钢结构 楼盖设计

1、1唐山学院土木工程系唐山学院土木工程系 24.2 4.2 楼盖的布置方案和设计楼盖的布置方案和设计v 楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案 v 压型钢板组合楼盖的设计压型钢板组合楼盖的设计 31.楼盖结构的方案选择原则楼盖结构的方案选择原则4.2.1 楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案满足建筑设计要求满足建筑设计要求较小自重较小自重受力合理受力合理便于施工便于施工有足够的整体刚度有足够的整体刚度43.用于多、高层建筑的楼板用于多、高层建筑的楼板 （1）现浇钢筋混凝土楼板）现浇钢筋混凝土楼板（2）预制楼板）预制楼板 （3）压型钢板组合楼板）压型钢板组合楼板楼板、梁系楼板、梁系2.多、高层建筑的

2、楼盖结构组成多、高层建筑的楼盖结构组成 常见的次梁布置：常见的次梁布置： 等跨等间距次梁等跨等间距次梁 等跨不等间距次梁等跨不等间距次梁( (中间设走廊或不等跨框架中间设走廊或不等跨框架) ) 4.梁系的构成梁系的构成图图4.2.1 框架布置方案框架布置方案 5.主次梁连接主次梁连接图图4.2.2 主次梁简支连接主次梁简支连接 7实例主、次梁简支连接主、次梁简支连接4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖的设计压型钢板组合楼盖的设计(b) 通常的布置方案通常的布置方案(a) 不设次梁时的布置方案不设次梁时的布置方案图图4.2.3 压型钢板组合楼盖压型钢板组合楼盖 压型钢板的连接压型钢板的连接

3、侧边连接（相互间搭接）：侧边连接（相互间搭接）：贴角焊缝贴角焊缝端部连接（和钢梁连接处）：端部连接（和钢梁连接处）：贴角焊缝、圆柱头栓钉贴角焊缝、圆柱头栓钉 4.2.2 4.2.2 组合板设计组合板设计 压型钢板压型钢板 尺寸尺寸 净厚度（不包括镀层厚度）净厚度（不包括镀层厚度） 0.75mm，一般，一般1mm， 12mm 型号型号板的跨度从板的跨度从15004000mm，最经济的跨度为，最经济的跨度为20003000mm，最，最大跨度达大跨度达12000mm。10图图4.2.4 组合板施工图片组合板施工图片11 压型钢板在组合楼盖中用途压型钢板在组合楼盖中用途 非组合板（作为永久性模板使用）

4、非组合板（作为永久性模板使用） 承受施工荷载、混凝土重量承受施工荷载、混凝土重量 组合楼板（模板监受拉钢筋）组合楼板（模板监受拉钢筋）分阶段验算分阶段验算 压型钢板承受全部永久荷载和活荷载压型钢板承受全部永久荷载和活荷载混凝土层作耐磨面层使用，并分布集中荷载混凝土层作耐磨面层使用，并分布集中荷载 12v依靠压型钢板的依靠压型钢板的纵向波槽纵向波槽传递传递 v依靠压型钢板上的依靠压型钢板上的压痕、压痕、小洞小洞或冲成的不闭合的或冲成的不闭合的孔孔眼眼传递传递v依靠压型钢板上焊接的依靠压型钢板上焊接的横横向钢筋向钢筋传递传递v依靠设置于端部的依靠设置于端部的锚固件锚固件传递传递( (任何情形下都应

5、当任何情形下都应当设置端部锚固件设置端部锚固件) )水平剪力的传递水平剪力的传递 图图4.2.5压型钢板与混凝土的连接压型钢板与混凝土的连接13 截面设计截面设计 1.施工阶段施工阶段 强边方向(顺肋)弱边方向图图4.2.6压型钢板强、弱边规定压型钢板强、弱边规定14（1）计算原则计算原则施工阶段，对组合板的压型钢板，验算强边（顺施工阶段，对组合板的压型钢板，验算强边（顺肋）方向的强度和变形。肋）方向的强度和变形。施工荷载下的受弯承载力和变形验算，采用施工荷载下的受弯承载力和变形验算，采用弹性弹性分析法。分析法。强边方向的弯矩和挠度，按强边方向的弯矩和挠度，按单向板单向板算。算。15（2）考虑

