EN 1994（Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures）专门规定钢-混凝土组合结构的设计方法。组合结构通过剪力连接件使钢梁和混凝土板协同工作，大幅提升承载力和刚度，是现代大跨建筑和桥梁的常用结构形式。
一、三大核心分项
EN 1994-1-1
一般规则与建筑规则
组合梁/柱设计 · 剪力键 · 抗火 · 细节构造
EN 1994-1-2
结构防火设计
组合梁耐火极限 · 混凝土板热保护 · 抗火验算
EN 1994-2
组合桥梁
钢-混组合箱梁桥 · 钢桁架组合桥 · 桥面板设计
二、组合梁的工作原理
组合梁通过剪力连接件（Shear Connectors）将钢梁和混凝土板固结在一起，使两者像整体截面一样承受弯矩：
非组合梁 vs 组合梁 — 受力模型对比
非组合梁（无剪力键）
组合梁（有剪力键）
三、剪力连接件类型
| 连接件类型 | 代号 | 承载力（kN/个） | 特点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 栓钉 | SD（Stud） | ≈ 0.4·As·fcu（脆性抗剪） | 延性好，可360°焊接 | 最常用，楼板/桥面板 |
| 槽钢连接件 | Channel | ≈ 0.5·ts·Lc·fcu | 刚度大，高度受限 | 桥梁钢箱梁 |
| 弯起钢筋 | Bent-up Bar | 按钢筋抗拉设计 | 与抗剪箍筋结合 | 组合板 |
| 开孔钢板 | PBL | ≈ 1.5~2倍栓钉 | 高承载力，抗掀起能力强 | 大跨组合桥 |
栓钉剪力键承载力（EN 1994-1-1 §6.6.3）
PRd = min( 0.8·f u ·(π·d²/4) / γV , 0.29·α·d²·√(fck·Ec) / γV )
四、组合截面分析
| 分析类型 | 说明 | 刚度取值 |
|---|---|---|
| 弹性分析（短期） | 正常使用极限状态 · 裂缝忽略 | Ecm（混凝土短期模量） |
| 弹性分析（长期） | 考虑徐变影响 | Ecm/(1+φ) （徐变系数 φ） |
| 塑性分析 | 承载能力极限状态，截面充分发展塑性 | 钢梁全截面屈服 + 混凝土压区等效矩形 |
五、组合柱设计
EN 1994-1-1 规定了三类组合柱：
完全包裹
Fully Encased
混凝土包裹整个钢截面，箍筋约束，防火性能好
部分包裹
Partially Encased
翼缘间填混凝土，横向系杆连接，抗扭刚度大
钢管混凝土
Concrete Filled
钢管内填混凝土，钢管约束效应提高承载力
钢管混凝土轴压承载力（EN 1994-1-1 §6.7）
Npl,Rd = Aa·fyd + 0.85·Ac·fcd·(1 + η·t/r) / γMc
六、组合效应的优势对比
| 对比指标 | 纯钢结构 | 组合结构 | 提升幅度 |
|---|---|---|---|
| 截面刚度 | EI（钢） | ≈1.5~2.0·EI（钢） | +50%~100% |
| 自重（等刚度） | 钢截面大 | 混凝土分担压力，截面减小 | 钢用量 -20%~30% |
| 防火性能 | 需厚防火涂层 | 混凝土提供耐火保护 | 防火成本大幅降低 |
| 施工便利 | 钢梁可无支撑安装 | 钢梁作模板，减少支撑 | 综合成本降低 |
| 适用跨度 | ≤ 30m 经济 | ≤ 80m 经济（大跨） | 跨高比大幅提升 |
七、与EN 1992/1993的关系
钢构件
（EN 1993）
+
（EN 1993）
混凝土
（EN 1992）
+
（EN 1992）
剪力键
（EN 1994）
=
（EN 1994）
组合
截面
截面
EN 1994 的使用原则
- ▶ 钢构件设计 → 遵循 EN 1993-1-1 相关条款
- ▶ 混凝土板设计 → 遵循 EN 1992-1-1 相关条款
- ▶ 组合效应（剪力键、截面刚度、承载力）→ 遵循 EN 1994 专项条款
- ▶ 组合柱的稳定验算需同时满足 EN 1993 和 EN 1994
八、中国相关标准对照
| 对比项目 | EN 1994 | GB 50917 / JGJ 99 |
|---|---|---|
| 剪力键设计 | 栓钉/槽钢/PBL，有完整公式 | 栓钉为主，有简化公式 |
| 截面分析 | 弹性（短期/长期）+ 塑性两种方法 | 弹性分析为主 |
| 组合柱类型 | 三型均有（完全/部分包裹+钢管混凝土） | 钢管混凝土为主（JGJ 99） |
| 抗火设计 | EN 1994-1-2 专项防火 | 按 GB 51249 建筑钢结构防火 |