5.3.2 梁截面承载力计算
1)施工阶段有可靠支撑的叠合梁计算
(1)计算方法
在计算施工阶段有可靠支撑的叠合梁时,计算截面取叠合梁截面,但在正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算中,混凝土强度等级取预制梁和叠合层中较低的强度等级,且叠合梁的斜截面受剪承载力不低于预制梁的斜截面受剪承载力,并应使叠合面的受剪承载力大于叠合梁剪力设计值。
(2)正截面受弯承载力计算
矩形截面或翼缘位于受拉边的倒T形截面受弯构件,其正截面受弯承载力应符合下列规定
图5.15 矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算
(图5.15):
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——计算系数,按《混凝土结构设计规范》(GB 50010)相关规定计算;
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——矩形截面的宽度或倒T形截面的腹板宽度;
h0——截面有效高度;
——受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离。
(3)斜截面及叠合面受剪承载力
计算叠合梁配置的单位长度箍筋面积Asv/s取式(5.7)、式(5.10)和式(5.11)3项计算结果的最大值。
①预制梁斜截面受剪承载力计算。
预制梁斜截面受剪承载力按一般钢筋混凝土梁的斜截面受剪承载力公式计算,应符合下列规定:
式中 V1——预制梁计算截面的剪力设计值;
Vcs1——预制梁受剪承载力设计值;
V1G——按简支梁计算的由预制梁自重、预制板自重和叠合层自重在计算截面产生的剪力设计值;
V1Q——按简支梁计算的由施工活荷载在计算截面产生的剪力设计值;
ft1——预制梁混凝土的抗拉强度设计值;
h01——预制梁截面有效高度;
fyv——箍筋抗拉强度设计值。
②叠合梁斜截面受剪承载力计算。
叠合梁斜截面受剪承载力按一般钢筋混凝土梁的斜截面受剪承载力公式计算,且应符合下列规定:
式中 V2——叠合梁计算截面的剪力设计值;
Vcs2——叠合梁受剪承载力设计值;
V2G——按整体结构计算的由面层、吊顶等自重在计算截面产生的剪力设计值;
V2Q——按整体结构计算的可变荷载在计算截面产生的剪力设计值,取施工活荷载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的剪力设计值中的较大值;
ft——混凝土抗剪强度设计值取预制梁和后浇叠合层混凝土强度等级中的较低值;
h02——叠合梁截面有效高度。
③叠合面受剪承载力计算。
叠合梁底部预制梁与叠合层后浇混凝土之间的叠合面,在符合构造措施的条件下,其受剪承载力应符合下列规定:
式中 ft——混凝土的抗拉强度设计值,取叠合层和预制梁中的较低值。
在计算中,叠合梁斜截面受剪承载力设计值Vcs2应不低于预制梁斜截面受剪承载力设计值Vcs1,满足下式要求:
2)施工阶段不加支撑叠合梁计算
(1)计算方法
施工阶段无支撑的叠合梁,二次成型浇筑混凝土的重力及施工活荷载的作用影响了构件的内力和变形,应按二阶段受力的叠合梁进行设计计算。预制梁和叠合梁的正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力的验算,应按一般受弯构件的规定和计算公式进行。
在计算中,正弯矩区段的混凝土强度等级,按叠合层取用;负弯矩区段的混凝土强度等级,按计算截面受压区的实际情况取用。在计算中,叠合构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值Vcs应取叠合层和预制构件中较低的混凝土强度等级进行计算,且不低于预制构件的受剪承载力设计值。其中,正弯矩区段(跨中截面)的配筋,应取预制梁和叠合梁计算结果的较大值,并进行叠合面的受剪承载力计算、叠合梁纵向受拉钢筋的应力验算、裂缝宽度验算、挠度验算等。
(2)荷载计算及内力设计值
①施工阶段(计算预制梁)。
预制梁按简支梁计算,如图5.16(a)所示。弯矩设计值M1和剪力设计V1值按下式确定:
