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能否详细解释下楼板承载力如何计算?
发布时间:2025-09-01 14:03:37| 浏览次数:

多层厂房钢混凝土组合楼板的承载力计算需综合考虑钢与混凝土的协同作用,以下为详细计算步骤及关键要点:

一、计算模型与基本假设

  1. 模型简化
    将组合楼板视为弹性板,采用‌换算截面法‌或‌有限元法‌计算。换算截面法适用于规则板,有限元法适用于复杂边界或荷载条件。

  2. 基本假设

    • 钢与混凝土界面完全粘结,无相对滑移;

    • 材料处于弹性阶段(或按塑性设计规范考虑);

    • 忽略温度、收缩等次要影响。

二、材料性能参数

  1. 混凝土参数

    • 抗压强度设计值 ( f_c ):按《混凝土结构设计规范》取值(如C30混凝土 ( f_c = 14.3 , \text{N/mm}^2 ));

    • 弹性模量 ( E_c ):( E_c = 2.2 \times 10^4 , \text{N/mm}^2 )(C30)。

  2. 钢材参数

    • 屈服强度设计值 ( f_y ):按《钢结构设计标准》取值(如Q345钢 ( f_y = 305 , \text{N/mm}^2 ));

    • 弹性模量 ( E_s ):( E_s = 2.06 \times 10^5 , \text{N/mm}^2 )。

  3. 压型钢板参数

    • 截面惯性矩 ( I ):按实际板型计算(如YX76-305-915型板 ( I \approx 1.2 \times 10^6 , \text{mm}^4/\text{m} ));

    • 有效宽度 ( b_{eff} ):按规范取压型钢板波峰间距的0.8倍。

三、承载力计算步骤

1. 弯矩承载力计算

  • 公式‌:
    组合楼板正截面受弯承载力按下列公式计算(塑性设计):
    [
    M_u = 0.9 \times \left( A_s f_y (h_0 - 0.5x) + 0.5 \beta_1 f_c b x (h_0 - 0.5x) \right)
    ]
    其中:

    • ( A_s ):受拉钢筋面积;

    • ( h_0 ):截面有效高度(压型钢板底面到受拉钢筋中心的距离);

    • ( x ):混凝土受压区高度,需满足 ( x \leq \xi_b h_0 )(( \xi_b ) 为相对界限受压区高度);

    • ( \beta_1 ):混凝土受压区应力图形系数(C30混凝土取0.8)。

  • 示例‌:
    假设楼板厚度120mm,压型钢板厚0.9mm,受拉钢筋面积 ( A_s = 500 , \text{mm}^2/\text{m} ),计算得 ( M_u \approx 15 , \text{kN}\cdot\text{m}/\text{m} )。

2. 剪力承载力计算

  • 公式‌:
    组合楼板斜截面受剪承载力按下列公式计算:
    [
    V_u = 0.7 f_t b h_0 + 1.25 f_{yv} \frac{A_{sv}}{s} h_0
    ]
    其中:

    • ( f_t ):混凝土抗拉强度设计值(C30混凝土 ( f_t = 1.43 , \text{N/mm}^2 ));

    • ( f_{yv} ):箍筋抗拉强度设计值;

    • ( A_{sv} ):箍筋面积;

    • ( s ):箍筋间距。

  • 示例‌:
    假设箍筋间距150mm,直径8mm,计算得 ( V_u \approx 45 , \text{kN}/\text{m} )。

3. 局部承压承载力计算

  • 公式‌:
    压型钢板波峰处混凝土局部承压承载力按下列公式计算:
    [
    F_{l,u} = 0.75 \beta_l f_c A_l
    ]
    其中:

    • ( \beta_l ):局部承压强度提高系数(取2.0);

    • ( A_l ):局部承压面积(压型钢板波峰接触面积)。

  • 示例‌:
    假设波峰接触面积 ( A_l = 2000 , \text{mm}^2 ),计算得 ( F_{l,u} \approx 43 , \text{kN} )。

四、设计验证与调整

  1. 承载力验证

    • 将计算值 ( M_u )、( V_u )、( F_{l,u} ) 与设计荷载(如设备荷载、活荷载)对比,满足 ( M_u \geq M_d )、( V_u \geq V_d )、( F_{l,u} \geq F_{l,d} )。

    • 若不满足,需调整配筋率、板厚或压型钢板型号。

  2. 构造要求

    • 钢筋间距:底筋间距≤200mm,负筋间距≤250mm;

    • 保护层厚度:压型钢板顶面≥15mm,底面≥20mm;

    • 剪力连接件:栓钉间距≤600mm,直径≥16mm。

五、典型案例计算

  • 案例背景‌:
    某多层厂房组合楼板,跨度6m,板厚120mm,压型钢板型号YX76-305-915,受拉钢筋HRB400(直径12mm,间距150mm),混凝土C30。

  • 计算结果‌:

    • 弯矩承载力 ( M_u = 18.2 , \text{kN}\cdot\text{m}/\text{m} );

    • 剪力承载力 ( V_u = 52.3 , \text{kN}/\text{m} );

    • 局部承压承载力 ( F_{l,u} = 48.6 , \text{kN} )。

    • 设计荷载(设备+活荷载)为15kN/m²,验证通过。

六、注意事项

  1. 动态荷载‌:若楼板承受振动设备(如冲压机),需按动力系数放大荷载(通常1.2-1.5倍)。

  2. 耐久性‌:腐蚀环境下,压型钢板需涂装防腐涂料,混凝土氯离子含量≤0.1%。

  3. 施工偏差‌:楼板厚度偏差需控制在±5mm内,避免承载力降低。



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