1.纯钢地板(平钢板)
1 简介
常用于工业钢平台、人行天桥、室内夹层等。优点:结构自重轻,施工方便;缺点:楼板整体刚度较小,有设备时楼板震动问题较为突出;隔音效果较差,有的加设50mm混凝土面层隔音。挠度限值可为1/150。
2. 截面形式
① 无肋木板(很少使用):
根据结构配置,肋间距一般为板厚的100倍。受力时不考虑加劲肋的作用,面外竖向荷载的传递由板面内的膜张拉完成。无肋桥面的受力与膜结构相同。次梁作为板的支点,因此板跨度a一般很小。
② 肋板:
通过在板下焊接加劲肋,使加劲肋与板(有效翼缘宽度范围)受力接近于T梁,相当于次梁。T梁有效翼缘取15tw(tw为板厚,从板肋中心量起)。力的传递路径:板→T梁→梁。采用T梁有利于减小板的跨度,一般板跨度a≈100tw(加劲肋间距);加劲肋跨度一般在1.5m以内(>1.5m不经济,板厚会增加,加劲肋跨度即为梁间距)。
加劲肋端部与梁断开。从受力方面看,T梁每跨均为简支梁,跨中弯矩最大,支座处无弯矩,所以不必加设加劲肋。支座处剪力靠板本身抗剪能力就足够。一般加劲肋在距梁边50mm以内断开。板与梁中间应留有间隙,以方便施工,所以每块板分开,四边简支受力。
板肋通常采用扁钢或角钢,肋间间距一般为板厚的100倍。当采用扁钢作加劲肋时,加劲肋高度一般为跨度的1/12~1/15,且不宜小于60mm,厚度不宜小于5mm;当采用角钢作加劲肋时,一般不宜采用截面小于L45×4或L56×36×4的角钢,角钢肢应与钢板焊接。对于不等肢角钢,应将长肢焊接在钢板上(板材承受垂直载荷,增加高度更为有利)。加劲肋与钢板连接通常采用间断焊缝,受压时间断焊缝净距≤15t; 拉伸时≤30t(t为较薄焊件的厚度)。
3. 肋板内力计算
①静载荷:例如6mm厚的钢板,包括加劲肋在内,约为60kg/m2,取较大值为100kg/m2=1kN/m2。
③ 活载:查看【荷载规格】,例如工业操作平台为3.5kN/m2,
③Planking thick:板材厚度。
④加劲肋跨度:加劲肋两端均采用简支,故必须沿板的短跨方向。
⑤加强筋间距:约为板厚的100倍
⑥边界条件:四边简支
⑦详细计算公式见[白钢设计12.2.1]
4 总体结构计算
刚性楼板假定具有非常强的平面高度,钢板厚度至少为12mm。但是,钢楼板通常较薄,因此这种方法较少使用。
弹性楼板假设可以更真实地模拟楼板平面刚度多高层民用建筑钢结构节点构造详图,这种方法是最常用的。由于STS和YJK默认楼板材料为混凝土,无法修改,因此当使用钢楼板时,必须等效替换。替换后必须定义弹性楼板,否则软件默认为刚性楼板。
楼板平面内的弯曲刚度为EI,I=tb3/12(楼板截面为矩形),t为楼板厚度,b为楼板长度或宽度(取决于力的方向),所以楼板刚度与厚度成正比。例如6mm钢板,钢板弹性膜Es=2.06×105N/mm2,C30混凝土Ec=3×104N/mm2,Es/Ec≈7,所以折算成混凝土就是6*7=42mm
2.钢筋混凝土楼板
除混凝土楼板外,其余部分均为钢结构。此种楼板形式已被淘汰,因为需要模板,施工麻烦,不具备钢结构施工速度快的优势。
3、复合地板(波形钢板)
组合楼板必须满足一定的粘结性能和抗剪要求,以保证波形钢板与混凝土共同受力。在波形钢板上设置压痕,以增加叠合面的机械粘结;改变波形钢板的截面形式,以增加叠合面的摩擦粘结;在波形钢板端部设置栓钉连接件。
1. 类型
开口型、收缩型、封闭型。封闭型在组合楼板中应用较多。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多层民用建筑钢结构节点施工详图标准图集]、[05SG522钢与混凝土组合楼板(屋面)结构施工]
2. 波纹钢板设计
(1)组合与非组合
①非组合板设计:波形钢板仅作为永久性模板,不考虑与混凝土的共同作用,施工阶段需进行校核,使用阶段按普通混凝土板设计,无需涂装防火涂料。
②组合楼板设计:不只是模板,在正常使用阶段混凝土板下部拉力钢筋与混凝土共同作用,组成组合楼板。波形钢板需在施工阶段和使用阶段进行验证。组合楼板的波形钢板必须选用有纵向凹槽、压痕或附加横向抗剪钢筋,使其与混凝土板共同作用,提高楼板刚度。按规范合理设计后,需加设防火涂层。
