中韩压型钢板-混凝土组合楼板规程比较.pdf

1 0 低温建筑技术 2 0 1 0年第 2期 ( 总第 1 4 0期) 中韩压型钢板一 混凝土组合楼板规程 比较 成钟寿， 王元清， 石永久 ( 清华大学土木工程系 结构和振动教 育部重点实验室。 北京1 0 0 0 8 4 ) 【 摘要】 文中对比了中韩两国之间对压型钢板一 混凝土组合板设计方法， 根据两国现行的相关规范对承载 力计算方法、 挠度计算方法、 自振频率和耐火的规定进行了比较， 列举了一个工程实例。两者的设计方法之间有 些方法不同。施工阶段承载力的计算结果表明： 中国规范比韩国规范更加保守。在使用阶段的计算结果则表明： 韩国规 范偏保守 。 【 关键词】 压型钢板； 组合楼板； 韩国； 设计规范 【 中图分类号】 T U 3 9 8 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 1 0 0 3 C0M 刚soN ON THE D= CODE oF 0D P oS n S 1 1 哑 L DECK SLAB I N CH A AND s I D1唧K0REA S U N G J o n g S U ， WA N G Y u a n - q i n g ，S H I Y o n g - j i u ( K e y L a b o r a t o r y o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g a n d V i b r a ti o n o f C h i n a E d u c a t i o n M i n i s t r y ， D e p t o f C i v i l E n g ， T s i n g h u a U n i v ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ，b a s e d o n the d e s i g n c o d e o f Ch i n a a n d Ko r e a，d i ffe ren t c a l c u l a t i n g me t h o d o f mo me n t r e s i s t a n t i n c o n s t r u c ti o n a l a n d c o mp o s i t e s t a g e ，d e fl e c ti o n，n a t u r a l v i b rat i o n f r e q u e n c y c h e c k i n g c o rn p u mt i o n，fi r e r e s i s t i n g c a pa c i t i e s a n d i t s c a l c u l a t ing r e s u l t s f o r e n g i n e e r i n g e x a mpl e s a l e c a r r i e d o u t T h e c o mp a r a t i v e r e s u l t s s h o w t h a t the s e t w o d e s i gn me tho d s a r e d i ff e r e n t ： l o a d c a r r y ing c a p a c i t i e s i n c o n s t r u c ti o n a l s t a g e b y C h i n a c o d e i s mo re c o n ser v a t i v eI n c o mp o s i t e s t a g e ，Ko r e a d e s i g n me tho d i s mo re c o n s e r v a ti v e Ke y wo r d s： d e c k p l a t e；c o mp o s i t e s l a b；Ko r e a；d esi gn c o d e 最近城市办公楼及商业楼有高层化的趋势， 高层 建筑结构一般采用钢结构或钢一 混凝土组合结构。这 种结构的楼板 体系 一般采 用压 型钢板 与混 凝土 组合 楼板体系。与普通钢筋混凝土板相 比， 压型钢板与混 凝土组合楼板具有施工周期短、 成本低、 整体稳定性 好 、 地震反应 低等 优点 ， 其 在 国际上 特别是 在西 方发 达国家已经得到了广泛的应用。