第4章壓型鋼板混凝土組合樓板PPT課件VIP

精選,1,建筑工程學院,第4章壓型鋼板混凝土組合樓板,土木工程專業(yè)本科課程教學,主講：周天華,2013.11,精選,2,通過剪力連接件將壓型鋼板與混凝土進行組合，形成一種共同受力、協(xié)調變形的組合板稱為組合板。組合樓板中的壓型鋼板除在施工階段作為模板用外，在使用階段還兼做組合板中的受力鋼筋或部分受力鋼筋。這種組合樓板結構體系能夠充分利用混凝土所具有的優(yōu)越抗壓性能和充分發(fā)揮鋼材所具有的優(yōu)越抗拉性能外，還具有自重輕、塑性和抗震性能好、經濟效果顯著和施工簡便等突出有點。,4.1概述,精選,3,板,拉區(qū)鋼，壓區(qū)混凝土,精選,4,組合樓板的分類,按壓型鋼板在組合樓板中的作用，分為三類。1、壓型鋼板僅起模板作用非組合板2、以壓型鋼板作為主要承載構件非組合板3、考慮壓型鋼板與混凝土組合效應的組合樓板組合板,本章內容,精選,5,高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程JGJ99-98第七章組合樓蓋第三節(jié)壓型鋼板組合樓板設計注：混凝土部分需按混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2010調整。,依據規(guī)范：,壓型鋼板組合樓板計算方法,同梁,精選,6,非組合板,精選,7,非組合板,桁架高度：100mm；上弦鋼筋直徑：12mm、14mm；下弦鋼筋直徑：10mm、12mm；腹桿筋：7mm、8mm,鋼筋桁架,精選,8,精選,9,非組合板,鋼筋桁架,精選,10,非組合板,鋼筋桁架,精選,11,非組合板,精選,12,組合板,精選,13,按壓型鋼板在組合樓板的作用，將壓型鋼板組合樓板分為三類。1、模板用壓型鋼板的組合樓板2、以壓型鋼板作為主要承載構件的組合樓板3、考慮壓型鋼板與混凝土組合效應的組合樓板對于上述前兩類組合樓板，在設計中未涉及兩種不同材料的組合效應，僅根據它們承受的外荷載的條件，參照鋼結構和混凝土結構設計規(guī)范，分別進行設計，這種組合板稱為非組合樓板。,4.1.1組合樓板的分類,精選,14,第三類組合樓板，壓型鋼板與混凝土在使用階段形成整體，設計時，按組合樓板進行設計。壓型鋼板與混凝土之間的組合效應，是通過疊合面之間采用適當?shù)倪B接形成的。要求疊合面上的連接件具有足夠的抗剪切粘結強度，以抵抗樓板在外荷載作用下產生的縱向水平剪力，同時還要確保壓型鋼板與混凝土能在垂直方向掀起力作用下保持共同工作。,4.1.1組合樓板的分類,精選,15,常采用的連接形式可歸納以下三種：（1）采用閉合式壓型鋼板（見下圖），依靠楔形混凝土塊體為疊合面提供必要的抗剪能力。,4.1.1組合樓板的分類,精選,16,（2）采用帶壓痕、沖孔或加勁肋的壓型鋼板（見下圖），靠壓痕、沖孔或加勁肋為疊合面提供必要的抗剪能力。,4.1.1組合樓板的分類,精選,17,（3）在無壓痕壓型鋼板上口鋼板上翼緣加焊橫向受力鋼筋（見下圖），加焊橫向受力鋼筋以承受鋼板與混凝土疊合面的縱向剪力。鋼筋與壓型鋼板的連接應采用喇叭形坡口焊接。,4.1.1組合樓板的分類,精選,18,組合樓板與非組合樓板在使用中的共同特點是；（1）壓型鋼板可快速就位，還可以采用多個樓層鋪設壓型鋼板、分層澆混凝土板的流水施工。（2）便于鋪設板內管線，并可在壓型鋼板凹槽內埋設建筑裝修用的吊頂掛鉤。（3）用圓頭柱釘焊透壓型鋼板焊接在鋼梁上的翼緣后，使壓型鋼板在施工階段可對鋼梁起到側向支撐作用。（4）采用壓型鋼板后，將增加材料費用，尤其是組合樓板中的壓型鋼板，需采用防火涂料，并增加相應費用。但是，這一缺陷可以由其它方面優(yōu)點預以彌補。