压型钢板与混凝土组合板.ppt

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1、3.1 概述 压型钢板与混凝土组合板是20世纪60年代前后兴起的一种新型组合结构。1.压型钢板按其在组合板中的作用可分为三类：以压型钢板作为板的主要承重构件，混凝土只是作为板的面层以形成平整的表面及起到分布荷载的作用。按钢结构规范进行施工阶段和使用阶段计算。压型钢板仅作为浇筑混凝土的永久性模板，并作为施工时的操作平台。考虑施工阶段荷载，按钢结构计算。使用阶段仅考虑混凝土，按按混凝土规范计算混凝土板。以上两类均属于非组合板。考虑组合作用的压型钢板混凝土组合板。施工阶段压型钢板作为模板及浇注混凝土的作业平台。使用阶段，压型钢板相当于钢筋混凝土板中的受拉钢筋，在全部静载及活载作用下，考虑二者的组合作

2、用。,第三章 压型钢板与混凝土组合板,本章主要讲第三类，即组合楼板。2.组合板优点1)压型钢板作为浇灌混凝土的模板，节省了大量木模板及其支撑。2)压型钢板工厂生产、运输、堆放方便，节省大量支模工作，并且改善了施工条件。3)在使用阶段，由于组合作用，可代替受拉钢筋。减少了钢筋的制作与安装工作。4)刚度大，自重轻。5)便于敷设通信、电力、采暖等管线。6)便于立体作业，加快施工进度，缩短工期。7)可直接做顶棚。8)减小了发生火灾的可能性。,3.2 压型钢板的型式及要求 3.2.1 压型钢板的形式：(1)闭口形槽口的压型钢板(图3.1a)(2)轧齿槽或开小孔的压型钢板(图3.1b)(3)加焊钢筋的压型

3、钢板(图3.1c)国内生产的压型钢板仅适用于直接作用于非组合板，如果用于组合板中，必须在板的翼缘上采取措施，以保证组合效应。,图3.1 压型钢板与混凝土的组合连接,图3.2 国外生产的板型,图3.3 国内产压型钢板主要板型,3.3 压型钢板的截面特征3.3.1 受压翼缘的有效计算宽度 在与腹板交接处应力最大，距腹板愈远，应力愈小，呈曲线递减。实用上常把翼缘的应力分布简化成在有效宽度上的均布分布。计算公式按表计算。可近似取，t为压型钢板板厚。3.3.2 对压型钢板的要求 压型钢板的厚度一般不应小于0.75mm。为便于浇灌混凝土，要求压型钢板的平均槽宽不小于50mm。当在槽内设置带头栓钉时，压型钢

4、板的总高，包括刻痕在内不应大于80mm.压型钢板受压翼缘带有纵向加劲肋时，加劲肋的刚度须满足：边缘卷边加劲肋 且（3.1）中间加劲肋 且（3.2）,3.4 组合板的承载力计算 3.3.1 组合板的破坏模式（见图）1.弯曲破坏（沿1-1）当组合板中含钢量适当时，破坏是从受拉区压型钢板及受拉钢筋开始，及受拉钢板及钢筋首先屈服，板的变形裂缝迅速发展，受压区不断减小，最后由于混凝土被压碎而告破坏。通常应以含钢率或x值控制。2.纵向水平剪切粘结破坏（沿2-2）主要由于混凝土与压型钢板的界面抗剪切滑移强度不够，使两界面成为组合板薄弱环节。破坏特征：首先在靠近支座附近的集中荷载处混凝土出现斜裂缝，混凝土与压