一般情况下,实际工程中通常只用波形钢板做模板,只对施工阶段的波形钢板进行验算,使用阶段的配筋仍按普通混凝土板计算(但注意在STS/PKPM中波形钢板的布置应设置为单向荷载传导),防火涂料也很贵,所以可以省去波形钢板的计算。楼板厚度也要计算,包括波形钢板的厚度/波高(这样楼板就不会太厚),楼板底部钢筋放在槽内。
(2)加固
①非复合楼板:参见[01SG519],该图集为旧图集,已被[16SG519]取代,且删除了非复合楼板的做法。
将计算好的钢筋放置在波形钢板上,根据结构将钢筋放置在槽内(1和C8或10放置在一个槽内)
螺栓按板的跨度选择,间距一般为200mm。
② 复合地板
组合板可以采用分散配筋,但基本都是拉穿式配筋,制成组合板后,波形钢板相当于板的下部受拉钢筋,所以板当然也会配备分布配筋和支撑负筋。
当组合楼板设计为简支板时,支座处弯矩为0,支座负筋按结构配置(防止开裂);以下是05SG522的做法,其中包括抗裂钢筋和分布钢筋的构造布置。
当组合楼板设计为连续板时,需根据计算配置负筋(单向板受力侧,非受力侧仍按结构配筋)。
3. 剖面设计
(1)建设阶段
①计算原理:对于组合板的波形钢板,采用弹性分析法按单向板验算其强度(弯曲承载力)和强侧(沿肋)方向的变形。简单地说,将波形钢板看作具有波形截面(弱侧截面)的梁(受弯构件)。施工阶段的验算主要看波形钢板的波高,波高相当于板高,波高越高,弯曲刚度越大。当无法增加波高时,唯一的选择就是增加施工支撑。
② 负载
永久荷载:波形钢板自重;
可变荷载:混凝土自重、施工荷载、附加荷载。施工荷载标准值为1.5kN/m2(【组合楼面4.1.5】建议1.0kN/m2,可稍大)。另外,应以施工现场实际荷载为依据,穿越管线时应增加附加荷载。值得注意的是,施工阶段,混凝土自重为活荷载(分项系数为1.5,无需乘以组合系数【组合楼面4.1.7】)
当跨中挠度ω>20mm时,计算混凝土自重时应增加混凝土厚度,并考虑坑积量。当板挠度过大时,会出现“弧”,而混凝土的完工面(顶面)又要保持水平,因此相当于用了太多的混凝土。普通混凝土楼板由于是采用模板支撑,所以不予考虑,但采用波形钢板作模板,平面外刚度较弱,必然产生较大的变形。变形面积可用二次函数的图形乘法计算。
③承载力验证
④ 挠度计算[复合楼板4.2.2、4.2.3]
采用材料力学弹性公式计算,例如简支均布荷载为5ql4/385EI
施工阶段挠度限值是1/180,使用阶段是1/200。使用阶段好像比施工阶段宽松一点?这是因为施工阶段有施工活荷载(占总荷载比重比较大),刚度只占钢结构(波形钢板/钢筋桁架楼承板)。使用阶段去掉施工活荷载,增加楼承板活荷载,但刚度占比重大得多的是钢-混凝土楼承板。总体来说,这个挠度限值是合理的,不能单从数值上去判断。
(2)使用阶段【复合地板5.1.3】
①计算原则
计算基本假设:采用塑性方法;波形钢板强度设计值f与混凝土抗压强度设计值fc乘以折减系数0.8;忽略受拉区混凝土的影响;混凝土与波形钢板共同作用。
混凝土厚度hc大于100mm,为有效边长比计算,考虑双向传力,但混凝土一般没有那么厚,常用的波形钢板高度为53mm、76mm,因此板总厚度超过150mm。
② 负载
波形钢板和混凝土的自重、面层和结构层(如保温层、找平层、防水层、保温层等)的自重、楼板下悬挂的天花板和管道的自重以及楼板上的设备和活荷载。
③ 弯曲承载力计算
塑性法计算比较简单,不需要任何等效压缩区高度,计算过程与T形普通钢筋混凝土梁相同,通过比较混凝土与钢板的承载力,确定塑性中和轴是在波形钢板翼缘上方的混凝土中还是在波形钢板中(这与T形混凝土梁的计算相同),然后同时求解力平衡和弯矩平衡两个方程。
【弯矩/剪力设计值计算(同样适用于钢桁架楼承板)】
弯矩设计值应符合[组合楼板4.1.9及条文解释]规定:条文解释明确指出,对于正弯矩截面(板跨中下部),混凝土自重将使底部波形钢板(钢桁架下弦)受到拉力。对于支撑负弯矩截面,波形钢板组合楼板上部钢筋(或支撑断开处即开口边与简支边处的钢桁架板组合楼板连接钢筋)未与混凝土粘结,因此不受到应力,混凝土自重在混凝土凝固前已由下部拉筋承担,拉筋也已发生变形,变形也随混凝土凝固而固定(类似预应力)。