,4.1.2組合樓板與非組合板的特點,精選,19,1、非組合樓板這類樓板具有如下使用特點：（1）在使用階段，壓型鋼板不作為混凝土板的受拉鋼筋，屬于非受力鋼板，因此按無壓型鋼板的混凝土板計算其承載力。（2）在施工階段，壓型鋼板作為澆筑混凝土的模板，即不卸的永久模板。而且壓型鋼板下不設置臨時支承，以使樓層混凝土板能交叉進行，因此，在施工階段要由壓型鋼板承擔未結硬混凝土的板的重量和施工荷載。,精選,20,（3）由于壓型鋼板不替代混凝土板內的受拉鋼筋作用，可不采用防火涂料，但仍宜采用鍍鋅板使其能起防繡作用。（4）壓型鋼板與混凝土之間的疊合面可以放松要求，不要求采用帶有特殊要求的壓型鋼板；（5）采用圓柱頭焊釘將壓型鋼板與鋼梁相連，以保證施工人員的施工安全。目前，國內高層建筑鋼結構中，主要采用上述非組合樓板，其主要的原因是國內生產的壓型鋼板多數(shù)無壓痕波槽，不能傳遞壓型鋼板與混凝土之間的橫向剪力。,精選,21,2、組合樓板這類樓板有如下使用特點及要求：（1）在使用階段壓型鋼板作為混凝土板的受拉鋼筋；在施工階段作為現(xiàn)澆混凝土時的模板。（2）采用能傳遞壓型鋼板與混凝土疊合面上縱向剪力的壓型鋼板，壓型鋼板采用圓柱頭焊釘將壓型鋼板與鋼梁焊接固定，能夠保證傳遞剪力和施工人員的安全。,精選,22,彈性理論計算方法就是按工程力學的方法計算，適合壓型鋼板混凝土樓板的施工階段計算及撓度計算。計算時，采用壓型鋼板混凝土樓板的換算截面。即根據計算要求，將混凝土截面換算成相當于與鋼材的截面，然后按工程力學的方法計算。塑性理論的計算方法適用于計算承受靜力荷載或承受間接動力荷載壓型鋼板混凝土組合板的承載力。計算時，考慮構件截面上應力重分布。,4.1.3計算方法,精選,23,壓型鋼板混凝土組合板設計內容,重點掌握組合板的設計方法與組合梁類似！,設計內容,彈性方法,塑性方法,壓型鋼板,壓區(qū)砼換算為鋼,施工階段,使用階段,有無支撐,？,短期,長期,正截面抗彎斜截面抗剪抗沖切撓度裂縫振動,截面砼和鋼均達設計強度,精選,24,4.2.1壓型鋼板的型號1、國產壓型鋼板的板型壓型鋼板一般采用厚度0.5mm1.2mm的鍍鋅薄鋼板冷軋而成?，F(xiàn)生產壓型鋼板有五種型號，見下圖。,4.2壓型鋼板的型號及截面特性,精選,25,4.2.1壓型鋼板的型號,(b)YX-75-200-600,(c)YX-75-200-600(),（a）YX-75-200-600,精選,26,4.2.1壓型鋼板的型號,(d)YX-75-230-690,(e)YX-75-230-690(),(f)BD-40彎全閉合型,精選,27,國外生產的壓型鋼板板型較多，典型板型見下圖。,2國外壓型鋼板的板型,精選,28,精選,29,1、壓型鋼板截面特征計算（1）計算原則1）當壓型鋼板的受壓翼緣的寬厚比小于容許最大截面寬厚比時（表4.2.1），其截面幾何特征值按全截面進行計算。2）壓型鋼板的受壓翼緣的寬厚比大于容許最大截面的寬厚比時，其截面特征值按有效截面計算；3）壓型鋼板的截面特征按材料力學的方法計算。,4.2.2壓型鋼板的截面特征,精選,30,（2）計算方法壓型鋼板的截面可以劃分為三部分；即水平板元、斜板元、弧板元。板上、下翼緣平板部分為水平板元；腹板或卷邊板斜部分為斜板元；腹板或卷邊板與翼緣板之間的弧形部分為弧板元，見下圖。計算截面特征時，壓型鋼板各板元的截面可取各自的中心線，并由中心線代替板元。按線元計算各板的截面幾何特征，求其總和，再乘以厚度，即求的壓型鋼板的實際的截面特征。,精選,31,壓型鋼板實際是把薄鋼板在常溫下通過冷軋而成的，對其截面的計算應按冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范GB50018-2002的規(guī)定進行。