混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幻燈片五

第6章組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)●

6.1概述

●6.1.1壓型鋼板與混凝土組合板●6.1.2組合梁

●6.1.3型鋼混凝土結(jié)構(gòu)●6.1.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)●6.1.5外包鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)●6.1.6其他新型組合結(jié)構(gòu)形式●

6.2壓型鋼板與混凝土組合樓板

●6.2.1壓型鋼板的形式

●6.2.2組合板的計(jì)算●5.2.3荷載標(biāo)準(zhǔn)值●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)計(jì)●6.3.1概述●6.3.2組合梁設(shè)計(jì)

第6章組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)計(jì)●6.3.1概述●6.3.2組合梁設(shè)計(jì)

●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

●6.4.1概述

●6.4.2受壓短柱的工作性能●6.4.3單肢柱的受壓承載力計(jì)算●6.4.4軸心受壓短柱的極限分析

●6.4.5單肢柱的受壓承載力

●6.5思考題與作業(yè)●6.1概述鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)依照鋼材形式與配筋方式的不同分為多種類型，并且一些新的結(jié)構(gòu)形式仍在不斷出現(xiàn)。目前研究較為成熟且應(yīng)用較多的主要有以下幾種：(1)壓型鋼板與混凝土組合板。(2)鋼―混凝土組合梁。(3)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。(4)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。(5)外包鋼結(jié)構(gòu)?！?.1概述6.1.1壓型鋼板與混凝土組合板

這是在壓成各種形式的凹凸肋與各種形式的槽紋鋼板上澆筑混凝土而制成的組合板，依靠凹凸肋及不同的槽紋使鋼板與混凝土組合在一起。由于槽鋼中肋的形式與槽紋圖案的不同，鋼與混凝土的共同工作性能有很大區(qū)別。在與混凝土共同工作性能較差的壓型鋼板上可焊接附加鋼筋或栓釘，以保證鋼材與混凝土的完全組合作用?！?.1概述6.1.1壓型鋼板與混凝土組合板

壓型鋼板與混凝土組合板的優(yōu)點(diǎn)主要有：(1)充分利用了混凝土造價(jià)低、抗壓強(qiáng)度高、剛度大等特點(diǎn)，將其作為板的受壓區(qū)，而將受拉性能好的鋼材置于受拉區(qū)，代替板中受拉縱筋。這使得兩種材料合理受力，各得其所，都能發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。(2)壓型鋼板在施工時(shí)先行安裝，可作為澆筑混凝土的模板及施工平臺(tái)。這樣不僅節(jié)省了全部昂貴而稀缺的木模板，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且使施工安裝工作可以數(shù)個(gè)樓層立體作業(yè)，大大加快了施工進(jìn)度，縮短了工期。(3)壓型鋼板非常輕便，易于運(yùn)輸、存儲(chǔ)、堆放與裝卸。不僅節(jié)省大量人力，還減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量，改善了施工條件?！?.1概述6.1.2組合梁

通過(guò)抗剪連接件或粘結(jié)作用將鋼梁與混凝土板組合在一起就形成組合梁?；炷涟蹇梢允乾F(xiàn)澆鋼筋混凝土板、預(yù)制混凝土板、壓型鋼板混凝土組合板或預(yù)應(yīng)力混凝土板。鋼梁可以用軋制或焊接鋼梁。鋼梁形式有工字鋼、槽鋼或箱形鋼梁?；炷涟迮c鋼梁之間用剪切連接件連接，使混凝土板作為梁的翼緣與鋼梁組合在一起，整體共同工作形成組合T形梁?！?.1概述6.1.2組合梁

其特點(diǎn)同樣是使混凝土受壓，鋼梁主要是受拉與受剪，受力合理，強(qiáng)度與剛度顯著提高，充分利用了混凝土的有利作用。由于側(cè)向剛度大的混凝土板與鋼梁組合連接在一起，因此在很大程度上避免了鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)的弱點(diǎn)。在符合一定的條件時(shí)，組合梁的整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定可以不必驗(yàn)算，這也省去了相當(dāng)一部分鋼結(jié)構(gòu)為保證穩(wěn)定所需要的各種加勁肋的鋼材。與傳統(tǒng)的非組合結(jié)構(gòu)相比，由于組合梁的強(qiáng)度與剛度的提高，節(jié)省了大量鋼材(約節(jié)省鋼材25%～30%)，并且組合梁的應(yīng)用降低了梁的高度以及建筑物的層高與總高。

●6.1概述6.1.3型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(即：鋼骨混凝土結(jié)構(gòu))是在構(gòu)件的混凝土中主要配置軋制或焊接型鋼的結(jié)構(gòu)。在配置實(shí)腹型鋼的構(gòu)件中還應(yīng)配有少量縱筋與箍筋。這些鋼筋主要是為了約束混凝土，是構(gòu)造需要，在計(jì)算中亦可考慮其輔助受力。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)不僅強(qiáng)度、剛度明顯增加，而且延性獲得很大的提高，從而成為一種抗震性能的結(jié)構(gòu)，所以尤其適用于地震區(qū)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)是：施工安裝時(shí)，梁柱型鋼骨架本身構(gòu)成了一個(gè)強(qiáng)度剛度較大的結(jié)構(gòu)體系，可以作為澆筑混凝土?xí)r掛模、滑模的骨架，不僅大量節(jié)省了模板支撐，也可以承擔(dān)施工荷載。

●6.1概述6.1.3型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

●6.1概述6.1.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在鋼管中澆筑混凝土的結(jié)構(gòu)稱為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。一般在混凝土中不再配縱向鋼筋與鋼箍，所用鋼管一般為薄壁圓鋼管，方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較少。鋼管混凝土柱充分發(fā)揮了混凝土和鋼材各自的優(yōu)點(diǎn)，克服了鋼材特別是薄壁鋼材容易失穩(wěn)的缺點(diǎn)，受力非常合理，且大大節(jié)省了材料。據(jù)資料分析，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比可節(jié)省鋼材50%左右，降低造價(jià)40%～50%；與鋼筋混凝土柱相比，節(jié)省水泥70%左右，因而減輕自重70%左右。鋼管本身就是澆筑混凝土的模板，故可省去全部模板，且不需要支模、鋼筋制作與安裝，簡(jiǎn)化了施工。比鋼筋混凝土柱用鋼量?jī)H增加約10%。鋼管混凝土柱的另一突出優(yōu)點(diǎn)是延性較好，這是因?yàn)橐环矫嫫渫鈿な茄有院芎玫匿摴?；另一方面約束混凝土比一般單向受壓的混凝土延性提高很多。