式中 M1G,V1G——按简支梁计算的由预制梁自重、预制板自重和叠合层自重(q1G)在计算截面产生的弯矩设计值、剪力设计值;
M1Q,V1Q——按简支梁计算的由施工活荷载(q1Q)在计算截面产生的弯矩设计值、剪力设计值。
②使用阶段(计算叠合梁)。
图5.16 叠合梁的两受力阶段
叠合层混凝土达到强度设计值,如图5.16(b)所示。计算叠合梁时,按整体结构分析,按下列公式计算。
对叠合梁的正弯矩区:
对叠合构件负弯矩区:
叠合梁剪力:
式中 M2G,V2G——按整体结构计算的由面层、吊顶等自重(q2G)在计算截面产生的弯矩设计值、剪力设计值;
M2Q,V2Q——按整体结构计算的可变荷载由(q2Q)在计算截面产生的弯矩设计值、剪力设计值,取施工活荷载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的内力设计值中的较大值。
(3)梁正截面受弯及斜截面受剪承载力验算
预制梁的正截面边缘混凝土法向拉、压应力验算以及开裂截面处的钢筋应力验算按照式(4.15)—式(4.17)计算;预制梁正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力的验算,应按一般受弯构件的规定和计算公式进行,按式(5.1)—式(5.4)验算受弯纵向钢筋,按式(5.5)—式(5.7)验算受剪箍筋,其弯矩设计值按式(5.13)取值,剪力设计值按式(5.14)取值。
叠合梁正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力的验算,应按一般受弯构件的规定和计算公式进行,按式(5.1)—式(5.4)验算受弯纵向钢筋。按式(5.8)—式(5.10)验算受剪箍筋,其弯矩设计值按式(5.15)和式(5.16),剪力设计值按式(5.17)取值,并应按照式(5.11)—式(5.12)验算叠合面的受剪承载力。
(4)梁纵向受拉钢筋应力验算
不加支撑的叠合梁在两阶段受力过程中,由于叠合构件在施工阶段先以截面高度小的预制构件承担该阶段全部荷载,使得受拉钢筋中的应力比用叠合构件全截面承担同样荷载时大,出现了受拉钢筋应力超前的现象,在使用阶段受力过程中,虽然受拉钢筋应力超前的现象有所减小,但仍使叠合构件与同样截面普通受弯构件相比钢筋拉应力及曲率偏大,并有可能使受拉钢筋在准永久值组合的弯矩作用下过早达到屈服,这种情况在设计中应予以防止。
梁的纵向受拉钢筋应力验算应参考第4.2.2节中板的纵向受拉钢筋应力验算过程,并按照式(4.29)—式(4.34)验算纵向受拉钢筋应力。
(5)梁裂缝宽度验算
①预制梁的裂缝宽度验算。
预制梁的裂缝宽度验算应参考第4.2.2节中的预制板裂缝宽度验算过程,并按照式(4.20)—式(4.25)验算预制梁的裂缝宽度。
②叠合梁的裂缝宽度验算。
叠合梁的裂缝宽度验算应参考第4.2.2节中的叠合板裂缝宽度验算过程,并按照式(4.35)和式(4.36)验算叠合梁的裂缝宽度。
(6)梁挠度验算
①预制梁挠度验算。
预制梁的挠度验算应参考第4.2.2节中预制板的挠度验算过程,并按照式(4.26)计算预制梁的短期刚度,按照式(4.27)计算预制梁的挠度,梁的挠度限值见《混凝土结构设计规范》(GB 50010)的有关规定。
②叠合梁挠度验算。
叠合梁的挠度验算应参考第4.2.2节中叠合板的挠度验算过程,并按照式(4.37)计算叠合梁的短期刚度,按照式(4.38)计算考虑长期荷载作用的叠合梁的刚度,再按照式(4.39)计算叠合梁的挠度值。
(7)预制梁吊装验算
预制梁在脱模、翻转、起吊、运输、堆放、安装等短暂设计状况下的施工验算系数取值应参考第4章预制板的吊装验算。预制梁短暂设计状况的内力值按式(4.40)—式(4.43)计算。
图5.17 预制梁吊装示意图
①吊点选取。
对预制梁,设总长为l,吊点距端部为a。根据起吊后构件内力最小化的原则,两点吊装时,吊点边距a=0.207l;三点吊装时,吊点边距a=0.153l,第3点为构件中点。预制梁吊装示意图如图5.17所示。
②预制梁验算。
预制梁在短暂设计状况下的受弯验算、受剪验算以及预埋件和临时支撑验算应参考第4.2.2节中预制板吊装验算。