4.3.2 构件设计
1）一般规定
①结构的下列部位楼盖不宜采用钢管桁架预应力混凝土叠合板：
a.作为上部结构嵌固部位的地下室楼层及其相关范围；
b.结构转换层；
c.平面复杂或开洞较大的楼层；
d.结构体型收进处的楼层及相邻上、下各一层；
e.斜柱上、下端周围局部楼盖。
②在结构内力与位移计算时，可假定钢管桁架预应力混凝土叠合板在其自身平面内为无限刚性。一方面，钢管桁架预应力混凝土预制底板与后浇叠合层结合较好；另一方面，预制底板较薄、后浇叠合层厚度较大，因此钢管桁架预应力混凝土叠合板的整体性较好，可视为整体。
③钢管桁架预应力混凝土预制底板应进行短暂设计状况下的板底抗裂、板面混凝土受压、承载力、灌浆钢管和腹杆钢筋强度及稳定性、挠度验算。其中短暂设计状况包含脱模、翻转、起吊、运输、堆放、安装等阶段。
④钢管桁架预应力混凝土叠合板应进行持久设计状况下的承载能力极限状态计算和正常使用极限状态的验算。正常使用极限状态下的钢管桁架预应力混凝土叠合板应采用荷载效应标准组合进行验算。
⑤钢管桁架预应力混凝土预制底板中预应力钢筋的预应力损失值计算，应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的有关规定。
⑥材料要求。
A.混凝土：钢管桁架预应力混凝土预制底板混凝土强度等级不宜低于C40，叠合层的混凝土强度等级不应低于C30。
B.钢材：
a.灌浆钢管桁架中的钢管宜采用焊接圆钢管，宜采用Q235或更高强度的钢材；钢管壁厚不宜小于1 mm，外径不宜小于20 mm；
b.钢管桁架预应力混凝土预制底板受力的预应力钢筋宜采用预应力钢丝，直径不宜小于5 mm；钢管桁架预应力混凝土预制底板的构造钢筋，可根据实际情况确定，但其直径不应小于4 mm。
C.浆料：钢管内灌浆材料宜采用微膨胀高强砂浆，抗压强度标准值不应低于40 MPa。
2）计算方法
钢管桁架预应力混凝土叠合板可参照钢筋桁架混凝土叠合板按照施工阶段跨中是否设置可靠支撑分别进行计算。
（1）脱模、翻转、运输、堆放、吊装和施工等短暂设计状况计算（预制底板验算）
钢管桁架预应力混凝土叠合板在施工阶段和使用阶段的荷载和内力值，可参照钢筋桁架混凝土叠合板进行计算。
计算各工况时，截面特性宜按组合截面（图4.43）计算。计算跨内截面应力时截面中和轴位置、惯性矩计算见式（4.51）、式（4.52）；计算跨内支座处（吊点、支撑处）截面应力时，灌浆钢管受拉，宜偏安全地近似按不考虑钢管中灌浆材料的贡献来考虑，截面中和轴位置、惯性矩计算见式（4.53）、式（4.54）。
图4.43 钢管桁架预应力混凝土预制底板组合截面
式中 αEp——钢管桁架预应力混凝土预制板内预应力钢筋与预制底板混凝土的弹性模量之比；
Esc——灌浆钢管复合弹性模量与预制底板混凝土的弹性模量之比；
αE——钢管弹性模量与预制底板混凝土的弹性模量之比；
Dgc——灌浆钢管外径；
tgc——钢管壁厚；
h1——预制底板厚度；
ha——钢管形心至预制底板下边缘距离；
hp——钢管形心至预应力钢筋形心距离；
y0——等效组合截面形心至预制底板下边缘距离。
灌浆钢管按一种复合材料来考虑，其弹性模量、抗压强度、轴心受压稳定系数等均可参考《钢管混凝土结构技术规范》（GB 50396）确定。灌浆钢管复合弹性模量Esc、抗压强度设计值fsc和轴心受压稳定系数φ应分别按下式计算，钢管抗拉分项系数近似取1.1。
式中 fsc——灌浆钢管抗压强度设计值；
fcl——灌浆材料轴心抗压强度设计值；
fs——钢管强度设计值；
Ag——钢管截面面积；
Acl——灌浆材料截面面积；
θ——灌浆钢管的套箍系数；
B、C——截面形状对套箍效应的影响系数；
Esc——灌浆钢管复合弹性模量；
Es——钢管弹性模量；
Ecl——灌浆材料弹性模量；
λsc——灌浆钢管的长细比，等于构件的计算长度除以回转半径；
——灌浆钢管正则长细比。
①钢管桁架预应力混凝土预制底板正截面受弯承载力可参考式（4.9）、式（4.11）和式（4.12），但由于预应力筋的存在，截面受压区高度x应符合下列规定，计算示意图如图4.44所示。
图4.44 预制板正截面受弯承载力计算
式中 fc——预制板混凝土轴心抗压强度设计值；
Ap——预制板受拉区纵向预应力筋的截面面积；
b——等代梁计算宽度；
α1——系数。
②钢管桁架预应力混凝土预制底板截面边缘混凝土法向压应力应符合下列规定：
截面边缘混凝土法向压应力可按下列公式计算：
