压型钢板-混凝土组合板设计-hjz

压型钢板-混凝土组合板设计2011-4-62定义†压型钢板-混凝土组合板是指在压型钢板上浇注混凝土并通过相关构造措施使压型钢板与混凝土两者组合形成整体共同工作的受弯板件，简称组合板。2011-4-63组合板的优点†压型钢板可作为浇灌混凝土的模板，节省了大量木模板及支撑；†压型钢板非常轻便，堆放、运输及安装都非常方便；†使用阶段，压型钢板可代替受拉钢筋，减少钢筋的制作与安装工作。†刚度较大，省去许多受拉区混凝土，节省混凝土用量，减轻结构自重；†有利于各种管线的布置、装修方便；†与木模板相比，施工时减小了火灾发生的可能性；†压型钢板也可以起到支撑钢梁侧向稳定的作用。2011-4-64„压型钢板组合楼板断面„注意搁置方向2011-4-65(b)通常的布置方案(a)不设次梁时的布置方案保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力2011-4-66压型钢板的形式†按照压型钢板与混凝土板之间的叠合面传递剪力的方式，压型钢板可分为：2011-4-67压型钢板的连接方式†压型钢板的侧面连接：2011-4-68压型钢板的连接方式†压型钢板的端部连接：（a）塞（b）栓钉穿透（c）贴角焊2011-4-69压型钢板受压翼缘的有效宽度be或bef†为了简化计算，压型钢板受压翼缘的有效宽度be或bef可按下式计算：()50efebbt=或受压翼缘的基板厚度2011-4-610压型钢板的加劲肋刚度†当压型钢板的受压翼缘带有纵向加劲肋时，加劲肋刚度必须满足下列要求；否则受压翼缘应视为无加劲肋的翼缘板：244276001.839.2tesesybItIttf⎛⎞≥−≥⎜⎟⎝⎠且244276003.6618.4tisisybItIttf⎛⎞≥−≥⎜⎟⎝⎠且¾中间加劲肋¾边加劲肋Ies或Iis：边加劲肋或中间加劲肋截面对平行于被加劲受压翼缘形心轴的惯性矩。2011-4-611压型钢板的截面特性†当压型钢板的受压翼缘宽厚比bt/t满足下式要求，其截面特性可按实际全截面进行计算。[]//ttbtbt≤2011-4-612压型钢板的截面特性†当压型钢板的受压翼缘宽厚比bt/t不满足下式要求，其截面特性应按其有效截面进行计算。[]//ttbtbt≤2011-4-613组合板的破坏模式†纵向水平剪切粘结破坏（Ⅰ-Ⅰ）†正截面弯曲破坏（Ⅱ-Ⅱ）†斜截面剪切破坏（Ⅲ-Ⅲ）†局部冲切破坏†压型钢板局部屈曲失稳破坏†其他破坏：如局部竖向分离破坏等2011-4-614组合板的设计†施工阶段：对作为浇注混凝土底模的压型板进行强度和变形验算。†使用阶段：验算组合板在永久荷载和使用的可变荷载作用下的强度和变形。2011-4-615组合板的设计——施工阶段†荷载„永久荷载:压型钢板、钢筋和混凝土等的结构自重。„可变荷载:施工荷载和附加荷载。„附加荷载:当有过量冲击、混凝土堆放、管线和混凝土运输泵等引起的荷载。¾压型钢板的挠曲效应：挠度w020mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效应，在全跨增加混凝土厚度0.7w0，或增设临时支撑。2011-4-616组合板的设计——施工阶段†验算方法和原则„弹性方法验算。„仅按压型钢板进行承载能力和变形验算。„仅按单向板强边（顺肋）方向验算正、负弯矩承载能力和挠度，弱边方向不计算。„不进行压型钢板抗剪等其他验算。强边方向弱边方向2011-4-617„考虑到实际施工时的下料情况，一般按简支单跨板或两跨连续板进行验算。„如果承载能力和变形能力不满足要求，可在板下设置临时支护，以减小板跨加以验算。组合板的设计——施工阶段2011-4-618组合板的设计——施工阶段†压型钢板受弯承载力验算ssWfM≤cSscxIW=cssstxhIW−=M－单位宽度B（一个波宽内）弯矩设计值；fs－压型钢板强度设计值；Ws－单位宽度压型钢板截面抵抗矩，取受压区Wsc或受拉区Wst的较小值；Is－单位宽度压型钢板（需考虑受压翼缘的有效宽度bef）对其形心轴的惯性矩；xc－从压型钢板受压翼缘外边缘到中和轴的距离；hs－压型钢板的总高度。