●6.1概述6.1.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于鋼管混凝土主主要是利用強(qiáng)度很很高的混凝土受壓壓，所以這種構(gòu)件件最適用于做軸心心受壓與小偏心受受壓構(gòu)件。由于它它是圓形截面，而而且斷面高度較小小，該結(jié)構(gòu)形式的的優(yōu)點(diǎn)不能得到充充分體現(xiàn)，甚至是是不利的，因此通通常將其用作高層層建筑中下面幾層層的柱。在一些本本來(lái)彎矩較大的結(jié)結(jié)構(gòu)中，可以利用用結(jié)構(gòu)形式的改變變，把以受彎為主主轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌簽橹髦鳎园l(fā)揮鋼管混混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)勢(shì)。例如：?jiǎn)螌訌S廠房可做成雙肢柱柱或多肢柱；在橋橋梁中可設(shè)計(jì)成拱拱形，利用鋼管混混凝土作受軸壓為為主的上弦拱圈，，而拉桿僅僅是利利用空鋼管受拉。。鋼管混凝土由于于受彎性能不好，，故一般不用作梁梁結(jié)構(gòu)?！?.1概述6.1.4鋼管混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼管混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的最大大弱點(diǎn)是是圓形截截面的柱柱與矩形形截面的的梁連接接較復(fù)雜雜，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的施工工處理較較為復(fù)雜雜。這是是影響鋼鋼管混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)一步步推廣的的一大障障礙。此此外，鋼鋼管的外外露，使使其也具具有一般般鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)防銹、、防腐蝕蝕及防火火性能較較差的弱弱點(diǎn)?！?.1概述述6.1.5外包鋼混混凝土組組合結(jié)構(gòu)構(gòu)從廣義上上說(shuō)，外外包鋼混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)是指指外部配配筋的鋼鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)，簡(jiǎn)稱稱外包鋼鋼結(jié)構(gòu)。。它是在在克服裝裝配式鋼鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)大量采采用鋼筋筋剖口焊焊、接頭頭二次澆澆筑混凝凝土等缺缺點(diǎn)的基基礎(chǔ)上發(fā)發(fā)展起來(lái)來(lái)的。由于角鋼外露露，也帶來(lái)防防銹、防腐蝕蝕、防火性能能較差的問(wèn)題題，需要保持持日常維護(hù)。。此外，外包包鋼混凝土的的角鋼外露，，也對(duì)結(jié)構(gòu)外外觀有一定影影響，所以目目前一般只局局限于工業(yè)廠廠房，在民用用建筑、公共共建筑中尚難難推廣?！?.1概述述6.1.6其他新型組合合結(jié)構(gòu)形式鋼纖維混凝土土是近幾十年年出現(xiàn)的有別別于鋼筋混凝凝土和型鋼混混凝土的新型型結(jié)構(gòu)形式。。它具有良好好的抗拉、抗抗彎、抗剪、、抗沖團(tuán)、抗抗折及耐疲勞勞的特性。此此外，在混凝凝土中加配玻玻璃纖維也能能改善構(gòu)件的的受力性能。。鋼筋混凝土外外包鋼板箍構(gòu)構(gòu)件是近年來(lái)來(lái)研究與應(yīng)用用的一種組合合結(jié)構(gòu)形式。。可以用于興興建工程也可可以用于舊房房屋結(jié)構(gòu)加固固。在構(gòu)件(梁、柱)端部或跨間包包鋼板箍后不不僅能局部提提高構(gòu)件抗壓壓強(qiáng)度與抗剪剪強(qiáng)度，而且且能改善構(gòu)件件與結(jié)構(gòu)的延延性。鋼板箍箍常加于柱端端及梁的剪力力較大區(qū)等。?！?.2壓型鋼板與混混凝土組合樓樓板在很多高層鋼鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋筋混凝土混合合結(jié)構(gòu)的樓蓋蓋、屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)中，可采用用壓型鋼板與與混凝土組合合樓板。從廣廣義上講，可可分為以下三三類：(1)以壓型鋼板作作為樓板的主主要承重構(gòu)件件，混凝土只只是作為樓板板的面層以形形成平整的表表面及起到分分布荷載的作作用。這一類類壓型鋼板應(yīng)應(yīng)選擇板厚及及高度較大的的板型，以保保證施工和使使用時(shí)的強(qiáng)度度與剛度。這這種壓型鋼板板不考慮其組組合作用，混混凝土面層只只在計(jì)算荷載載時(shí)考慮，因因此可以按照照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算。(2)壓型鋼板只只作為澆筑筑混凝土的的永久性模模板，并用用作施工時(shí)時(shí)的操作平平臺(tái)。在施施工階段，，考慮在混混凝土及壓壓型鋼板的的自重以及及施工荷載載作用下(同第一類壓壓型鋼板)按鋼結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算。在使使用階段只只考慮鋼筋筋混凝土的的作用，不不考慮壓型型鋼板的作作用，在結(jié)結(jié)構(gòu)層與構(gòu)構(gòu)造層自重重以及使用用階段的所所有外荷載載作用下按按鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算，可以以完全遵照照《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范范》進(jìn)行設(shè)計(jì)與與施工。此此時(shí)也不考考慮壓型鋼鋼板與混凝凝土的組合合作用。以上兩類均均按照非組組合板進(jìn)行行計(jì)算與設(shè)設(shè)計(jì)?！?.2壓型鋼板與與混凝土組組合樓板(3)考慮組合作作用的壓型型鋼板與混混凝土組合合樓板(本章主要敘敘述這第三三類組合樓樓板)。施工階段段壓型鋼板板作為模板板及澆筑混混凝土的作作業(yè)平臺(tái)，，因此有如如第一、二二類壓型鋼鋼板一樣按按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行施工階階段強(qiáng)度、、剛度驗(yàn)算算。在使用用階段，壓壓型鋼板相相當(dāng)于鋼筋筋混凝土板板中的受拉拉鋼筋，在在全部靜載載及活載作作用下，考考慮二者的的組合作用用，因此按按照組合板板進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算。●6.2壓型鋼板與與混凝土組組合樓板6.2.1壓型鋼板的的形式圖6.3國(guó)外生產(chǎn)的的主要板型型圖圖6.4國(guó)產(chǎn)壓型鋼鋼板主要板板型●6.2壓型鋼板與與混凝土組組合樓板6.2.2組合板的計(jì)計(jì)算1.組合板內(nèi)力力分析的幾幾個(gè)問(wèn)題1)局部荷載的的作用可認(rèn)為組合板上上的集中荷載以以45°的錐體從板面向向板底傳遞(如圖6.5所示)，其分布寬度bm可按下式計(jì)算：：式中：bp——荷載分布寬度。?！獕盒弯摪謇唔斠砸陨匣炷涟宓牡暮穸??！孛骘椕婧穸?。。圖6.5集中荷載的有效效分布寬度●6.2壓型鋼板與混凝凝土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算此時(shí)，壓型鋼板板組合板的有效效計(jì)算寬度bem可按照以下情況況下的公式計(jì)算算：(1)受彎計(jì)算時(shí)有以以下兩種情況。。①對(duì)簡(jiǎn)支板：：(6-2)②對(duì)連續(xù)板：(6-3)式中：bm——集中荷載在組合合板上的分布寬寬度。l——組合板的跨度。。lp——荷載作用點(diǎn)至組組合板支座的較較近距離，當(dāng)跨跨內(nèi)有多個(gè)集中中荷載作用時(shí)，，lp應(yīng)取產(chǎn)生較小bm的相應(yīng)荷載的作作用點(diǎn)至較近支支承點(diǎn)的距離。。(2)受剪計(jì)算時(shí)按如如下的公式計(jì)算算：●6.2壓型鋼板與混凝凝土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算2)各向異性壓型鋼鋼板組合板壓型鋼板組合板板分單向板和雙雙向板，可用有有效邊長(zhǎng)比判別別。