正交工程竹—混凝土组合楼板防火设计方法技术

本发明专利技术公开了一种正交工程竹—混凝土组合楼板防火设计方法，其包括：选取组合楼板的截面尺寸，采用γ—法计算组合楼板的刚度和应力分布，验算常温下的变形和强度，确定满足常温设计要求的截面尺寸；确定组合楼板的耐火极限设计要求和火灾下最不利荷载组合效应设计值；采用γ—法计算炭化后组合楼板剩余截面的应力分布，通过迭代计算得到组合楼板的耐火极限；比较组合楼板的耐火极限计算值是否不小于耐火极限设计值，若满足，则确定组合楼板的截面尺寸；若不满足，则增加组合楼板中工程竹的层板数量；重复上述步骤直至组合楼板的耐火极限满足设计要求，确定组合楼板的截面尺寸。本发明专利技术形成了一种科学、准确、有效的正交工程竹—混凝土组合楼板防火设计方法。竹—混凝土组合楼板防火设计方法。竹—混凝土组合楼板防火设计方法。

【技术实现步骤摘要】
正交工程竹
—
混凝土组合楼板防火设计方法


[0001]本专利技术涉及建筑结构的防火设计方法，特别涉及正交工程竹—混凝土组合楼板防火设计方法。

技术介绍

[0002]竹材是可再生的、绿色环保的材料，将助力实现我国碳中和碳达峰的发展目标。研究表明，竹材的抗拉强度高、强重比高，可用于替代木材用于建筑结构中。将3至9层胶合竹、重组竹等工程竹材正交组坯并采用结构胶黏剂压制形成正交工程竹板后，两个方向的强度和刚度相近，整体受力性能好，能充分发挥工程竹材的性能，可被广泛用于楼板或墙板。由于工程竹材弹性模量较小，跨度较大的楼板设计时通常是变形控制，工程竹材的材料强度无法完全发挥。为解决这一问题，将正交工程竹板通过剪力连接与混凝土板连接形成正交工程竹—混凝土组合楼板后，可显著提升正交工程竹板的承载力和变形性能。
[0003]火灾是威胁公众和社会发展的主要灾害之一，会对国民经济和人类造成巨大的损失。工程竹材是可燃性材料，正交工程竹楼板需进行科学的防火设计才能确保工程竹结构的防火安全性能。
[0004]然而，由于正交工程竹—混凝土组合楼板由横纹层板、顺纹层板和混凝土层组成，不同层板之间存在滑移，计算组合楼板的承载力时需考虑滑移的影响，且受火后工程竹板发生炭化，受火时组合楼板的承载机理复杂。目前，尚缺少考虑正交工程竹板与混凝土板之间滑移变形影响的组合楼板的防火设计方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述缺陷和不足，本专利技术旨在提出一种科学、准确、有效的正交工程竹—混凝土组合楼板的防火设计方法，为组合楼板的防火安全提供技术支撑。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种正交工程竹—混凝土组合楼板防火设计方法，其包括以下步骤：
[0008]步骤S1：选取组合楼板的截面尺寸，采用γ—法计算组合楼板的刚度和应力分布，验算常温下的变形和强度，确定满足常温设计要求的截面尺寸；选取过程中，根据验算结果确定截面尺寸；若验算结果不满足常温设计要求则增加正交工程竹的层数，反之则减少正交工程竹的厚度；
[0009]步骤S2：确定组合楼板的耐火极限设计要求和火灾下最不利荷载组合效应设计值；
[0010]步骤S3：采用γ—法计算炭化后组合楼板剩余截面的应力分布，通过迭代计算得到组合楼板的耐火极限。
[0011]步骤S4：比较组合楼板的耐火极限计算值是否不小于耐火极限设计值，若满足，则确定组合楼板的截面尺寸；若不满足，则增加组合楼板中工程竹的层板数量，并跳转至步骤S3。
[0012]步骤S1以及步骤S3中采用γ—法计算组合楼板的刚度和应力分布，验算常温下的变形和强度具体包括：
[0013](a)将混凝土层、正交工程竹楼板的各顺纹层板由上至下按1～n进行编号；其中，混凝土层的编号为1，正交工程竹楼板中顺纹层板的编号为2～n；
[0014](b)计算混凝土层的组合效应系数：
[0015][0016]式中，γ1为混凝土层的组合效应系数，E
c
A
c
为混凝土层的轴向刚度，K为混凝土层与正交工程竹层之间剪力连接的刚度，s为剪力连接布置的间距，l为楼板的跨度。
[0017](c)计算正交工程竹顺纹层的组合效应系数：
[0018][0019]式中，γ
i
为第i层顺纹层板的组合效应系数，中间层板的组合效应系数取1，E
i
A
i
为第i层顺纹层板的轴向刚度，G
R
为正交工程竹层板的滚剪模量，为第i层顺纹层板靠中间层板侧横纹层板的厚度，b为顺纹层板的宽度。其中，正交工程竹楼板的跨度方向l沿着顺纹层板的纹理方向；顺纹层板的宽度b的方向与顺纹层板的纹理方向垂直。
[0020]中间层板的选取规则为：对于三层正交工程竹楼板，最上层的顺纹层板作为中间层板；对于大于三层的正交工程竹楼板，将正交工程竹楼板几何中心上方最邻近的顺纹层板作为中间层板。例如，对于七层的正交工程竹楼板，将第二层顺纹层板作为中间层板。
[0021](d)计算各顺纹层板形心与总截面形心之间的距离折算值，其表达式为：