,（2）計算方法補充內容,精選,32,1-1軸的慣性矩對2-2軸的慣性矩,（3）板線單元截面幾何特征計算1）水平板線單元特征計算,精選,33,2)、斜板線元特征計算對1-1軸的慣性矩對2-2軸的慣性矩,精選,34,3）、弧板線元特征計算對1-1軸的慣性矩對2-2軸的慣性矩,精選,35,1)當壓型鋼板受壓翼緣的寬厚比不超過表4.2.1所規(guī)定的最大的寬厚比時，受壓翼緣的有效計算寬度見下圖，可按表4.2.2中所列的相應的公式計算。2)一般情況下，組合板中所采用的壓型鋼板，形狀比較簡單，加勁肋不超過兩個，所以，在實用計算中，壓型鋼板受壓翼緣的有效計算寬度可取,2受壓翼緣有效計算寬度,精選,36,1、混凝土的強度等級混凝土的強度等級不宜低于C20,骨料的尺寸不應大于0.4、0.33和30；為壓形鋼板的厚度；為壓型鋼板澆注混凝土的凹槽的平均寬度。,4.3組合樓板構造,精選,37,2、壓型鋼板組合樓板用的壓型鋼板凈厚度（不包括鍍鋅保護層等面層）不應小于，但僅供施工做模板用的壓型鋼板除外。壓型鋼板外露表面應有保護層，以防施工使用過程中大氣侵蝕。采用鍍鋅壓型鋼板時，鍍鋅層兩面總計為,精選,38,3、組合樓板的厚度1）組合板的總厚度不應小于90，壓型鋼板翼緣以上的混凝土厚度不應小于50。,精選,39,2）壓型鋼板用作混凝土板底部受力鋼筋時，需要進行防火保護，此時，組合樓板的厚度及防火保護層的厚度應符號表4.3.1的要求。4、組合板的支承長度（1）支承在鋼梁時，組合板的支承長度不應小于75，其中壓型鋼板的擱置長度不應小于50；,精選,40,精選,41,5、端部的錨固（1）將圓柱頭栓釘置于壓型鋼板端頭的凹槽內,利用穿透平焊法,把栓釘傳透壓型鋼板焊止鋼梁上的翼緣.見圖4.3.2(a)（2）將圓柱頭栓釘焊在鋼梁上翼緣的中線上,同時將兩側壓型鋼板的端頭凸肋打扁,并點焊在于鋼梁上翼緣.見圖4.3.3b。,精選,42,（3）栓釘?shù)闹睆綉舷铝幸?guī)定：a、跨小于3m的組合板,栓釘?shù)闹睆綖?3或16.b、跨度為3m6m的組合板,栓釘?shù)闹睆綖?6或19.c、寬度大于6m的組合板,栓釘直徑為19.,（4）圓柱頭栓釘焊接后的剩余高度,應大于壓型鋼板的波高的加30;栓釘頂面混凝土保護層厚度的不應小于15。,精選,43,6、壓型鋼板長邊的連接壓型鋼板長邊的相互之間連接采用搭接后，并用貼角焊或塞焊進行焊接，以防止壓型鋼板相互移動或分離，每段焊縫長度為20mm30mm,焊縫間距為300mm左右，見圖4.3.4所示。7、壓型鋼板端部的連接壓型鋼板端部的連接應設置錨固件與鋼梁連接，可采用塞焊、貼角焊或采用圓頭柱栓釘穿透壓型鋼板與鋼梁焊接，見圖4.3.4,精選,44,精選,45,非組合樓板的設計計算分為施工階段和使用階段。在施工階段，壓型鋼板承受施工階段的施工荷載和混凝土的自重，需進行受彎承載承載力計算和變形驗算。在使用階段，壓型鋼板失去結構功能，樓板按鋼筋混凝土密肋樓板進行設計。下面僅介紹施工階段的驗算。,4.4非組合樓板的計算,精選,46,1、承載力及變形計算時，可按強邊方向的單向板計算，對弱邊方向不進行計算。2、按彈性計算方法計算。3、經驗算，壓型鋼板的強度和變形不能滿足要求時，可增設臨時支撐以減小壓型鋼板的跨度，計算跨度可取臨時支撐之間的距離。4.4.2計算簡圖計算簡圖可按實際支承跨數(shù)及跨度尺寸來確定；考慮到下料的不利情況，也可取兩跨連梁或單跨簡支板。,4.4.1計算原則,精選,47,1、永久荷載壓型鋼板及混凝土的自重。2、可變荷載施工活荷載：工人、施工機械設備等自重。附加荷載：當有混凝土堆放附加管線混凝土泵等以及過量沖擊效應時，應適當增加荷載。3、額外荷載當壓型鋼板跨中撓度大于20時,應考慮“坑凹”效應，計算混凝土自重時,將全部的混凝土厚度增加0.7。,4.4.3荷載,精選,48,1、截面抵抗矩壓型鋼板的截面抵抗矩,取其受壓區(qū)和受拉區(qū)兩者的較小者。