GB 55004-2021 组合结构通用规范
GB 55004-2021 组合结构通用规范
第一章 总则
1.0.1 为在组合结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量，制定本规范。
1.0.2 本规范适用于钢-混凝土组合结构和钢管混凝土组合结构的设计。
1.0.3 本规范是组合结构设计的基本要求。当组合结构的设计基准期、设计使用年限、结构安全等级等与本规范的规定不一致时，设计时应进行专门论证。
1.0.4 组合结构的设计、施工和维护应遵循节约资源、保护环境的可持续发展原则。
1.0.5 组合结构设计应符合抗震设防地区抗震设计的规定。
1.0.6 组合结构的设计文件应明确工程的抗震设防类别、抗震设防烈度、设计地震动参数和结构用途。
第二章 术语和符号
2.0.1 钢-混凝土组合结构是指钢构件和钢筋混凝土构件通过连接件组合在一起共同受力的结构。
2.0.2 钢管混凝土组合结构是指在钢管中填充混凝土而形成的结构。
2.0.3 抗剪连接件是指设置在钢构件和混凝土构件之间，承受钢与混凝土界面剪力的连接构件。
2.0.4 组合板是指压型钢板或钢筋桁架楼板与混凝土组合形成的楼板。
2.0.5 组合梁是指钢梁与混凝土板通过抗剪连接件组合形成的梁。
2.0.6 钢管混凝土柱是指在钢管内填充混凝土而形成的柱。
第三章 材料
3.0.1 钢材的强度设计值应按表3.0.1采用。
表3.0.1 钢材的强度设计值（MPa）
| 钢材牌号 | 厚度或直径 | 抗拉、抗压、抗弯f | 抗剪fv |
|---|---|---|---|
| Q235 | ≤16mm | 215 | 125 |
| Q235 | 16～40mm | 205 | 120 |
| Q235 | 40～60mm | 200 | 115 |
| Q355 | ≤16mm | 310 | 180 |
| Q355 | 16～40mm | 295 | 170 |
| Q355 | 40～60mm | 265 | 155 |
3.0.2 混凝土的强度等级不应低于C30。钢管混凝土中混凝土的强度等级不应低于C40。
3.0.3 混凝土的强度设计值应按表3.0.3采用。
表3.0.3 混凝土的强度设计值（MPa）
| 强度等级 | 抗压强度f | 抗拉强度ft |
|---|---|---|
| C30 | 14.3 | 1.43 |
| C35 | 16.7 | 1.57 |
| C40 | 19.1 | 1.71 |
| C45 | 21.1 | 1.80 |
| C50 | 23.1 | 1.89 |
| C55 | 25.3 | 1.96 |
| C60 | 27.5 | 2.04 |
3.0.4 钢筋的强度设计值应按下列规定采用：
- HPB300钢筋：fy = 270 MPa；
- HRB335钢筋：fy = 300 MPa；
- HRB400钢筋：fy = 360 MPa。
3.0.5 抗剪连接件的材料应符合下列规定：
- 圆柱头焊钉连接件应采用ML15钢或ML15Mn钢；
- 槽钢连接件应采用Q235钢；
- 弯筋连接件应采用HPB300钢筋。
第四章 基本设计规定
4.0.1 组合结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
4.0.2 组合结构的设计应考虑下列作用：
- 永久作用，包括结构自重、土压力、预应力等；
- 可变作用，包括楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等；
- 地震作用；
- 温度作用；
- 变形作用。
4.0.3 组合结构的承载能力极限状态设计应采用下列设计表达式：
γ0S ≤ R
式中：γ0——结构重要性系数； S——承载能力极限状态的作用效应组合设计值； R——结构构件的承载力设计值。
4.0.4 组合梁的截面设计应按下列规定进行：
- 组合梁的承载力计算应考虑钢梁与混凝土板的共同工作；
- 组合梁的截面应变分布应符合平截面假定；
- 抗剪连接件应能承受钢与混凝土界面上的纵向剪力。
4.0.5 钢管混凝土柱的设计应符合下列规定：
- 钢管对内部混凝土的约束作用可提高混凝土的承载力；
- 钢管及其焊缝的承载力应满足设计要求；
- 节点的构造应传力明确、可靠。
4.0.6 组合结构的刚度计算应考虑混凝土的收缩、徐变和裂缝的影响。
4.0.7 组合结构的变形计算应符合正常使用极限状态的要求。
第五章 钢-混凝土组合梁设计
