浅谈中美两国压型钢板―混凝土非组合板设计规范

摘要：介绍了压型钢板与混凝土组合楼板的分类和构造要求，对比了中美两国非组合板设计方法，根据两国现行相关规范对承载力计算方法和挠度计算方法进行了比较，并以AP1000核电站附属厂房（40厂房）EL.182’屋面板为例进行了相关计算。本文研究内容对AP1000核电站的消化、吸收和设计提供参考。

关键词：压型钢板；非组合板；受弯承载力

0 引言

压型钢板与混凝土组合楼板作为一种新型的楼板结构，因其具有节省模板、施工简便快捷、高性价比等优点，受到许多建设者的欢迎，目前已被广泛应用于房屋建筑与工业建筑的楼（屋）面工程中。

AP1000核电站附属厂房（40厂房）中，土建结构主要采用了组合楼板结构，其设计依据美国《核安全有关的混凝土结构的规范要求》（ACI 349-01）和《美国混凝土结构建筑规范和注释》（ACI 318M-05）。组合楼板在我国主要应用于高层建筑和钢结构厂房中，设计的主要依据是《高层民用建筑钢结构设计技术规程》（JGJ99-1998）。为促进组合楼板在核电厂土建结构中的应用，加深对组合楼板的认识，本文比较了中美两国规范对组合楼板设计规定的异同之处，并以AP1000核电站40厂房 EL.182’屋面板为例进行了相关计算，为工程设计及研究人员提供参考。

1 压型钢板与混凝土组合楼板的分类和构造要求

1.1组合楼板的分类

压型钢板与混凝土组合楼板分为组合板和非组合板，这两种类型楼板的主要差别在于对压型钢板的功能要求。组合板中的压型钢板不仅用作永久性模板，而且作为混凝土板的下部受拉钢筋与混凝土一起共同工作形成组合楼板；非组合板中的压型钢板仅用作永久性模板，不考虑与混凝同工作。AP1000核电站40厂房中采用的就是上述非组合板。

1.2 组合楼板的构造要求

组合楼板的构造要求如下：（1）组合板的压型钢板宜采用带有特殊波槽、压痕的开口板，缩口板及闭口板；非组合板的压型钢板不要求采用特殊波槽、压痕的板型。（2）用于组合板的压型钢板厚度不应小于0.75mm；仅作模板用的非组合板，其厚度应不小于0.5mm。浇注混凝土的波槽平均宽度不应小于50mm。（3）支撑于钢梁上连续板或搭接板，支撑长度不应小于50mm。（4）组合楼板端部应设置栓钉锚固件，栓钉应设置在端支座的压型钢板凹肋处，穿透压型钢板并焊牢于钢梁上。

2 设计规范的比较

压型钢板与混凝土非组合板的承载能力计算包括压型钢板施工阶段的验算和非组合板使用阶段计算。

2.1 压型钢板在施工阶段的验算

压型钢板在施工阶段的受弯承载力及挠度计算时，可按强边（顺肋）方向的单向板计算正、负弯矩和挠度，对弱边方向可不进行计算。计算简图可视实际支承跨数及跨度尺寸确定，考虑到下料的不利情况，一般取两跨连续板或单跨简支板进行计算。

2.1.1 受弯承载力计算

1）中国规范

采用极限状态设计法，压型钢板的受弯承载力应符合下式要求：

式中， 为计算宽度内压型钢板的弯矩设计值； 为压型钢板抗拉强度设计值； 为计算宽度内压型钢板的有效截面抵抗矩。

2）美国规范

采用容许应力法（ASD），按下式进行计算：

式中， 为压型钢板弯矩截面系数。

因为设计方法的不同，两者的承载力计算有明显的不同。中国规范采用极限状态设计法，美国规范则采用容许应力法来进行压型钢板的抗弯强度验算。在计算弯矩设计值方面，两者也有所不同：中国规范采用考虑荷载分项系数的基本组合值来进行计算；美国规范以标准组合值来进行弯矩设计值的计算，所得出的弯矩设计值相对中国规范偏小。