,4.4.4承載力驗算,2、受彎承載力壓型鋼板的正截面受彎承載力應按下式進行驗算：,精選,49,4.4.5、撓度驗算壓型鋼板載均布荷載作用下,可按下式進行驗算：簡支板兩跨連續(xù)板,精選,50,組合板的計算按施工階段和使用階段分別計算.施工階段,由于壓型鋼板于混凝土之間不能共同作用,此時壓型鋼板的作用可視為模板,其分析計算同非組合樓板。使用階段,混凝土已經結硬，根據壓型鋼板與混凝土共同工作的特點,進行組合樓板的承載力、局部荷載下的抗沖切承載力和變形驗算。,4.5組合樓板設計計算,精選,51,1、在使用階段,當壓型鋼板上的混凝土厚度為50mm至100mm時,可按下列規(guī)定進行組合樓板的計算：（1）按簡支單向板計算組合板強邊方向的正彎矩.（2）強邊方向的負彎矩按固端板計算.（3）不考慮弱邊(垂直肋的方向)方向的正彎矩.2、當壓型鋼板上的混凝土厚度大于100mm時,板的承載力應按下列規(guī)定確定按雙向板或單向板計算,但板的變形仍按強邊方向的簡支單向板計算。,4.5.1計算原則,精選,52,（1）當0.52.0時,按雙向板計算;（2）當0.5或2.0時,按單向板計算;上式中有效邊長比按下式計算：3、在局部荷載作用下,組合樓板強邊和弱邊的有效工作寬度,見圖4.5.1,分別根據抗彎、抗剪計算取用不大于按下列公式計算所得的相應數(shù)值：,4.5.1計算原則,精選,53,（1）抗彎計算時簡支板連續(xù)板,4.5.1計算原則,精選,54,（2）抗剪計算時式中集中（局部）荷載的作用寬度和集中荷載在組合板內的分布寬度;組合板跨度;荷載作用點至組合板較近支座的距離;當板寬內有多個集中荷載時,取產生較小bef值的相應荷載作用點至較近支座點的距離;,4.5.1計算原則,精選,55,壓型鋼板上翼緣面以上的混凝土厚度;組合板的飾面層厚度.4、雙向組合板（1）周邊支承條件雙向組合板周邊的支承條件,可按以下情況確定：1)當跨度大致相等,且相鄰跨是連續(xù)的,樓板周邊可簡化為固定邊；2)當組合板相鄰跨度相差比較大時,或壓型鋼板以上的混凝土板不連續(xù),應將樓板周邊簡化為簡邊。,4.5.1計算原則,精選,56,（2）異性雙向板對異性雙向板的彎矩,可將板形狀按有效邊長加以修正后,按各向同性板的彎矩采用；1)強邊方向的彎矩,取等于弱邊方向跨度乘以系數(shù)后所得各向同性板在短邊方向得彎矩,見下圖a；2)弱邊方向的彎矩,取等于強邊方向跨度乘以系數(shù)后所得各向同性板在短邊方向的彎矩,見下圖b；（3）四邊支承雙向板1)強邊（順肋）方向,按組合板計算2)弱邊（垂直于肋）方向,僅取壓型鋼板上翼緣以上的混凝土板,按一般鋼筋混凝土板設計。,4.5.1計算原則,精選,57,4.5.1計算原則,精選,58,1、正截面受彎的破壞形態(tài)1）位于拉區(qū)的壓型鋼板截面屈服后,并經過較大的塑性變形后，受壓區(qū)混凝土最大的應變達到受壓極限應變而壓碎,這種破壞具有明顯的預兆，屬于塑性破壞，這種組合板稱為適筋板。,4.5.2正截面承載力計算,正截面計算取“單位板寬”b=1000mm計算！,精選,59,2）當含鋼率過大時，受拉鋼板在沒有屈服之前，受壓區(qū)混凝土達到其極限應變值而壓碎，組合板同時發(fā)生突然脆性破壞，破壞時組合板變形很小，沒有明顯的預兆，此種破壞屬于脆性破壞。發(fā)生脆性破壞的組合板稱為超筋板。2、組合板的界限含鋼率當時，組合板發(fā)生脆性破壞；當時，組合板發(fā)生塑性破壞。下面確定界限含鋼率的表達式。,4.5.2正截面承載力計算,精選,60,精選,61,壓型鋼板高度；組合板的有效高度，從鋼板形心軸到受壓邊緣的距離；鋼材的抗拉強度設計值；混凝土軸心抗壓強度設計值。