4-第4章 压型钢板混凝土组合楼板解析

1建筑工程学院第4章压型钢板混凝土组合楼板土木工程专业本科课程教学主讲：周天华2013.112通过剪力连接件将压型钢板与混凝土进行组合，形成一种共同受力、协调变形的组合板称为组合板。组合楼板中的压型钢板除在施工阶段作为模板用外，在使用阶段还兼做组合板中的受力钢筋或部分受力钢筋。这种组合楼板结构体系能够充分利用混凝土所具有的优越抗压性能和充分发挥钢材所具有的优越抗拉性能外，还具有自重轻、塑性和抗震性能好、经济效果显著和施工简便等突出有点。§4.1概述3板拉区—钢，压区—混凝土4组合楼板的分类按压型钢板在组合楼板中的作用，分为三类。1、压型钢板仅起模板作用——非组合板2、以压型钢板作为主要承载构件——非组合板3、考虑压型钢板与混凝土组合效应的组合楼板——组合板本章内容5《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98•第七章组合楼盖•第三节压型钢板组合楼板设计注：混凝土部分需按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010调整。依据规范：压型钢板组合楼板计算方法同梁6非组合板7非组合板桁架高度：100mm；上弦钢筋直径：12mm、14mm；下弦钢筋直径：10mm、12mm；腹杆筋：7mm、8mm钢筋桁架89非组合板钢筋桁架10非组合板钢筋桁架11非组合板12组合板13按压型钢板在组合楼板的作用，将压型钢板组合楼板分为三类。1、模板用压型钢板的组合楼板2、以压型钢板作为主要承载构件的组合楼板3、考虑压型钢板与混凝土组合效应的组合楼板对于上述前两类组合楼板，在设计中未涉及两种不同材料的组合效应，仅根据它们承受的外荷载的条件，参照钢结构和混凝土结构设计规范，分别进行设计，这种组合板称为非组合楼板。4.1.1组合楼板的分类14第三类组合楼板，压型钢板与混凝土在使用阶段形成整体，设计时，按组合楼板进行设计。压型钢板与混凝土之间的组合效应，是通过叠合面之间采用适当的连接形成的。要求叠合面上的连接件具有足够的抗剪切粘结强度，以抵抗楼板在外荷载作用下产生的纵向水平剪力，同时还要确保压型钢板与混凝土能在垂直方向掀起力作用下保持共同工作。4.1.1组合楼板的分类15常采用的连接形式可归纳以下三种：（1）采用闭合式压型钢板（见下图），依靠楔形混凝土块体为叠合面提供必要的抗剪能力。4.1.1组合楼板的分类16（2）采用带压痕、冲孔或加劲肋的压型钢板（见下图），靠压痕、冲孔或加劲肋为叠合面提供必要的抗剪能力。4.1.1组合楼板的分类17（3）在无压痕压型钢板上口钢板上翼缘加焊横向受力钢筋（见下图），加焊横向受力钢筋以承受钢板与混凝土叠合面的纵向剪力。钢筋与压型钢板的连接应采用喇叭形坡口焊接。4.1.1组合楼板的分类18组合楼板与非组合楼板在使用中的共同特点是；（1）压型钢板可快速就位，还可以采用多个楼层铺设压型钢板、分层浇混凝土板的流水施工。（2）便于铺设板内管线，并可在压型钢板凹槽内埋设建筑装修用的吊顶挂钩。（3）用圆头柱钉焊透压型钢板焊接在钢梁上的翼缘后，使压型钢板在施工阶段可对钢梁起到侧向支撑作用。（4）采用压型钢板后，将增加材料费用，尤其是组合楼板中的压型钢板，需采用防火涂料，并增加相应费用。但是，这一缺陷可以由其它方面优点预以弥补。4.1.2组合楼板与非组合板的特点191、非组合楼板这类楼板具有如下使用特点：（1）在使用阶段，压型钢板不作为混凝土板的受拉钢筋，属于非受力钢板，因此按无压型钢板的混凝土板计算其承载力。（2）在施工阶段，压型钢板作为浇筑混凝土的模板，即不卸的永久模板。而且压型钢板下不设置临时支承，以使楼层混凝土板能交叉进行，因此，在施工阶段要由压型钢板承担未结硬混凝土的板的重量和施工荷载。20（3）由于压型钢板不替代混凝土板内的受拉钢筋作用，可不采用防火涂料，但仍宜采用镀锌板使其能起防绣作用。