钢结构-楼盖设计.ppt

1、1,建筑钢结构设计,唐山学院土木工程系,2,4.2 楼盖的布置方案和设计,楼盖布置原则和方案 压型钢板组合楼盖的设计,3,1.楼盖结构的方案选择原则,4.2.1 楼盖布置原则和方案,满足建筑设计要求 较小自重 受力合理 便于施工 有足够的整体刚度,4,3.用于多、高层建筑的楼板,（1）现浇钢筋混凝土楼板,（2）预制楼板,（3）压型钢板组合楼板,楼板、梁系,2.多、高层建筑的楼盖结构组成,常见的次梁布置： 等跨等间距次梁 等跨不等间距次梁(中间设走廊或不等跨框架),4.梁系的构成,图4.2.1 框架布置方案,5.主次梁连接,图4.2.2 主次梁简支连接,7,实例,主、次梁简支连接,4.2.2 压

2、型钢板组合楼盖的设计,(b) 通常的布置方案,(a) 不设次梁时的布置方案,图4.2.3 压型钢板组合楼盖,压型钢板的连接,侧边连接（相互间搭接）：贴角焊缝 端部连接（和钢梁连接处）：贴角焊缝、圆柱头栓钉,4.2.2 组合板设计,压型钢板,尺寸,净厚度（不包括镀层厚度）0.75mm，一般1mm， 12mm,型号,板的跨度从15004000mm，最经济的跨度为20003000mm，最大跨度达12000mm。,10,图4.2.4 组合板施工图片,11,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） 承受施工荷载、混凝土重量,组合楼板（模板监受拉钢筋） 分阶段验算 压型钢板承受全部永久荷载

3、和活荷载 混凝土层作耐磨面层使用，并分布集中荷载,12,依靠压型钢板的纵向波槽传递 依靠压型钢板上的压痕、小洞或冲成的不闭合的孔眼传递 依靠压型钢板上焊接的横向钢筋传递 依靠设置于端部的锚固件传递(任何情形下都应当设置端部锚固件),水平剪力的传递,图4.2.5压型钢板与混凝土的连接,13,截面设计,1.施工阶段,图4.2.6压型钢板强、弱边规定,14,（1）计算原则 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。 施工荷载下的受弯承载力和变形验算，采用弹性分析法。 强边方向的弯矩和挠度，按单向板算。,15,（2）考虑荷载,永久荷载：压型钢板与混凝土自重； 可变荷载：施工荷载与

4、附加荷载。施工荷载的标准值取1kNm2。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 。,若跨中挠度 大于20mm时，计算混凝土自重时增加 混凝土厚度。,16,压型钢板受压部分宽度,图4.2.7组合板计算单元,17,（3）承载力验算,强度,f压型钢板抗弯强度设计值,注：截面W应按有效截面模量计算。,18,（4）变形,两跨连续板,单跨简支板,EIs一个波宽的压型钢板截面抗弯刚度,施工阶段容许挠度,20,2.使用阶段,（1）可能的破坏形式,弯曲破坏截面,纵向剪切破坏截面,混凝土垂直剪切破坏截面,组合板,1,1,3,3,2,2,图4.2.8 组合板破坏形式,21,图4.2.9 纵向剪切破

5、坏防止构造措施,板厚100mm时 1）正弯矩计算:单向弯曲简支板。 2）负弯矩计算:单向弯曲固支板。 板厚100mm时 1） 0.5e2.0 ：双向板； 2）e 0.5 或e 2.0 ：单向板。,参数e lxly, =(IxIy)1/4（异向性系数） Ix、Iy：组合板顺肋方向和垂直肋方向的截面惯性矩，计算Iy时只考虑压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度hc.,（2）计算原则,23,（3）荷载,压型钢板及混凝土自重、面层及构造层（如保温层、找平层、防水层、隔热层等）的自重、楼板下吊挂的天棚、管道等的自重以及楼面上的设备、使用活荷载。,24,承受局部荷载时，取有效工作宽度bef进行计算。,图4.2.