5、型钢板开始发生垂直分离，随即压型钢板与混凝土丧失抗剪切粘结能力，产生较大的纵向滑移。3.斜截面的剪切破坏（沿3-3）这种破坏一般发生在当组合板的高跨比很大、荷载比较大、尤其是在集中荷载作用时，发生支座最大剪力处沿斜截面剪切破坏。,图3.4 组合板破坏模式,3.3.2 组合板的承载力计算1.施工阶段的承载力计算 施工阶段压型钢板作为模板，在混凝土达到设计强度前，仅压型钢板（不考虑混凝土的作用）作为施工时的操作平台。荷载：压型钢板的自重、湿混凝土的自重及施工时机具、人员等一切活荷载。,3.3.3 组合板的计算方法和原则,1施工阶段压型钢板作为浇筑混凝土的模板，采用弹性方法计算。强边（顺肋）方向的正

6、、负弯矩和挠度应按单向板计算，弱边（垂直肋）方向不计算。2使用阶段（1）实用设计法当压型钢板顶面以上的混凝土厚度为50mm至100mm时，组合板强边（顺肋）方向的正弯矩和挠度，按承受全部荷载的简支单向板计算，强边方向负弯矩按固端板取值，不考虑弱边（垂直肋）方向的正、负弯矩。,当压型钢板顶面以上的混凝土厚度大于100mm时，组合板的挠度应按强边方向的简支单向板计算。当 时，应按双向板计算内力；当 或 时，应按单向板计算内力。其中（3.3）式中 组合板的各向异性系数，；lx组合板强边（顺肋）方向的跨度；ly组合板弱边（垂直肋）方向的跨度；Ix、Iy分别为组合板强边和弱边方向的截面惯性矩（计算Iy时

7、只考虑压型钢板顶面以上的混凝土厚度hc，即，其中B为压型钢板的计算宽度，通常取波距值）。,（2）双向组合板 周边支承条件 当双向组合板的跨度大致相等，且相邻跨是连续时，板的周边可视为固定边。当组合板相邻跨度相差较大，或压型钢板以上的混凝土板不连续时，应将板的周边视为简支边。各向异性双向板 对于各向异性双向板的弯矩，可将板形状按有效边长比加以修正后视作各向同性板的弯矩。强边方向的弯矩，取等于弱边方向跨度乘以系数后所得各向同性板在短边方向的弯矩；弱边方向的弯矩，取等于强边方向跨度乘以系数后所得各向同性板在长边方向的弯矩。,图 3.5 组合板计算简图,四边支承双向板强边（顺肋）方向按组合板设计，弱边

8、（垂直肋）方向，仅取压型钢板上翼缘以上的混凝土板进行设计。（3）连续组合板对于连续组合板，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，中间支座处的负弯矩可适当地进行调幅。支座负弯矩降低之后，跨中正弯矩亦相应地增加，即应满足静力平衡条件。,施工活荷载一般按等效均布荷载，根据施工实际情况确定，但应不小于1.5kN/m2。考虑到未和混凝土“组合”前，压型钢板刚度较小，变形较大，因此混凝土体积可能超过图纸所标的标准体积，因此将混凝土自重乘以1.1的系数。3.3.4 组合板的承载能力计算 按钢结构设计规范计算，压型钢板物理力学性能可参考表、和产品样本。公式：M

9、fWs（3.4)M计算宽度上压型钢板的弯矩设计值；f压型钢板抗弯强度设计值；Ws压型钢板的截面抵抗矩，取受压区或受拉区的截面抵抗矩中较小者。受压区：受拉区：,（3.5）,（3.6）,Is单位宽度压型钢板对其形心轴的惯性矩；xc 压型钢板中和轴至受压边缘的距离；hs 压型钢板的总高度。2.使用阶段承载力的计算 荷载：压型钢板及混凝土自重，面层及构造层（如保湿层、找平层、防水层、隔热层等）的重量，吊顶及管道的重量，设备及使用荷载。当组合板上作用有集中荷载或线荷载时，应当考虑荷载分布的有效宽度和组合板的有效宽度问题（如图 3.5所示）。,图3.5 集中荷载分布有效宽度,集中荷载的分布宽度：按沿荷载作

