4.2.2 构件设计
1）一般规定
①结构转换层、平面凹凸不规则、楼板局部不连续等楼板薄弱部位，以及作为上部结构嵌固部位的地下室楼板等部位，楼盖整体性和平面内刚度要求较高，采用桁架叠合板时，为保障结构整体性能，需采取增大后浇叠合层厚度、加强支座配筋等措施，或者将桁架预制板仅作为模板使用，不参与结构受力。
②满足《钢筋桁架混凝土叠合板应用技术规程》（T/CECS 715）的设计方法和构造措施要求时，包括钢筋桁架的布置要求、后浇层的厚度、接缝及支座的构造要求等，桁架叠合板具有良好的整体性，参与结构整体受力时与现浇混凝土板基本一致；对于一般平面规则的结构，可采用刚性楼板假定进行设计；对于平面复杂或不规则的结构，需要采用弹性楼板进行分析时，楼板的模拟方法可与现浇混凝土板相同。
图4.14 区格示意
1—梁或墙；2—区格
③桁架叠合板应根据区格平面尺寸和桁架预制板生产、运输及吊装能力进行布置，并宜进行标准化设计。其中，区格是指由梁或墙围成的整块楼板范围，如图4.14所示。
④桁架预制板的混凝土强度等级不宜低于C30。桁架叠合板中的纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB500钢筋。钢筋桁架的上弦钢筋与下弦钢筋可采用HRB400、HRB500钢筋；腹杆钢筋宜采用HPB300、HRB400、HRB500钢筋。
2）计算方法
钢筋桁架混凝土叠合板应分别进行短暂设计状况和持久设计状况计算，并且应根据施工阶段预制板跨内有无支撑，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的有关规定进行计算。短暂设计状况包含脱模、翻转、起吊、运输、堆放、安装等阶段，应选取一个最不利阶段进行预制板的承载力、板底抗裂、板面混凝土受压、挠度以及桁架钢筋验算；持久设计状况计算包括承载能力极限状态计算和正常使用极限状态的验算。其中，正常使用极限状态下的钢筋桁架混凝土叠合板应采用荷载效应的标准组合进行验算。
施工阶段有可靠支撑（支座附近除外）的钢筋桁架混凝土叠合板，可按整体受弯构件考虑，其承载力、挠度及裂缝计算或验算以及叠合面受剪强度都应满足《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的要求。
施工阶段不加支撑（支座附近除外）的钢筋桁架混凝土叠合板，应对桁架钢筋预制板及浇筑混凝土叠合层的叠合板按两阶段受力分别进行计算。桁架钢筋预制板可按一般受弯构件考虑，叠合板应考虑二次叠合的影响，此时，应按本节下述的规定计算或验算。
施工阶段不加支撑的叠合板，内力应分别按下列两个阶段计算。
第一阶段：后浇混凝土叠合层未达到强度设计值之前的阶段。荷载由预制板承担，预制板按简支构件计算；荷载包括预制板自重、叠合层自重以及本阶段的施工活荷载。
第二阶段：后浇混凝土叠合层达到设计规定的强度值之后的阶段。叠合板按整体结构计算；荷载考虑下列两种情况并取较大值：①施工阶段考虑叠合板自重、面层、吊顶等自重以及本阶段的施工活荷载；②使用阶段考虑叠合板自重、面层、吊顶等自重以及使用阶段的可变荷载。
（1）荷载及内力设计值计算
当进行钢筋桁架混凝土叠合板计算时，通常选定一定截面宽度作为计算对象，并将其简化为梁的设计问题，该等代梁上的荷载应按下面方法确定。
①施工阶段荷载组合。
a.荷载基本组合。
施工阶段荷载基本组合设计值S1a为：
式中 SGk1——预制板的自重；
SGk2——叠合层的自重；
SQ1k——预制板上的施工活荷载，混凝土浇筑验算时，作用在桁架预制板上的施工活荷载标准值可按实际情况计算，且取值不宜小于1.5 kN/m2。
b.荷载标准组合。
施工阶段荷载标准组合值S1k为：
c.荷载准永久组合。
施工阶段荷载准永久组合值S1q为：
②使用阶段荷载组合。
a.荷载基本组合。
使用阶段荷载基本组合设计值Sa为：
式中 SGk3——叠合板承受的额外附加恒载（通常为面层、吊顶等自重）；
SQ2k——叠合板上施工活荷载和使用阶段可变荷载的较大值。
b.荷载标准组合。
使用阶段荷载标准组合值Sk为：
c.荷载准永久组合。