6、荷载考虑荷载 永久荷载：永久荷载：压型钢板压型钢板与与混凝土混凝土自重；自重；可变荷载：可变荷载：施工荷载施工荷载与与附加荷载附加荷载。施工荷载的。施工荷载的标准值取标准值取1kNm2。此外，尚应以工地实际荷载。此外，尚应以工地实际荷载为依据，穿过管线等应增加附加荷载为依据，穿过管线等应增加附加荷载 。若跨中挠度若跨中挠度 大于大于20mm时，计算混凝土自时，计算混凝土自重时增加重时增加 混凝土厚度。混凝土厚度。0w07 . 0 w16压型钢板受压型钢板受压部分宽度压部分宽度图图4.2.7组合板计算单元组合板计算单元17（3）承载力验算）承载力验算 强度强度 fWMss111fWMss212f

7、压型钢板抗弯强度设计值压型钢板抗弯强度设计值注：截面注：截面W应按有效截面模量计算。应按有效截面模量计算。18（4）变形）变形 两跨连续板两跨连续板 wEIqlws1854 wEIqlws38454单跨简支板单跨简支板 EIs一个波宽的压型钢板截面抗弯刚度一个波宽的压型钢板截面抗弯刚度施工阶段容许挠度施工阶段容许挠度)20180min(mml， w202.使用阶段使用阶段（1）可能的破坏形式可能的破坏形式1-1弯曲破坏截面弯曲破坏截面 纵向剪切纵向剪切破坏截面破坏截面混凝土垂直剪切破坏截面混凝土垂直剪切破坏截面组合板组合板113322图图4.2.8 组合板破坏形式组合板破坏形式21图图4.2.

8、9 纵向剪切破坏防止构造措施纵向剪切破坏防止构造措施板厚板厚100mm时时 1）正弯矩计算）正弯矩计算:单向弯曲简支板。单向弯曲简支板。 2）负弯矩计算）负弯矩计算:单向弯曲固支板。单向弯曲固支板。板厚板厚100mm时时 1） 0.5e 0.55h0时，取时，取x = 0.55h0h0 :组合板有效高度组合板有效高度yp:压型钢板截面应力合力至混凝土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受压区截面应力合力的距离b :压型钢板的波距压型钢板的波距AP:压型钢板压型钢板波距内波距内的截面面积的截面面积hc :压型钢板压型钢板顶面以上顶面以上混凝土厚度混凝土厚度f :压型钢板钢材的抗

9、拉强度设计值压型钢板钢材的抗拉强度设计值29ccBhffAApp)(2cf2py1pyfAp2当当ApffchcB时，塑性中和轴在压型钢板内时，塑性中和轴在压型钢板内 图图4.2.12 组合板横截面受弯承载力计算简图组合板横截面受弯承载力计算简图（中和轴在压型钢板截面内）（中和轴在压型钢板截面内）b30)(8 . 0221pppccyfAyBhfM)/(5 . 02fBhfAAccpp式中式中 Ap2塑性中和轴塑性中和轴以上以上的压型钢板面积；的压型钢板面积；yp1、yp2压型钢板压型钢板受拉区受拉区截面拉应力合力分别至截面拉应力合力分别至受受压区压区混凝土板截面和压型钢板截面压应力合力的距离

10、混凝土板截面和压型钢板截面压应力合力的距离 斜截面抗剪能力斜截面抗剪能力 式中式中Vm组合板斜截面上的最大剪力设计值组合板斜截面上的最大剪力设计值 ； ft混凝土轴心抗拉强度设计值；混凝土轴心抗拉强度设计值； b组合板平均肋宽；组合板平均肋宽； h0组合板的有效高度。组合板的有效高度。抗冲切强度计算抗冲切强度计算 07 . 0bhfVtm可参照可参照混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范07 . 0hufFmtLminmssuh45 . 0,2 . 14 . 0021式中式中FL组合板的冲剪力设计值：组合板的冲剪力设计值： um临界周界长度；临界周界长度； ft混凝上轴心抗拉强度设计值混凝上轴心

