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钢框架楼盖设计

发布于：2024-03-19 23:49:19 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

一.纯钢楼板(平钢板)

1.介绍

常用于工业钢平台、人行天桥及室内夹层。优点：结构自重轻，施工方便；缺点：楼板刚度整体偏小，有设备时楼板振动问题较为突出；隔音效果差，有的还额外再做50mm混凝土的面层来隔音。挠度限制可取1/150。

2.截面形式

①无肋铺板(用的很少)：

按构造配置加劲肋，肋的间距一般为板厚的100倍。在受力上不考虑加劲肋的作用，平面外竖向荷载的传递由板的平面内膜张力完成，无肋铺板的传力与膜结构一样，次梁作为板的支点，因此板跨a一般会很小。

②有肋铺板：

通过在板下焊接加劲肋，使得加劲肋和板(有效翼缘宽度范围)的整体在受力上接近于T形梁，相当于次梁，T形梁有效翼缘取为15t_w(t_w为板厚，从板肋中心算起)。传力途径：板→T形梁→梁。通过T形梁有利于减小板的跨度，一般板跨度a≈100 t_w(加劲肋间距)；加劲肋跨度一般为1.5m以内(＞1.5m不经济，板厚会增加，加劲肋跨度也就是梁间距)。

加劲肋端部与梁是不连接，断开的。T形梁在受力上是每一跨都是简支梁，跨中弯矩最大，支座没有弯矩，故不需要将加劲肋伸过去，支座处的剪力由板本身抗剪足够，一般加劲肋在距离梁边50mm以内断开。板与梁中心应留有空隙，方便施工，故每块板都是分开的，受力为四边简支。

板肋常采用扁钢或角钢做成，肋的间距一般为板厚的100倍。当加劲肋采用扁钢时，加劲肋的高度一般为跨度的1/12~1/15，且不宜小于60mm，厚度不宜小于5mm；当加劲肋采用角钢时，一般不宜采用截面小于L45×4或L56×36×4的角钢，并应将角钢肢与钢板焊接，对于不等肢角钢，应将长肢与钢板焊接(板受竖向荷载，增加高度更有利)。加劲肋与钢板的连接通常采用间断焊缝连接。间断焊缝的净距受压时≤15t；受拉时≤30t(t为较薄焊件厚度)。

3.有肋铺板的内力计算

①静荷载：例如6mm厚钢板，算上加劲肋，大概是60kg/m²，取大一点为100kg/m²=1kN/m²，

③活荷载：查【荷规】，例如工业操作平台为3.5kN/m²，

③铺板厚度：板厚。

④加劲肋跨度：加劲肋为两端简支，故肯定沿板短跨方向。

⑤加劲肋间距：板厚的100倍左右

⑥边界条件：四边简支

⑦详细计算公式见【白皮钢设12.2.1】

4.结构整体计算

刚性楼板假定，这需要很强的平面内高度，钢板至少在12mm以上，但钢楼板一般较薄，故这个方式用的比较少。

弹性楼板假定，能较为真实的模拟楼板平面内刚度，此方法最常用。由于STS和YJK对于楼板材料默认为混凝土且不能修改，故使用钢楼板时，要等效替换，替换后要定义弹性楼板，否则软件默认为刚性楼板。

楼板平面内抗弯刚度为EI，I=tb³/12(楼板截面为矩形)，t为楼板厚度，b为楼板长或宽(看力的方向)，因此楼板刚度与厚度成正比。例如6mm后钢板，钢板弹膜Es=2.06×10⁵N/mm²，C30混凝土Ec=3×10⁴N/mm²，Es/Ec≈7，故换成混凝土为6*7=42mm

二.钢筋混凝土楼板

除了楼板是混凝土外，其他部件都是钢结构，这种楼板形式已经被淘汰了，需要支模，施工麻烦，没有钢结构施工速度快的优势。

三.组合楼板(压型钢板)

组合楼板要满足一定的粘结性能满足抗剪要求，保证压型钢板和混凝土共同受力。在压型钢板上设置压痕，以增加叠合面上的机械粘结；改变压型钢板截面形式，以增加叠合面上的摩擦粘结；在压型钢板端部设置栓钉连接件。

1.类型

开口型，缩口型，闭口型。组合楼板中闭口型用的比较多。常用的规范有【CECS273:2010组合楼板设计与施工规范】，【JGJ138-2016组合结构设计规范】，【16G519多高层民用建筑钢结构节点构造详图标准图集】，【05SG522钢与混凝土组合楼(屋)盖结构构造】

2.压型钢板设计

(1)组合与非组合

①非组合板设计：就是压型钢板仅作为永久性模板，不考虑其与混凝土的共同工作。压型钢板需要进行施工阶段验算，使用阶段按普通混凝土楼板设计，可不设防火涂料。

②组合楼板设计：不仅是模板，而且正常使用阶段作为混凝土板的下部受拉钢筋与混凝土共同工作形成组合楼板。压型钢板需要进行施工阶段和使用阶段验算。组合楼板的压型钢板必须选用带纵向波槽、压痕的板型或增设横向抗剪钢筋，使其能与混凝土板共同作用，提高楼板的刚度，按照规范合理设计后，需设防火涂料层。