2.1.2 挠度验算

中国规范和美国规范对压型钢板在施工阶段的挠度计算方法是一致的，均采用压型钢板有效截面惯性矩。

两跨连续板：

单跨简支板：

式中， 为计算宽度内的均布短期荷载标准值； 为压型钢板弹性模量； 为计算宽度内压型钢板的惯性矩； 为压型钢板的计算跨度； 为板的允许挠度，取 及20mm的较小值。

2.2 非组合板使用阶段计算

使用阶段，压型钢板不作为混凝土板的受拉钢筋，属于非受力钢板，因此按如同无压型钢板的钢筋混凝土楼板计算其承载力。

2.2.1 荷载组合

中国规范对荷载效应组合采用将荷载标准值计算的荷载效应值乘荷载分项系数，对可变荷载效应再乘组合值系数。

可变荷载起控制作用下：

永久荷载起控制作用下：

美国规范对荷载效应组合采用将荷载标准值计算的荷载效应值乘荷载分项系数。

工况1： L

工况2：

2.2.2 正截面受弯承载力

1）中国规范

按普通混凝土板设计，有效高度考虑压型钢板波谷的影响。

适用条件： 且

式中， 为压型钢板肋以上混凝土厚度；b为楼板计算宽度；x为混凝土受压区高度； 为组合楼板截面有效高度； 为混凝土抗压强度设计值； 为相对界限受压区高度。

2）美国规范

采用的是基于概率理论的荷载和抗力系数法（LRFD），按下式进行计算：

式中，为折减系数，取0.9；d为截面有效高度；a为混凝土受压区高度； 为混凝土抗压强度设计值。

可以看出，中美两国规范对正截面受弯承载力计算的基本原理是一致的，都是利用同一截面力和弯矩平衡原理进行求解，所以计算公式没有本质的区别，只是公式中参数的物理意义和取值有所不同。

3 算例分析及设计结果对比

以AP1000核电站附属厂房（40厂房）EL.182’屋面板为例进行计算。选用Lysaght 2W-DECK压型钢板，厚度1.2mm，截面尺寸和截面特性参考图3.1和表1。压型钢板采用ASTM A36镀锌钢板，弹性模量 ，最小屈服强度 。

楼板总厚度 ，计算跨度5’-6”。选用圆柱体抗压强度 的混凝土和ASTM615钢筋，钢筋强度值 ；中间支座处，在板的上方配有#4@12”（）的受拉钢筋。在计算荷载时，施工阶段的恒荷载为 ，活荷载为 ；使用阶段的恒荷载为 ，活荷载为 ，竖向地震荷载 。

本文分别对压型钢板施工阶段受弯承载力和挠度、以及非组合板使用阶段正截面抗弯承载力进行了计算和对比。所得结果如表1所示。

可看出，中美两国规范对压型钢板施工阶段的挠度计算结果是一致的。但在计算承载力时，计算方法差别给承载力计算结果造成较大影响。如表1所示，无论是压型钢板施工阶段的承载力，还是非组合板使用阶段的承载力，与中国规范相比，按美国规范计算得出的结果都偏于保守，说明美国规范在构造方面要求较高，安全性更高。

4 总结

本文对中美两国关于压型钢板混凝土非组合板设计的相关规范进行比较，并以40厂房EL.182’屋面板为例进行了相关计算，得出以下结论：

（1）两国规范在压型钢板施工阶段的挠度计算方面是一致的；施工阶段承载力的计算方面，两者有明显的不同：中国规范采用极限状态设计法，美国规范采用容许应力设计法。

（2）在计算非组合板使用阶段正截面承载力时，两者基本原理是一致的，都是利用同一截面力和弯矩平衡原理进行求解，只是公式中参数的物理意义和取值有所不同，由此可看出中国规范和美国规范具有一致性。

参考文献：

[1]APP-CD01-C1-001（Rev.1），APl000 Design Criteria for Steel Decking and Stay-In-Place Forms

[2]ACI-349-01，Code Requirements for Nuclear Safety Related Concrete Structures

[3]ACI 318M-05，Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary