闭口型_钢承板组合楼板的设计实例.docx

图 1 精工 HG -200A 尺寸详图“闭口型”钢承板组合楼板的设计实例覃 毅摘要: 本文以工程实例论述了新型的“闭口1导言型”钢承板楼板在施工阶段及使用阶段的强度、压型钢板与砼组合楼板是一种新型的楼板结构。这种结构已被国外广泛运用于工业与民用建筑中。近年来, 这种结构在我国高层钢结构建筑, 尤其是在多高层住宅及部分厂房的 楼盖工程中得到了广泛地运用。而“闭口型”钢承板楼板优异的结构受力性能及耐火性能、简 单迅速的施工工艺、平整的板底外观等赢得了广大设计者及业主的青睐而显得鹤立鸡群。“闭口型”钢承板楼板在国内厂家有 BARDEK 的 BD-40, BD-65 及浙江精工的 HG -200A等。截面尺寸如图所示。其性能及优点如下所示:挠度等方面的计算,为实际工程中此类组合楼板的设计引为参考, 并特别提出实际设计过程中需要特别关注的注意事项。关键词:“闭口型”钢承板; 组合楼板中图分类号: TU398+.9文献标识码: B文章编号: 1008-0422( 2007) 10-0089-03( 1) 强劲的混凝土握裹抗剪特殊设计的闭口肋型和腹板上的嵌扣, 提供压型板和混凝土间 非 常 优异 的 握 裹, 根 据 剪力载重试验结果, 这种组合楼板在它的极限允许设计载重状况下, 未曾产 生 压 型板 与 混 凝土滑脱现象。( 2) 优越的组合楼板断面此类压型板的形心非常接近板底, 在相同楼板厚度的条件下, 此 类 压 型板 的 组 合楼 板 比其它板型的组合楼板具有更大的楼板有效深度, 也因此提供了更强劲的正弯矩抵抗力矩( 3) 板底卡槽式悬吊系统BD-65 肋底沟槽提供了一种施工简易、经济、而且永久使用的两片式悬吊零件, 可供天 花、水电管、空调管、以及其它机电设备安装。施工时, 不需要钻孔、电焊、或击钉, 而且在建 筑物使用寿命期间, 可依需要任由移动、拆除, 或重新安装。( 4) 施工简单、迅速这种组合板的闭口肋形, 端头可以不需要任何堵头, 在楼板混凝土浇置过程中都不会产 生漏浆现象), 省却安装堵头的繁琐工作, 不仅降低施工成本, 又可缩短压型钢板的施工周期。( 5) 平整的板底外观此类压型板平整的板底, 搭配 185200 间距的细小沟缝( 或者选择性地加肋) 使得板 底呈现状似企口板的天花, 因此此类压型板组合楼板的板底, 可以和现浇板 的 板 底处 理 方 式一样, 无论直接喷涂面漆( 水性、油性均可) 、刮腻子后再喷涂面漆, 或者直接 粘 贴 天花 壁 布、壁纸均可, 可以不需要再在板底吊顶, 处理上要比现浇楼板更加的经济、方便, 完成后也 更加的美观。收稿日期: 2007-05-29作者简介: 覃毅( 1969-) , 男( 土家族) , 湖南永 顺人。89图 2组合板的剖面图中和轴钢板重心线图 3 组合板的剖面图2 实际计算在实际的运 用 中 , 按“闭 口 型 ”钢承 板 楼 板在组合楼板中的作用, 它可分为三类。第一 类, 以压型钢板作为主要承重构件的。混凝土 在组合楼板中仅 起分 布 荷 载和 面 层 的作 用 ; 压型钢板则承受自重、混凝土重和外加使用 荷载等全部荷载。第二类是以压型钢板作为 永久性模板的组合楼板。压型钢板在施工阶 段则承受自重、混凝土重施工荷载; 待混凝土波宽的弯矩设计值( N.m m ) ;f压型钢板的钢材强度设计值( N/ m m 2)Ws压型钢板的截面抵抗矩( m m 3) ;取受压边 Wsc 与受拉边 Wst 的较小值;Is一个波 宽 内 对压 型 钢 板截 面 型 心 矩( m m 4)xc - 压型钢板由受压翼缘边缘至形心轴 的距离( m m ) 这里为: 50-15.9=34.1m m ;h c 压 型 钢 板 截 面 的 总 高 度( m m )这里为 50m m ;阶段的受弯承 载 力及 挠 度 均满 足 规 范要 求 ,故浇筑混凝土板时, 钢板底无需加临时支撑。 