11、抗拉强度设计值 ； hc混凝土最小浇筑厚度。混凝土最小浇筑厚度。 图图4.2.13 剪力临界周界剪力临界周界As，Is0hch（5）正常使用极限状态验算）正常使用极限状态验算n挠度挠度 组合板的挠度分别按荷载组合板的挠度分别按荷载短期效应短期效应组合和荷载组合和荷载长期效应长期效应组合计算组合计算 nx36038454lBqlw换算成钢截面等效刚度换算成钢截面等效刚度BIEBsBBL212020)()(1nsscnccExhAIhxAII图图4.2.14 刚度计算简图刚度计算简图sEcsEccnAAhAhAx0csEEE均布荷载标准值均布荷载标准值 q将组合板中的混凝土截面换算成单质的将组合板

12、中的混凝土截面换算成单质的钢钢截面截面的等效截面惯性矩的等效截面惯性矩 0I全截面有效时全截面有效时组合板中和轴组合板中和轴至受压区边缘的距离至受压区边缘的距离 nx压型钢板和混凝土的截面面积压型钢板和混凝土的截面面积 sAcA 压型钢板和混凝土各自对压型钢板和混凝土各自对自身自身形心轴的惯性矩形心轴的惯性矩 、sIcI 组合板截面有效高度，即组合板受压区边缘至压组合板截面有效高度，即组合板受压区边缘至压型钢板重心的距离型钢板重心的距离 0h组合板受压区边缘至组合板受压区边缘至混凝土混凝土截面重心的距离截面重心的距离 ch35n裂缝宽度裂缝宽度 组合板组合板负弯矩区负弯矩区的最大裂缝宽度，按的

13、最大裂缝宽度，按混凝土结构设混凝土结构设计规范计规范的规定计算。的规定计算。n振动控制振动控制 组合板自振频率组合板自振频率 zHwkf151永久荷载作用下组合板的最大挠度永久荷载作用下组合板的最大挠度 wk支撑条件系数支撑条件系数 178. 0k177. 0k175. 0k两端简支两端简支 一端简支，一端固定一端简支，一端固定 两端固定两端固定 图图4.1.15 （非）组合板配筋构造（非）组合板配筋构造跨中受力钢筋跨中受力钢筋 37图图4.2.16 （非）组合板配筋构造（非）组合板配筋构造支座负筋支座负筋 38图图4.2.17 （非）组合板配筋构造（非）组合板配筋构造其他构造钢筋其他构造钢筋

14、 一简支组合板截面尺寸如图所示，板跨度为一简支组合板截面尺寸如图所示，板跨度为3.3m。压型钢板。压型钢板厚度厚度t=1.2mm，其上混凝土厚度，其上混凝土厚度hc=100mm，采用，采用C25混凝土。混凝土。施工阶段永久荷载标准值为施工阶段永久荷载标准值为4kN/m2，活荷载标准值为，活荷载标准值为1.5kN/m2；使用阶段，永久荷载标准值为；使用阶段，永久荷载标准值为6kN/m2，活荷载标，活荷载标准值为准值为2.5kN/m2。试验算承载能力。试验算承载能力。例例 题题 解：解：4143 组合梁组成及特点组合梁组成及特点图图4.2.18 组合梁组成组合梁组成 44组合梁：组合梁：由由梁梁与

15、与钢筋混凝土翼板钢筋混凝土翼板通过通过抗剪连接件抗剪连接件组合成为整体而共同工作的一种受弯构件。组合成为整体而共同工作的一种受弯构件。 优点：优点：提高结构的强度、刚度，节约钢材，降低造提高结构的强度、刚度，节约钢材，降低造价，减轻结构自重，具有显著的技术经济效果。价，减轻结构自重，具有显著的技术经济效果。缺点：缺点：p 耐火性能差耐火性能差；p 加设加设焊接连接件焊接连接件。 45图图4.2.19 组合梁中钢梁截面形式组合梁中钢梁截面形式 46图图4.2.20 组合梁抗剪栓钉组合梁抗剪栓钉47抗剪栓钉的布置抗剪栓钉的布置抗剪栓钉抗剪栓钉 图图4.2.21抗剪栓钉的布置抗剪栓钉的布置48压型钢