10、用边缘沿45线传递bf1荷载分布有效宽度；bf组合板上集中荷载或线荷载的实际作用宽度；hc压型钢板顶面以上混凝土的厚度；hd 楼板饰面层厚度。组合板在集中荷载作用下的有效宽度按下式计算：1）抗弯承载能力计算简支板：连续板：2）剪切计算取：l为板跨；a为剪跨，取集中荷载作用点至较近支座间距离,（3.8）,（3.9）,（3.10）,(3.7),（1）正截面受弯承载力的计算基本同钢筋混凝土适筋梁。适筋破坏时，作如下假设：1）达到极限状态时，沿着截面高度混凝土受压区应力呈抛物线形分布，计算时可等效成矩形应力图形。等效矩形应力图形的应力值为fc，计算受压区高度为实际受压区高度的0.8倍。2）达到极限状态

11、时，受拉区压型钢板及受拉钢筋的应力均能达到各自的强度设计值。3)忽略中和轴附近受拉混凝土的作用和压型钢板凹坑内混凝土的作用。4)对于完全剪切连接组合板，在混凝土与压型钢板的界面上滑移很小，混凝土与压型钢板始终保持共同工作。因此直至达到极限状态，板都符合平截面假定。两种情况：1）塑性中和轴在压型钢板上翼缘以上的混凝土板内，即 组合板截面的应力分布如图3.6所示。,图3.6 中和轴在混凝土板内时的计算应力图,根据内力平衡则组合板的承载能力：或,（3.11）,（3.12）,（3.13）,（3.14）,M-组合板的最大正弯矩截面的弯矩设计值；Mu-为组合板抵抗正弯矩的承载能力；b-组合板的单位宽度；x

12、-组合板的计算受压区高度，当 时，取 进行计算；ho-组合板的有效高度；f-压型钢板抗拉强度设计值；Ap-组合板的计算宽度b内，压型钢板的截面面积。,图3.7 中和轴在压型钢板内时的计算应力图,2）塑性中和轴在压型钢板内，即，此时截面的应力分布见图3.7。根据截面的内力平衡条件，得 Ap2-塑性中和轴以上计算宽度内压型钢板的截面面积;yp1-压型钢板受拉区截面应力的合力作用点至受压区混凝土合力作用点的距离；yp2-压型钢板受拉区截面应力的合力作用点至压型钢板截面压应力合力作用点的距离。由式（3.15）得求得Ap2后，就可确定x，参数yp1 和yp2就随之确定。关于连续组合板为什么连续板中仍用压

13、型钢板与混凝土组合板？,（3.15）,（3.16）,（3.17）,1）保持结构的一致性与整体性2）连续板中最大负弯矩比简支梁中的最大弯矩还是小得多。连续板中间支座负弯矩区，应在板面配置负钢筋。压型钢板相当于受压钢筋，按双筋梁计算。此时，相当于受压钢筋为已知。,图3.8 组合板负弯矩截面承载能力计算图,压型钢板与相应的受拉钢筋As1 所抵抗的弯矩为,（3.18）或,（3.19）,若外荷载产生的弯矩则可求得若，则可求得相应于受压混凝土及 承担的弯矩根据力矩平衡再由力的平衡联立求解可得x及 受拉钢筋总面积 抗弯承载能力 应有,（3.23）,（3.24）,（3.25）,（3.26）,（3.27）,（3

14、.22）,（3.20）,(3.21),（2）纵向水平剪切粘结计算,并应满足其中 取0.002与 两者中的较大值。集中荷载作用时，考虑到荷载有一定的分布宽度，此时应用有效宽度 bef 代替b。M，Ap，As亦应为与bef 对应的值。,（3.28）,图3.9,验算纵向剪切粘结面1-1，当达到弯曲承载能力极限状态时，压型钢板达到f,拉应力合力。根据力的平衡，在1-1面上的纵向水平剪力介绍两种计算方法：1)英、美及欧洲规范的公式组合板的纵向水平剪切承载力这是根据Porter和Ekberg所做455块组合板实验回归并考虑到可靠度指标的要求得出的。其中各单位均采用英制单位，为含钢率；b为组合板单位计算宽度