當(dāng)0.5＜＜＜2.0時(shí)，按雙向板計(jì)計(jì)算；當(dāng)≤≤0.5或≥≥2.0時(shí)，按單向板計(jì)計(jì)算。有效邊長(zhǎng)比定義義如下：(6-5)式中：——板的各向異性系系數(shù)，。——組合板強(qiáng)邊(順肋方向的跨度度)?！M合板弱邊(垂直肋方向的跨跨度)。，——分別為組合板強(qiáng)強(qiáng)、弱邊方向的的截面慣性矩(計(jì)算時(shí)，僅考慮慮壓型鋼板肋頂頂以上的混凝土土厚度hc)?！?.2壓型鋼板與混凝凝土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算2)各向異性壓型鋼鋼板組合板壓型鋼板僅在一一個(gè)方向上有凸凸肋，所以計(jì)算算時(shí)應(yīng)考慮壓型型鋼板組合板的的各向異性對(duì)其其內(nèi)力的影響，，對(duì)雙向板的內(nèi)內(nèi)力進(jìn)行各向異異性修正；計(jì)算算強(qiáng)邊方向的彎彎矩Mx時(shí)，弱邊方向的的計(jì)算跨度應(yīng)取取(如圖6.6(a)所示)；計(jì)算弱邊方向向的彎矩My時(shí)，強(qiáng)邊方向的的計(jì)算跨度應(yīng)取取(如圖6.6(b)所示)。圖6.6各向異性板的計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖●6.2壓型鋼板與混凝凝土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算3)支承條件雙向板周邊的支支承條件，可按按以下情況確定定：當(dāng)計(jì)算的組組合板與相鄰跨跨連續(xù)、且跨度度大致相等時(shí)，，可視板的周邊邊為固定邊；當(dāng)當(dāng)組合板上澆筑筑的混凝土不連連續(xù)、或相鄰跨跨度相差較大時(shí)時(shí)，應(yīng)將樓板的的周邊視為簡(jiǎn)支支邊。當(dāng)采用塑性理論論計(jì)算連續(xù)組合合板內(nèi)力時(shí)，可可對(duì)支座彎矩進(jìn)進(jìn)行調(diào)幅(控制在25%以內(nèi))?！?.2壓型鋼板與混凝凝土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算2.承載力和變形計(jì)計(jì)算對(duì)壓型鋼板―混凝土組合板需需進(jìn)行施工和使使用兩個(gè)階段的的計(jì)算。1)施工階段計(jì)算板上混凝土硬化化以前的階段為為施工階段，壓壓型鋼板承擔(dān)自自重、混凝土自自重以及施工荷荷載。若跨中彎彎曲變形Δ大于20mm，在確定混凝土土板自重時(shí)，應(yīng)應(yīng)考慮“坑凹””效應(yīng)增加的混混凝土重量，在在全跨增加厚度度為0.7Δ的混凝土重或增增設(shè)支撐。壓型鋼板施工階階段的承載力和和彎曲變形采用用彈性設(shè)計(jì)方法法計(jì)算，且需滿滿足規(guī)定的要求求。此時(shí)，計(jì)算寬度度可取壓型鋼板板的一個(gè)全波寬寬度或單位寬度度?！?.2壓型鋼板與混凝凝土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算(1)正截面受彎承載載力驗(yàn)算。其驗(yàn)算應(yīng)要求滿滿足下式：M≤fsyWs(6-6)式中：M——彎矩設(shè)計(jì)值。均均布荷載作用下下，連續(xù)板邊跨跨跨中截面面彎矩可近似取取ql2/11，內(nèi)支座截面取取ql2/9，內(nèi)跨跨中截截面取ql2/14。fsy——壓型鋼板的強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值(見(jiàn)表6-1)。Ws——壓型鋼板的截面抵抵抗矩，取對(duì)受拉拉和受壓邊抵抗矩矩的較小值。●6.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算(2)壓型鋼板的彎曲變變形。其變形應(yīng)滿足下式式要求：f≤flim(6-7)式中：f——組合板的撓度。flim——撓度限值，取/200和20mm兩者中的較小值(l0為板的計(jì)算跨度)。①均布荷載簡(jiǎn)支支板的撓度為：②均布荷載雙跨跨連續(xù)板的撓度為為：式中：——計(jì)算寬度均布荷載載標(biāo)準(zhǔn)值。Es——壓型鋼板的彈性模模量。Is——計(jì)算寬度壓型鋼板板的慣性矩。——板的計(jì)算跨度。●6.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算2)使用階段計(jì)算(1)正截面受彎承載力力時(shí)，組合板抗彎彎強(qiáng)度按塑性設(shè)計(jì)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算，假假定截面受拉區(qū)及及受壓區(qū)的應(yīng)力均均達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值值。設(shè)組合板厚度度為h，壓型鋼板高度為為hs，在h比hs大得多且含鋼率適適中的情況下，隨隨彎矩的增大，組組合板中壓型鋼板板從受拉邊開(kāi)始屈屈服，并發(fā)展到整整個(gè)hs高度，然后受壓邊邊緣混凝土達(dá)到極極限壓應(yīng)變而壓壞壞，這種板為適筋筋板。當(dāng)板厚相對(duì)對(duì)較小，含鋼率較較大時(shí)受壓區(qū)混凝凝土將先于鋼板屈屈服而達(dá)到極限壓壓應(yīng)變，壓碎破壞壞，這種板為超筋筋板。設(shè)計(jì)過(guò)程中中有時(shí)超筋板是難難以避免的，因此此，壓型鋼扳的面面積和尺寸選擇還還取決于施工階段段的受力情況。●6.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算根據(jù)界限破壞條件件可以導(dǎo)出相對(duì)界界限受壓區(qū)高度(如圖6.7所示)和界限配筋率ρmax。界限破壞時(shí)，壓壓型鋼板頂面的拉拉應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)應(yīng)變時(shí)，受壓邊緣緣混凝土恰好達(dá)到到極限壓應(yīng)變。則則相對(duì)界限受壓區(qū)區(qū)高度為：(6-8)界限配筋率率為：(6-9)式中：——組合板的有有效高度，，即從鋼板板形心軸到到受壓邊緣緣的距距離?！?.2壓型鋼板與與混凝土組組合樓板6.2.2組合板的計(jì)計(jì)算適筋板的受受彎承載力力按下式計(jì)計(jì)算：M≤Mu＝0.8fsyAs(-x/2)(6-10)其中，受壓壓區(qū)高度(6-11)式中：As——壓型鋼板的的截面面積積。b——計(jì)算寬度，，通常取1m寬或壓型鋼鋼板的波距距。fsy——壓型鋼板的的抗拉強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值。。式(6-10)中的0.8是鋼板面積積折減系數(shù)數(shù)，考慮了了壓型鋼板板的允許制制造誤差、、鋼板暴露露于空氣中中沒(méi)有混凝凝土保護(hù)層層以及中和和軸附近材材料不能充充分發(fā)揮作作用等因素素?！?.2壓型鋼板與與混凝土組組合樓板6.2.2組合板的計(jì)計(jì)算超筋板的受受彎承載力力計(jì)算較為為復(fù)雜，一一方面是由由于壓型鋼鋼板中的應(yīng)應(yīng)力是隨截截面高度變變化的，另另一方面還還要考慮在在施工階段段是否受載載。為簡(jiǎn)化化起見(jiàn)，其其受彎承載載力可偏于于安全地取取界限破壞壞時(shí)的受彎彎承載力：：M≤Mu＝0.8fsyAsh0(1-0.5ζb)(6-12)●6.2壓型鋼板與與混凝土組組合樓板6.2.2組合板的計(jì)計(jì)算(2)縱向受剪承承載力時(shí)，，組合板的的主要設(shè)計(jì)計(jì)要求在于于鋼板和混混凝土交界界面上的粘粘結(jié)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)不致引起起二者的相相對(duì)滑移。。在荷載作作用下，交交界面的破破壞形態(tài)還還可能是縱縱向剪切和和粘結(jié)破壞壞的結(jié)合，，故稱為剪剪切粘結(jié)破破壞。因此此，組合板板縱向受剪剪承載力也也稱交界面面剪切粘結(jié)結(jié)承載力。。剪切粘結(jié)結(jié)破壞如如圖6.8所示。試試驗(yàn)研究究表明，，在加載載點(diǎn)附近近形成的的主斜裂裂縫，使使附近的的粘結(jié)力力喪失，，形成交交界面水水平裂縫縫并很快快向板端端發(fā)展，，最終導(dǎo)導(dǎo)致整個(gè)個(gè)剪跨段段長(zhǎng)度上上的粘結(jié)結(jié)破壞，，引起鋼鋼板與混混凝土之之間的滑滑移。