2011-4-619组合板的设计——施工阶段†压型钢板变形验算△－压型钢板在施工阶段的挠度；[△]－压型钢板挠度限值；l－压型钢板的计算跨度(mm)；[]Δ≤Δ[]min(/180,20)lmmΔ=445()384()185kksskkssqglEIqglEI⎧+Δ=⎪⎪⎨+⎪Δ=⎪⎩单跨简支板：两跨连续板：Is－单位宽度B范围内压型钢板（需考虑受压翼缘的有效宽度bef）对其形心轴的惯性矩；qk、gk－施工阶段分别作用于压型钢板上的均布可变荷载和永久荷载的标准值。2011-4-620组合板的设计——使用阶段†荷载„永久荷载:压型钢板、钢筋和混凝土层、结构找平层、粉刷层、建筑面层、屋顶构造层、吊顶等的自重，以及设备（如通风管道）自重等。（若在施工阶段出现挠曲效应，还应考虑由此增加的混凝土自重）„可变荷载:包括板面的使用活荷载、安装荷载以及设备的检修荷载等。2011-4-621†局部荷载（集中荷载或线荷载）作用下组合板有效宽度bef确定原则„抗弯承载力计算简支板：bef=bf1+2lP(1-lP/l)连续板：bef=bf1+[4lP(1-lP/l)]/3„抗剪承载力计算bef=bf1+lP(1-lP/l)组合板的设计——使用阶段l：组合板跨度；lP：荷载作用点到组合板较近支座的距离；bf1：局部荷载在组合板中的分布宽度；bf：荷载宽度；hc：压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度；hd：地板饰面层厚度。bf1=bf+2(hc+hd)荷载按45角扩散传递2011-4-622组合板的设计——使用阶段†组合板内力计算原则（按砼板厚区分）„第一种情况（压型钢板顶面以上混凝土厚度50mm≤hc≤100mm）（1）跨中正弯矩:简支单向板（强边顺肋方向）；（2）板端负弯矩:固支单向板（强边顺肋方向）；（3）不考虑弱边（垂直肋）方向的正负弯矩。2011-4-623组合板的设计——使用阶段„第二种情况（混凝土厚度hc100mm）（1）λe≤0.5或≥2.0时：单向弯曲板(同第一种情况)（2）0.5≤λe≤2.0时：双向弯曲板(双向异性板)参数λe＝μlx／ly,μ=(Ix／Iy)1/4（异向性系数）Ix、Iy：组合板强边方向和弱边方向的截面惯性矩，计算Iy时只考虑压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度hc。2011-4-624组合板的设计——使用阶段„双向异性组合板计算方法四边简支:（a）强边方向：按单向组合板设计计算；（b）弱边方向：仅按压型钢板上翼缘以上钢筋混凝土板进行设计计算。四边固结:将双向异性板等效为双向同性板，进而得到组合板各个方向的弯矩。以强边方向截面刚度为等刚度以弱边方向截面刚度为等刚度2011-4-625组合板的设计——使用阶段„连续组合板负弯矩调幅对于连续组合板，当采用弹性方法进行内力分析时，若允许支座混凝土开裂，则可按考虑塑性内力重分布的计算方法，对中间支座处的负弯矩进行适当的调幅。2011-4-626组合板的设计——使用阶段†组合板正截面抗弯承载力验算„计算方法：塑性设计法„计算假定：(1)承载力极限状态时，受拉区和受压区材料均达到其强度设计值；(2)忽略受拉混凝土的作用和压型钢板凹槽内混凝土的作用；(3)符合平截面假定；(4)对材料的强度设计值进行0.8系数的折减。PA2011-4-627组合板的设计——使用阶段„塑性中和轴位于压型钢板顶面以上的混凝土内Ap条件：PcmcAffhb≤cmPMfxby≤0.8PcmP0//2xAffbyhx==−，验算公式：其中：x—组合板受压区高度，x0.55h0时，取x=0.55h0；h0—组合板有效高度，从压型钢板形心轴到砼受压区边缘的距离；yp—压型钢板截面应力合力至混凝土受压区截面应力合力的距离；b—压型钢板的波距；AP—压型钢板波距b内的截面面积；hc—压型钢板顶面以上混凝土厚度；f—压型钢板的抗拉强度设计值；fcm—混凝土抗压强度设计值。