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；
σpcc——由预加力产生的正截面边缘混凝土法向压应力；
Wcc——预制板截面混凝土受压边缘弹性抵抗矩，按等效组合截面计算；
A0——预制板等效组合截面面积；
M1k——各施工阶段在荷载标准组合作用下组合截面弯矩标准值；
Np0——构件预加力；
ep0——预加力作用点至换算截面重心的距离；
f′ck——预制板与各施工阶段的混凝土立方体抗压强度相应的轴心抗压强度标准值。
注意：a.式（4.64）、式（4.65）中，各项计算值为压应力时取正号，拉应力时取负号；b.验算跨内支座处预制底板截面边缘混凝土法向压应力时，Wcc宜按不考虑钢管内灌浆材料贡献的等效组合截面计算。
③钢管桁架预应力混凝土预制底板截面边缘混凝土法向拉应力应满足下列公式的要求：
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；
σpct——由预加力产生的正截面边缘混凝土法向拉应力；
Wct——预制板截面混凝土受拉边缘弹性抵抗矩，按等效组合截面计算；
——预制板与各施工阶段的混凝土立方体抗压强度相应的轴心抗拉强度标准值。
注意：式（4.67）、式（4.68）中，各项计算值为拉应力时取正号，压应力时取负号。
④灌浆钢管法向压应力应满足下列公式的要求：
灌浆钢管法向压应力可按下列公式计算：
式中 σgc——各施工阶段在荷载标准组合作用下的灌浆钢管法向压应力；
σpcg——由预加力产生的灌浆钢管形心处法向应力；
Wgc——灌浆钢管受压时预制板组合截面灌浆钢管形心处弹性抵抗矩，按等效组合截面计算；
fsc——灌浆钢管抗压强度设计值；
αEsc——灌浆钢管复合弹性模量与混凝土的弹性模量之比；
φ——灌浆钢管轴心受压稳定系数，按现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》（GB 50936）确定，计算长度取钢管焊接节点距离。
注意：式（4.70）、式（4.71）中，各项计算值为拉应力时取正号，压应力时取负号。
⑤支撑及吊点负弯矩处的钢管法向拉应力应满足下列公式的要求：
式中 σgt——各施工阶段在荷载标准组合作用下的钢管法向拉应力；
fs——钢管强度设计值；
αE——钢管弹性模量与混凝土的弹性模量之比；
Wgt——灌浆钢管受拉时预制板组合截面灌浆钢管形心处弹性抵抗矩，宜按不考虑钢管内灌浆材料贡献的等效组合截面计算。
注意：式（4.73）中，各项计算值为拉应力时取正号，压应力时取负号。
⑥腹杆钢筋压应力应满足下列公式的要求：
式中 σsf——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组合截面剪力标准值；
φf——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）的有关规定确定，计算长度取0.7倍腹杆钢筋自由段长度；
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；
Af——单肢腹杆钢筋的截面面积；
fykf——腹杆钢筋的屈服强度标准值。
⑦施工阶段钢管桁架预应力混凝土预制底板挠度应满足下列公式要求：
a.要求不出现裂缝的构件：
b.允许出现裂缝的构件：
式中 ρ1——预制板纵向受拉钢筋配筋率：对预应力混凝土受弯构件，取为（α1Ap+As）/（bh01）；
I01——预制板换算截面惯性矩；
κcr——预应力混凝土预制构件正截面的开裂弯矩Mcr与弯矩Mk的比值，当κcr＞1.0时，取κcr=1.0；
σ1pc——预制板扣除全部预应力损失后，由预加力在抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力；
γ——混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数；
γm——混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数基本值，可按正截面应变保持平面的假定，并取受拉区混凝土应力图形为梯形、受拉边缘混凝土极限拉应变为2ftk/Ec确定，对于矩形截面，γ取1.55；
h1——预制板截面高度：当h1＜400 mm时，取h1=400 mm。
注意：对预压时预拉区出现裂缝的构件，Bs1应降低10%。