一般实际工程中，一般仅将压型钢板作为模板，只验算施工阶段的压型钢板，使用阶段的配筋等仍按普通混凝土板计算(但注意在STS/PKPM中应将布置压型钢板处设置为单向导荷)，并且防火涂料也很贵，不考虑压型钢板可不涂。算板厚也包括压型钢板的厚度/波高(不至于楼板太厚)，并将板底筋放在凹槽里面。

(2)配筋

①非组合楼板：见【01SG519】，这是老图集，已经被【16SG519】替代，且非组合楼板的做法被删减了。

计算所配钢筋均放置在压型钢板以上，在凹槽内也按构造放钢筋(一槽放1跟C8或10意思一下)

栓钉按板跨选用，间距一般取200mm。

②组合楼板

组合楼板可以采用分离式配筋，但基本上都拉通。当做成组合楼板时，压型钢板相当于板的下部受拉钢筋，故板当然也会配置分布钢筋及支座负筋。

当组合楼板按简支板设计时，支座处弯矩为0，支座负筋均按构造配置(防止开裂)；下面是05SG522的做法，抗裂钢筋及分布筋等构造布置。

当组合楼板按连续板设计时，则需要按计算配置负筋(单向板受力边，不受力边仍按构造配筋)。

3.截面设计

(1)施工阶段

①计算原则：对组合板的压型钢板，采用弹性分析法，按单向板验算强边(顺肋)方向的强度(受弯承载力)和变形。简单的说就是把压型钢板看成梁(受弯构件)，截面形式为波纹(弱边横截面)。施工阶段的验算主要看压型钢板的波高，相当于板高，越高，抗弯刚度越大，当波高已无法提高时，则只能增加施工支撑。

②荷载

永久荷载：压型钢板自重；

可变荷载：混凝土自重，施工荷载与附加荷载。施工荷载的标准值取1.5kN/m²(【组合楼板4.1.5】建议为1.0kN/m²，可取稍大一些)。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。值得注意的是，在施工阶段，混凝土的自重属于活载(分项系数取1.5，不用乘组合系数【组合楼板4.1.7】)

当跨中挠度ω＞20mm时，计算混凝土自重时要增加混凝土的厚度，考虑凹坑堆积量。板挠度过大时，会有个“弧度”，而混凝土完成面(顶面)肯定是要保证水平的，所以相当于混凝土用多了。普通混凝土楼板由于有模板支撑，所以不考虑，而压型钢板作为模板，平面外刚度较弱，难免会有较大变形。变形的面积，可以使用二次函数的图乘法。

③承载力验算

④挠度验算【组合楼板4.2.2、4.2.3】

使用材料力学的弹性公式进行计算，例如简支均布荷载为5ql⁴/385EI

施工阶段挠度限值为1/180，使用阶段为1/200。使用阶段看起来比施工阶段宽松？这是由于施工阶段有施工活荷载(占得总荷载比较还算蛮大的)，并且刚度仅为钢结构(压型钢板/钢筋桁架楼承板)，在使用阶段，施工活荷载去掉，增大楼板活荷载，但刚度为钢-混楼承板，刚度提升很多，总的来说，这个挠度限制是合理的，并不是仅从数值上判断。

(2)使用阶段【组合楼板5.1.3】

①计算原则

计算的基本假定：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；忽略受拉区混凝土的作用；混凝土与压型钢板共同作用。

混凝土厚度hc大于100mm，算有效边长比，考虑双向传力，但一般混凝土不会这么厚，压型钢板高度常用的有53mm和76mm，那么总的板厚都超过150mm了。

②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、使用活荷载等。

③抗弯承载力验算

采用塑性方法，计算较为简单，无需什么等效受压区高度，计算过程也与T形普通钢筋混凝土梁一样，通过比较混凝土与钢板承载力大小，判断出塑性中和轴在压型钢板上翼缘以上的混凝土内，还是在压型钢板内(这与T形混凝土梁计算一样)，再通过力平衡和弯矩平衡两个方程联立求解。

【弯矩/剪力设计值的计算(同样适用于钢筋桁架楼承板)】

其中弯矩设计值，应按【组合楼板4.1.9及条文说明】：其中条文说明说的很清楚了，对于正弯矩区段(板跨中下部)，混凝土的自重会使得底部压型钢板(钢筋桁架下弦)受拉力。对于支座负弯矩区段，压型钢板组合楼板的上部钢筋(或钢筋桁架板组合楼板在支座断开处的连接钢筋，即洞口边、简支边)，与混凝土无粘结，因此不受力，并且混凝土自重这部分荷载已经在混凝土凝固前辈下部受拉钢筋扛了，受拉钢筋也发生了变形，变形也被混凝土凝固而固定了(类似预应力)。

而对于钢筋桁架板桁架连续处负弯矩区段的上弦钢筋，在混凝土凝固前就已经受力，因此也要计入。简单的说：这种就相当于双筋截面，在混凝土凝固前上下纵筋都预先受力；而上面那种是单筋截面，在混凝土凝固前只有下部纵筋预先受力。