使用阶段荷载准永久组合值Sq为：
以上各式中，荷载均为按照等效截面宽度折算到等代梁上的线荷载。
③内力设计值。
叠合板的等代梁内力值按下式计算：
式中 αM——弯矩系数，若按简支梁，取0.125；
αV——剪力系数，若按简支梁，取0.5；
S——根据施工阶段和使用阶段荷载组合确定的线荷载；
l0——叠合板的计算长度。
（2）叠合板的配筋计算
叠合板的配筋应根据其正截面受弯承载力进行计算，叠合板的正截面受弯承载力应符合下列规定：
混凝土受压区高度应按下列公式确定：
混凝土受压高度尚应符合下列条件：
式中 M——弯矩设计值；
α1——系数；
fc——混凝土轴心抗压强度设计值；
——受拉区、受压区纵向普通钢筋的截面面积；
b——等代梁计算宽度；
h——叠合板的截面高度；
h0——叠合板截面有效高度；
ρmin——板的最小配筋率，应取0.15%和0.45ft/fy中的较大值。
（3）预制板验算
预制板验算内容包括预制板正截面边缘混凝土法向拉、压应力，开裂截面处钢筋应力验算，受弯承载力验算，桁架钢筋验算，以及裂缝、挠度验算。
由于预制板设置有钢筋桁架，故计算预制板的截面弹性抵抗矩需考虑桁架钢筋对预制板的刚度贡献。截面验算时，平行桁架方向的弹性抵抗矩宜按钢筋桁架与混凝土板组成的等效组合截面计算，垂直桁架方向的弹性抵抗矩应按混凝土板截面计算。
图4.15 桁架预制板板带组合截面示意（平行桁架方向）
验算平行桁架方向截面承载力时，截面特性宜按组合截面计算，如图4.15所示，截面中和轴至板底的距离y0、惯性矩I0计算见下式：
式中 A1——钢筋桁架下弦钢筋截面积之和；
A2——钢筋桁架上弦钢筋截面积之和；
As——桁架预制板纵向钢筋截面积之和（不含钢筋桁架下弦钢筋截面积）；
L2——桁架预制板板宽；
h1——桁架预制板厚度；
ha——桁架预制板底至桁架上弦钢筋中心线垂直高度；
hs——桁架预制板纵筋至桁架上弦钢筋中心线垂直高度；
hlg——桁架上、下弦钢筋中心线垂直高度；
y0——桁架预制板组合截面中性轴至板底的距离；
αE——桁架预制板内钢筋与桁架预制板混凝土的弹性模量之比。
①预制板正截面边缘混凝土法向压应力验算：
式中 σcc——各施工阶段在荷载标准组合作用下产生的构件正截面边缘混凝土法向压应力；
Mk——各施工阶段在荷载标准组合作用下等效组合截面弯矩标准值；
Wcc——截面混凝土受压边缘弹性抵抗矩；
f′ck——与各施工阶段的混凝土立方体抗压强度相应的抗压强度标准值。
②预制板正截面边缘混凝土法向拉应力验算：
式中 σct——各施工阶段在荷载标准组合作用下产生的构件正截面边缘混凝土法向拉应力；
Wct——截面混凝土受拉边缘弹性抵抗矩；
——与各施工阶段的混凝土立方体抗压强度相应的抗拉强度标准值。
③开裂截面处钢筋应力验算。
对施工过程中允许出现裂缝的钢筋混凝土构件，其正截面边缘混凝土法向拉应力限值可适当放松，但开裂截面处受拉钢筋的应力应满足下式的要求：
式中 σs——各施工阶段在荷载标准组合作用下的受拉钢筋应力，应按开裂截面计算；
fyk——受拉钢筋强度标准值；
h01——预制板截面有效高度。
预制板顶部无配筋，裂缝按照式（4.16）控制；预制板底部有配筋，裂缝按照式（4.17）控制；预制板正截面边缘混凝土法向压应力由预制板跨内所受最大弯矩控制。
④预制板受弯承载力验算。
预制板的受弯承载力应按照式（4.9）—式（4.12）进行验算。
⑤桁架钢筋验算。
桁架钢筋验算内容包括上弦钢筋拉应力或压应力验算以及腹杆钢筋的压应力验算，钢筋桁架的几何参数如图4.16所示。
图4.16 钢筋桁架的几何参数
1—上弦钢筋；2—下弦钢筋；3—腹杆钢筋
a.上弦钢筋拉应力或压应力验算。
对平行于桁架方向板带的截面，上弦钢筋拉应力或压应力应符合下列公式规定：
式中 σs2——各施工阶段在荷载标准组合作用下的上弦钢筋拉应力或压应力；
W2——等效组合截面上弦钢筋弹性抵抗矩，按平截面假定计算；
fyk2——桁架上弦钢筋的屈服强度标准值；
φ2——桁架上弦钢筋的轴心受压稳定系数，按现行国家标准《钢结构设计标准》（GB 50017）确定，计算长度取上弦钢筋焊接节点距离，当Mk为负弯矩时，φ2取为1.0。
