钢结构设计原理第7章

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斜截面抗剪承载力计算
Vin ≤ 0.07 ftbh0
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局部荷载作用下冲切承载力验算
临界周界
加荷面积
V1 0.6 ftucrhc
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挠度验算
不论其支承情况如何，均按简支单向板计
算沿强边（顺肋）方向的挠度，按结构
力学的公式计算，按荷载效应的标准组
合并考虑荷载长期作用影响进行计算，
• 对施工时钢梁下设有临时支承的组合梁，组合梁均按 一次承受全部荷载的情况进行挠度和承载力的验算， 对钢梁在施工时的强度和稳定仍应进行验算。
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组合梁设计
• 基本假定 • 施工阶段的验算 • 使用阶段的验算
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基本假定
1）钢梁与混凝土翼板之间有可靠连接，能充分 发挥组合截面的抗弯能力。
2）可按简单塑性理论形成塑性铰的假定来计算 组合梁的抗弯承载力。位于塑性中和轴一侧的 受拉混凝土，因为开裂而退出工作；板托部分 亦可忽略，而混凝土受压区假定为均匀受压， 并达到弯曲抗压强度设计值。根据塑性中和轴 的位置，钢梁可能全部受拉或部分受拉，但都 假定为均匀受力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ并达到钢材的塑性强度设计 值。
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两端固定为0.175
组合楼板构造要求
1、在组合板端部设置栓钉锚固件。栓钉的位置 在端支座的压型钢板凹肋处，穿透压型钢板并 将栓钉、钢板均焊牢在钢梁上。栓钉的直径按 下列规定采用：
• 跨 度 小 于 3m 的 板 ， 栓 钉 直 径 宜 为 13mm 或 16mm；
• 跨 度 在 3m~6m 的 板 ， 栓 钉 直 径 宜 为 16mm 或 19mm；
永久荷载：压型钢板、钢筋和湿混凝土的 自重；
可变荷载：施工荷载和附加荷载
• 组合楼板使用阶段的荷载应为全部的永 久荷载和可变荷载。
• 当组合楼板上作用有局部荷载时，其有 效工作宽度（见图2）根据抗弯计算和抗 剪计算、以及板支承形式不同来计算。
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组合楼板计算
• 施工阶段 1. 强度验算 2. 挠度验算 • 使用阶段 1. 强度验算 2. 挠度验算 3. 裂缝验算 4. 自振频率验算
钢筋的截面面积不应小于压型钢板顶面以上混 凝土板截面面积的0.2%，其延伸宽度不应小于 组合板的有效工作宽度。
9、当连续组合板按简支板设计时，在中间支座
处上部抗裂钢筋的截面面积不应小于混凝土截 面面积的0.2%，抗裂钢筋从支座边缘算起的长 度，不应小于跨度的1/6，且应与不少于5支分 布钢筋相交。抗裂钢筋最小直径为4mm，最大 间距为150mm。顺肋方向钢筋保护层厚度宜为 20mm。与抗裂钢筋垂直的分布钢筋直径，不 应小于抗裂钢筋直径的2/3，其间距不应大于抗 裂钢筋间距的1.5倍。
Wsc

IS xc
Wst

Is hs xc
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挠度验算
• 压型钢板在施工阶段根据下料后的实际 布板情况，按单向单跨简支板或两跨连 续板验算：
单跨简支板