圖6.8剪切粘結(jié)結(jié)破壞●6.2壓型鋼板板與混凝凝土組合合樓板6.2.2組合板的的計(jì)算組合板縱縱向受剪剪承載力力與其剪剪跨a如圖6.8所示、平平均肋寬寬bbm如圖6.7所示、截截面有效效高度h0、壓型鋼鋼板厚度度t有關(guān)，可可按下式式計(jì)算：：Vl≤Vlu-1a+2bbmh0+3t(6-13)式中：——縱向剪力力設(shè)計(jì)值值(kN/m)?！v向受剪剪承載力力(kN/m)。A———組合板剪剪跨(mm)，一般可可取a＝M/V，M為與剪剪力設(shè)設(shè)計(jì)值V相應(yīng)的彎彎矩。均均布荷載載簡(jiǎn)支板板可取a＝l/4。bbm——組合板平平均肋寬寬(mm)。t——壓型鋼板板厚度(mm)。0，1，2，3——剪切粘結(jié)結(jié)系數(shù)，，應(yīng)由試試驗(yàn)研究究確定。。采用國(guó)國(guó)產(chǎn)壓型型鋼板時(shí)時(shí)，可取取0＝78.142，1＝0.098，2＝0.0036，3＝38.625?！?.2壓型鋼板板與混凝凝土組合合樓板6.2.2組合板的的計(jì)算(3)斜截面受受剪承載載力時(shí)，，按下式式計(jì)算：：Vc≤Vcu＝0.7ftBbmh0(6-14)式中：Vc——組合板斜截面剪力力設(shè)計(jì)值。Vcu——組合板斜截面受剪剪承載力。ft——混凝土軸心抗拉強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。Bbm——計(jì)算寬度范圍內(nèi)壓壓型鋼板的平均肋肋寬之和，當(dāng)計(jì)計(jì)算寬度為一個(gè)個(gè)波寬時(shí)取組合板板平均肋寬bbm?！?.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算(4)受沖切承載力時(shí)，，當(dāng)組合板上作用用有較大的局部荷荷載Fl時(shí)(如圖6.9所示)，應(yīng)計(jì)算其抗沖切切承載力是否滿足足下式要求：Fl≤0.6ftumhc(6-15)式中：Fl——組合板沖切力設(shè)計(jì)計(jì)值。um——發(fā)生沖切破壞的臨臨界周界長(zhǎng)度。圖6.9沖切臨界周界長(zhǎng)度度●6.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.2組合板的計(jì)算(5)變形驗(yàn)算。計(jì)算組組合樓板的撓度時(shí)時(shí)，不論其實(shí)際支支承情況如何，均均按簡(jiǎn)支單向板采采用彈性方法計(jì)算算沿(順肋)方向的撓度，并進(jìn)進(jìn)行變形驗(yàn)算。撓度值應(yīng)按荷載效效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)準(zhǔn)永久組合分別進(jìn)進(jìn)行計(jì)算，其中的的較大值不應(yīng)超過(guò)過(guò)規(guī)定的撓度限值值，即max(fk，fq)≤flim(6-16)式中：fk——按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組組合值計(jì)算的撓度度。fq——按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久久組合值計(jì)算的撓撓度。flim——撓度限值(l0/360)，l0為板的計(jì)算跨度。?！?.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.3組合板的構(gòu)造要求求組合板的總厚度h不應(yīng)小于90mm，壓型鋼板翼緣以以上混凝土的厚度度hc不應(yīng)小于50mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)級(jí)不宜低于C20，骨料尺寸不應(yīng)大大于0.4hc、壓型鋼板肋平均均寬度的1/3和30mm三者中的較小值。。組合板中應(yīng)設(shè)置分分布鋼筋網(wǎng)，以承承受收縮和溫度應(yīng)應(yīng)力，提高火災(zāi)時(shí)時(shí)的安全性，并起起到分布集中荷載載的作用。分布鋼鋼筋兩個(gè)方向的配配筋率(ρs＝As/bhc)均不宜少于0.002。在有較大集中荷載載區(qū)段和開(kāi)洞周圍圍應(yīng)配置附加鋼筋筋。當(dāng)防火等級(jí)較較高時(shí)，可配置附附加縱向受拉鋼筋筋?！?.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.3組合板的構(gòu)造要求求組合板在鋼梁上的的支承長(zhǎng)度不應(yīng)小小于75mm，其中壓型鋼板的的支承長(zhǎng)度不小于于50mm(如圖6.10(a)和圖6.10(c)所示)。支承于混凝土構(gòu)構(gòu)件上時(shí)，組合板板的支承長(zhǎng)度不應(yīng)應(yīng)小于100mm，壓型鋼板的支承承長(zhǎng)度不應(yīng)小于75mm(如圖6.10(b)和圖6.10(d)所示)，連續(xù)板或搭接板板在鋼梁上的最小小支承長(zhǎng)度為75mm，支承于混凝土構(gòu)構(gòu)件上時(shí)則為100mm(如圖6.10(e)和圖6.10(f)所示)。圖6.10組合板的支承長(zhǎng)度度要求●6.2壓型鋼板與混凝土土組合樓板6.2.3組合板的構(gòu)造要求求為阻止壓型鋼板與與混凝土之間的滑滑移，在組合樓板板的端部(包括簡(jiǎn)支板端部及及連續(xù)板的各跨端端部)均應(yīng)設(shè)置栓釘。壓壓型鋼板與鋼梁的的連接采用圓柱頭頭栓釘，栓釘穿進(jìn)進(jìn)壓型鋼板并焊接接于鋼梁上(如圖6.11所示)。栓釘直徑一般為為：板跨度l＜3m時(shí)，取13mm～16mm；板跨度3mm～6mm時(shí)，取16mm～19mm。栓釘應(yīng)高出壓型型鋼板上翼緣35mm以上。組合板中，，栓釘僅作為壓型型鋼板與混凝土交交界面上的抗剪能能力儲(chǔ)備，不必計(jì)計(jì)算。圖6.11板端部設(shè)置栓釘釘●6.2壓型鋼板與混凝凝土組合樓板6.2.3組合板的構(gòu)造要要求壓型鋼板與混凝凝土梁的連接如如圖6.12所示。其中，圖圖6.12(a)為在壓型鋼板端端部打孔，把鋼鋼筋插入預(yù)留孔孔水泥漿中，或或在壓型鋼板上上用栓釘連接件件將其固定在梁梁上。也可從梁梁內(nèi)伸出錨固鋼鋼筋與現(xiàn)澆混凝凝土接合在一起起，如圖6.12(b)所示。圖6.12(c)所示為在壓型鋼鋼板端部沖出許許多魚尾狀條并并擰成麻花狀，，澆筑在混凝土土中。以上做法法都能增強(qiáng)板的的組合效果。圖6.12壓型鋼板與混凝凝土梁的連接●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述1.組合梁的組成組合梁是充分利利用鋼與混凝土土兩種材料和結(jié)結(jié)構(gòu)特性聯(lián)合成成為整體而共同同工作的一種結(jié)結(jié)構(gòu)形式，同單單一材料制成的的結(jié)構(gòu)相比，可可提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)強(qiáng)度和剛度，節(jié)節(jié)約鋼材，降低低造價(jià)，有較顯顯著的經(jīng)濟(jì)效果果。組合梁為組合結(jié)結(jié)構(gòu)的主要形式式之一，其結(jié)構(gòu)構(gòu)體系主要由翼翼板、板托、抗抗剪連接件及鋼鋼梁四部分組成成，如圖6.13所示。圖6.13鋼梁外露的組合合梁●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述1)翼板房屋結(jié)構(gòu)中，組組合梁的翼板一一般由樓板的結(jié)結(jié)構(gòu)層一部分充充當(dāng)。翼板部分分不僅能提高組組合梁的強(qiáng)度和和剛度，還可避避免梁在平面外外的失穩(wěn)破壞。。翼板可用現(xiàn)澆混混凝土板，亦可可用混凝土疊合合板或壓型鋼板板混凝土組合板板，其中混凝土土板應(yīng)按《混凝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》GB50010—2002的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)。●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述2)板托板托是組合梁中中的翼緣與鋼梁梁之間的混凝土土局部加腋部分分。板托的設(shè)置置應(yīng)根據(jù)組合梁梁強(qiáng)度、變形及及房屋的凈空要要求等具體情況況確定。