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8.3 钢-混凝土组合梁

 
8.3.1 火灾下组合梁中混凝土楼板内的平均温度可按表8.3.1 确定。
表8.3.1 混凝土楼板的平均升温(℃)
混凝土板的平均升温 
注:1 混凝土顶板厚度指压型钢板肋高以上混凝土板厚度。
    2 对顶板厚度介于50∽100mm的混凝土楼板,其升温可通过线性插值得到。
8.3.2 可将组合楼板中的H 型钢梁分成两部分:一部分为下翼缘与腹板组成的倒T 型构件;另一部分为上翼缘。两部分在火灾下的温度可分别按第6.3 节相关规定计算。其中,上翼缘按三面受火考虑,下翼缘与腹板组成的倒T 型构件按四面受火考虑。
8.3.3 组合梁抗火承载力应按下式验算:
组合梁抗火承载力验算 
式中 M——将梁当作简支梁时,相应荷载产生的跨中最大弯矩设计值,对承受均布荷载的梁,
M=
    ——高温下组合梁正弯矩作用时的抵抗弯矩值,按第8.3.4条计算;
    ——高温下组合梁负弯矩作用时的抵抗弯矩值,按第8.3.5条计算。
8.3.4 高温下组合梁正弯矩作用时的抵抗弯矩值可按下式计算:
1 塑性中和轴在混凝土板内(图8.3.4-1),即塑性中和轴在混凝土板内时:
正弯矩作用时组合梁第一类截面及其应力分布 
图8.3.4.1 正弯矩作用时组合梁第一类截面及其应力分布(8.3.4-1)
正弯矩作用时组合梁第一类截面及其应力分布 
式中和图中
    —— 混凝土顶板全部受压时的承载力,CTot1=fcTAc1,其中Ac1为混凝土板截面积,fcT为混凝土高温抗压强度,按混凝土顶板平均温度确定;
    C 1——混凝土顶板所受压力,
    F1——钢梁上翼缘全部屈服时的承载力,F1=γRηTfAn,其中An为上翼缘截面面积,ηT为钢材强度高温折减系数,按钢梁腹板温度确定;
    F2——钢梁腹板全部受拉或受压屈服时的承载力,F2=γRηT
fAw,其中fAw为上翼缘截面面积,ηT为钢材强度高温折减系数,按钢梁腹板温度确定;

    F3——下翼缘全部屈服时的承载力,F3=γRηT
fAf2,其中Af2为下翼缘截面面积,ηT为钢材强度高温折减系数,按钢梁下翼缘温度确定;
    H——钢梁截面总高度;
    H0——整个组合梁截面总高度,H0=H+hu+hd ;
   hu——混凝土板等效厚度,当组合梁为主梁时,其值取压型钢板肋以上混凝土板厚加肋高度一半,当组合梁为次梁时,仅取压型钢板肋以上的混凝土板厚;
    hd——混凝土肋的等效高度,当组合梁为主梁时,其值取压型钢板肋高度的一半;当组合梁为次梁时,取压型钢板肋的全高;
    be——混凝土板有效宽度,根据现行国家标准《 钢结构设计规范GB 50017 相关条文确定;
    el——混凝土顶板受压区高度;
    hcl——混凝土顶板受压区中心到钢梁下翼缘中心的距离,hcl=H0-0.5el;
    hFl——上翼缘中心到下翼缘中心的距离;
    hFZ——腹板中心到下翼缘中心的距离。
2 塑性中和轴在钢梁截面内(图8.3 4-2),时:
塑性中和轴在钢梁截面内 
图8.3.4-2 正弯矩作用时组合梁第二类截面及其应力分布
正弯矩作用时组合梁第二类截面及其应力分布 
式中 hc1——混凝土顶板受压区中心到钢梁下翼缘中心的距离,hc1=H0-0.5hu;
     Fcom2——腹板受压区的合力,Fcom2=0.5(一C1-F1+F2+F3);
     hcom2——腹板受压区中心到下翼缘中心的距离,hcom2=0.5(e2+H),其中e2为截面塑性中和轴到下翼缘中心的距离,
     Ften2——腹板受拉区的合力,Fcom2=0.5(Cl+ Fl+F2-F3);
     Hten2——腹板受拉区中心到下翼缘中心的距离,为0.5e2。
8.3.5 高温下组合梁受负弯矩作用时,可不考虑楼板和钢梁下翼缘的承载作用(图8.3.5 ) ,相应的组合梁抵抗弯矩可按下式计算:
负弯矩作用时组合梁截面及其应力分布
图8.3.5 负弯矩作用时组合梁截面及其应力分布
负弯矩作用时组合梁截面及其应力分布 
式中 Fcomy2——腹板受压区合力,Fcomy2=0.5( Fl +F2);
    Fteny2——腹板受拉区合力,Fteny2=o.5(一F1+F2);
    hcomy2——腹板受压区中心到下翼缘中心的距离,当Fcomy2>0时hcomy2=0.5( H+e3),当Fteny2≤0时hcomy2=0.5H;
    e3——塑性中和轴到上翼缘中心的距离,当Fteny2>O 时e3=;当Ften≤0时,e3=0;
    hteny2——腹板受拉区中心到下翼缘中心的距离,当Fteny2>O时,hteny2=0.5e3;当Fteny2≤O时,hteny2=0。
 
 
条文说明
8.3 钢-混凝土组合梁
 
8.3.1~8.3.5 火灾下钢-混凝土组合梁的承载力可像常温下一样,按塑性进行计算,但应考虑火灾升温对混凝土强度和钢材强度的影响。火灾下混凝土板的温度沿楼板厚度方向的分布是不均匀的,但为简化计算,假设楼板内温度均匀分布,并取楼板的平均温度作为楼板的代表温度。
    试验发现,火灾中组合梁中钢梁的上翼缘温度较低,接近混凝土顶板的温度,而钢梁的腹板和下 翼缘温度一致。
    钢框架梁常采用组合梁,由于框架梁梁端的轴向约束产生的悬链线效应,可使火灾下梁中的温度轴向力为零,与图4 所示情况类似。如组合梁为独立梁,且梁无轴向约束,则火灾下梁的轴向可自由膨胀,则梁中不会产生温度轴向力。可见,无论组合梁两端是否有轴向约束,进行抗火承载力验算时均可不考虑梁中轴力。
     组合梁的抗火验算可按下列步骤进行:
    1 对钢梁采用一定的防火保护被覆。
    2 按第8.3.1 和8.3.2 条分别计算混凝土顶板和钢梁在规定耐火极限要求下的温度。
    3 按第8.3.3 条验算组合梁的抗火承载力。

 
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