b.腹杆钢筋的压应力验算。
对平行于桁架方向的截面，腹杆钢筋压应力应符合下式规定：
式中 σs3——各施工阶段在荷载标准组合作用下的腹杆钢筋压应力；
Vk——各施工阶段在荷载标准组合作用下等效组合截面剪力标准值；
φ3——腹杆钢筋的轴心受压稳定系数，按现行国家标准《钢结构设计标准》（GB 50017）确定，计算长度取腹杆钢筋自由段长度的70%；
A3——单肢腹杆钢筋的截面面积；
α——腹杆钢筋垂直桁架方向的倾角；
β——腹杆钢筋平行桁架方向的倾角；
fyk3——桁架腹杆钢筋的屈服强度标准值。
⑥预制板裂缝验算。
预制板底部的最大裂缝宽度可按下列公式计算：
式中 αcr——构件受力特征值系数，对于受弯构件取1.9；
ψ1——预制板裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当ψ1＜0.2时，取ψ1=0.2，当ψ1＞1时，取ψ1=1；
σs1——预制板纵向受拉钢筋应力；
cs——最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，当cs＜20 mm时，取cs=20 mm；当cs＞65 mm时，取cs=65 mm；
deq——纵向受拉钢筋的等效直径；
ρte1——按预制板的有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；
ftk1——预制板的混凝土抗拉强度标准值；
h1——预制板高度；
M1k——施工阶段荷载按荷载标准组合计算的弯矩；
M1Gk——预制板自重在计算截面产生的弯矩标准值；
M1Qk——施工阶段施工活荷载在计算截面产生的弯矩标准值；
di——受拉区第i种纵向钢筋的公称直径；
ni——受拉区第i种纵向钢筋的根数；
vi——受拉区第i种纵向钢筋的相对黏结系数，光圆钢筋取0.7，带肋钢筋取1.0。
⑦预制板挠度验算。
预制板的短期刚度Bs1的计算公式为：
式中 ρ1——预制板纵向受拉钢筋配筋率，对预制板取As/（bh01）。
预制板跨中挠度f1可采用短期刚度的简支梁挠度公式计算。当施工阶段为均布荷载时，构件挠度按下式计算：
式中 l01——预制板计算跨度；
[f]——预制板挠度限值，相邻临时支撑之间桁架预制板的挠度不宜大于支撑间距的1/400；M1k按式（4.24）确定。
（4）叠合板验算
叠合板验算内容包括叠合面受剪承载力验算、纵向受拉钢筋应力验算以及叠合板裂缝和挠度验算。
①叠合面受剪承载力验算。
对不配箍筋的叠合板，其叠合面的受剪承载力应满足：
式中 V——使用阶段等代梁在基本组合下的剪力设计值。
②纵向受拉钢筋应力验算。
叠合板在荷载准永久组合下，其纵向受拉钢筋的应力σsq应符合下列规定：
式中 σs1k——在弯矩M1Gk作用下预制板纵向受拉钢筋的应力；
σs2q——在荷载准永久组合相应的弯矩Mq作用下，叠合板纵向受拉钢筋中的应力增量；
Mq——使用阶段荷载按荷载准永久组合计算的弯矩值；
M2Gk——面层、吊顶等自重标准值在计算截面产生的弯矩值；
M2Qk——使用阶段可变荷载标准值在计算截面产生的弯矩值；
M1u——预制板正截面受弯承载力设计值；
ψq——使用阶段可变荷载准永久值系数。
注意：当M1Gk＜0.35M1u时，式（4.32）中的0.5（1+h1/h）值应取1.0。
③叠合板裂缝验算。
叠合板应按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算最大裂缝宽度ωmax，其不应超过《混凝土结构设计规范》（GB 50010）规定的最大裂缝宽度限值[ω]。
式中 ψ——叠合板裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；
c——叠合板的保护层厚度；
ρte——叠合板的有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率。
④叠合板挠度验算。
叠合板使用阶段的短期刚度可按下列公式计算：