5ql 4 384EI s
≤

两跨连续板 ql4 ≤ 185EI s back
使用阶段验算
• 应对组合楼板进行强度和变形的验算。
4、组合板的总厚度不应小于90mm；压型钢板顶 面以上混凝土厚度不应小于50mm；此外，尚 应满足楼板防火保护层厚度的要求。
5、组合板中的压型钢板在钢梁上的支承长度，不 应小于50mm；
6、组合板在下列情况之一时应配置钢筋：
• 为组合板提供储备承载力的附加抗拉钢筋；
• 在连续组合板或悬臂组合板的负弯矩区配置连 续钢筋；
1. 当 压 型 钢 板 上 的 混 凝 土 厚 度 为 50~100mm时，强边（顺肋）方向的正 弯矩和挠度按简支单向板计算；强边 （顺肋）方向的负弯矩按固端板取值； 弱边方向不计算。
2. 当压型钢板上的混凝土厚度大于100mm 时，组合板的挠度应按强边（顺肋）方 向的简支单向板计算；强度计算应按下 列规定：
4、组合梁正常使用极限状态下的挠度计算采用 弹性理论进行计算。
5、在强度计算和变形计算中，为简化计算，常 将板托截面忽略不计。
6、组合梁计算时不考虑受拉混凝土的作用，但 梁截面按弹性理论分析时，当中和轴位于混凝 土翼板内且受拉区较浅时，为简化计算，不考 虑中和轴以下开裂混凝土的影响，即按翼板混 凝土的全截面计算。
• 压型钢板表面的油污应清除，避免长期暴露而 生锈
• 有较严重的腐蚀情况，不宜采用压型钢板组合 楼盖体系
• 各块压型钢板之间，应用接缝紧固件将其连成 整体，接缝紧固件的间距不应大于500mm。
• 压型钢板的钢材牌号Q215、Q235 • 在组合楼板的设计中，应进行施工阶段和使用
阶段的验算。
• 组合楼板在施工阶段，压型钢板作为浇 注混凝土的模板，此时，应考虑的荷载 有：
• 考虑到作为受拉钢筋的压型钢板没有混凝土 保护层厚度，中和轴附近材料强度发挥不够 充分等原因，对压型钢板钢材强度设计值f与 混 数0凝.8土的抗压强度设计值fc，均应乘以折减系
• 忽略混凝土的抗拉作用
• 混凝土与压型钢板始终保持共同作用，其界 面滑移很小
M≤0.81 fcxbyP
M≤ 0.8(1 fchcbyP1 AP2 fyP2) AP2 0.5(AP 1 fchcb f )
钢梁：按现行的《钢结构设计规范》 GB50017—2003 所 规 定 的 材 料 强 度 设 计 值取值；
9、进行组合梁计算时，由于剪力滞后效应， 仅钢梁附近一定宽度范围内的混凝土板 能有效的参与组合梁的工作。
10、组合梁设计还与施工条件有关。
• 对施工时钢梁下无临时支承的组合梁，应分两个阶段 进行计算。
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自振频率验算
组合楼板的振动舒适度，应通过验算楼板
的 自 振 频 率 ， 使 其 不 小 于 15Hz 来 控 制
（低于12Hz 时产生振动的可能性较大）
所以，组合楼板的自振频率按下式进行
估算：
f 1
k
——永久荷载产生的挠度
k——支承条件系数：两端简支为0.178；
一端简支一端固定为0.177
• 跨度大于6m的板，栓钉直径宜为19mm。
2、组合板中压型钢板应采用镀锌钢板，其镀锌 层厚度尚应满足在使用期间不致锈蚀的要求。
3、用于组合板的压型钢板净厚度（不包括镀锌 层和饰面层厚度）不应小于0.75 mm；仅作模 板的压型钢板厚度不应小于0.5mm，浇注混凝 土的波槽平均宽度不应小于50mm；当在槽内 设置栓钉锚固件时，压型钢板总高度不应大于 80mm。
对于压型钢板楼板的负弯矩配筋计算，无论是否考虑 其组合作用，统一按T形截面梁进行计算。
1 fcbx f sy As
M n 1 fcbx(hc x / 2)
M n 1 fcbhP (hP / 2 hc ac ) 10001 fc x(h0 x / 2)
1 fcbhP 10001 fc x f sy As
板托
混凝土翼板
抗剪连接件 钢梁
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组合梁设计的基本原则
1、组合梁分简支组合梁和连续组合梁，其 内力分析方法有弹性分析法和塑性分析 法。
2、组合梁的承载能力采用弹性分析法计算 时，假定钢梁和混凝土都是理想的弹塑 性体，计算时将混凝土的截面换算成钢 截面。
3、组合梁的承载能力采用塑性分析法时，假定 钢材和混凝土全部达到塑性应力状态，截面正 应力分布类似钢筋混凝土梁，而剪力则假定全 部由钢梁承担。组合梁受弯时，当塑性中和轴 在混凝土翼板内时，钢梁将全部受拉，此时对 钢梁板件的宽厚比无理论上的要求，仅考虑施 工或其它原因，可按弹性设计的规定取值。当 塑性中和轴在钢梁截面内时，钢梁将随同组合 梁绕中和轴形成塑性铰，此时为保证钢梁的塑 性性能的充分发挥，钢梁板件应满足塑性设计 时对钢梁板件的要求。
7、组合梁中钢筋混凝土翼板按现行的《混凝土 结构设计规范》GB50010—2002设计，并满足 现行的《混凝土结构工程施工及验收规范》的 要求。
8、组合梁材料强度设计值的取值：
混凝土翼板：不论弹性分析还是塑性分析， 均采用现行的《混凝土结构设计规范》 GB50010—2002 所 规 定 的 材 料 强 度 设 计 值。
第一阶段：在混凝土翼板强度达到75%以前，组合梁自 重及其上全部施工荷载仅由钢梁独立承担。