15、（inch)；h0为组合板有效高度（inch)；s为剪力件间距（inch)，若剪力件为凹凸槽纹且等距布置时取s=1。a为剪跨，如前述为集中荷载取集中荷载作用点至邻近支座的距离。若为均布荷载可取：a=l/4若为复杂荷载可取：a=M/V,（3.30）,(3.29),m,k为系数，应根据不同形式的压型钢板通过试验回归确定。验算时应有 2）我国原冶金部建筑研究总院根据试验的建议公式 为剪切粘结系数，由试验确定，根据该院的建议a为剪跨(mm)，取法同前。为平均槽宽(mm)，t 为压型钢板厚度(mm)，h0 为组合板有效高度(mm)。同样验算时应有,（3.32）,（3）斜截面剪切承载力计算 由于一般组合板

16、比较高，斜截面剪力一般不会成为其破坏时的控制条件。当板高跨比很大或荷载很大时，斜截面承载能力的验算不可忽略。组合板在均布荷载作用下的斜截面剪切承载力：,（3.33）,(3.31),ft为混凝土抗拉强度设计值.在集中荷载或集中荷载与均布荷载共同作用下，且集中荷载对支座或节点边缘截面所产生的剪力值占总剪力的75%以上的组合板斜截面承载力应按下式计算 V 为组合板在计算宽度b 内的剪力设计值；。,（3.34）,（4）局部荷载作用的冲切计算当集中荷载较大，荷载作用范围很大，组合板比较薄的情况下，有时发生冲切破坏。冲切破坏和钢筋混凝土板类似，是沿着荷载作用区周边45o 斜锥面冲切破坏。见图3.10冲切承

17、载力计算公式：（3.35）Fl局部集中荷载设计值；ft混凝土轴心抗拉强度设计值；hc组合板混凝土层的厚度；ucr临界截面的周长，即距离集中荷载作用面积周边处板垂直截面的周长，按下式计算：,图3.10 板冲切承载力计算,为了使局部荷载尽量发布在有效宽度范围内，应当在混凝土板中，在有效宽度bef 范围内配置一定数量的横向分布钢筋，其截面积与不小于混凝土截面积的0.2%.,其中ac、bc分别为集中荷载作用面的长和宽。,(3.36),3.5 组合板的变形计算 施工阶段变形计算 因为组合板施工阶段将压型钢板作为模板，并且是操作平台，因此其施工阶段的变形验算显得更为重要。荷载：仍按施工阶段承载能力验算，包

18、括压型钢板及湿混凝土自重以及施工活荷载（包括机具、人员、材料等）；考虑施工时压型钢板弯曲变形、混凝土自重乘以1.1；活荷载不小于1.5kN/m2,但是变形计算均取标准值。施工阶段是验算压型钢板的变形，不允许塑性变形。故按弹性计算：（3.37）Ess压型钢板的弹性模量；Is为计算宽度上压型钢板的惯性矩；q1k施工阶段单位计算宽度压型钢板上的荷载标准值；l挠度系数，根据弹性分析，简支板的挠度系数为5/384，两跨连续板的挠,度系数为1/185。要求施工阶段组合板的挠度不应超过l/200 及20mm，l为板的跨度。当此要求不满足，应采取加临时支撑等减小压型钢板变形的措施。3.5.2 使用阶段的变形计

19、算 使用阶段混凝土已达到设计强度，能保证与压型钢板共同工作，按组合板考虑；应分别按荷载效应的标准组合和准永久组合进行计算，并取其中较大值作为变形验算的依据。两种方法：方法1.采用换算截面法，将压型钢板按钢材与混凝土弹性模量之比 折算成混凝土，计算组合板的换算惯性矩；使用阶段一般允许出现裂缝，因此组合板的等效惯性矩可近似取未开裂截面与开裂截面惯性矩的平均值；即,（3.38）,未开裂截面的重心轴中惯性矩分别可近似按（3.39）、（3.40）计算：开裂截面的重心轴和惯性矩近似按（3.41）（3.42）计算：其中近似将重心轴即视作中和轴；受拉区混凝土裂开，故混凝土只考虑受压区的作用；槽口处缺失的混凝土