16、板与抗剪栓钉的连接图图4.2.22 压型钢板与抗剪栓钉的连接压型钢板与抗剪栓钉的连接49 组合梁构造要求组合梁构造要求 材料材料 混凝土混凝土 不低于不低于C20 钢筋钢筋HPB235 HRB335 钢材钢材 Q235 Q345 连接件连接件 小型号槽钢、栓钉、弯起钢筋小型号槽钢、栓钉、弯起钢筋50 组合梁截面尺寸组合梁截面尺寸 截面高度截面高度简支梁（简支梁（1/181/12）l，一般取，一般取 l /152. 混凝土楼板厚度混凝土楼板厚度常用厚度常用厚度100mm、120mm、140mm、160mm3. 钢梁截面尺寸钢梁截面尺寸hs0.4h（h为组合梁高度）为组合梁高度）4.混凝土翼板的有

17、效宽度混凝土翼板的有效宽度21ccbb 、钢梁间净距钢梁间净距sn的的1/2，且，且不超过混凝土翼板实际不超过混凝土翼板实际外伸长度外伸长度eb1cb2cb30lbecehbb120210ccebbbbmin钢梁计算跨度钢梁计算跨度图图4.2.23 组合梁翼板有效宽度组合梁翼板有效宽度 5. 板托尺寸板托尺寸板托板托顶部宽度顶部宽度与板托高度与板托高度hc2之比不应小于之比不应小于1.5，且，且板托的板托的高度高度不应大于混凝土不应大于混凝土板厚度板厚度的的1.5倍倍图图4.2.24 板托构造板托构造 53 组合梁工作原理组合梁工作原理4.2.25 组合梁工作原理组合梁工作原理 54 截面设计

18、截面设计 计算方法计算方法塑性方法：塑性方法：承载能力计算承载能力计算 2. 施工阶段施工阶段计算强度、稳定、挠度计算强度、稳定、挠度3. 使用阶段使用阶段弹性方法：弹性方法：挠度计算挠度计算 组合梁截面基本假定组合梁截面基本假定 1）混凝土翼板与钢梁有）混凝土翼板与钢梁有可靠的相互连接可靠的相互连接；2）位于塑性中和轴一侧的）位于塑性中和轴一侧的受拉混凝土受拉混凝土，因为开，因为开裂而裂而不参加工作不参加工作；混凝土的受压区为；混凝土的受压区为均匀受压均匀受压，混凝土达到抗压强度设计值；混凝土达到抗压强度设计值；3）钢梁的受压区为均匀受压，钢梁的受拉区为）钢梁的受压区为均匀受压，钢梁的受拉区

19、为均匀受拉，并分别达到均匀受拉，并分别达到塑性设计抗压及抗拉强塑性设计抗压及抗拉强度设计值度设计值；4）混凝土）混凝土板托板托及钢筋混凝土翼板内的及钢筋混凝土翼板内的受压钢筋受压钢筋忽略不计；忽略不计；5）钢梁不会发生板件）钢梁不会发生板件局部失稳局部失稳。 ，ccefhbAf 塑性中和轴位于混凝土翼板内塑性中和轴位于混凝土翼板内 yxfbMcecefbAfx 承载力计算公式承载力计算公式4.2.26 组合梁正截面抗弯承载力计算简图组合梁正截面抗弯承载力计算简图中和轴在混凝土翼板内中和轴在混凝土翼板内cexfbAfy1）正弯矩下的抗弯强度计算）正弯矩下的抗弯强度计算 ，ccefhbAf 塑性中