第二阶段：在混凝土翼板强度达到75%以后所增加的荷 载全部由组合梁承受。
当组合梁按弹性理论分析时，其挠度和强度的计算应将 第一阶段和第二阶段计算所得的挠度值和应力值相叠 加；
当组合梁按塑性理论分析时，其强度的计算不分阶段， 按照组合梁一次承受全部荷载的情况进行计算。
组合梁是指压型钢板组合楼板和钢梁之间
通过抗剪连接件而构成整体、共同受 力的梁。
1. 组合梁的形式及工作原理 2. 组合梁设计的基本原则 3. 组合梁设计 4. 组合梁构造要求
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组合梁的形式及工作原理
• 在竖向荷载作用下，混凝土翼板与钢梁发生弯 曲变形，在接触面之间发生相对滑移，各自承 担一部分弯矩，当混凝土翼板与钢梁之间通过 一定数量的抗剪连接件紧密结合时，由于抗剪 件的阻碍作用，接触面之间不会发生相对滑移。 在竖向荷载作用下，接触面之间的剪力全部由 抗剪连接件承担，混凝土翼板和钢梁就像一个 整体一样共同工作，具有一个中和轴的组合截 面，共同承受竖向荷载所产生的截面弯矩。
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施工阶段验算
应对作为浇注混凝土底模的压型钢板进行 强度和变形的验算。此时，应采用弹性 分析方法计算。强边（顺肋）方向的正、
负弯矩和挠度按单向板计算，弱边（垂
直于肋)方向不计算。
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强度验算
• 压型钢板在施工阶段的受弯承载力
M f WS
Ws
——压型钢板一个波宽的截面模量，取
受压边与受拉边的较小值
第7章 钢与混凝土组合楼盖
确定楼盖结构应考虑以下要求
1）保证楼盖有足够的整体刚度。 2）减轻结构的自重，减小结构层的高度 3）有利于现场安装方便及快速施工。 4）较好的防火、隔声性能，并便于管线的
铺设。
1. 组合形式 2. 组合楼板的设计要求 3. 组合梁的设计要求
组合形式
• 组合楼板和非组合楼板 • 非组合楼板中的压型钢板仅用作永久性模板，
1）依靠压型钢板的纵向波槽 2）依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲
成的不闭合孔眼、加肋的压型钢板 3）依靠压型钢板上焊接的横向钢筋 4）在任何情况下，均应设置端部锚固件
（栓钉）（见图1）。
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组合楼板的设计要求
1．一般规定 2．组合楼板设计 3．组合楼板构造要求
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一般规定
• 压型钢板一般由厚0.75~1.0mm的镀锌薄板成型， 长度宜为8~12m
10、压型钢板的表面处理。压型钢板支承 在钢梁上时，在其支承长度范围内应涂 防锈漆，其厚度不宜超过50μ m。压型钢 板板肋与钢梁平行时，钢梁上翼缘表面 不应涂防锈漆，以使钢梁表面与混凝土 之间有良好的结合。压型钢板端部的栓 钉部位宜进行适当的除锌处理，以提高 栓钉的焊接质量。
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组合梁的设计要求
所得挠度ν 不应大于跨度的 1/360。截面
刚度可采用等效刚度，即将两种材料换
算成单质的截面刚度进行计算。
5ql4 l
384 B 360
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裂缝验算
应对组合楼板负弯矩部位进行混凝土裂缝 宽度验算，可忽略压型钢板的作用，即 按混凝土板和负钢筋计算，按楼板所处 的环境类别，确定裂缝控制等级，满足 现行《混凝土结构设计规范》 GB50010—2002 中 楼 板 最 大 裂 缝 宽 度 限 值的要求。
不考虑与混凝土共同工作。在设计中，只承受 施工荷载和湿混凝土的重量。当混凝土达到设 计强度后，按单向密肋板计算，承受全部荷载， 与普通钢筋混凝土板一样。
• 组合楼板中的压型钢板不仅用作永久性模板， 而且作为混凝土板下部的受拉钢筋，与混凝土 共同工作。
压型钢板组合楼板断面 注意搁置方向
压型钢板与混凝土板之间的粘结
• 在集中荷载区段和孔洞周围配置分布钢筋；
• 改善防火效果的受拉钢筋；
• 在压型钢板上翼缘焊接横向钢筋，应配置在剪 跨区段内，其间距为150~300mm。
7、连续组合板在中间支座负弯矩区的上部纵向钢 筋，应伸过梁的反弯点，并应满足锚固长度且 设置弯钩；下部纵向钢筋在支座处应连续配置， 不得中断。
8、组合板在集中荷载作用下，应设置横向钢筋，
当 0.5 e 2.0 时，应按双向板计算；
当 e 0.5 或 e 2 时，应按单向板计算 back
强度验算
• 弯曲强度计算 • 斜截面抗剪承载力计算 • 局部荷载作用下冲切承载力验算
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弯曲强度
计算假定：
• 正截面抗弯承载力应按塑性设计，假定截面 受拉区和受压区的材料均达到强度设计值