2011-4-628组合板的设计——使用阶段„塑性中和轴位于压型钢板腹板内PcmcAffhb条件：验算公式：其中：AP2—塑性中和轴以上波距b内压型钢板的截面面积；yP1—压型钢板受拉区截面应力合力点至受压区混凝土合力点的距离；yP2—压型钢板受拉区截面应力合力点至压型钢板受压区截面应力合力点的距离。Ap20.5/)PPcmcAAfbhf−＝（1220.8)cmcpppMfhbyAfy≤+（PcmcAffhb2011-4-629组合板的设计——使用阶段†组合板斜截面抗剪承载力验算00.7tVfbh≤V—组合板在计算宽度b内的剪力设计值；h0—组合板有效高度，从压型钢板形心轴到砼受压区边缘的距离；b—压型钢板的计算宽度（一个波距）；ft—混凝土轴心抗拉强度设计值。组合板斜截面最大剪力设计值V应当满足:Ap2011-4-630组合板的设计——使用阶段†组合板的抗冲切承载力验算ucr—冲切面的临界周界长度，可近似取ucr=2(ac+bc)+4h0+4hc；ac+bc—集中荷载加载面的两个方向的边长；h0—组合板有效高度，从压型钢板形心轴到砼受压区边缘的距离；hc—压型钢板顶面以上混凝土厚度；ft—混凝土轴心抗拉强度设计值。组合板在集中荷载作用下的抗冲切承载力Vp可按下式验算：0.6ptcrcVfuh≤bcacVp2011-4-631组合板的设计——使用阶段†组合板混凝土与压型钢板界面的纵向抗剪承载力验算V—组合板的纵向剪力设计值(kN/m)；Wr—组合板的平均槽宽；h0—组合板有效高度；a—组合板的剪跨；t—压型钢板厚度；—剪力粘结系数，由实验确定。《钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程YB9238-92》有相应的规定，但《高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98》中没有此类验算内容。《钢-混组合楼盖规程YB9238-92》给出如下的验算公式：01203urVVaWhtαααα≤=−++0123,,,αααα2011-4-632组合板的设计——使用阶段集中荷载(或线荷载)作用下的组合板，在进行上述各项的承载能力计算时，考虑到集中荷载有一定的分布宽度，在利用上述各公式计算时，应将截面的计算宽度b改为有效宽度bef。注意2011-4-633组合板的设计——使用阶段†连续组合板负弯矩区承载能力验算对于连续组合板，在中间支座负弯矩截面，压型钢板基本处于受压区，这时应在靠近板面的混凝土内配置受拉钢筋。此时忽略压型钢板的受压作用，取单位计算宽度按倒T形钢筋混凝土受弯构件进行配筋计算。2011-4-634组合板的设计——使用阶段†组合板变形验算„计算方法：弹性设计方法„计算原则：（1）按强边方向的简支单向板计算挠度；（2）分别进行荷载标准组合作用下（短期荷载效应组合）和荷载准永久组合作用下（长期荷载效应组合）的变形验算；2011-4-635组合板的设计——使用阶段变形验算公式：荷载标准组合：（短期荷载效应组合）荷载准永久组合：（长期荷载效应组合）[]/360lΔ≤Δ=4()kksgqlBα+Δ=α－受弯构件挠度系数，均布荷载下简支组合板挠度系数为5/384；qk、gk－使用阶段计算宽度范围内，组合板上的永久荷载和可变荷载的标准值；ψq－活荷载准永久值系数；Bs、Bl－组合板在荷载效应的标准组合和准永久组合下的等效刚度。4()kqklgqlBψα+⋅Δ=2011-4-636组合板的设计——使用阶段0.5sslsBEIBEI==αE=ES/EC－钢材与砼的弹性模量之比；Is、Ic－压型钢板和砼部分对各自截面形心的惯性矩；Ap、Ac－压型钢板和砼部分的截面面积；h0－组合板的有效高度；h’c－组合板受压边缘至砼部分形心的距离；x’n－全截面有效时，组合板中和轴至受压边缘的距离。„等效刚度计算：钢材弹性模量将组合板的混凝土截面换算成钢截面后的等效截面惯性矩2201[()]()ccncspnEIIAxhIAhxα′′′=+−++−组合截面中和轴0ccEpncEpAhAhxAAαα′+′=+压型钢板形心砼形心2011-4-637组合板的设计——使用阶段†组合板裂缝宽度验算„对于组合楼板负弯矩部分混