平连接构件，成为竖向承重结构的水平支撑，把地震作用、风荷载等水平荷载传递和分配给竖向抗侧力构件，并与竖向承重结构一起形成了建筑物的空间承重骨架。其二，楼盖结构自重在结构总自重中所占比例较大，楼盖结构高度影响建筑使用层高。在普通钢筋混凝土建筑结构中，楼盖的自重约占总结构自重的30—40%，在钢筋混凝土高层建筑中，楼盖的自重约占50—60%，而在跨度超过gm的大跨度建筑中，楼盖的自重约占60—80%，楼盖结构的自身高度约占结构总高度的15—20%。
因此，楼盖结构的选型是否得当，布置是否合理，不但关系到结构受力性能的好坏，而且对结构的正常使用、造价高低、室内视觉效果以及施工是否方便都有重大影响。楼盖结构在整个建筑结构中处于非常重要的地位，它直接影响着建筑物的可靠性与经济性。
1、钢—混凝土组合空腹板结构研究意义
1.1、弥补现有组合楼盖结构体系的局限性
钢—混凝土组合梁是通过销钉使钢与混凝土两种材料共同工作而形成的梁式组合结构。对于两端简支承的简支梁而言，这种组合梁能够充分发挥混凝土抗压、钢材抗拉的性能，但对于框架梁或连续跨梁而言，组合梁发挥两种材料各自特性的优点就受到了影响，因为框架梁或多跨连续梁，它的弯矩内力值是反号的，此时混凝土不是受压而是抗拉，下部钢材抗压，还存在局部稳定问题。压型钢板—混凝土组合板利用压型钢板作为混凝土楼盖的底模，按计算用销钉连接后形成钢与混凝土单向密肋组合楼板，使混凝土受压、压型钢板受拉，从而充分发挥两种材料的各自性能;同时钢板作底模，节约模板用料，加快施工进度。但是，此类新型楼盖也存在一定的问题：首先，此类板主要是单向受力，与密肋梁正交方向的混凝土截面只起到横向分布效应，两个方向单位宽度的抗弯和抗剪刚度相差悬殊;其次，在大柱网（7.2m以上）多、高层建筑中，采用此类组合板存在如下问题，因单向受力而非空间空间三维受力，当为大柱网而中间不加梁时，钢板和钢筋用量及混凝土用量因单向受力而陡增，经济性丧失;若中间加梁，则结构层高增加。
平板型钢—混凝土组合网架也是由钢与混凝土两种建筑材料组合而成，混凝土设置在组合网架的上弦层，钢管或型钢设在组合网架结构的下弦层和腹杆层。对于周边简支承的组合网架能够充分发挥材料的力学性能。对于大柱网、大跨度多点支承的组合网架，内力分布如同板柱结构，在柱周边1/4范围内为负弯矩，导致上弦层钢筋混凝土受拉，下弦钢管受压。另外，当跨度大于24m时，组合网架的自重和截面高度都較大，不能满足层高限制的要求。如何将钢一混凝土组合结构“安全、合理、经济”地应用于大跨度单层与多层建筑和大柱网多层与高层建筑中去，是建筑科学技术领域内需要深入研究和探讨的一个方面。如建筑平面尺寸为18×24m的两层室内无柱的大空间建筑，楼盖平面长边与短边之比为1.333，楼盖的双向受力是明显的。如采用现行钢—混凝土组合梁，每6m一根，组合梁高1，5—1.2m（1/12—1/15），占建筑净空较多;另外现行压型钢板—混凝土组合板要跨越6m，超过其使用的极限跨度1/3，如6m之间再加等高连接的组合次梁，每3.6m一根，再搁置压型钢板—混凝土组合板（l=3.6m），楼盖用钢量大，已无经济可言。若采用现行钢——混凝土组合网架，结构高度大（h=18000/l5=1200～）的问题仍然存在。研究一种既是三维空间受力，结构高度小，且能做到“安全、经济、合理”的新型钢—混凝土组合结构，是研究钢—混凝土组合空腹板结构的出发点。
1.2、克服钢筋混凝土组合空腹夹层板的不足
在钢筋混凝土空腹夹层板楼盖体系的基础上，为可克服其缺点，贵州大学研究开发了一种新型组合楼盖结构—钢—混凝土组合空腹板结构。它是由下层双向交叉钢肋、上层混凝土板及连接上下层并使之共同工作的钢管或钢管混凝土剪力键组合而成，其结构构造如图1所示。钢—组合空腹板架结构中下部网格均用型钢，剪力键用钢管或钢管混凝土，只有上层混凝土薄板需要模板，这样大大节约了模板量，并且加快了施工进度。这种结构既可保证结构的整体性和刚度要求，又能达到截面高度小、结构自重轻、材料用量少、受力性能好的效果;可实现平面灵活分隔布置、增加建筑有效使用空间，满足大开间、大柱网的设计要求;同时，其空腹部分可作水平管道支架，无再需设吊顶，节省二次装修费用。钢—混凝土组合空腹板结构可广泛应用于多高层民用和工业建筑的楼屋盖结构、大跨度单层民用和工业建筑的屋盖结构中，迎合了近代建筑结构楼盖的发展趋向。