5.0.1 钢-混凝土组合梁的正截面承载力计算应按下列规定进行：
- 组合梁的截面应变分布应符合平截面假定；
- 混凝土受压区的应力分布可采用等效矩形应力图；
- 钢梁的应力分布应按弹性状态计算。
5.0.2 组合梁的截面抗弯承载力应按下式计算：
M ≤ fc bx(h0 - x/2) + fy As(h0 - as)
式中：M——弯矩设计值； fc——混凝土轴心抗压强度设计值； b——混凝土翼板有效宽度； x——混凝土受压区高度； h0——组合梁截面有效高度； fy——钢筋抗拉强度设计值； As——钢筋截面面积； as——钢筋保护层厚度。
5.0.3 组合梁的抗剪承载力应按下式计算：
V ≤ Vu
式中：V——剪力设计值； Vu——组合梁的抗剪承载力设计值。
5.0.4 组合梁的抗剪连接件设计应符合下列规定：
- 抗剪连接件应能承受钢与混凝土界面上的纵向剪力；
- 圆柱头焊钉连接件的承载力应按下式计算：
N = 0.43As√(Ec fc) ≤ 0.7γfAst
式中：N——单个圆柱头焊钉连接件的承载力设计值； As——圆柱头焊钉的截面积； Ec——混凝土弹性模量； fc——混凝土轴心抗压强度设计值； γ——折减系数； fAst——圆柱头焊钉的抗拉强度设计值。
5.0.5 组合梁的挠度计算应考虑混凝土翼板与钢梁之间的滑移效应。
5.0.6 组合梁的裂缝宽度验算应考虑混凝土翼板的裂缝控制要求。
5.0.7 压型钢板组合板的设计应符合下列规定：
- 压型钢板应满足施工阶段和正常使用阶段的承载力要求；
- 组合板中应设置足够的抗裂钢筋。
第六章 钢管混凝土柱设计
6.0.1 钢管混凝土轴心受压柱的承载力应按下式计算：
N ≤ φfA
式中：N——轴向力设计值； φ——稳定系数； f——钢管混凝土的组合抗压强度设计值； A——钢管混凝土的截面积。
6.0.2 钢管混凝土的组合抗压强度设计值f应按下式计算：
f = (1 + α + α²)fc
式中：α——含钢率（钢管截面积/混凝土截面积）； fc——混凝土轴心抗压强度设计值。
6.0.3 钢管混凝土柱的稳定系数φ应按表6.0.3采用。
表6.0.3 钢管混凝土柱的稳定系数φ
| 长细比λ | φ |
|---|---|
| 10 | 0.99 |
| 30 | 0.93 |
| 50 | 0.84 |
| 70 | 0.73 |
| 90 | 0.60 |
| 110 | 0.48 |
| 130 | 0.38 |
| 150 | 0.30 |
6.0.4 钢管混凝土偏心受压柱的承载力应按下列公式计算：
N ≤ φe fA
M ≤ 0.9fW
式中：φe——偏心受压构件的稳定系数； M——弯矩设计值； W——截面抵抗矩。
6.0.5 钢管混凝土柱的截面设计应满足下列构造要求：
- 钢管壁厚不应小于4mm；
- 钢管外径与壁厚之比不应大于135√(235/fy)；
- 混凝土的强度等级不应低于C40。
6.0.6 钢管混凝土柱与梁的连接节点应符合下列规定：
- 节点应传递弯矩和剪力；
- 节点的构造应便于混凝土浇筑；
- 钢管与梁的连接应满足强度要求。
第七章 组合节点设计
7.0.1 组合结构的节点设计应符合下列规定：
- 节点的承载力不应低于相连构件的承载力；
- 节点的刚度应满足设计要求；
- 节点的构造应便于施工和维护。
7.0.2 钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土柱的连接节点应符合下列规定：
- 连接节点的承载力应满足设计要求；
- 节点区域应设置足够的抗剪钢筋；
- 节点构造应保证力的有效传递。
7.0.3 钢管混凝土柱与钢梁的连接节点应符合下列规定：
- 节点应采用环板连接、隔板连接或外加强环连接等形式；
- 节点的承载力应通过计算确定；
- 节点的构造应便于混凝土的浇筑和振捣。
7.0.4 组合结构的柱脚设计应符合下列规定：
- 埋入式柱脚的埋置深度不应小于柱截面高度的2倍；
- 非埋入式柱脚应设置足够的锚固措施。
第八章 组合构件抗震设计
8.0.1 抗震设防地区的组合结构应进行抗震承载力验算。
8.0.2 组合结构构件的截面抗震承载力应按下式计算：
S ≤ R/γRE
式中：S——构件地震作用效应与其他荷载效应基本组合； R——构件承载力设计值； γRE——承载力抗震调整系数。
8.0.3 组合梁的抗震设计应符合下列规定：
- 组合梁的抗弯承载力应满足抗震要求；
- 组合梁的抗剪连接件应满足抗震构造要求；
- 组合梁的变形能力应满足抗震设计要求。
8.0.4 钢管混凝土柱的抗震设计应符合下列规定：