板托可可以增加組合梁梁的高度，節(jié)省省鋼材，并可為為抗剪連接栓釘釘提供一個(gè)設(shè)置置空間，但相對(duì)對(duì)而言，不帶板板托的組合梁施施工較為方便。。在組合梁的強(qiáng)強(qiáng)度、撓度和裂裂縫計(jì)算中，可可不考慮板托截截面的影響?！?.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述3)抗剪連接件抗剪連接件先焊焊接在鋼梁的上上實(shí)緣，并澆于于混凝土翼板或或混凝土板托之之中?？辜暨B接件設(shè)置置目的是承受翼翼板和鋼梁接觸觸面之間的剪力力，因?yàn)榻M合梁梁交界面上鋼與與混凝土的粘結(jié)結(jié)作用很小，極極易發(fā)生粘結(jié)破破壞。為保證上上下層結(jié)構(gòu)有效效的共同工作，，必須在交界面面處設(shè)置抗剪連連接件。●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述3)抗剪連接件常用的抗剪連接接件主要有栓釘釘、槽鋼、彎筋筋以及方鋼、T形鋼連接件等，，如圖6.14所示。(a)栓釘連接件(b)槽鋼連接件(e)彎筋連接件(c)方鋼連接件(d)T形鋼連接件●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述4)鋼梁為了充分發(fā)揮鋼鋼梁的受拉性能能，鋼梁一般可可采取如下幾種種截面形式(如圖6.15所示)。圖6.15組合梁的截面形形式●6.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述2)連續(xù)組合梁的受受力特點(diǎn)連續(xù)組合梁由于于中間支座負(fù)彎彎矩部位的連接接構(gòu)造復(fù)雜，不不如簡(jiǎn)支組合梁梁應(yīng)用廣泛應(yīng)用用，其受力特點(diǎn)點(diǎn)為：在支座負(fù)負(fù)彎矩區(qū)段，由由于混凝土開(kāi)裂裂，一般不考慮慮混凝土板的作作用，僅考慮混混凝土板有效寬寬度內(nèi)沿梁軸線線方向的負(fù)鋼筋筋起作用，但絕絕大部分彎矩仍仍然要由板下鋼鋼粱來(lái)承擔(dān)。對(duì)對(duì)于連續(xù)組合梁梁的跨中截面，，由于可形成整整體的組合截面面，其受彎承載載力很大。因此此，支座負(fù)彎矩矩區(qū)段的抗彎能能力遠(yuǎn)小于跨中中截面，形成受受彎承載力分布布與支座彎矩大大、跨中小的內(nèi)內(nèi)力分布相反的的狀態(tài)；在承擔(dān)擔(dān)較大的樓面活活荷載并構(gòu)成不不利分布時(shí)，有有可能使梁的某某一跨全跨出現(xiàn)現(xiàn)負(fù)彎矩，使鋼鋼梁下翼緣受壓壓，則此時(shí)需驗(yàn)驗(yàn)算其整體穩(wěn)定定性；支座處的的剪力及彎矩均均很大，受力復(fù)復(fù)雜，要考慮鋼鋼梁中的正應(yīng)力力與剪應(yīng)力的應(yīng)應(yīng)力組合問(wèn)題。?！?.3鋼―混凝土組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述3)框架組合梁框架組合梁在實(shí)實(shí)際工程中很少少應(yīng)用。其受力力特點(diǎn)除存在與與連續(xù)組合梁相相類同的問(wèn)題外外，框架組合梁梁還存在組合梁梁負(fù)鋼筋的錨固固等問(wèn)題?！?.3鋼―混凝土土組合合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述3.理論分分析方方法組合梁梁截面面應(yīng)力力的計(jì)計(jì)算理理論有有兩種種：一一種是是按彈彈性理理論進(jìn)進(jìn)行分分析計(jì)計(jì)算；；另一一種按按考慮慮截面面塑性性變形形發(fā)展展的塑塑性理理論進(jìn)進(jìn)行分分析。。(1)彈性理理論分分析方方法主主要用用于計(jì)計(jì)算梁梁截面面的應(yīng)應(yīng)力和和剛度度。首首先將將鋼和和混凝凝土兩兩種材材料投投彈性性模量量換算算等效效成一一種材材料，，再直直接利利用材材料力力學(xué)的的公式式進(jìn)行行計(jì)算算。(2)塑性理理論分分析方方法更更符合合梁的的實(shí)際際受力力情況況，這這是因因?yàn)榛旎炷镣梁弯撲摬木鶠閺棌椝苄孕圆牧狭希蛞虼藘H僅當(dāng)混混凝土土的最最大壓壓應(yīng)力力小于于0.5fc且鋼材材最大大拉應(yīng)應(yīng)力小小于fy時(shí)，采采用彈彈性方方法進(jìn)進(jìn)行截截面的的應(yīng)力力和剛剛度分分析才才是合合理和和可信信的。。但對(duì)對(duì)于構(gòu)構(gòu)件的的承載載力計(jì)計(jì)算，，由于于未考考慮兩兩種材材料的的塑性性發(fā)展展，因因而計(jì)計(jì)算偏偏于保保守，，且不不符合合實(shí)際際情況況?！?.3鋼―混凝土組組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.1概述3.理論分析析方法常用的施施工方法法是將組組合梁的的鋼梁先先安裝就就位，作作為以后后澆灌混混凝土樓樓板的承承重結(jié)構(gòu)構(gòu)。此時(shí)時(shí)，在鋼鋼梁下不不設(shè)臨時(shí)時(shí)支撐，，應(yīng)分別別按下列列兩個(gè)受受力階段段進(jìn)行計(jì)計(jì)算。(1)第一受力力階段：：樓板混混凝土未未達(dá)到強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值以前前的階段段。此時(shí)時(shí)荷載考考慮鋼梁梁自重、、模板重重及現(xiàn)澆澆混凝土土板重，，稱為第第一受力力階段的的恒載，，連同本本階段的的施工活活荷載，，全部由由鋼梁承承受，驗(yàn)驗(yàn)算其應(yīng)應(yīng)力、撓撓度及穩(wěn)穩(wěn)定性。。(2)第二受力力階段：：樓板混混凝土達(dá)達(dá)到強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值以后的的階段。。此時(shí)，，荷載考考慮飾面面層、找找平層、、防水層層和吊頂頂?shù)?，稱稱為第二二階段的的恒載。。使用階階段的可可變荷載載稱為第第二受力力階段的的可變荷荷載?！?.3鋼―混凝土組組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.2組合梁設(shè)設(shè)計(jì)●6.3鋼―混凝土組組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.2組合梁設(shè)設(shè)計(jì)1.施工階段段組合梁施施工時(shí)，，若鋼梁梁下無(wú)臨臨時(shí)支承承，則混混凝土硬硬結(jié)前的的材料重重量和施施荷載應(yīng)應(yīng)由鋼梁梁承受，，鋼梁應(yīng)應(yīng)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范》中有關(guān)受受彎構(gòu)件件計(jì)算的的規(guī)定計(jì)計(jì)算其強(qiáng)強(qiáng)度、穩(wěn)穩(wěn)定性和和變形。。無(wú)臨時(shí)時(shí)支撐組組合梁在在使用階階段的撓撓度較大大，這種種施工方方法常用用于混凝凝土板自自重不大大的樓蓋蓋結(jié)構(gòu)。。施工階階段的撓撓度應(yīng)按按荷載標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組合合值(包括混凝凝土板、、鋼梁自自重及施施工荷載載)計(jì)算?！?.3鋼―混凝土組組合梁設(shè)設(shè)計(jì)6.3.2組合梁設(shè)設(shè)計(jì)2.使用階段段1)一般規(guī)定定組合梁按按其塑性性中和軸軸所在的的位置可可分為兩兩大類：：塑性中中和軸位位于混凝凝土翼板板內(nèi)的第第一類截截面和塑塑性中和和軸位于于鋼梁內(nèi)內(nèi)的第二二類截面面。對(duì)于于第一類類截面，，鋼梁位位于截面面的受拉拉區(qū)，不不會(huì)產(chǎn)生生局部壓壓屈。對(duì)對(duì)于第二二類截面面，當(dāng)鋼鋼梁板件件寬厚比比滿足表表6-2要求時(shí)，，鋼梁受受壓翼緣緣與腹板板具有足足夠的剛剛度，達(dá)達(dá)到全部部塑性并并產(chǎn)生足足夠的旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，，不至于于局部屈屈曲失穩(wěn)穩(wěn)，可按按塑性理理論計(jì)算算其承載載力；不不滿足表表6-2要求的梁則應(yīng)應(yīng)按彈性理論論進(jìn)行分析計(jì)計(jì)算。●6.3鋼―混凝土組合梁梁設(shè)計(jì)6.3.2組合梁設(shè)計(jì)2.