目前在中国和韩国， 组合板也得到 了大力的发展 和推广L 5 J 。 中国从 2 0世纪 8 0 年代 ， 韩 国从 2 0 世纪 9 o年代开 始研究， 迄今为止两国在组合板方面的研究已经获得 了不少成果 ， 并在实际工程 当中广泛应用 D 3 。 1 设计方法 比较 1 1 设 计规范介绍 目前中国关于组合板的相关设计规范主要有： Y B 9 2 3 8 9 2 钢 混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 ， G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ( 凝土结构设计规范 l 2 J 和 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ( 钢结构设计规范 【 3 1 。压型钢板的材料可以参考 G B T 1 2 7 5 5 1 9 9 1 ( 建筑用压型钢板 。关于普通压型钢 板的结构要求参考 G B J l 8 8 7 冷弯薄壁型钢结构技术 规范 ， 而且组合板用的压型钢板， 其钢材牌号可采用 现行国家标准 G B T 7 0 0 2 o o 6 ( 碳素结构钢 中规定的 Q 2 1 5 B F和 Q 2 3 5 B F钢 材 。通 常 情 况 下 ， 宜 采 用 Q 2 1 5 B F 。此外对组合板的抗火标准可 以参考 高层 民用建筑钢结构技术规范 - 4 。 韩国对组 合 板设计 的 相关规 范 主要 有 ： 压 型钢 板 混凝土组合板设计标准， 1 9 9 8 ) E ， 韩 国建筑结构 设计统一标准， c 2 o o 8 ， 混凝土结构设计标准， 2 0 0 7 ) J 和 采用容许应力设计法的钢结构设计标准， 2 0 0 3 ) E 。压型钢板的材料可以参考 K s m5 o 6 。此 外对组合板的抗火标准可以参考 建筑结构构件的耐 火性能 标 准一 第 4部 ： 组 合 压 型钢 板 楼 板 体 系 ， 2 0 0 5 ) ( K S F 1 6 1 1 - 4 ) E 引。 1 2 基本设计 原则 中国采用极 限状 态设计 法 ， 而韩 国对混凝 土采用 破坏强度设计法， 对钢结构采用极限状态设计法。现 行韩国的钢结构设计法 中， 有些部分还没有新规范， 仍然采用传统的容许应力设计法。韩国对组合板的 设计采用容许应力设计法 。 成钟寿等 ： 巾韩压 型钢板 混凝土组合楼板规程比较 结构分析 时两 国都 考 虑施 工 阶段和使 用 阶段 两 阶段 。韩 国的规范 只按单 向板 进行计 算 ， 不考 虑弱边 方向的正、 负弯矩。而在中国规范中， 若压型钢板顶面 以上 的混凝土 的厚度 1 0 0 tu r n 以上时 ， 应按 如下 的原则 进行组合板 内力计 算 ； 组合 板 的挠度 应按强边 方 向的 简支单向板进行计算； 由弹性理论分析可知， 组合板 的强度应根据两个方向跨度的比值进行计算。 1 3 结构要求 中韩两者对结构要求的内容可见表 1 。 表 1 中国 韩 国对结构 要求的规定 比较 表 2 中韩承载 力计算 比较 1 4承载力计算 比较 计算组合板的承载力时， 基本上可根据参考文献 1 和 6 进行 比较( 见表 2 ) 。 上所述 的表 2 中的 t 为压 型钢板厚度 ； b 为边加劲 肋所在翼缘 板的实 际宽度 ； 厂 v 为压型钢板抗拉 抗压强 度设计 值 ； h 为压型钢 板总高度 ； a E 为钢材 与混凝 土 弹性模量比值； L 为组合板剪跨( r m ) ； W r 为组合板平 均肋宽( ra i n ) ； v o 为组合板抗剪承载力( k N m) ； 为组 合板的纵向剪力设计值( k N m ) ； a 0 a 为剪力粘结 系数； S 为荷载短期效应组合的设计值 ； E 。 为压型钢 板 的弹性模量 ； B为荷载短期 刚度 E ， 0 ， 荷 载长期作用 下 E。 l o 2 。 由表 2可知 ， 两 国对 有效宽 度 、 自振频 率 、 施工 阶 段 的挠度计算方 法一样 。其 它规定则 有一定 的不 同。 加经肋 的刚度算方 法类 似 ， 但 不 同是在 于韩 国规 范不 考虑压型钢板 的强度。 因为两国的设计方法不同， 两者的承载力计算有 明显的不同 。