2、新型钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖的结构构造
2.1、新型钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖的结构构造
新型钢—混凝土组合空腹夹层的力学模型来源于钢筋混凝土空腹夹层板，不同之处在于将钢筋混凝土下肋网格改为由U形钢板通过抗剪连接件形成钢—混凝土组合网格，U形钢板用小直径高强度螺栓连接，既做模板又是受力构件，小直径高强度螺栓连接消除了焊接应力，有效地控制了U形钢板的焊接变形。因此其基本尺寸、网格划分及构件的基本要求和钢筋混凝土空腹夹层板一样，具体参见文献《钢筋混凝土空腹夹层板楼盖结构技术规程》（DB22/48—2005），再考虑其二种典型支承形式：周边简支、多点支承。
2.1.1、中间网格构造节点 钢板弯折成型，U型构件尺寸由下肋网格尺寸决定，长为网格长a，宽和高即下肋宽b1和高h1，厚度由计算确定，构造上要求其厚度不小于1.5mm。U形钢板连接采用高强度螺栓连接或焊接连接，U形构件及其连接件和打孔等工序均可在工厂制作加工运往工地现场拼装成型。摩擦型高强螺栓连接，采用加上下盖板型，保证抗剪连接中传力摩擦面数，=2，从而减少高强螺栓的个数和直径。
2.1.2、周边简支承支座节点
周边支承钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖结构的支座节点与钢筋混凝土空腹夹层板楼盖周边简支承情况基本相同，周边梁比空腹板高出50，是否加支坐钢垫板，视跨度和支座反力大、小而定。下肋网格的U形槽钢构件不伸入实腹边梁内部，在边梁侧壁切断，它与边梁的连接由U形槽钢两侧及底板焊接的钢筋插入边梁内锚固。
2.2、新型钢—混凝土组合空腹夹层板的施工注意事项
U形钢板的加工交底及编号，因U形钢板是根据内力大小设置的，施工中要特别注意不要把U形钢板放错位置，这样会造成承载力不够，发生工程质量事故。因此要严格按照编制、审核、审定三步骤对“U形钢板的加工交底及编号”进行把关，从而杜绝不会将U形钢板放错位置。现场小直径高强度螺栓施工除严格按照《钢结构施工质量验收规范》（GB5025—2001）进行控制，还要特别注意一定要用临时螺栓或冲钉做定位使用，严禁把小直径高强度螺栓当临时螺栓或冲钉做定位使用。由于新型钢—混凝土组合空腹夹层板的自重很大，一般施工上层时，上层楼盖的自重大于下层的楼盖的使用荷载，因此必须经核算“上层施工荷载小于本层使用荷载”方可脱模折架，当上层施工荷载大于本层使用荷载时，必须有可靠的保证措施才可脱模折架。
3、结语
钢-混凝土组合空腹楼盖是一种新型的组合空腹楼盖形式，该楼盖由上下钢筋混凝土板与中部的波纹钢腹板结合而成，结构形式与传统混凝土密助梁空腹楼盖相同，其波纹钢腹板主要承受横向剪力。用波纹钢腹板代替传统混凝土密助梁空腹楼盖结构中的钢筋混凝土肋梁，可以大大减轻结构自重，使楼盖可以满足更大的跨度要求，并且具有节能减材等诸多优点。钢心板助梁适合工业化生产，经过合理设计可以实现便捷的现场装配，符合我国建筑工业化对楼板结构形式的发展要求。
参考文献：
[1]黄杰，齐煜.钢-混凝土组合空腹夹层板大跨楼盖设计[J].河南城建学院学报，2013，03：11-14.
[2]胡岚.新型钢—混凝土组合空腹夹层板楼盖的研究与应用[D].贵州大学，2007.
[3]胡岚，马克俭.U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖结构研究与应用[J].建筑结构学报，2012，07：61-69.
[4]王兆敏.某多层大跨新型组合空腹楼盖有限元分析及現场试验研究[D].哈尔滨工业大学，2010.