[0022][0023]式中，下标i、j、k均为层板的编号，其中：i取1时，对应的层板为混凝土层，i为取值范围内的其他值时，表示相应的顺纹层板；a
i
为第i层层板形心与总截面形心之间的距离，y
i
为第i层层板形心与中间层板的形心之间的距离，n为所有层板的总层数，包括顺纹层板以及混凝土层的总层数，不包括横纹层板。
[0024](e)计算正交工程竹—混凝土组合楼板的有效抗弯刚度：
[0025][0026]式中，(EI)
ef
为组合楼板的有效抗弯刚度，E
i
I
i
为第i层层板的抗弯刚度，其中，n为所有层板的总层数，包括顺纹层板以及混凝土层的总层数，不包括横纹层板。
[0027](f)验算正交工程竹—混凝土组合楼板的变形：
[0028][0029]式中，δ为组合楼板的变形，[δ]为组合楼板的变形限值，M为计算截面的弯矩。组合楼板的变形δ小于组合楼板的变形限值[δ]，表示正交工程竹—混凝土组合楼板满足相应验算条件。
[0030](g)验算正交工程竹—混凝土组合楼板的强度，验算过程中，对各层板分别进行验算，其表达式为：
[0031][0032]当γ
i
E
i
a
i
≤0.5E
i
h
i
时，
[0033][0034]当γ
i
E
i
a
i
＞0.5E
i
h
i
时，
[0035][0036]顺纹层板：
[0037]横纹层板：
[0038][0039]式中，f
c
、f
t
分别为正交工程竹层板的抗压和抗拉强度，f
v
、f
vb
分别为正交工程竹层板的抗剪强度和滚剪强度，F为剪力连接的极限荷载；V为计算截面的剪力；σ
it
为第i层顺纹层板顶部位置的正应力，σ
ib
为第i层顺纹层板底部位置的正应力，τ
i
为第i层层板(顺纹层板或横纹层板)的剪应力；m为相应层板的剪切面上方顺纹层板以及混凝土层的总数量。计算截面的弯矩M以及剪力V为验算条件，包括步骤S1的设计要求以及步骤S3的耐火极限设计值中。
[0040]顺纹层板剪应力计算时剪切面取在该层板的上边缘，横纹层板剪应力计算时剪切面取在横纹层板的中间，混凝土层的剪应力不计算，剪应力为0。
[0041]所述组合楼板的耐火极限设计要求根据标准的要求确定，所述火灾下最不利荷载组合效应设计值应考虑火灾时结构上可能同时出现的荷载(作用)按偶然组合确定。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正交工程竹—混凝土组合楼板防火设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：选取组合楼板的截面尺寸，采用γ—法计算组合楼板的刚度和应力分布，验算常温下的变形和强度，确定满足常温设计要求的截面尺寸；步骤S2：确定组合楼板的耐火极限设计要求和火灾下最不利荷载组合效应设计值；步骤S3：采用γ—法计算炭化后组合楼板剩余截面的应力分布，通过迭代计算得到组合楼板的耐火极限；步骤S4：比较组合楼板的耐火极限计算值是否不小于耐火极限设计值，若满足，则确定组合楼板的截面尺寸；若不满足，则增加组合楼板中工程竹的层板数量，并跳转至步骤S3。2.根据权利要求1所述正交工程竹—混凝土组合楼板防火设计方法，其特征在于，采用γ—法计算组合楼板的刚度和应力分布，验算常温下的变形和强度具体包括：(a)将混凝土层、正交工程竹楼板的各顺纹层板由上至下按1～n进行编号；其中，混凝土层的编号为1，正交工程竹楼板中顺纹层板的编号为2～n；(b)计算混凝土层的组合效应系数：式中，γ1为混凝土层的组合效应系数，E
c
A
c
为混凝土层的轴向刚度，K为混凝土层与正交工程竹层之间剪力连接的刚度，s为剪力连接布置的间距，l为楼板的跨度；(c)计算正交工程竹顺纹层的组合效应系数：式中，γ
i
为第i层顺纹层板的组合效应系数，中间层板的组合效应系数取1，E
i
A
i
为第i层顺纹层板的轴向刚度，G
R
为正交工程竹层板的滚剪模量，为第i层顺纹层板靠中间层板侧横纹层板的厚度，b为顺纹层板的宽度；(d)计算各层板形心与总截面形心之间的距离折算值，其表达式为：式中，a
i
为第i层层板形心与总截面形心之间的距离，y
i
为第i层层板形心与中间层板的形心之间的距离，n为层板的总层数，包括顺纹层板以及混凝土层的总层数，下标i、j、k均为层板的编号，其中：i取1时，对应的层板为混凝土层，i为取值范围内的其他值时，表示相应的顺纹层板；(e)计算正交工程竹—混凝土组合楼板的有效抗弯刚度：
式中，(EI)
ef
为组合楼板的有效抗弯刚度，E
i
I
i
为第i层层板的抗弯刚度；(f)验算正交工程竹—混凝土组合楼板的变形：式中，δ为组合楼板的变形，[δ]为组合楼板的变形限值，M为计算截面的弯矩；(g...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玲珠，许清风，冷予冰，陈溪，张富文，曹东升，
申请(专利权)人：上海建科预应力技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：