（4）压型钢板与混凝土之间的叠合面可以放松要求，不要求采用带有特殊要求的压型钢板；（5）采用圆柱头焊钉将压型钢板与钢梁相连，以保证施工人员的施工安全。目前，国内高层建筑钢结构中，主要采用上述非组合楼板，其主要的原因是国内生产的压型钢板多数无压痕波槽，不能传递压型钢板与混凝土之间的横向剪力。212、组合楼板这类楼板有如下使用特点及要求：（1）在使用阶段压型钢板作为混凝土板的受拉钢筋；在施工阶段作为现浇混凝土时的模板。（2）采用能传递压型钢板与混凝土叠合面上纵向剪力的压型钢板，压型钢板采用圆柱头焊钉将压型钢板与钢梁焊接固定，能够保证传递剪力和施工人员的安全。22弹性理论计算方法就是按工程力学的方法计算，适合压型钢板混凝土楼板的施工阶段计算及挠度计算。计算时，采用压型钢板混凝土楼板的换算截面。即根据计算要求，将混凝土截面换算成相当于与钢材的截面，然后按工程力学的方法计算。塑性理论的计算方法适用于计算承受静力荷载或承受间接动力荷载压型钢板混凝土组合板的承载力。计算时，考虑构件截面上应力重分布。4.1.3计算方法23压型钢板—混凝土组合板设计内容重点掌握组合板的设计方法——与组合梁类似！设计内容弹性方法塑性方法压型钢板压区砼换算为钢施工阶段使用阶段有无支撑？短期长期正截面抗弯斜截面抗剪抗冲切挠度裂缝振动截面砼和钢均达设计强度244.2.1压型钢板的型号1、国产压型钢板的板型压型钢板一般采用厚度0.5mm~1.2mm的镀锌薄钢板冷轧而成。现生产压型钢板有五种型号，见下图。§4.2压型钢板的型号及截面特性254.2.1压型钢板的型号(b)YX-75-200-600(c)YX-75-200-600(Ⅱ)（a）YX-75-200-600264.2.1压型钢板的型号(d)YX-75-230-690(e)YX-75-230-690(Ⅱ)(f)BD-40弯全闭合型27国外生产的压型钢板板型较多，典型板型见下图。2国外压型钢板的板型28291、压型钢板截面特征计算（1）计算原则1）当压型钢板的受压翼缘的宽厚比小于容许最大截面宽厚比时（表4.2.1），其截面几何特征值按全截面进行计算。2）压型钢板的受压翼缘的宽厚比大于容许最大截面的宽厚比时，其截面特征值按有效截面计算；3）压型钢板的截面特征按材料力学的方法计算。4.2.2压型钢板的截面特征30（2）计算方法压型钢板的截面可以划分为三部分；即水平板元、斜板元、弧板元。板上、下翼缘平板部分为水平板元；腹板或卷边板斜部分为斜板元；腹板或卷边板与翼缘板之间的弧形部分为弧板元，见下图。计算截面特征时，压型钢板各板元的截面可取各自的中心线，并由中心线代替板元。按线元计算各板的截面几何特征，求其总和，再乘以厚度，即求的压型钢板的实际的截面特征。31压型钢板——实际是把薄钢板在常温下通过冷轧而成的，对其截面的计算应按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002的规定进行。（2）计算方法——补充内容322114bsIbh•1-1轴的惯性矩•对2-2轴的惯性矩22bsIbh（3）板线单元截面几何特征计算1）水平板线单元特征计算332)、斜板线元特征计算对1-1轴的惯性矩对2-2轴的惯性矩2321121.12sin)3(4.)2(220122343）、弧板线元特征计算对1-1轴的惯性矩对2-2轴的惯性矩sin;;21111ccfcrcrbtrr3121)sin2cossin(crI12112)(IcrrIcc351)当压型钢板受压翼缘的宽厚比不超过表4.2.1所规定的最大的宽厚比时，受压翼缘的有效计算宽度见下图，可按表4.2.2中所列的相应的公式计算。2)一般情况下，组合板中所采用的压型钢板，形状比较简单，加劲肋不超过两个，所以，在实用计算中，压型钢板受压翼缘的有效计算宽度可取efbtbef502受压翼缘有效计算宽度361、混凝土的强度等级混凝土的强度等级不宜低于C20,骨料的尺寸不应大于0.4、0.33和30㎜；为压形钢板的厚度；为压型钢板浇注混凝土的凹槽的平均宽度。