否则, 则加设一道或多道垂直支撑, 计算钢板 的强度和挠度时, 可视垂直支撑为板底支座 来重新验算。C 、“闭口型”钢承板楼板在使用阶段的 受弯受剪承载力计算1 、 荷 载 计 算 : 永 久 荷 载 压 型 钢 板 :0.13kN/ m 2钢 筋 混 凝 土 : 25 ( 110+0.7*20) 10-3=3.10kN/ m 2可变荷载: 2.0 kN/ m 2荷载标准值: 0.13+3.10+2=5.23kN/ m 2荷 载 设 计 值 : 1.2 ( 0.13+3.10) +1.4 2.0=6.68kN/ m 22 、内 力 计 算 : 无 论 实 际 支 撑 情 况 如 何 , 弯 矩 挠 度 均 按 全 部 荷 载 作 用 下 的 单 向 简 支 板计算压 型 钢 板 一 个 波 距 的 宽 度 b =200m m ,硬结后,组合楼板的主要承载构件是钢筋混凝土板, 而压型钢板作为永久性模板留在组合楼板中。第三类考虑了压型钢板与混凝土 在使用阶段的共同受力效应的组合楼板。在 楼层施工阶段 , 压 型钢 板 起 着模 板 作 用; 待 混凝土硬结后, 压型 钢 板 又起 着 受 拉钢 筋 的 作用。以上第一 类 基 本不 被 采 用, 因 为 太 浪 费钢材。实际的 工 程实 例 中 , 如果 不 是 因节 省防火涂料的费用 而 采 用第 二 类( 在高 层 钢 结构中常用到) 外, 一般均采用第三类。下面 以第三类为例计算。例: 设计资料 今有一车间夹层楼盖做 办公区间, 宽长为 7.5m 72m 。拟采用压 型钢板与混凝土组合楼板, 闭口式压型钢板 采用 Q 235 钢镀锌钢板, 板型为浙江精工的1.0m m 厚 HG -200A。 其 上 浇 筑 60m m 厚 C 30 混 凝 土 , 次 梁 间 距 为 2.50m , 共 4 道 次 梁, 即 2.53=7.5m 。HG -200A 板顺肋方向 为主梁方向。A、“闭口型”钢承板楼板在施工阶段的 受弯承载力计算按照计算模型来说, 钢板可按三连跨计 算。但要考虑实际彩板下料的长度, 一般下料 的长度多为 12m 以内( 便于运输), 又为安全 筹备的原因, 这里按二连跨板设计。按 结 构 力 学 弹 性 连 续 板 计 算 方 法 , 在1m 板宽内, 最弱截面为中间支座负弯矩处,M-m a x=q l2 0.125=4.48 2.502 0.125=3.50kN.m查板形图集( 浙江精工科技股份有限公 司) 中 HG -200A 板 1.0m m 厚截面惯性矩为66.47c m 4/ m , 截面抵抗矩为 41.79c m 4/ m 。则 Wst=41.7947c m 3, Wsc =66.47/ (5-66.47/ 41.79)=19.50c m 3.fWs=205 19.5 103=4.00kN.m 3.在使用阶段最大荷载作用下,一个波距组合板 的 内 力 分 别 为 弯 矩 值 : M=q l2/ 8 b / 1000=6.682.52/ 8200/ 1000=1.0 kN.m剪 力 : V=q l/ 2 b / 1000=6.68 2.5/ 2 200/1000=1.68 kN.塑 性 中 和 轴 位 置 : 0.8Ap fp =330 205 0.8=54120 N, 0.8b h c fc d =200 60 16.5 0.8=158400N可见 Ap fp b h c fc d , 说明组合板受弯时, 塑性中和轴位于压型钢板上翼缘以上的混凝 土层内。混凝土受压区高度为: Xc c = Ap fp / ( b fc d )=54120/ (20016.50.8)=20.5m m压型钢板截面应力合力点至混凝土受压 区截面应力合力点的距离为:yp =h 0-Xc c / 2=50+60-15.9-20.5/ 2=88.85m m .