中 国的纵 向抗剪 承载 力 计算 中的剪 力 粘结系数都是通过试验获得， 但试验都采用较早期的 开 口型压型钢 板 。因此 如 采用 进 口型 压 痕开 口型或 闭口型压型钢板作组合板时， 中国规范建议采用 m - k 方法( 英美国标准) 计算纵向抗剪能力。 对于变形计算 ， 两 国 的设 计方 法有 所不 同 。中国 按正常使用极限状态进行设计， 采用荷载标准值和对 变形、 裂缝宽度规定的容许值按荷载短期效应组合并 考虑长期效应的影响进行计算。变形计算 应按弹性 理论 进行 ， 按 荷 载短期 效 应 组合 时 ， 混凝 土 截 面除 以 值换算成钢截面。而韩国不考虑长短期荷载的效 应 ， 其弹性模量比值采用固定值如表 3 所示。 表 3 两 国的弹性模量 比值 a =E 。 I E 中国的弹性模量 比值 韩国的弹性 模量 比值 1 5 组合板 的抗火 规定 比较 中国规范在 Y B 9 2 3 8的第 5 1 4条中指出： 为改善 组合板抗火性能， 配置受拉钢筋。韩国对组合板抗火 1 2 低温建筑技术 2 0 1 0年第 2期 ( 总第 1 4 0期) 性能应根据 K S F 2 2 5 7 1 和 K S F 2 2 5 7 5 所制定的试验方法 进行试验 ， 结果应拥 有 2 h以上 的耐 火时间。但是实 际 设计 中经常作为连续板 进行设计 ， 由于试验设 备 的限 制 ， 其耐火性能的试验 也 比较 困难 。所 以可以参考 文 献 9 里的耐火设计荷载。以试验结果为基础的设计荷 载公式( 耐火设计 公式) 为 ： 利用英 国的设 计公式和 日 本试验得出的耐火设计公式和韩国对组合简直板测试 结果制定的耐火荷载式 。设计荷载的制定如表 5 所示 ， 计算中要求压型钢板的厚度为 1 2 n m a 以上， 混凝土的 高度 8 0 ra m以上， 混凝土的强度 1 8 M P a 以上。 表 4 中韩 两国的耐火要 求 注 ： 开口型的高度 为上翼缘之组 合板顶部的 距离 ， 闭 口型的 为从下翼缘 的距离。 2 算例对比分析 表 5 韩国的抗火性能设计荷 。 】 无配 受拉钢筋时 配置受拉钢筋时 重 l 2 O 0 重 ： 0 d 皇8 0 0 ： 翼 号8 o 0 l慝 i l 磊 量 I 篓 墅 嚣筵4 鲤二蒜 车 舄 罐 4 O 0 皂 nm 三 t - = 翥 _ n n S p a n m 罢1 2 o 0 、 l 罢1 2 要 攀 01； 、 1二= 舁 i；8： 1二=：昌 ：j嚣： l_ I C e T I 、 = ： q 鞯s m 碎 图 I平面图 图 2压型钢板截面 表 6 压型钢板 的截面特性 通过 以下实例进行 结果 的对 比， 将两 国之间 的组 合板设计规范 及其 计算 结 果进 行 比较 。某工 程 楼板 采用组合板， 压型钢板型号为 X Y 5 - 2 0 0 - 6 0 0 ， 钢板厚度 1 0 m m， 压型钢板的具体尺寸和截面特性参考图 l 、 图 2 和 表 6 。在 计 算荷 载 时， 施 工 阶段 的恒 荷 载为 2 S 4 I m2，施工荷 载为 I 5 k N m 2 ； 使用 阶段 的恒 荷载 为 3 8 4 k N ， 使用荷载为 3 0 k N m 2 。压型钢板的材 质 Q 2 3 5 ， 采 用 普 通 混 凝 土 ， 强 度 等 级 为 C 3 0 ， 密 度 2 4 0 0 k g m3 。 根据上述的设计对象及第 1 节 的设计 过程进行 了 计算。两者设计规 范中 ， 只有 中国规范对 抗 剪承载力 有相关规范， 而其参数是从试验结果得到的。本文分 别对施工阶段和使用阶段的正弯曲承载力、 挠度和 自 振频率进行对比。所得到的对比结果如表 7 所示。 两者之间对纯压 型钢板 的有 效宽 度 、 加 劲肋 刚度 计算结果差别不大。但计算承载力时， 计算方法的差 别给承载力计算结果造成较大影响。如表 7所示， 中 国在 施工 阶段 的 承载力 比韩 国规 范保 守 。在使 用 阶 段设计 时 ， 按 容许 应力 设 计 法 的 韩 国规 范则 偏 于 保 守。用阶段的挠度计算方法类似， 只是弹性模量 比值 的不同， 其计算结果存在较大的差别。从计算结果可 知 ， 在使用阶段的挠度计算时 中国的规范更加保守 。 