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压型钢板截面特性及挠度验算

发布时间:2019/09/05 点击量:
压型钢板-混凝土组合楼板是一种新型的组合结构,因其能充分利用钢材与混凝土2种材料的优良特性而被越来越多地应用到大跨结构高层建筑中,有着广阔的发展前景。由于压型钢板-混凝土组合楼板的诸多优异性能,近年来受到广泛关注,我国专家学者在其受力及变形等方面也进行了大量研究。
 
本文结合塔楼工程,对其所用压型钢板进行设计,特别是对其施工阶段截面受弯承载力和挠度进行验算,同时还对压型钢板-混凝土组合楼板进行了使用阶段截面受弯承载力、斜截面承载力、挠度和自振频率的验算,以确保工程所用压型钢板满足应用要求。
 
与普通钢筋混凝土楼板相比较,压型钢板-混凝土组合楼板具有以下优点:施工工期短;自重小,节省材料;增加结构抗震性能;有效利用楼层结构的使用空间。与传统的木模板相比,压型钢板-混凝土组合楼板施工时,减小了发生火灾的概率。
 
然而目前我国由压型钢板供货商提供的压型钢板截面特性未考虑钢板强度的影响,由于结构设计或组合楼板施工阶段设计偏于不安全,所以要对工程所用压型钢板进行截面受弯承载力和施工阶段挠度验算,以确保工程所用压型钢板满足工程应用要求。
 
压型钢板成功应用于塔楼,塔楼地上35层、高169.85m。然而根据理论及经验分析,一般在40层左右(大约150m),是超高层建筑设计的敏感高度(建筑物的超长尺度特性将引起建筑设计概念变化),这种变化促使建筑师必须提出有效设计对策,调整设计观念,应用适宜的建筑技术。
 
针对塔楼超高层建筑结构系统的特殊性、消防的需求以及施工难点等问题,采用了钢梁与压型钢板-混凝土组合楼板共同作用的设计(简称MST组合梁)。该设计不仅能节约楼层和屋盖钢梁的用钢量,还可以减少混凝土的用量。压型钢板可作为混凝土在施工浇筑时的永久模板并保留在构件中,减少了模具拆装时间及成本。
 
压型钢板-混凝土组合楼板相比钢筋混凝土楼板的延性更优越,因此特别适合于在地震频发地区和高层建筑中使用。大家为此建筑设计了型号为YX51-305-915的压型钢板(板宽0.915m),并根据楼层高度的不同,选择了不同的钢板厚度(0.8~1.2mm),保证压型板使用的安全性、经济性及环保性。
 
一、压型钢板的设计及截面特性
 
现阶段在普通气候环境中,主要以选择热镀锌钢板作为压型板的基板。本文设计及生产的压型钢板采用热镀锌钢板为基板材料,带压痕的压型钢板能增加与混凝土之间的黏结力,避免压型钢板与混凝土之间发生滑移;采用开口型压型钢板作为永久模板并在同等厚度楼板的情况下有效减少了混凝土的用量。
 
压型钢板设计过程中尝试过多种截面形式,并对不同尺寸及截面特性的压型钢板进行施工阶段和使用阶段的承载能力计算,由验算结果得知,型号为YX51-305-915的压型钢板满足各项性能指标。YX51-305-915压型钢板用镀锌钢板经辊压冷弯成型,截面如图所示。
 
 
YX51-305-915压型钢板截面
 
为开口带压痕型的截面形式,波高h为51mm,波距s为305mm,有效覆盖宽度b为915mm。现应用CufsmApp,对图1截面形状和尺寸(截面厚度取t=0.8、1.0、1.2mm)的截面形心位置,对截面惯性矩Iz和截面抵抗矩Ws等做了计算。计算结果如图所示。从下图可以看出,截面惯性矩Iz和截面抵抗矩Ws都随着压型钢板厚度的增加呈线性增强。
 
 
YX51-305-915压型钢板不同厚度截面特性
 
二、压型钢板施工及使用阶段验算
 
1、压型钢板施工阶段验算
 
根据标准JGJ99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》,在施工阶段,压型钢板不仅作为浇筑混凝土的模板,且在没有临时支撑的情况下,还要承担施工荷载。混凝土在达到设计强度之前,只作为荷载考虑。因此,在施工阶段完全按钢结构来验算压型钢板的强度。要求在施工阶段,压型钢板应处于弹性变形阶段,不产生塑性变形。
 
当不加临时支撑时,按弹性分析,压型钢板正截面抗弯承载能力应满足M≤fWs要求(f为抗压强度设计值);压型钢板挠度是压型钢板中面上各点在该点处中面法线上的位移量,若满足v<[v](允许挠度),则满足工程应用要求。
 
对各种厚度压型钢板与楼板进行施工阶段验算,结果显示,正截面抗弯承载能力验算数据全部满足公式M≤fWs,且单跨fWs远大于弯矩设计值M,三跨次之,双跨的fWs接近弯矩设计值M,YX51-305-915压型钢板比较适合单跨与三跨的形式;施工阶段挠度验算数据全部满足公式v<[v],且压型钢板挠度随压型钢板厚度的增加而增加。压型钢板施工阶段验算结果表明,所用压型钢板满足工程应用要求。
 
2、压型钢板-混凝土组合楼板使用阶段验算
 
 
压型钢板-混凝土组合楼板使用阶段验算
 
对比以前的钢筋混凝土楼板,使用压型钢板-混凝土组合楼板节约30%材料价格成本,能显著提高在建筑行业的竞争力。根据塔楼的实际施工效果,使用研发设计及生产的YX51-305-915型压型钢板,在性能上满足塔楼超高层建筑楼板施工和设计要求,实际应用效果较好,该型号压型钢板在其他工程具有一定的工程推广应用价值。
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