使用階段根據(jù)彈性理論論分析，上翼翼板的計(jì)算寬寬度(如圖6.16所示)按下式取值：：be=b1+b2+b0 (6-17)式中：b0——板托頂部的寬寬度；當(dāng)板托托傾角45°時(shí)，應(yīng)按45°計(jì)算板托頂部部的寬度；當(dāng)當(dāng)無(wú)板托時(shí)，，則取鋼梁上上翼緣的寬度度。b1、b2——梁外側(cè)和內(nèi)內(nèi)側(cè)的翼板板計(jì)算寬度度，各取梁梁跨度l的1/6和翼板厚度度hc1的6倍中的較小小值。此外，b1尚不應(yīng)超過(guò)過(guò)翼板實(shí)際際外伸寬度度s1；b2不應(yīng)超過(guò)相相鄰鋼梁上上翼緣或板板托間凈距距的1/2。當(dāng)為中間間梁時(shí)，公公式中的b1等于b2?！?.3鋼―混凝土組合合梁設(shè)計(jì)6.3.2組合梁設(shè)計(jì)計(jì)2)受彎承載力力計(jì)算組合梁截面面按塑性理理論進(jìn)行分分析時(shí)，采采用如下基基本假定。。(1)混凝土翼緣緣板與鋼梁梁為完全抗抗剪連接，，以保證抗抗彎能力得得到充分發(fā)發(fā)揮。(2)塑性中和軸軸以上混凝凝土面積均均勻受壓，，其應(yīng)力達(dá)達(dá)到軸心抗抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度。(3)忽略塑性中中和軸以下下混凝土的的抗拉強(qiáng)度度。(4)為了簡(jiǎn)化計(jì)計(jì)算，將混混凝土板托托及鋼筋混混凝土翼板板內(nèi)的鋼筋筋忽略不計(jì)計(jì)。(5)塑性中和軸軸以下鋼梁梁截面的拉拉應(yīng)力和塑塑性中和軸軸以上鋼梁梁截面的壓壓應(yīng)力，分分別達(dá)到鋼鋼材的相應(yīng)應(yīng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值f?！?.3鋼―混凝土組合合梁設(shè)計(jì)2)受彎承載力力計(jì)算根據(jù)塑性中中和軸的位位置，組合合梁正彎矩矩截面受彎彎承載力按按以下兩種種情況計(jì)算算。第一類是截截面抗彎承承載力計(jì)算算公式。塑塑性中和軸軸位于混凝凝土翼板內(nèi)內(nèi)，即：≤≤時(shí)時(shí)(如圖6.17所示)，按靜力平平衡條件有有以下兩個(gè)個(gè)公式成立立：(6-20)M≤(6-21)式中：Ac——鋼梁受壓區(qū)區(qū)截面面積積。y1——鋼梁受拉區(qū)區(qū)截面形心心至混凝土土翼板受壓壓區(qū)截面形形心的距距離。y2——鋼梁受拉拉區(qū)截面面形心至至鋼梁受受壓區(qū)截截面形心心的距離離?！?.3鋼―混凝土組組合梁設(shè)設(shè)計(jì)3)受剪承載載力計(jì)算算假定組合合梁截面面上的全全部剪力力僅由鋼鋼梁腹板板承受，，則有：：V≤(6-22)式中：tw——鋼梁腹板板厚度。。hw——鋼梁腹板板高度。。fv——鋼材抗剪剪強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值，，fv=0.58f?！?.3鋼―混凝土組組合梁設(shè)設(shè)計(jì)4)抗剪連接接件設(shè)計(jì)計(jì)(1)圓柱頭焊焊釘(栓釘)連接件：：≤(6-23)式中：Ec——混凝土的的彈性模模量。As———圓柱頭焊焊釘(栓釘)釘桿截面面面積。?！獔A柱頭焊焊釘(栓釘)抗拉強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值。——栓釘材料料抗拉強(qiáng)強(qiáng)度最小小值與屈屈服強(qiáng)度度之比。。當(dāng)栓釘材材料性能能等級(jí)為為4.6級(jí)時(shí)，取取f=215(N/mm2)，=1.67●6.3鋼―混凝土組組合梁設(shè)設(shè)計(jì)4)抗剪連接接件設(shè)計(jì)計(jì)圓柱頭焊焊釘(栓釘)連接件：：①當(dāng)壓壓型鋼板板肋平行行于鋼梁梁布置(如圖6.19(a))所示，bw/hc＜1.5時(shí)，栓釘釘?shù)目辜艏舫休d力力應(yīng)乘以以折減系系數(shù)bv：≤1(6-24)式中：bw——混凝土凸凸肋的平平均寬度度，當(dāng)肋肋的上部部寬度小小于下部部寬度時(shí)時(shí)(如圖6.19(c)所示)，改取上上部寬度度。hc——混凝土凸凸肋高度度。hd——栓釘高高度。。(2)槽鋼連連接件件：(6-26)式中：：t——槽鋼翼翼緣的的平均均厚度度。tw——槽鋼腹腹板的的厚度度。lc——槽鋼的的長(zhǎng)度度?！?.3鋼―混凝土土組合合梁設(shè)設(shè)計(jì)(4)抗剪連連接件件的數(shù)數(shù)量和和布置置：完完全抗抗剪連連接組組合梁梁的抗抗剪連連接件件設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)保保證梁梁截面面在達(dá)達(dá)到受受彎承承載力力之前前交界界面不不發(fā)生生連接接件的的受剪剪破壞壞。因因此，，最大大彎矩矩截面面至零零彎矩矩截面面之間間區(qū)段段(剪跨區(qū)區(qū))內(nèi)的連連接件件數(shù)量量按下下式計(jì)計(jì)算：：(6-28)式中：：Vl——剪跨區(qū)區(qū)內(nèi)混混凝土土翼緣緣板相相交界界面的的縱向向剪力力值，，取取Vl=Af和Vl=behc1fc二者中中的較較小值值?！獑蝹€(gè)連連接件件的受受剪承承載力力設(shè)計(jì)計(jì)值。?！?.3鋼―混凝土土組合合梁設(shè)設(shè)計(jì)5)撓度計(jì)計(jì)算——?jiǎng)偠日壅蹨p系系數(shù)，，按下下式取取值：：(6-30)(6-31)(mm-1)(6-32)(6-33)(6-34)(6-35)●6.3鋼―混凝土組合合梁設(shè)計(jì)6)橫向鋼筋的的計(jì)算橫向鋼筋與與受剪截面面垂直，為為受剪界面面提供一夾夾緊力，增增強(qiáng)截面對(duì)對(duì)縱向剪力力的抵抗能能力。其計(jì)計(jì)算要求如如下：≤(6-36)式中：——單位梁長(zhǎng)交交界面上的的縱向剪力力。——單位梁長(zhǎng)交交界面上混混凝土翼板板及其板托托的縱向受受剪極限承承載力。單位梁長(zhǎng)a-a受剪界面的的縱向剪力力取以下二二式中的較較大值：(6-37)(6-38)●6.3鋼―混凝土組合合梁設(shè)計(jì)6)橫向鋼筋的的計(jì)算b-b和c-c受剪界面承承擔(dān)的縱向向剪力等于于連接件傳傳遞的剪力力。按單位位梁長(zhǎng)計(jì)算算為：(6-39)根據(jù)試驗(yàn)研研究，此時(shí)時(shí)的單位梁梁長(zhǎng)界面受受剪極限承承載力可按按下式計(jì)算算：(6-40)式中：0.9———常數(shù)，單位位N/mm2。bvl——縱向受剪界界面長(zhǎng)度(a-a，b-b，c-c連線在抗剪剪連接件以以外的最短短長(zhǎng)度，單單位mm)。Ae——單位梁長(zhǎng)與與縱向受剪剪界面相交交的橫向鋼鋼筋截面面面積(單位mm2/mm)。a-a：Ae=Ab+Atb-b：Ae=2Abc-c：Ae=2Ah(he0≤30mm)或Ae=2(Ab+Ah)(he0＞30mm)●6.3鋼―混凝土組合合梁設(shè)計(jì)6.3.3組合梁的構(gòu)構(gòu)造要求3)框架組合梁梁組合梁邊梁梁混凝土翼翼板的構(gòu)造造應(yīng)滿足圖圖6.21的要求，有有板托時(shí)，，伸出長(zhǎng)度度不宜小于于hc2；無(wú)板托托時(shí)，應(yīng)同同時(shí)滿足伸伸出鋼梁中中心線不小小于150mm、伸出鋼梁梁翼緣邊不不小于50mm的要求。圖6.21邊梁構(gòu)造圖圖●6.3鋼―混凝土組合合梁設(shè)計(jì)6.3.3組合梁的構(gòu)構(gòu)造要求抗剪連接件件的設(shè)置應(yīng)應(yīng)符合以下下規(guī)定：(1)栓釘連接件件釘頭下表表面或槽鋼鋼連接件上上翼緣下表表面高出翼翼板底部鋼鋼筋頂面不不宜小于30mm。(2)連接件沿梁梁跨度方向向的最大間間距不應(yīng)大大于混凝土土翼板(包括板托托)厚度的4倍，且不大于于400mm。(3)連接件的外側(cè)側(cè)邊緣與鋼梁梁翼緣邊緣之之間的距離不不應(yīng)小于20mm。(4)連接件的外側(cè)側(cè)邊緣至混凝凝土翼板邊緣緣間的距離不不應(yīng)小于100mm。(5)連接件頂面的的混凝土保護(hù)護(hù)層厚度不應(yīng)應(yīng)小于15mm，槽鋼連接件件一般采用Q235鋼，截面不宜宜大于12.60mm?！?.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.1概述1.一般概念鋼管混凝土是是指在鋼管中中填充混凝土土而形成的結(jié)結(jié)構(gòu)。按截面面形式不同，，分為圓形、、方形、矩形形及異形鋼管管混凝土(如圖6.22所示)。