式中 αE——钢筋弹性模量与叠合层混凝土弹性模量的比值，即αE=Es/Ec2；
ρ——叠合板纵向受拉钢筋配筋率，对叠合板取As/（bh0）。
叠合板按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的刚度可按下列公式计算：
式中 θ——考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数；
Bs1——预制板的短期刚度；
Bs——叠合板使用阶段的短期刚度。
叠合板跨中最大挠度f应满足下式：
式中 α——与荷载形式、支撑条件有关的系数；
l0——叠合板计算跨度；
B——叠合板的长期刚度。
（5）预制板吊装验算
预制板吊装验算的内容包括确定吊点位置、预制板受弯验算、预制板受剪验算、预制板吊环承载力验算。预制板的吊装验算应符合下列规定：
①可简化为以吊点或临时支撑作为简支支座的单向带悬臂的简支梁或连续梁。
②桁架预制板可按吊点所在位置划分为若干板带，所有板带应平均承担总荷载。脱模、翻转、起吊、运输、堆放和安装阶段应分别计算平行桁架方向和垂直桁架方向的板带内力和变形；混凝土浇筑阶段应计算平行桁架方向板带的内力和变形。
③平行桁架方向，可将宽度不大于3 000 mm的桁架预制板作为1个板带，如图4.17（a）所示。
④垂直桁架方向，宜以垂直桁架方向的吊点连线为中心线，板带取中心线两侧一定范围内预制板，如图4.17（b）所示。每侧板宽宜取到板边或者相邻两个中心线的中间位置，且板带宽度不应大于桁架预制板厚度的15倍。
图4.17 桁架预制板板带划分示意
1—吊点；2—钢筋桁架；3—板带；4—中心线
预制板的吊装验算取构件脱模、翻转、起吊、运输、堆放、安装过程中最不利情况验算，其中各个阶段的荷载应参照第3章进行计算。当预制板采用4点吊装时，以预制板长边方向为例，预制板受力简图及内力计算简图如图4.18所示，计算公式如下。
式中 V1，V2——预制板吊点处外侧、内侧的剪力标准值；
M1，M2——预制板吊点处和跨中的弯矩标准值；
a——沿预制板长边方向，吊点到预制板端部的距离；
l——预制板的长度；
qm——各施工阶段中预制板考虑动力系数的自重荷载标准值。
图4.18 采用两点吊装的预制板受力及内力简图
吊点选取。预制板吊装通常采用4点吊装，吊点的设置应充分利用钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，吊点的选取参照《桁架钢筋混凝土叠合板（60 mm厚底板）》（15G366-1）。预制板吊装示意图如图4.19所示。
图4.19 预制板吊装示意图
⑤预制板受弯验算。
预制板正截面边缘的混凝土法向压、拉应力、开裂处钢筋应力应该按照式（4.15）～式（4.17）进行验算。
⑥预制板受剪验算。
式中 V——各施工阶段在荷载基本组合作用下预制板所受的剪力设计值；
ft——与各施工阶段的混凝土立方体抗压强度相应的抗拉强度设计值；
b——预制板的截面宽度。
⑦预埋构件及临时支撑验算。
预制板中的预埋吊件及临时支撑宜按下式进行计算：
式中 Sc——施工阶段荷载标准组合作用下的效应值；
Rc——根据国家现行有关标准并按材料强度标准值计算或根据试验确定的预埋吊件、临时支撑、连接件的承载力；
Kc——施工安全系数，可按表4.3的规定取值。当有可靠经验时，可根据实际情况适当增减；对复杂或特殊情况，宜通过试验确定。
表4.3 预埋吊件及临时支撑的施工安全系数Kc
桁架预制板的支撑架体可选用定型独立钢支柱（图4.20），也可采用承插式支架（图4.21）。
图4.20 桁架叠合板定型独立钢支柱示意
1—楼板；2—可调独立支撑；3—三角稳定架
图4.21 桁架叠合板承插式支架示意
1—叠合板；2—支撑立杆；3—水平杆；4—可调托撑
预埋吊环应采用HPB300钢筋或Q235B圆钢，如图4.22所示，并应符合下列规定：
a.吊环锚入混凝土中的深度不应小于30d并应焊接或绑扎在钢筋骨架上，d为吊环钢筋或圆钢的直径。
图4.22 预埋吊环示意图