phwbphwb§4.3组合楼板构造372、压型钢板组合楼板用的压型钢板净厚度（不包括镀锌保护层等面层）不应小于，但仅供施工做模板用的压型钢板除外。压型钢板外露表面应有保护层，以防施工使用过程中大气侵蚀。采用镀锌压型钢板时，镀锌层两面总计为mm75.02/275mg383、组合楼板的厚度1）组合板的总厚度不应小于90㎜，压型钢板翼缘以上的混凝土厚度不应小于50㎜。392）压型钢板用作混凝土板底部受力钢筋时，需要进行防火保护，此时，组合楼板的厚度及防火保护层的厚度应符号表4.3.1的要求。4、组合板的支承长度（1）支承在钢梁时，组合板的支承长度不应小于75㎜，其中压型钢板的搁置长度不应小于50㎜；40415、端部的锚固（1）将圆柱头栓钉置于压型钢板端头的凹槽内,利用穿透平焊法,把栓钉传透压型钢板焊止钢梁上的翼缘.见图4.3.2(a)（2）将圆柱头栓钉焊在钢梁上翼缘的中线上,同时将两侧压型钢板的端头凸肋打扁,并点焊在于钢梁上翼缘.见图4.3.3b。42（3）栓钉的直径应符合下列规定：a、跨小于3m的组合板,栓钉的直径为13㎜或16㎜.b、跨度为3m~6m的组合板,栓钉的直径为16㎜或19㎜.c、宽度大于6m的组合板,栓钉直径为19㎜.（4）圆柱头栓钉焊接后的剩余高度,应大于压型钢板的波高的加30㎜;栓钉顶面混凝土保护层厚度的不应小于15㎜。436、压型钢板长边的连接压型钢板长边的相互之间连接采用搭接后，并用贴角焊或塞焊进行焊接，以防止压型钢板相互移动或分离，每段焊缝长度为20mm~30mm,焊缝间距为300mm左右，见图4.3.4所示。7、压型钢板端部的连接压型钢板端部的连接应设置锚固件与钢梁连接，可采用塞焊、贴角焊或采用圆头柱栓钉穿透压型钢板与钢梁焊接，见图4.3.44445非组合楼板的设计计算分为施工阶段和使用阶段。在施工阶段，压型钢板承受施工阶段的施工荷载和混凝土的自重，需进行受弯承载承载力计算和变形验算。在使用阶段，压型钢板失去结构功能，楼板按钢筋混凝土密肋楼板进行设计。下面仅介绍施工阶段的验算。§4.4非组合楼板的计算461、承载力及变形计算时，可按强边方向的单向板计算，对弱边方向不进行计算。2、按弹性计算方法计算。3、经验算，压型钢板的强度和变形不能满足要求时，可增设临时支撑以减小压型钢板的跨度，计算跨度可取临时支撑之间的距离。4.4.2计算简图计算简图可按实际支承跨数及跨度尺寸来确定；考虑到下料的不利情况，也可取两跨连梁或单跨简支板。4.4.1计算原则471、永久荷载压型钢板及混凝土的自重。2、可变荷载施工活荷载：工人、施工机械设备等自重。附加荷载：当有混凝土堆放附加管线混凝土泵等以及过量冲击效应时，应适当增加荷载。3、额外荷载当压型钢板跨中挠度δ大于20㎜时,应考虑“坑凹”效应，计算混凝土自重时,将全部的混凝土厚度增加0.7δ。4.4.3荷载481、截面抵抗矩压型钢板的截面抵抗矩,取其受压区和受拉区两者的较小者。csscxIW/cpsstxhIW/scWstW4.4.4承载力验算2、受弯承载力压型钢板的正截面受弯承载力应按下式进行验算：fWMs494.4.5、挠度验算压型钢板载均布荷载作用下,可按下式进行验算：简支板两跨连续板sEIlqk43845skIElq4185150组合板的计算按施工阶段和使用阶段分别计算.施工阶段,由于压型钢板于混凝土之间不能共同作用,此时压型钢板的作用可视为模板,其分析计算同非组合楼板。使用阶段,混凝土已经结硬，根据压型钢板与混凝土共同工作的特点,进行组合楼板的承载力、局部荷载下的抗冲切承载力和变形验算。§4.5组合楼板设计计算511、在使用阶段,当压型钢板上的混凝土厚度为50mm至100mm时,可按下列规定进行组合楼板的计算：（1）按简支单向板计算组合板强边方向的正弯矩.（2）强边方向的负弯矩按固端板计算.（3）不考虑弱边(垂直肋的方向)方向的正弯矩.2、当压型钢板上的混凝土厚度大于100mm时,板的承载力应按下列规定确定按双向板或单向板计算,但板的变形仍按强边方向的简支单向板计算。4.5.