圖6.22鋼管混凝土柱柱的截面形狀狀●6.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.1概述1.一般概念鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)是從型鋼鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)及螺旋箍筋筋柱發(fā)展而來(lái)來(lái)的，主要用用作受壓構(gòu)件件，其優(yōu)勢(shì)在在于可以更充充分發(fā)揮鋼管管與混凝土兩兩種材料的受受力性能。其其基本原理主主要是：(1)借助于鋼管對(duì)對(duì)核心混凝土土的套箍約束束作用，使核核心混凝土處處于三向受壓壓狀態(tài)，從而而使核心混凝凝土具有更高高的抗壓強(qiáng)度度和壓縮變形形能力。(2)借助于內(nèi)填混混凝土的支撐撐作用，增強(qiáng)強(qiáng)鋼管壁的幾幾何穩(wěn)定性，，改變空鋼管管的失穩(wěn)模態(tài)態(tài)，從而提高高其承載力。?！?.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.1概述2.一般要求鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)所用的鋼鋼管常為低碳碳鋼及低合金金鋼，最常用用的是Q235鋼和Q345鋼，有時(shí)也采采用Q390鋼。鋼管宜采采用螺旋焊接接管或直縫焊焊接管。無(wú)縫縫鋼管雖然性性能較好，但但因價(jià)格太高高，而且管壁壁太厚，不宜宜采用。有縫縫鋼管由鋼板板卷制焊接而而成，焊縫應(yīng)應(yīng)采用坡口焊焊，必須保證證焊接質(zhì)量，，達(dá)到與母材材等強(qiáng)要求。。因?yàn)楫?dāng)構(gòu)件件達(dá)極限狀態(tài)態(tài)時(shí)將出現(xiàn)很很大的緊箍力力，如果焊縫縫質(zhì)量不好，，會(huì)發(fā)生焊縫縫拉裂現(xiàn)象。。直縫焊接管管一般用于直直徑較小的鋼鋼管。對(duì)于直直徑較大的鋼鋼管，一般均均采用螺旋縫縫焊接管?！?.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.1概述2.一般要求鋼管的外直徑徑不宜小于100mm，壁厚不宜小小于4mm。鋼管外徑與與壁厚之比值值d/t，宜限制在20～之間，此處處fy為鋼材屈服強(qiáng)強(qiáng)度(或屈服點(diǎn))：對(duì)Q235鋼，取fy＝235N/mm2；對(duì)Q345鋼，取fy＝345N/mm2；對(duì)Q390鋼，取fy＝390N/mm2；對(duì)于一般承承重柱，為使使其用鋼量與與一般鋼筋混混凝土相近，，可取d/t=70左右；對(duì)于桁桁架結(jié)構(gòu)，為為使其自重與與鋼結(jié)構(gòu)相近近，可取d/t=25左右?！?.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.1概述2.一般要求混凝土宜采用用普通混凝土土。由于鋼管管是封閉的，，多余水分不不能排出，故故混凝土的水水灰比不易過(guò)過(guò)大，應(yīng)控制制在0.45及以下。如摻摻減水劑，混混凝土坍落度度宜保持在160mm左右。從優(yōu)化化鋼管與混凝凝土的共同工工作、減小變變形及經(jīng)濟(jì)效效益方面考慮慮，混凝土強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)不宜宜低于C30，可參照的材材料組合：Q235鋼配C30或C40混凝土，Q345鋼配C40、C50或C60混凝土，Q390鋼配C50或C60以上混凝土。。采用泵送混混凝土工藝高高拋落物振搗搗工藝時(shí)使用用流動(dòng)性混凝凝土，采用澆澆灌工藝時(shí)使使用塑性混凝凝土?！?.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.1概述2.一般要求鋼管混凝土構(gòu)構(gòu)件的容許長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)比l不宜超過(guò)表6-3的限值。項(xiàng)次構(gòu)件名稱容許長(zhǎng)細(xì)比l/d1框架單肢柱20－格構(gòu)柱－802桁架30－3其他35140表6-3構(gòu)件的容許長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)比●6.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.2受壓短柱的工工作性能通常的試驗(yàn)研研究有如圖6.23所示3種加載方式：：(1)A式加載。荷載載直接施加于于核心混凝土土上，鋼管不不直接承受縱縱向荷載(圖6.23(a)所示)。(2)B式加載。試件件端面齊平，，荷載同時(shí)施施加于鋼管和和核心混凝土土(圖6.23(b)所示)。(3)C式加載。試件件的鋼管預(yù)先先單獨(dú)承受荷荷載，直至鋼鋼管被壓縮(應(yīng)限制在彈性性范圍內(nèi))到與核心混凝凝土齊平后，，才與核心混混凝土共同承承受荷載(圖6.23(c)所示)?！?.4鋼管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.2受壓短柱的工作性性能圖6.24所示為典型的薄壁壁鋼管混凝土柱的的N-ec曲線。圖中，N為軸向壓力，ec為核心混凝土的縱縱向應(yīng)變。OA段為彈性工作狀態(tài)態(tài)，N-ec接近直線；AB段為彈塑性工作狀狀態(tài)，N-ec略有彎曲，但OAB段基本上呈直線。。荷載到達(dá)B點(diǎn)后鋼管開(kāi)始屈服服，表面開(kāi)始掉皮皮或出現(xiàn)滑移斜線線，試件外觀體積積開(kāi)始增大，故B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載可定定為屈服荷載。過(guò)過(guò)B點(diǎn)后，N-ec明顯呈曲線，C點(diǎn)荷載達(dá)最大值。。之后曲線開(kāi)始下下降，故與C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載可定定義為極限荷載，，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變e0定義為極限壓應(yīng)變變?！?.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)6.4.3單肢柱的受壓承載載力計(jì)算鋼管混凝土單肢柱柱一般用于軸心受受壓或彎矩較小的的壓彎構(gòu)件。當(dāng)荷荷載的偏心距或柱柱的長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)時(shí)，采用單肢柱往往往不能滿足對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)的功能要求，，而且材料的強(qiáng)度度也不能有效地發(fā)發(fā)揮作用，很不經(jīng)經(jīng)濟(jì)。在這種情況況下，一般采用由由兩肢或多肢鋼管管混凝土組成的結(jié)結(jié)構(gòu)式組合就能避避免上述缺陷。本本小節(jié)僅介紹鋼管管混凝土單肢受壓壓柱的承載力計(jì)算算?！?.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)6.4.3單肢柱的受壓承載載力計(jì)算鋼管混凝土柱的受受壓承載力計(jì)算有有不同的途徑和方方法：一種依據(jù)極極限平衡理論計(jì)算算，在中國(guó)工程建建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS28:90中采用該法；另一一種由哈爾濱建筑筑大學(xué)提出的，即即把鋼管混凝土看看成是一種組合材材料，通過(guò)大量試試驗(yàn)研究，得到考考慮了混凝土強(qiáng)度度提高后的組合軸軸壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，，它與鋼材級(jí)別、、截面含鋼率、混混凝土等級(jí)等有關(guān)關(guān)。這一方法在國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員員會(huì)《鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T5085—1999中被采用。此外，，有限元法及其他他全過(guò)程分析方法法不僅可求得極限限荷載，而且可以以進(jìn)行全過(guò)程變形形分析，但是這些些方法較為復(fù)雜，，不便于應(yīng)用。