表 7 设计结果对 比 中国规范韩国规 范 比值 3 结语 ( 1 ) 近年来两国对组合板的应用越来越多， 两者 分别在 1 9 9 2 年和 1 9 9 8年制定了系统的组合板设计规 范 ， 迄今为止没有新规范 。现在 每年产 生 的新 型组合 板及新设计方法越来越多 ， 建议两者的规范都要补充 更新 。 ( 2 ) 两 国对组合板的设计结果相 比较 可以发 现 。 两者之 间有明显的不 同； 中国规范采 用极 限状 态设计 法 ， 而韩 国采用容许应力设计法 。 ( 3 ) 分 别采用两 国的设计 法进 行 比较可 得 出结 论 ， 中国规范在施工阶段 的承载力计 算和 使用 阶段 的 挠度计算 ， 与韩国规范相比偏保守。 参考 文献 1 Y B 9 2 3 8 - 9 2 ， 钢一 混凝土组合楼盖结构设计与施工规程I s ( 下转第 1 5页) 安明莆 等： 钢筋 表面特征对配筋 R P C粘结性 能的影响研究 1 5 由表 5 可知 ： 在埋长为 5 0 m m时， 光 圆钢筋 和变形钢筋 的平均极限粘结应 力 r 均 随着钢筋直 径 的增加而 降 低， 但是其降幅与钢筋的表面形状有关。由表 3可知 接触面变量 随着钢筋直径 的增 加而 减少 ， 这说 明变 形钢筋的极 限粘结应 力 随直 径 的增 大而产 生 的降 幅 大于光 圆钢筋 。 表 5 埋长 5 0 m m钢筋平均极限粘结应力对比 MP a 2 4 钢筋锚 固长度的影响 钢筋在 R P C中的粘结锚 固长度 的确 定对 于 工程 设计具有重要 的意 义。在 钢筋 上施 加 拉力 使 钢筋 的 加载端 发生屈服而钢 筋又不 被拔 出 ， 此 时所 需要 的最 小有效粘结长度称为钢筋锚固长度 z 。根据式( 2 ) 可 确定 钢筋的锚 固长度 。 l 。 = d 4 r ( 2 ) 式 中， 为钢筋的屈服强度( M P a ) 。 根据 ( 2 ) 式 确定 的不 同直径 钢筋锚 固长度如 表 6 所示。 由表可知 ： 两种类 型钢筋 的锚 固长度均 随钢筋 直径的增加而增大 ， 但是变形 钢筋 的锚 固长度 较之光 圆钢筋低很多， 只有光圆钢筋的 O 3 6 倍 。接触面变量 随钢筋直径的增大而 减少 ， 但 是变形 钢筋 和光 圆钢 筋 的锚 固长度之 比基 本无 变化 ， 稳定在 0 3 6 左 右。 表 6 钢筋锚 固长度 ( Z 。 ) 统计 ( 上接第 l 2页) 2 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 s 3 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ， 钢结构设计规范 s 4 J G J 9 9 1 9 9 8 ， 高层民用钢结构技术规程 s 5 薛建阳 钢与混凝土组合结构 M 武汉： 华中科技大学出版 社 ， 2 0 0 7 6 大韩建筑协会 ， 组合压型钢板 楼板体 系设计标准 s 7 建设交通部 ， 混凝土结构设计标准 s 8 建设交通部 。 据容许应力设 计法的钢结构设计标准 s 9 K S F 1 6 1 1 - 4 ， 建筑结构构件 的耐火性能标准 s 1 O 韩国Wa v e D e c k 设计手册 M D I 】 c k s i n H o u s i n g C o 1 1 E u r o e o d e 4 1 ) e s i a o f c o m p o s i t e s t e e l a n d c o n c r e t e 8 1a u c t u r e S 1 9 9 4 3结语 ( 1 ) 变 形 钢 筋 与 光 圆 钢 筋 相 比 ， 滑 移 量 大 于 0 0 5 m m后 粘结应力快 速提 高。变形钢 筋与 光 圆钢筋 粘结应 力滑移 曲线 分别在滑 移值 为 0 5 m m和 0 3 5 m m 时趋于平缓 。 ( 2 ) 相 同直径 条件下 变形钢筋 与光 圆钢筋 的平 均极限粘结应力 。 均随钢筋粘结长度 的增 加而降 低 ， 变形钢筋 的降幅大于光 圆钢筋 。 ( 3 ) 同埋 长条件下光 圆钢筋 和变形 钢筋 的平 均 极限粘结应力 。 均随着钢筋直径的增加而降低 ， 变形 钢筋 的降 幅大于光 圆钢筋 。 ( 4 ) 变形钢筋与光 圆钢筋 的锚 固长度 均随 钢筋 直径 的增加 而增 大 ， 但 是变形 钢筋 的锚 固长 度较 之光 圆钢筋低很 多 ， 只有光 圆钢筋 的 0 3 6 倍 。 