6、10 集中荷载分布有效宽度,抗弯计算时 简支板 ：bef = bf1+2 lP ( 1 - lP/l ) 连续板 ：bef = bf1 + 4 lP ( 1 - lP/l ) /3 抗剪计算时 bef = bf1+lP ( 1 - lP/l ) , bf1 = bf+2( hc + hd ),l ：组合板跨度 lP ：荷载作用点到组合板较近支座的距离 bf1：集中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,26,（4）强度,基本假定,计算方法采用塑性方法； 压型钢板强度设计值 f 及混凝土抗压强度设计值 fc乘以0.8的折减系数

7、； 忽略受拉区混凝土的作用； 混凝土与压型钢板共同作用。,抗弯强度,当ApffchcB时，塑性中和轴在压型钢板上翼缘以上的混凝土内,x,hc,h0,yp,图4.2.11 组合板横截面受弯承载力计算简图 （中和轴在压型钢板顶面以上）,b,x :组合板受压区高度 x 0.55h0时，取x = 0.55h0 h0 :组合板有效高度 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 :压型钢板钢材的抗拉强度设计值,29,当ApffchcB时，塑性中和轴在压型钢板内,图4.2.12 组合板横截面受弯

8、承载力计算简图 （中和轴在压型钢板截面内）,b,30,式中 Ap2塑性中和轴以上的压型钢板面积； yp1、yp2压型钢板受拉区截面拉应力合力分别至受压区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,式中Vm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； b组合板平均肋宽； h0组合板的有效高度。,抗冲切强度计算,可参照混凝土结构设计规范,式中FL组合板的冲剪力设计值： um临界周界长度； ft混凝上轴心抗拉强度设计值 ； hc混凝土最小浇筑厚度。,图4.2.13 剪力临界周界,（5）正常使用极限状态验算,挠度,组合板的挠度分别按荷载短期效应组合和荷载长期效应组

9、合计算,换算成钢截面等效刚度B,图4.2.14 刚度计算简图,均布荷载标准值,将组合板中的混凝土截面换算成单质的钢截面的等效截面惯性矩,全截面有效时组合板中和轴至受压区边缘的距离,压型钢板和混凝土的截面面积,压型钢板和混凝土各自对自身形心轴的惯性矩,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,组合板受压区边缘至混凝土截面重心的距离,35,裂缝宽度,组合板负弯矩区的最大裂缝宽度，按混凝土结构设计规范的规定计算。,振动控制,组合板自振频率,永久荷载作用下组合板的最大挠度,支撑条件系数,两端简支,一端简支，一端固定,两端固定,图4.1.15 （非）组合板配筋构造跨中受力钢筋,37,图

10、4.2.16 （非）组合板配筋构造支座负筋,38,图4.2.17 （非）组合板配筋构造其他构造钢筋,一简支组合板截面尺寸如图所示，板跨度为3.3m。压型钢板厚度t=1.2mm，其上混凝土厚度hc=100mm，采用C25混凝土。施工阶段永久荷载标准值为4kN/m2，活荷载标准值为1.5kN/m2；使用阶段，永久荷载标准值为6kN/m2，活荷载标准值为2.5kN/m2。试验算承载能力。,例 题,解：,41,43,组合梁组成及特点,图4.2.18 组合梁组成,44,组合梁：由梁与钢筋混凝土翼板通过抗剪连接件组合成为整体而共同工作的一种受弯构件。,优点：提高结构的强度、刚度，节约钢材，降低造价，减轻结

11、构自重，具有显著的技术经济效果。,缺点： 耐火性能差； 加设焊接连接件。,45,图4.2.19 组合梁中钢梁截面形式,46,图4.2.20 组合梁抗剪栓钉,47,抗剪栓钉的布置,抗剪栓钉,图4.2.21抗剪栓钉的布置,48,压型钢板与抗剪栓钉的连接,图4.2.22 压型钢板与抗剪栓钉的连接,49,组合梁构造要求,材料,混凝土 不低于C20 钢筋 HPB235 HRB335 钢材 Q235 Q345 连接件 小型号槽钢、栓钉、弯起钢筋,50,组合梁截面尺寸,截面高度 简支梁（1/181/12）l，一般取 l /15,2. 混凝土楼板厚度 常用厚度100mm、120mm、140mm、160mm,3