至于连续钢筋桁架板桁架负弯矩截面中的上弦筋,在混凝土凝固前就已经受力,所以也要考虑。简单来说:这相当于双筋截面,上下纵筋在混凝土凝固前都受预应力;而上面的是单筋截面,在混凝土凝固前只对下纵筋受预应力。
在实际设计中,这种区分并不那么明显,一般都是按照总力来计算负弯矩,这样比较安全,也比较方便。
设置临时支撑及拆除时,混凝土已硬化,上、下层钢筋均会受到应力,但影响较小,且大部分力由支撑承担,因此采用普通钢筋混凝土现浇板组合弯矩设计值。
剪切设计值,当不设支撑时,对于波形钢板,混凝土自重不会在波形钢板与混凝土之间产生粘结应力,竖向剪力由波形钢板腹板承受;对于钢桁架楼承板,竖向剪力由钢桁架腹板承受。当设支撑时,应按支撑数量计算。
④正常使用极限状态验证(同样适用于钢筋桁架楼承板)
a.挠度:施工阶段采用标准组合;使用阶段分别按[组合楼板4.1.11]计算标准机构和准永久组合。
b.裂缝:按[混合规范]的规定计算。当组合板做成连续板时,组合板负弯矩区内最大裂缝宽度,因负弯矩截面仅靠钢筋抵抗拉力,易发生裂缝。
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。若频率较低,周期较大,则板过于柔性,需增加刚度。一般通过增加板厚度来增加刚度,即可满足要求。[组合板4.1.6]规定了计算板舒适度的荷载。
d.对于钢筋桁架楼承板,由于施工阶段钢筋承受附加荷载,钢筋应力较大,必须对钢筋应力进行校核,这属于正常使用的极限状态,采用标准组合。
4.波形钢板(组合板)的计算
①几何信息
a.平行于肋方向的跨度:在受力方向上,取短跨度方向(主、次梁组成的大板短边方向),尽量控制跨度在2m以内。若跨度过大,在混凝土和波形钢板自重作用下,波形钢板的肋高会更大。
b.竖肋方向跨度:非应力方向,按实际情况输入,尽量输入较大的值,满足单向板的条件。
c. 波形钢板支撑长度:波形钢板支撑在横梁上的长度,至少50mm
d.钢板顶面以上浇筑混凝土的厚度hc:至少为50mm,该厚度取波形钢板波高。
e.楼面找平层厚度:用于后续荷载计算(其值根据施工方法而定);对于局部荷载,为扩散厚度。
②载货信息
a.建筑荷载标准值:1.5kN/m2
b.施工时临时支撑设置:施工时一般不设置,比较麻烦,设置后可减少施工阶段波形钢板的跨度。
c.复合地板使用环境:住宅和非住宅。【复合地板4.2.4】对舒适度(刚性)有要求,住宅使用要求更严格。解决方法是增加板材厚度。
③材料信息
组合楼板建议采用闭口型。BD65-170-510-0.8,BD为闭口型;65为板高(皱高、波高)65mm;170为肋距(波距)170mm;510为板宽(有效宽度)510mm;0.8为板厚0.8mm(波形钢板一般在0.8mm及以上)。
板下/板上钢筋直径及间距:使用阶段计算,如满足承载力,先不填,按计算书填写。板下钢筋应按肋距排列,如肋距为170,则每根波槽布置一根钢筋,相当于8@170。
5.结构及大型详图:参见[《组合板》第8章:波形钢板组合板的结构要求]及[05SG522等相应图集]
4.钢桁架楼承板
1 简介
① 申请
钢桁架楼承板近几年使用越来越多,可实现工业机械化生产,减少现场钢筋绑扎施工,降低成本(目前成本还是比组合楼板高,但未来会便宜)。另外,与波形钢板相比,其刚度更大,施工阶段更容易满足验算要求(波形钢板的厚度和波高基本在施工阶段控制),不需要设置施工支撑、减小次梁间距、增加板厚,减少了这方面的麻烦。常用的规范有:【CECS273:2010组合楼承板设计与施工规范】、【JGT368-2012钢桁架楼承板】
②零部件及规格