20、和轴位于钢梁内塑性中和轴位于钢梁内 1yfAyfhbMccce)/(5 . 0ffhbAAcccec承载力计算公式承载力计算公式4.2.27 组合梁正截面抗弯承载力计算简图组合梁正截面抗弯承载力计算简图中和轴在混凝土翼板内中和轴在混凝土翼板内ccefhbfAAc)(yfAc1y2）负弯矩下的抗弯强度计算）负弯矩下的抗弯强度计算 AS fS)2(43yyfAMMsssfSSMs)(21MsMsff2stM4.2.28 负弯矩下组合梁抗弯强度计算负弯矩下组合梁抗弯强度计算 3y4y抗弯承载力抗弯承载力3y4yf593）抗剪强度计算）抗剪强度计算 vwwfthV 连接件设计连接件设计假定钢梁与混凝土

21、翼板叠合面之间假定钢梁与混凝土翼板叠合面之间纵向水平剪力纵向水平剪力全部由全部由抗剪抗剪连接件连接件承担，不考虑叠合面的粘结力。承担，不考虑叠合面的粘结力。 4.2.29 连接件样式连接件样式 604.2.30 剪跨区段剪跨区段 再根据再根据 值确定该区段所需抗剪连接件数量，值确定该区段所需抗剪连接件数量，且等间距且等间距均匀均匀布置。布置。 设计思路：设计思路：先求出组合梁上最大弯矩点和临近零先求出组合梁上最大弯矩点和临近零弯矩点之间的弯矩点之间的剪跨区段剪跨区段总的纵向水平剪力总的纵向水平剪力 ，sVsV1. 纵向水平剪力纵向水平剪力 1）正弯矩区剪跨区段）正弯矩区剪跨区段 sVfAVsc

22、ccesfhbV 2）负弯矩区剪跨区段）负弯矩区剪跨区段 sVststsfAV (塑性中和轴位于混凝土塑性中和轴位于混凝土翼板翼板内内)(塑性中和轴位于塑性中和轴位于钢梁钢梁截面内截面内)622.抗剪连接件的数量抗剪连接件的数量正弯矩区段正弯矩区段 cvsfNVn负弯矩区段负弯矩区段 cvsfNVn抗剪连接件的受剪承载力降低系数。连续梁中间抗剪连接件的受剪承载力降低系数。连续梁中间 支座负弯矩区支座负弯矩区 9 . 0悬臂梁负弯矩区悬臂梁负弯矩区 8 . 03.抗剪连接件布置抗剪连接件布置63剪跨区段剪跨区段A1A24.2.31 剪跨区段有集中荷载剪跨区段有集中荷载连接件布置连接件布置 个1n

23、个2n2111AAnAn2122AAnAn4. 抗剪连接件的抗剪承载力设计值抗剪连接件的抗剪承载力设计值 1）圆柱头栓钉）圆柱头栓钉 fAfEANsccscv7 . 043. 0 As 栓钉钉杆截面面积栓钉钉杆截面面积 Ec 混凝土弹性模量混凝土弹性模量 fc 混凝土轴心抗压强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值 f 栓钉钢材的抗拉强度设计值栓钉钢材的抗拉强度设计值 栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比 当栓钉材料性能等级为当栓钉材料性能等级为4.64.6时，时， 取取 f =215Nmm2。1.67652）槽钢连接件）槽钢连接件 cccwcvfElttN)5

24、. 0(26. 03）弯起钢筋连接件）弯起钢筋连接件 ststcvfANt槽钢翼缘的平均厚度槽钢翼缘的平均厚度tw槽钢腹板的厚度槽钢腹板的厚度lc槽钢的长度槽钢的长度弹性分析弹性分析换算公式：换算公式：荷载标准组合荷载标准组合：beq=be/E 荷载准永久组合荷载准永久组合：beq=be/（2E）E：钢材弹性模量与混凝钢材弹性模量与混凝 土弹性模量的比值土弹性模量的比值 正常使用极限状态下挠度验算正常使用极限状态下挠度验算受压混凝土翼板的有效宽度受压混凝土翼板的有效宽度be与钢材等效的换算宽度与钢材等效的换算宽度beqbebeq4.2.32 组合梁截面换算组合梁截面换算eqEI 组合板组合板组合梁组合梁强度验算强度验算变形验算变形验算强度：抗弯、剪、冲切强度：抗弯、剪、冲切挠度、裂