b.应验算在荷载标准值作用下的吊环应力，验算时每个吊环可按两个截面计算。当吊环直径不大于14 mm时，可以采用HPB300钢筋，考虑各种折减系数后，吊环应力不应大于65 N/mm2；当吊环直径大于14 mm时，可采用Q235B圆钢，考虑各种折减系数后吊环应力不应大于50 N/mm2。
c.当在一个构件上设有4个吊环时，应按3个吊环进行计算。
3）构造要求
①钢筋桁架的尺寸（图4.23）应符合下列规定：
a.钢筋桁架的设计高度H1不宜小于70 mm，不宜大于400 mm，且宜以10 mm为模数。
b.钢筋桁架的设计宽度B不宜小于60 mm，不宜大于110 mm，且宜以10 mm为模数。
c.腹杆钢筋与上、下弦钢筋相邻焊点的中心间距Ps宜取200 mm，且不宜大于200 mm。
图4.23 钢筋桁架示意图
1—上弦钢筋；2—下弦钢筋；3—腹杆钢筋
②桁架预制板的厚度不宜小于60 mm，且不应小于50 mm；后浇混凝土叠合层厚度不应小于60 mm。
③桁架预制板板边第一道纵向钢筋中线至板边的距离不宜大于50 mm。
④钢筋桁架的布置应符合下列规定：
a.钢筋桁架宜沿桁架预制板的长边方向布置。
b.钢筋桁架上弦钢筋至桁架预制板板边的水平距离不宜大于300 mm。相邻钢筋桁架上弦钢筋的间距不宜大于600 mm，如图4.24所示。
c.钢筋桁架下弦钢筋下表面至桁架预制板上表面的距离不应小于35 mm。钢筋桁架上弦钢筋上表面至桁架预制板上表面的距离不应小于35 mm，如图4.25所示。
d.在持久设计状况下，钢筋桁架上弦钢筋参与受力计算时，上弦钢筋宜与桁架叠合板内同方向受力钢筋位于同一平面。
图4.24 钢筋桁架边距与间距示意
1—桁架预制板；2—钢筋桁架
图4.25 钢筋桁架埋深示意
1—桁架预制板；2—钢筋桁架
⑤纵向受力钢筋直径不宜小于8 mm，当板厚不大于150 mm时，钢筋间距不宜大于200 mm；当板厚大于150 mm时，钢筋间距不宜大于板厚的1.5倍，且不宜大于250 mm，且单位宽度内的配筋面积不宜小于跨中相应方向板底钢筋截面面积的1/30。
⑥当板采用强度等级400 MPa、500 MPa的钢筋时，其最小配筋百分率应允许采用0.15和45ft/fy中的较大值。
⑦当桁架叠合板开洞时，应符合下列规定：
a.洞口大小、位置及洞口周边加强措施应符合国家现行有关标准的规定；
b.桁架预制板中钢筋桁架宜避开楼板开洞位置。当因无法避开而被截断时，应在平行于钢筋桁架布置方向的洞边两侧50 mm处设置补强钢筋桁架，补强钢筋桁架端部与被切断钢筋桁架端部距离不小于相邻焊点中心距Ps，如图4.26所示。
图4.26 桁架预制板开洞补强构造示意
1—桁架预制板；2—洞口；3—补强钢筋桁架
⑧桁架预制板与后浇混凝土之间的结合面应符合下列规定：
a.桁架预制板与后浇混凝土叠合层之间的结合面应设置粗糙面。
b.采用后浇带式整体接缝时，接缝处桁架预制板板侧与后浇混凝土之间的结合面宜设置粗糙面。
c.板端支座处桁架预制板侧面宜设置粗糙面。
d.粗糙面面积不宜小于结合面的80%，凹凸深度不应小于4 mm。
⑨桁架预制板的吊点数量及布置应根据桁架预制板尺寸、质量及起吊方式通过计算确定，吊点宜对称布置且不应少于4个。
⑩桁架预制板宜将钢筋桁架兼作吊点。钢筋桁架兼作吊点时，吊点承载力标准值可按表4.4采用，并应符合下列规定：
a.吊点应选择在上弦钢筋焊点所在位置，焊点不应脱焊；吊点位置应设置明显标识。
b.起吊时，吊钩应穿过上弦钢筋和两侧腹杆钢筋，吊索与桁架预制板水平夹角不应小于60°。
图4.27 吊点处附加钢筋示意
1—预制板；2—预制板内纵向钢筋；
3—下弦钢筋；4—附加钢筋
c.当钢筋桁架下弦钢筋位于板内纵向钢筋上方时，应在吊点位置钢筋桁架下弦钢筋上方设置至少2根附加钢筋，附加钢筋直径不宜小于8 mm，在吊点两侧的长度不宜小于150 mm，如图4.27所示。
d.起吊时同条件养护的混凝土立方体试块抗压强度不应低于20 MPa。
e.施工安全系数Kc不应小于4.0。
f.当不符合本条第a款～第d款的规定时，吊点的承载力应通过试验确定。
表4.4 吊点承载力标准值
注：CRB表示冷轧带肋钢筋；CPB表示冷轧光圆钢筋。