钢桁架楼承板底模板只起模板作用,一般为0.5mm厚,底膜两侧有上扣、下钩,可将楼承板连成一体。钢筋制成桁架状多高层民用建筑钢结构节点构造详图,上弦钢筋1根,下弦钢筋2根,上弦钢筋直径稍大,中间为腹板,两端为支撑竖向钢筋,抵抗支撑反力。支撑水平钢筋可作为下弦钢筋的支撑点,也可起到约束支撑竖向钢筋的作用。支撑钢筋一般为C12或14,全部由钢筋组装而成,不是手工焊接的,有专门的生产设备。钢桁架楼承板置于次梁上,受力方向为桁架方向。 钢筋也按另一方向配置,布置在桁架内侧(单向板非受力面,钢筋布置在板的内侧)。
由于工业化生产,已形成基本型号和规格。【钢筋桁架楼承板设计手册(浙江杭萧钢结构)】提供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)为200mm。两边保护层各15mm,共计30mm,30+ht=总板厚,ht为钢筋桁架楼承板厚度(桁架高度),例如设计采用120mm板厚,则楼承板应为90mm。
在[JGT368-2012钢桁架楼承板]中给出了钢桁架楼承板的模型,通过该模型可以确定钢桁架楼承板的各项参数及跨度。
2.地板设计【复合地板第六章】
钢筋桁架楼承板在施工阶段按单向板计算,使用阶段可按单向板计算,也可按双向板计算,对于单向板,需注意修改荷载传递方向。
(1)施工阶段承载力:必须核实钢桁架、底模的焊接点。
①桁架校核:以钢桁架为计算单元,计算钢桁架各杆件承载力、压杆稳定性(类似钢结构)及挠度变形。计算公式详见[组合楼板6.2.2、6.2.3、6.2.4]
腹杆:用于抗剪,一般4.5mm即可。
上下弦杆:施工阶段,混凝土未凝固,上弦杆受压,下弦杆受拉。上下弦杆的轴力组成力偶,共同抵抗弯矩设计值。从力平衡方程可知,上下弦杆的轴力大小相等,方向相反(忽略底膜的抗拉承载力)。因此,上弦杆的直径会较大。
从截面角度看,它是由三个“实体圆”组成的截面,在弯矩设计值作用下,利用截面质心轴的位置等材料力学计算过程,可以计算出上、下弦轴力、稳定性(钢筋稳定系数按A型截面校核)和挠度。
②点焊校核:腹板与基膜采用电阻点焊连接,施工阶段必须对点焊承载力进行校核。【复合楼板的3.5.2和3.5.3】给出了电阻点焊承载力,设计值=0.5标准值,安全系数取2。
取点焊单元承载面积承受混凝土及钢桁架自重、施工活载等,钢桁架自重按配筋率估算,一般增加混凝土自重1%即可,取点焊单元承载面积(4个焊点)与基本组合(1.3常量+1.5活载)进行校核,一般都能满足。
(2)使用阶段承载力:不考虑计算,与普通钢筋混凝土板相当(抗剪、抗弯、抗冲切)。弯矩、剪力设计值可查阅波形钢板。
(3)正常使用极限状态:见波形钢板
(4)双向板及弯矩调制
3. 楼面计算Excel小程序(仅支持一跨)
(1)计算原则
①当相邻两跨跨度比小于1.2时,可近似按等跨连续梁计算;对于跨度相差较大的,只能采用有限元分析进行验证。
②建设阶段与使用阶段计算的跨数可能不同,例如建设阶段计算的跨数可能是2个或3个连续跨,而使用阶段计算的跨数可能是5个连续跨。
③施工阶段一般按单跨计算(取最大跨度,按连续跨度计算很麻烦),使用阶段采用YJK/PKPM计算(偷懒方法),其余部分按计算结果安排。
(2)参数输入
①次梁间距:即板跨度,一般为梁中心线间的距离。
②左/右支撑梁上法兰宽度:输入是从梁法兰边缘到梁中心线的距离(当输入跨度是梁中心线之间的距离时,这等同于计算剪切力的透明跨度,因为剪切力从板上的板上覆盖在板上的长度,而不是板的长度。
trus的估计宽度:取桁架的承重面积,规格通常为200或188mm
④地板板自重 +混凝土重量:考虑钢筋,钢桁架和混凝土的总重量。
plate厚度:1/30L0仅用于支撑,1/35L0的连续支撑不足,通常会增加板跨度,并且在施工阶段中起着控制作用;
4.施工要求[复合板的第9章]
①底部膜钢板的厚度不应小于0.5mm
②钢桁架的和弦不应小于6mm,并且网络通常不足4mm,4.5mm足以容纳Web,下弦为8mm,上弦为10mm。
③支持水平和垂直加固
④强制要求
当复合地板被设计为连续的光束时,根据普通的混凝土板的负强化将根据钢桁架的上弦进行配置(通过计算确定)。 imum加固比,至少8@200,并在平板内延伸一个部分。
⑤女性
剪切连接器,即螺柱,由复合梁的计算或根据板跨度查找瓦楞钢板的桌子。
5.绘画
以上是我的个人理解。