20、截面近似按whs考虑，而得出（3.41）、（3.42）。,（3.39）,（3.40）,（3.41）,（3.42）,荷载效应标准组合时，组合板的变形按下式计算：其中：q2k荷载效应标准组合时，计算宽度组合板的荷载标准值；其它符号同前。荷载效应准永久组合下组合板的变形计算，考虑到混凝土的塑性变形与徐变影响，将刚度折半，故 荷载效应的准永久组合下，计算宽度上组合板的荷载代表值。0.5即为刚度折减50%按（3.43）、（3.44）式计算得到的挠度均应满足 为组合板净跨,（3.43）,（3.44）,（3.45）,方法2：使用阶段荷载效应标准组合时的挠度按下式计算：(3.46)荷载效应准永久组合时的挠度按

21、下式计算：（3.47）式中 按全截面有效计算的组合截面换算截面惯性矩，对荷载效应的标准组合，按下式计算：（3.48）按全截面计算的组合板中和轴至截面受压区边缘的距离，按下式计算：,（3.49),混凝土截面形心轴至受压区边缘的距离；混凝土截面面积；组合板的有效高度；计算宽度上压型钢板截面面积；,计算荷载效应准永久组合下截面中和轴至受压区边缘的距离以及换算截面惯性矩时，只需将公式（3.48）（3.49）中的 换为2 即可。,3.6 组合板的振动控制 组合板的自振频率不能过小，否则容易受外力干扰而发生较大振动，影响结构的安全性和正常使用。板的自振周期应满足：可按下列近似方法计算自振频率：,(3.50

22、),(3.51),由永久荷载产生的挠度（mm）。,3.7 构造要求 1.压型钢板的板厚不小于0.75mm，一般为0.752.5mm。2.组合板的全高不小于90mm,压型钢板顶面至组合板顶面的高度不小于50mm.3.简支组合板的跨高比不大于25,连续组合板的跨高比不大于35。4.连续板及悬臂板的负弯矩区应按计算配置负钢筋,总量不小于0.002bh0.5.在集中荷载或线性荷载作用下的组合板，应在有效宽度bef的范围内配置分布筋，其总面积不少于组合板截面的0.2%。当板上开洞较大时，应在洞口周围附加钢筋。附加钢筋不少于被削弱部分的面积。6.为了防止混凝土收缩及温度影响,也为了分布荷载,混凝土内应配分

23、布钢筋网,其设置满足混凝土结构设计规范的要求.7.沿墙的四周及角部,板伸入墙内,可按混凝土规范配置板顶面的附加钢筋.,8.支承长度:组合板在钢梁的支承部分不应少于75mm。而压型钢板的支承长度不应少于50mm（见图3.11a,b）;支承于混凝土梁上组合板支承长度不小于100mm,压型钢板不小于75mm（见图3.11c,d）.9.栓钉的设置应符合如下要求：(1)跨度小于3米的组合板，栓钉的直径应为13-16m,跨度3-6m的组合板栓钉的直径应为16-19mm。(2)栓钉长度应满足其高出压型钢板顶面35mm,且应设在支座处压型钢板的凹肋中穿透压型钢板焊牢在梁上（见图3.12）.(3)用光面开口压型钢板制作的组合板,可在压型钢板上翼缘上焊 150300mm的横向钢筋,以加强组合粘结作用,焊缝长度不小于50mm见图3.13）.10.裂缝的计算和要求仍同混凝土板,一类使用环境时不大于0.3mm;二、三类使用环境时不大于0.2mm。,图3.11 组合板的支承要求,图3.12 组合板与支座连接栓钉,图3.13 压型钢板端部的横向钢筋,