施工阶段钢管桁架预应力混凝土预制底板跨中挠度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，构件挠度按式（4.27）计算。
（2）持久设计状况计算（叠合板验算）
持久设计状况应进行钢管桁架预应力混凝土叠合板的正截面受弯承载力验算、斜截面受剪承载力验算、叠合面受剪强度验算、裂缝验算和挠度验算。
①钢管桁架预应力混凝土叠合板正截面受弯承载力应按照式（4.9）—式（4.12）计算。
②钢管桁架预应力混凝土叠合板斜截面受剪承载力应符合下列规定：
式中 V——叠合板斜截面上的最大剪力设计值；
ft——混凝土的轴心抗拉强度设计值，取预制板和叠合层混凝土强度的较小值。
③钢管桁架预应力混凝土叠合板叠合面受剪强度应符合下列规定：
当钢管桁架预应力混凝土预制底板上表面设置了粗糙面，以保证结合面受剪承载力满足要求，从而叠合层混凝土与钢管桁架预制底板形成整体协调受力并共同承载。此时，均布荷载作用下的一般钢管桁架预应力混凝土叠合板，可不对叠合面进行受剪强度验算。
④钢管桁架预应力混凝土叠合板的抗裂验算应符合下列规定：
钢管桁架预应力混凝土叠合板沿平行桁架方向的板底裂缝控制等级宜为二级，按下列公式验算：
式中 σck2——使用阶段按荷载标准组合计算控制截面抗裂验算边缘的混凝土法向应力；
σpc——扣除全部预应力损失后在控制截面抗裂验算边缘混凝土的法向应力，当为压应力时取正值，拉应力时取负值，可按式（4.68）计算；
ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值，取预制板和叠合层混凝土强度的较小值；
M1Gk——叠合板自重标准值在计算截面产生的弯矩值，应根据叠合层浇筑施工阶段的支撑设置情况计算；
M2k——第二阶段荷载标准组合下在计算截面上产生的弯矩值；
M2Gk——第二阶段面层、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；
W01——预制板换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩；
W0——叠合板换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩。
⑤钢管桁架预应力混凝土叠合板裂缝应符合下列规定：
钢管桁架预应力混凝土叠合板沿平行桁架方向的板顶、垂直桁架方向的板底及板顶裂缝控制等级为三级，应满足现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010）规定的裂缝宽度限值及按照式（4.22）、式（4.25）、式（4.35）、式（4.36）进行裂缝宽度验算。
其中，按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力σsk可按下列公式计算：
式中 Mk——叠合板按荷载标准组合计算的弯矩值；
z——受拉区纵向普通钢筋和预应力筋合力点至截面受压区合力点的距离；
α1——无黏结预应力筋的等效折减系数，取α1为0.3，对灌浆的后张预应力筋，取α1为1.0；
——受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值；
e——轴向压力作用点至纵向受拉普通钢筋合力点的距离；
ep——计算截面上混凝土法向预应力等于零时的预加力Np0的作用点至受拉区纵向预应力筋和普通钢筋合力点的距离；
yps——受拉区纵向预应力筋和普通钢筋合力点的偏心距。
⑥钢管桁架预应力混凝土叠合板挠度应符合下列规定：
叠合板按标准组合考虑荷载长期作用影响的刚度B可按下列规定计算：
式中 Mq——叠合构件按荷载准永久组合计算的弯矩值，按照式（4.34）计算；
Bs1——预制构件的短期刚度，按照式（4.76）或式（4.77）计算；
Bs——叠合构件第二阶段的短期刚度，按照式（4.92）计算；
ψq——第二阶段可变荷载的准永久值系数；
θ——考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数，对于预应力混凝土受弯构件，取θ=2。
叠合构件第二阶段的短期刚度可按下列公式计算：
式中 Ec1——预制构件的混凝土弹性模量；
I0——叠合构件换算截面的惯性矩，此时，叠合层的混凝土截面面积应按弹性模量比换算成预制构件混凝土的截面面积。
叠合板跨中最大挠度f应按照式（4.39）计算。
（3）钢管桁架预应力混凝土预制板的吊装验算
与普通钢筋桁架混凝土预制板的吊装验算相同，具体计算方法不再赘述。