界限配筋率為：,4.5.2正截面承載力計算,精選,62,1)組合板的正截面承載能力按塑性設計理論計算,假定截面受拉區(qū)和受壓區(qū)的材料均達到強度設計值；2)因在組合板中充當受拉鋼筋的壓型鋼板沒有混凝土保護層,以及中和軸附近材料強度發(fā)揮不充分等原因,壓型鋼板鋼材抗拉強度設計值和混凝土強度設計值均應分別乘以折減系數(shù)0.8。,3、計算假定,精選,63,4、基本計算公式（1）塑性中和軸在壓型鋼板頂面混凝土截面()內根據平衡條件,得出計算基本公式如下：,精選,64,（2）中和軸位于壓型鋼板內,精選,65,1、斜截面受剪破壞的形態(tài)（1）縱向水平剪切破壞（見下圖33斷面）在靠近支座附近的集中荷載處的混凝土出現(xiàn)斜向裂縫,混凝土和壓型鋼板開始垂直分開,壓型鋼板與混凝土之間喪失剪切粘結力,并產生相對滑移.樓板非線性位移增加,構件喪失承載力。壓型鋼板端部是否產生滑移是區(qū)別彎曲破壞和水平剪切粘結形態(tài)的主要標志。試驗表明，配置端頭栓釘?shù)慕M合板,能提高剪切荷載的20%,在靜荷載作用下能夠充分滿足組合作用。,4.5.3受剪承載力計算,斜截面計算取“一個波寬”計算！,精選,66,組合板一般比較柔,因此在支座處的混凝土的垂直剪切破壞不可能成為樓板的控制設計臨界條件，只有在板的高跨比、荷載比較大的情況下,才考慮混凝土垂直的剪切破壞。,（2）混凝土垂直剪切破壞（見下圖2-2斷面）,精選,67,2、斜截面受剪承載力計算組合板的斜截面受剪承載力應滿足下式要求：3、疊合面受剪承載力計算組合板的混凝土與壓型鋼板疊合面上的縱向剪力應滿足下式要求：,精選,68,式中組合板一個波矩疊合面上的縱向剪力設計值;組合板的剪力跨矩；壓型鋼板用于澆注混凝土的凹槽的平均寬度；壓型鋼板的厚度;組合板的有效高度;剪力粘結系數(shù),由試驗確定;當無試驗資料時,也可參考下列數(shù)值：,精選,69,在正常使用極限狀態(tài)，組合樓板處于彈性工作階段，驗算的目的是控制交接面上的剪應力不超過粘結強度。交接面上的剪力是組合作用形成以后施加荷載引起的，不包括施工期間鋼板單獨承擔剪力，交接面上的剪應力可近似表示為；鋼板與混凝土之間的粘結強度為，則驗算時應滿足,4、鋼板與混凝土交接面上的抗剪能力驗算,精選,70,當組合樓板上作用集中荷載時,應按下式驗算其抗沖切承載力：,4.5.4抗沖切承載力計算,精選,71,式中集中荷載作用下組合板的沖切力設計值;沖切面的臨界周邊的長度,見下圖;壓型鋼板頂面以上的混凝土計算厚度;混凝土的抗拉強度設計值.,精選,72,撓度和裂縫按彈性理論計算。1、撓度驗算計算組合板撓度時,不論其支承情況如何,均按簡支單向板計算沿強邊(順肋)方向的變形,并應分別按短期荷載效應組合和長期效應組合計算.（1）荷載短期效應組合下的組合板撓度按下式計算均布荷載簡支板集中荷載簡支板均布荷載雙向簡支板,4.5.5撓度、裂縫及自振頻率驗算,精選,73,（2）、荷載長期效應組合下的組合板撓度按下式計算;均布荷載簡支板;集中荷載簡支板;均布荷載雙向簡支板,精選,74,（3）、按荷載的短期效應組合,并考慮永久荷載的長期作用的影響,承受均布荷載的簡支組合板,其撓度可按下列公式計算：,精選,75,2、組合樓板負彎矩部位混凝土裂縫寬度驗算;組合樓板負彎矩部位混凝土裂縫寬度的驗算,可忽略壓型鋼板的作用,即按混凝土板及負筋計算板的最大裂縫寬度,并使其符合混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度的限值.,精選,76,最大裂縫寬度計算按荷載的短期效應組合并考慮長期荷載效應的影響進行計算.最大裂縫寬度按下式計算;,精選,77,3、組合板的振動控制組合板振動感覺的許可程度,可近似地通過驗算板的自振頻率值,并使該值大于許可值,以此作為判別，組合樓板地自振頻率按下式計算;式中永久荷載作用