- 钢管混凝土柱的轴压比不应超过限值；
- 钢管混凝土柱的箍筋设置应满足抗震构造要求；
- 节点区域应采取抗震加强措施。
8.0.5 组合结构的抗震等级应按表8.0.5确定。
表8.0.5 组合结构的抗震等级
| 抗震设防烈度 | 6度 | 7度 | 8度 | 9度 |
|---|---|---|---|---|
| 抗震等级 | 四级 | 三级 | 二级 | 一级 |
8.0.6 组合结构的抗震措施应包括：
- 构件截面尺寸的构造要求；
- 配筋和连接构造要求；
- 节点构造要求。
第九章 抗火设计
9.0.1 组合结构的抗火设计应保证构件在火灾发生时满足耐火极限要求。
9.0.2 钢-混凝土组合梁的耐火极限应通过抗火验算确定。
9.0.3 钢管混凝土柱的耐火极限应通过抗火验算确定。钢管的防火保护层厚度应满足耐火极限要求。
9.0.4 抗火验算时应考虑火灾作用下材料性能的退化。
9.0.5 组合结构的防火保护措施应包括：
- 防火涂料保护；
- 防火板保护；
- 混凝土外包保护。
第十章 施工与质量验收
10.0.1 组合结构的施工应符合国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205和《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204的规定。
10.0.2 钢构件的施工应符合下列规定：
- 钢构件的加工制作应满足设计要求；
- 钢构件的安装偏差应满足规范要求；
- 钢构件的连接质量应通过检验确认。
10.0.3 抗剪连接件的施工应符合下列规定：
- 圆柱头焊钉应采用专用焊接设备焊接；
- 焊钉焊接质量应通过检验确认；
- 槽钢连接件和弯筋连接件的设置应满足设计要求。
10.0.4 钢管混凝土的施工应符合下列规定：
- 钢管内混凝土的浇筑应密实；
- 混凝土的强度等级应满足设计要求；
- 混凝土的收缩和徐变应控制在允许范围内。
10.0.5 组合结构的验收应包括下列内容：
- 钢材和钢筋的验收；
- 混凝土的验收；
- 构件尺寸的验收；
- 连接质量的验收。
第十一章 维护
11.0.1 组合结构应进行定期检查和维护。
11.0.2 组合结构的检查内容应包括：
- 钢结构部分的腐蚀和裂缝检查；
- 混凝土部分的裂缝和破损检查；
- 连接节点的检查；
- 变形和沉降观测。
11.0.3 钢构件的防腐蚀维护应符合下列规定：
- 钢结构应定期涂装防护；
- 涂层损坏应及时修补；
- 严重腐蚀的构件应进行加固或更换。
11.0.4 组合结构的加固方法应包括：
- 粘贴钢板加固；
- 外包钢筋混凝土加固；
- 增设支撑加固；
- 预应力加固。
第十二章 附录
附录A 组合梁截面特性计算
组合梁的截面特性应按下列规定计算：
- 组合梁的有效宽度b应按下式计算：
b = b0 + bh + bc
式中：b0——钢梁上翼缘宽度； bh——两侧相邻梁的间距的一半； bc——混凝土翼板悬挑长度。
- 组合梁的换算截面面积应将混凝土截面换算为钢截面，换算系数为n = Es/Ec。
附录B 抗剪连接件承载力计算
圆柱头焊钉连接件的承载力设计值应按下列公式计算：
单个圆柱头焊钉连接件： N = 0.43As√(Ec fc) ≤ 0.7γfAst
折减后的承载力（考虑施工阶段和使用阶段的不同）： N = 0.43As√(Ec fc) × k
式中：k为折减系数。
附录C 钢管混凝土轴压承载力计算
钢管混凝土轴心受压短柱的承载力应按下式计算：
N0 = Ac fc(1 + α + α²) + fy Ast
式中：Ac——混凝土截面积； fc——混凝土轴心抗压强度设计值； α——含钢率； fy——钢管抗拉强度设计值； Ast——钢管截面积。
本规范用词说明
为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：
- 表示很严格，非这样做不可的用词：正面词采用"必须"，反面词采用"严禁"；
- 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用"应"，反面词采用"不应"或"不得"；
- 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用"宜"，反面词采用"不宜"；
- 表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词：采用"可"。
条文中指明应按其他有关标准执行的写法为："应符合……的规定"或"应按……执行"。