12、. 钢梁截面尺寸 hs0.4h（h为组合梁高度）,4.混凝土翼板的有效宽度,钢梁间净距sn的1/2，且不超过混凝土翼板实际外伸长度,钢梁计算跨度,图4.2.23 组合梁翼板有效宽度,5. 板托尺寸,板托顶部宽度与板托高度hc2之比不应小于1.5，且板托的高度不应大于混凝土板厚度的1.5倍,图4.2.24 板托构造,53,组合梁工作原理,4.2.25 组合梁工作原理,54,截面设计,计算方法,塑性方法：承载能力计算,2. 施工阶段,计算强度、稳定、挠度,3. 使用阶段,弹性方法：挠度计算,组合梁截面基本假定,1）混凝土翼板与钢梁有可靠的相互连接； 2）位于塑性中和轴一侧的受拉混凝土，因为开裂而不

13、参加工作；混凝土的受压区为均匀受压，混凝土达到抗压强度设计值； 3）钢梁的受压区为均匀受压，钢梁的受拉区为均匀受拉，并分别达到塑性设计抗压及抗拉强度设计值； 4）混凝土板托及钢筋混凝土翼板内的受压钢筋忽略不计； 5）钢梁不会发生板件局部失稳。,塑性中和轴位于混凝土翼板内,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中和轴在混凝土翼板内,1）正弯矩下的抗弯强度计算,塑性中和轴位于钢梁内,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中和轴在混凝土翼板内,2）负弯矩下的抗弯强度计算,AS fS,4.2.28 负弯矩下组合梁抗弯强度计算,抗弯承载力,59,3）抗剪强度计

14、算,连接件设计,假定钢梁与混凝土翼板叠合面之间纵向水平剪力全部由抗剪连接件承担，不考虑叠合面的粘结力。,4.2.29 连接件样式,60,4.2.30 剪跨区段,再根据 值确定该区段所需抗剪连接件数量，且等间距均匀布置。,设计思路：先求出组合梁上最大弯矩点和临近零弯矩点之间的剪跨区段总的纵向水平剪力 ，,1. 纵向水平剪力,1）正弯矩区剪跨区段,2）负弯矩区剪跨区段,(塑性中和轴位于混凝土翼板内),(塑性中和轴位于钢梁截面内),62,2.抗剪连接件的数量,正弯矩区段,负弯矩区段,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,悬臂梁负弯矩区,3.抗剪连接件布置,63,剪跨区段,A1,A

15、2,4.2.31 剪跨区段有集中荷载连接件布置,4. 抗剪连接件的抗剪承载力设计值,1）圆柱头栓钉,As 栓钉钉杆截面面积 Ec 混凝土弹性模量 fc 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4.6时， 取 f =215Nmm2。,65,2）槽钢连接件,3）弯起钢筋连接件,t槽钢翼缘的平均厚度 tw槽钢腹板的厚度 lc槽钢的长度,弹性分析,换算公式： 荷载标准组合： beq=be/E 荷载准永久组合： beq=be/（2E） E：钢材弹性模量与混凝 土弹性模量的比值,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be,与钢材等效的换算宽度beq,4.2.32 组合梁截面换算,组合板,组合梁,强度验算 变形验算,强度：抗弯、剪、冲切 挠度、裂缝、振动控制,压型钢板介绍,压型钢板在组合楼盖应用,施工阶段验算,使用阶段验算,截面基本假定,组合梁构造要求,组成及特点,挠度验算,抗剪连接件设计,施工阶段验算,使用阶段验算,内容提要,强度 稳定 挠度,强度：抗弯、抗剪 连接件设计 变形验算,68,某简支组合梁的截面尺寸如图所示，组合梁的跨度l=6m，施工时钢梁下设支撑；混凝土板的计算宽度be=1316mm，混凝土板的厚度hc1100mm，混凝土的强度等级为C25，钢梁采用25a工字钢，钢号为Q235，钢梁的截