实际设计中，也不会区分这么明显，负弯矩也按全部受力来计算，这样偏于安全也方便。

当设置临时支撑时，拆除临时支撑时，混凝土已经硬结，上下筋都会受力，但影响较小，大部分力都由支撑承担了，因此按普通钢筋混凝土现浇板组合弯矩设计值。

剪力设计值，无设置支撑时，对于压型钢板，混凝土自重不会在压型钢板与混凝土之间产生粘结应力，竖向剪力由压型钢板腹板承担；对于钢筋桁架楼承板竖向剪力则由钢筋桁架腹杆承担。设置支撑时，则应按支撑数量进行计算。

④正常使用极限状态验算(同样适用于钢筋桁架楼承板)

a.挠度：施工阶段按标准组合，使用阶段按【组合楼板4.1.11】分别计算标准组织和准永久组合取不利。

b.裂缝：按【混规】的规定计算。当组合板做成连续板时，组合板负弯矩区的最大裂缝宽度，负弯矩区段只能靠钢筋来抗拉，容易开裂。

c.振动控制：ω为永久荷载作用下组合板的最大挠度，k为支撑条件系数。频率低，周期大，板过柔，需要增大刚度，一般通过增加板厚来提高刚度满足要求。【组合楼板4.1.6】规定了计算楼板舒适度所取荷载。

d.对于钢筋桁架楼承板，由于钢筋额外承受了施工阶段的荷载，钢筋应力偏大，因此要验算钢筋应力，这属于正常使用极限状态，采用标准组合。

4.压型钢板计算(组合楼板)

①几何信息

a.平行肋方向跨度：受力方向，取短跨方向(主次梁形成的大板的短向)，跨度尽量控制在2m左右及以内，跨度过大，在混凝土及压型钢板自重下，压型钢板肋高会较大。

b.垂直肋方向跨度：非受力方向，按实际输入，尽量输大一些，好满足单向板的条件。

c.压型钢板的支撑长度：压型钢板支撑在梁上的长度，至少50mm

d.钢板顶面以上浇筑砼厚度hc：至少50mm，与压型钢板波高凑整。

e.楼面找平层厚度：用于后续的荷载计算(数值看建筑做法)，对于局部荷载，是一个扩散厚度。

②荷载信息

a.施工荷载标准值：1.5kN/m²

b.施工时临时支撑设置：一般施工中不设置，比较麻烦，设置后能减小施工阶段压型钢板的跨度。

c.组合楼板使用环境：住宅与非住宅，【组合楼板4.2.4】对舒适度(刚度)有要求，住宅严格一些，解决方法就是提高板厚。

③材料信息

组合楼板建议使用闭口型。BD65-170-510-0.8，BD为闭口型；65为板高(波纹高度，波高)65mm；170为肋距(波距)170mm；510为板宽(有效宽度)为510mm；0.8为板厚0.8mm(压型钢板一般0.8mm及以上)。

板下/板上钢筋直径、间距：使用阶段计算，满足承载力，先不填入，根据计算书验算填入。对于板下钢筋，应根据肋距布置，例如170的肋距，每个波槽内放1根，相当于8@170。

5.构造及大样详图：见【组合楼板第8章：压型钢板组合楼板构造要求】和【05SG522等相应图集】

四.钢筋桁架楼承板

1.介绍

①应用

钢筋桁架楼承板近年来用的越来越多，能实现工业机械化生产，减少现场钢筋绑扎施工，降低成本(现在造价还是高于组合楼板，但未来会便宜)，另外相对于压型钢板等，刚度大，施工阶段的验算更易满足(压型钢板的厚度和波高基本由施工阶段控制)，可不用设置施工支撑，不用减小次梁间距及增大板厚，减少了这方面的困扰。常用的规范有：【CECS273:2010组合楼板设计与施工规范】，【JGT368-2012钢筋桁架楼承板】

②组成部分及规格

钢筋桁架楼承板的底模，只起模板作用，一般就0.5mm厚，底膜横向两侧分别为上扣和下勾，能将楼承板连成一片。把钢筋做成桁架，上弦1根钢筋，下弦2根钢筋，上弦直径稍大一些，中间为腹杆。端部为支座竖向钢筋，抵抗支座反力，支座水平钢筋可作为下弦钢筋的支撑点，也能起到约束支座竖向钢筋的作用，支座钢筋一般为C12或14。都是由钢筋组成，不是人工焊接，有专门的生产设备。钢筋桁架楼承板搁置在次梁上，受力方向为桁架方向，在另一方向也配置钢筋，布置在桁架内侧(单向板的非受力边，钢筋放板内侧)。

由于工业化生产，形成了基本型号及规格，【钢筋桁架楼承板设计手册(浙江杭萧钢构)】给出了AB两种规格，A为间距188mm，B为间距200mm，纵向间距(桁架节点间距)均为200mm。2侧保护层分别为15mm，共30mm，30+ht=总板厚，ht为钢筋桁架楼承板厚度(桁架高度)，例如设计使用120mm板厚，则楼承板选择90mm的。