本本節(jié)僅介紹極限平平衡理論方法?！?.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)6.4.4軸心受壓短柱的極極限分析1.基本假設(shè)(1)在結(jié)構(gòu)喪失承載能能力之前，結(jié)構(gòu)和和元件的受形很小小，因而可以忽略略靜力平衡方程中中的幾何尺寸的變變化，始終按變形形前的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)來(lái)考慮靜力平衡關(guān)關(guān)系。(2)結(jié)構(gòu)的元件，在達(dá)達(dá)到極限(屈服)強(qiáng)度時(shí)，其變形應(yīng)應(yīng)能足夠急劇地增增長(zhǎng)，但變形的增增長(zhǎng)不會(huì)改變?cè)臉O限(屈服)條件。在結(jié)構(gòu)喪喪失承載能力之之前，結(jié)構(gòu)的所所有元件都不會(huì)會(huì)失去穩(wěn)定。(3)作用于結(jié)構(gòu)上的的所有荷載都按按同一比例緩慢慢增長(zhǎng)，即所謂謂準(zhǔn)靜力式的簡(jiǎn)簡(jiǎn)單加載?！?.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.4軸心受壓短柱的的極限分析1.基本假設(shè)(4)因軸壓短柱的應(yīng)應(yīng)變場(chǎng)是軸對(duì)稱稱的，所以可把把鋼管混凝土看看成是由鋼管和和核心混凝土兩兩種元件組成的的結(jié)構(gòu)體系(如圖6.25所示)。(5)鋼管和核心混凝凝土兩種元件的的極限(屈服)條件都是穩(wěn)定的的，不因塑性變變形的發(fā)展而改改變或弱化；鋼鋼管采用VonMises屈服條件，核心心混凝土采用方方程式(6-46)。(6)在極限狀態(tài)時(shí)，，對(duì)于d/t＞20的薄壁鋼管，因因其所受的徑向向應(yīng)力s3遠(yuǎn)比s2為小，可忽略不不計(jì)，鋼管的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)可簡(jiǎn)化化為縱向受壓、、環(huán)向受拉的雙雙向應(yīng)力狀態(tài)，，并沿管壁均勻勻分布。●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.4軸心受壓短柱的的極限分析2.公式推導(dǎo)由上圖可看出，，極限分析時(shí)共共有五個(gè)未知量量，即外荷載N，核心混凝土的的縱向應(yīng)力，鋼鋼管的縱向應(yīng)力力和環(huán)向應(yīng)力，，以及鋼管和混混凝土接觸面之之間的側(cè)壓力P。需要建立5個(gè)獨(dú)立方程才能能求解。(1)按靜力平衡條件件可得：由軸向力平衡：：(6-43)由環(huán)向力平衡：：(6-44)●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.4軸心受壓短柱的的極限分析2.公式推導(dǎo)(2)由元件的屈服條條件可得：鋼材的屈服條件件(采用VonMises屈服條件)：(6-45)核心混凝土的屈屈服條件：另外，考慮到鋼鋼管較薄，可足足夠精確地?。海郝?lián)立上述方程，，可得：(6-46)●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.4軸心受壓短柱的的極限分析2.公式推導(dǎo)其中，，，稱為套箍系數(shù)數(shù)。我們的目標(biāo)是求求最大荷載Nmax，于是可由極值值條件建立第五五個(gè)方程：(6-48)一般設(shè)計(jì)時(shí)已確確定套箍系數(shù)，，則可由上式得得到相應(yīng)于最大大荷載Nmax的側(cè)壓力p*，將其代入式(6-47)便能得到軸壓短短柱的極限承載載力：(6-49)其中：(6-50)●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.4軸心受壓短柱的的極限分析2.公式推導(dǎo)根據(jù)式(6-48)計(jì)算與與之之間的關(guān)關(guān)系并代入式(6-50)，則可簡(jiǎn)化為：：(6-51)從而N0可表達(dá)為：(6-52)在工程設(shè)計(jì)中通通常進(jìn)一步簡(jiǎn)化化為下式計(jì)算N0，如《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)規(guī)程》CECS28:90?。?6-53)●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.5單肢柱的受壓承承載力2.公式推導(dǎo)影響鋼管混凝土土柱承載力的因因素還有許多．．其中主要有：：構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比、、偏心率、柱兩兩端的彎矩比值值、約束條件等等1.長(zhǎng)細(xì)比的影響隨著長(zhǎng)細(xì)比的增增大，構(gòu)件會(huì)由由材料強(qiáng)度破壞壞過(guò)渡到失穩(wěn)破破壞?？紤]長(zhǎng)細(xì)細(xì)比影響的承載載力折減系數(shù)可可按下式計(jì)算：：當(dāng)≤≤4時(shí)，。。(6-54)當(dāng)時(shí)時(shí)，。。(6-55)式中：d——鋼管混凝土柱子子外徑。le——柱的等效計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度，按式(6-58)或式(6-60)計(jì)算?！?.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.5單肢柱的受壓承承載力2.偏心率的影響荷載偏心率以e0/rc表示，e0為柱較大彎矩端端的軸向壓力對(duì)對(duì)構(gòu)件截面重心心的偏心距，rc為鋼管內(nèi)半徑即即核心混凝土的的半徑。鋼管混混凝土柱考慮偏偏心率影響的承承載能力折減系系數(shù)按下列公式式計(jì)算：當(dāng)≥≥1.55時(shí)，。。(6-56)當(dāng)＜＜1.55時(shí)，。。(6-57)式中：M2——柱兩端彎矩設(shè)計(jì)計(jì)值之較大者。。N——柱軸向壓力設(shè)計(jì)計(jì)值。e0=M2/N●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.5單肢柱的受壓承承載力3.等效計(jì)算長(zhǎng)度的的計(jì)算在《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)規(guī)程》CECS28:90中對(duì)于兩支承點(diǎn)點(diǎn)間無(wú)橫向荷載載作用的框架柱柱和桿件，其等等效長(zhǎng)度應(yīng)按下下列公式確定：：(6-59)式中：——架柱或桿件的計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度。L——框架柱或桿件的的長(zhǎng)度。m——計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，，按附表或規(guī)范范取值。K——考慮柱身彎矩分分布梯度影響的的等效長(zhǎng)度系數(shù)數(shù)(6-58)●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.5單肢柱的受壓承承載力3.等效計(jì)算長(zhǎng)度的的計(jì)算對(duì)于軸心受壓柱柱和桿件：k=1。對(duì)于無(wú)側(cè)移框架架柱：。。對(duì)于有側(cè)移框架架柱：由于側(cè)移移使偏心力的作作用產(chǎn)生P－D效應(yīng)，對(duì)其承載載力有不利影響響。所以，這種種情況下還應(yīng)考考慮偏心率的影影響。當(dāng)≥≥0.8時(shí)，k=0.5。當(dāng)＜＜0.8時(shí)，。。式中：b——柱兩端彎矩設(shè)計(jì)計(jì)值之較小值與與較大值的比值值，≤單曲壓彎者取正正值，雙曲壓彎彎者取負(fù)值(如圖6.26所示)。●6.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4.5單肢柱的受壓承承載力3.等效計(jì)算長(zhǎng)度的的計(jì)算對(duì)于懸臂柱，其其等效計(jì)算長(zhǎng)度度則按下列公式式確定：式中：H——懸臂柱的長(zhǎng)度。。k——等效長(zhǎng)度系數(shù)。。懸臂柱的等效長(zhǎng)長(zhǎng)度系數(shù)應(yīng)按下