一个波宽组合板正截面的受弯承载力容 许值为:M=0.8 b Xc c yp fc d =0.8 200 20.5 50kN.m =M-m a x故满足要求。B、“闭口型”钢承 板 楼 板在 施 工 阶段 的挠度计算按二连跨板设 计 , 计算 公 式 为: =q l4/ (185EIs) , 取 l/ 180 及 20m m 的 较 小值。则=q l4/ (185EIs)=4.73 25004/( 185 2.06 105 66.47 104) =7.29m m 1.0 kN.m一个波宽组合板斜截面的受剪承载力容 许值为:M=0.07b h 0fc =0.07 200 ( 50+60-15.9) 15=19761N=19.761Kn V= 1.68 kN.荷 载 长 期 效 应 组 合 下 的 挠 度 为 :5/ 384q l4/ (Ec I)=5/ 384 4.23 25004/ (3.0 1047.0106)200/ 1000=1.89m m组 合 板 的 容 许 挠 度 为 : =2500/ 360=6 . 94m m ( 1 . 89m m ) , 满足要求。3以上结果说明,力满足。组合板的抗弯抗剪承载总结从以上可以看出, 此类压型钢板的设计与计算, 砼硬化后, 其抗弯及挠度等一般均能 满足要求, 并且有较大的安全储备。最重要 的 影 响 阶 段 还 是 施 工 阶 段 的 抗 弯 及 挠 度 计 算。尤其是施工阶段的抗弯计算, 需要特别小 心。由于其特殊的形状, 最不利的受力地方D、“闭口型”钢承板楼板在使用阶段的挠度验算挠度的验算具体公式 高层民用建筑钢 结构技术规程( J G J 99-98) 中未予明确, 一 般 是 采 用 冶 金 工 业 行 业 标 准 YB 9238-92钢混凝 土 组 合楼 盖 结 构设 计 与 施工 规 程来计算。即通过应 用 两种 不 同 材料 的 弹 性模量的比值, 组合板的 截 面 刚度 可 用 单质 的截面等效刚度来替换。计 算 参 数 : a e =Es/ Ec =1.06 105/ 3.0 104=3.53, b =200m m , Ap =330m m 2, Ip =1.33104m m 4h 0=50+60-15.9=94.1m m将压型钢板换算成混凝土后的组合截面 特征值, 受压区高度为:x=1/ b (-a e Ap +(a e 2Ap 2+2a e b Ap h 0)1/ 2)=1/ 200 ( -3.53330+( 3.5323302+23.5320033094.1) 1/ 2)=27.8m m短期荷载作用下的组合截面的截面惯性 矩为:I=1/ 3b x3+a e Ip +a e Ap ( h 0-x) 2=1/ 3 200 27.83+3.53 1.33 105+3.53 330 ( 94.1-27.8) 2=7.0106m m 41 、短期荷载作用下的挠度为:5/ 384q l4/ (Ec I)=5/ 384 5.23 25004/ (3.01047.0106)200/ 1000=2.54m m 组合 板 的容 许 挠 度为 : =2500/ 360=6.94m m (2.54m m ),满足要求。2 、 在 荷 载 长 期 效 应 组 合 下 挠 度 计 算 :q k=0.13+3.1+2x0.5=4.23 kN/ mx=1/ b (-2a e Ap +(4a e 2Ap 2+4a e b Ap h 0)1/ 2=1/ 200 (-2 3.53 330+( 4 3.532 3302+43.5320033094.1) 1/ 2=36.6m m荷载长期效应组合下的组合截面的截面 惯性矩为:I=1/ 3b x3+a e Ip +a e A(p h 0-x) 2=1/ 320036.63+3.531.33105+3.53330( 94.1-36.6) 2=7