参考文献 1 P P d c h a r d ， M C h e y r e z y C o m p o s i t i o n o f r e a c ti v e p o w d e r c o n c r e t e re s e a r c h J C e m e n t a n d C onc r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 5 0 1 1 5 1 1 2 R i c h a r d P ，C h e y r e z yM R e a c t i v ep o wde r c o n c ret e s w i t h h i g h d u c ti l i t y and 2 0 0 8 0 0 M P a c x m rp r e s s i v e s t r e n g t h J C o n c r e t e T e c h n o l o g y P a s t ，P r e s e n t an d F u t u r e， S P - 1 4 4：5 0 75 1 8 3 H u h S u kB u m， B y m a Y o on J o o S i m - Y u p e d m a r c h b ,i a S ， S e o u l ， K o - l 髓 J S t ru c t u r a l 嘶In t n a fi a u a l ： J a m u d a f th e I n te m a t i ou a l A s s o c i a ti o nf o r B ri a s a n d S tr u c tu r a l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 5 ， 1 5 ( 1 ) ： 3 2 3 4 4 北 京交通大学 活性 粉末混 凝土铁 路预制梁 的设 计与试验研 究报告 R 北京 ： 北京交通大学 ， 2 0 0 7 5 安明言 吉 ， 张盟 变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能试验 研究 J 中国铁道科学， ? X )0 7 ， 2 8 ( 2 ) ： 50 5 4 6 安 明器 ， 张盟 ， 季文玉 光圆钢筋与活性 粉末混 凝土 的粘结 性 能研究 J 铁道学报 ， 2 0 0 7， 2 9 ( 1 ) ： 9 09 4 收稿 日期 】 2 0 0 9 1 1 1 1 作者简介 】 安 明器 ( 1 9 7 0一) ， 男 ， 吉林蛟 河 人 ， 博 士 ， 研究 方 向： 建筑材料与新型结构材料 。 1 2 杨璐 ， 王元清 ， 石永 久 中国、 欧洲钢 混 凝土组 合 梁的设 计规 范 比较 J 建筑科学与工程学报， 2 0 0 6 ， ( 4 ) ： 2 3 1 3 成 钟寿 ， 王元 清 ， 石永久 中韩压型钢板组合楼 板 的应用 与研 究现状 J 工业建筑 ， 2 0 0 9 ， 增刊 1 4 K i m C h a n g - Won，e r e A s t u , tyon t h e s t r u c tu r a l b e h a v i o r o f t h e o o m p o s i t e s l a b s u s i n g n e w s h a p e d d eck p l a t e J A r c h i t ect u r e I n s t i tu t e o f K o r e a ，1 9 9 7 ， ( 7 ) 1 5 K w on Y ong h o A n e x p e r i m e n ta l s t u d y o n t h e s h e a r - b o n d s t l e n g 【 h f o r t h e e r q o o s i t e s l a b u s i n gd e c k p l a t J A r c h i t ect u r eI n s t i tut e o f K o T e a 1 9 97 1 7 收稿 日期 2 0 0 91 1 2 5 作者简介】 成钟寿( 1 9 7 9 一) ， 男， 韩国首尔人 ， 硕士研究生， 研 究方 向： 结构工程 。