8.2 压型钢板组合楼板

8.2.1 当压型钢板在楼板中仅起模板作用时，可不采取防火保护措施。当压型钢板在楼板中起承重作用时，若压型钢板一混凝土组合楼板满足第8.2.2～8.2.4 条的规定，可不采取防火保护措施．
8.2.2 压型钢板起承重作用的组合楼板的抗火设计，可根据是否允许在火灾下产生大挠度变形，分别按第8.2.3 或8.2.4 条的规定进行。若楼板满足第8.2.3 或8.2.4 条的要求，则楼板无需采用其他防火保护措施。否则楼板应采用防火材料保护，或楼板常温下的设计不应考虑压型钢板的组合作用，而另配受拉钢筋。
8.2.3 当不允许楼板产生大挠度变形时，可根据下式计算组合楼板的耐火时间： 式中 t_r——组合楼板耐火时间（min）；
     ηF——组合板的内力指标；
     Mmax——火灾下单位宽度组合板内由荷载产生的最大正弯矩设计值；
     RMC——火灾下单位宽度组合板内素混凝土板的正弯矩承载力；
     ft ——常温下混凝土的抗拉强度设计值；
     W——单位宽度组合板内低于700℃部分素混凝土板截面的正弯矩抵抗矩。
    压型钢板一混凝土组合板在ISO834 标准升温条件下，各时刻的700 ℃ 等温线如图8.2.3 所示，其他时刻的700 ℃ 等温线可以按内插值法得到。
    如果按式（8.2.3-1）计算所得tr不小于楼板规定的耐火极限要求，则该楼板无需采用其他防火保护措施。
8.2.4 当允许压型钢板组合楼板产生大挠度变形时可考虑薄膜效应，并按附录H 的方法计算楼板的极限承载力．若满足下式的要求，则楼板无需采取其他防火保护措施。 式中 qr——考虑薄膜效应的楼板极限承载力；
     q——火灾下楼板的面荷载设计值，按第6.5.1 条确定。

8.2 压型钢板组合楼板
8.2.1 、8.2.2 压型钢板组合楼板是多、高层建筑钢结构中常用的楼板形式。压型钢板在楼板中可起施工模板作用，同时还可起受力作用。如压型钢板仅起模板作用，此时楼板如同钢筋混凝土楼板，其防火问题一般无需专门考虑。但当压型钢板还同时起受力作用时，由于火灾高温对压型钢板的承载力会有较大影响，则应对这种压型钢板组合楼板进行专门的抗火设计计算。
8.2.3 试验研究发现，压型钢板组合楼板在火灾下，当楼板升温不太高时压型钢板与混凝土楼板的粘结即发生破坏，即压型钢板在火灾下对楼板的承载力实际几乎不起作用。但忽略压型钢板的素混凝土仍有一定的耐火能力。式（8.2.3）给出的耐火时间即为素混凝土板的耐火时间，此时楼板的挠度很小。
    本条的依据参见蒋首超和李国强等的论文：“高温下压型钢板一混凝土粘结强度的试验”（同济大学学报（自然科学版）, 2003 . Vol . 31 . No . 3 ）、“钢一混凝土组合楼盖抗火性能的试验研究”（建筑结构学报，2004 . Vol25 , No . 3 ）、“钢一混凝土组合楼盖抗火性能的数值分析方法”（建筑结构学报，2004 . Vo125 , No.3）。
8.2.4 通过对一些钢结构建筑火灾后的调查和足尺试验观察发现，在部分支承楼板的钢梁和压型钢板丧失承载力后，楼板在火灾下虽然会产生很大的变形，但楼板依靠板内钢筋网形成的薄膜作用还可继续承受荷载，楼板未发生坍塌。图5 和图6 分别为台北东方科技园区火灾和英国Cardington 八层足尺钢结构火灾试验中楼板的变形情况。研究表明，楼板在大变形下产生的薄膜效应，使楼板在火灾下的承载力比基于小挠度破坏准则计算的承载力高出许多。因此，可以在钢结构建筑中通过正确考虑薄膜效应的影响，发挥楼板的抗火潜能，降低结构抗火成本。     钢筋混凝土板内薄膜作用的大小与板的边界条件有很大关系。如图7(a）所示，支承于梁柱格栅上的钢筋混凝土楼板，根据高温下支承梁与混凝土板承载力的比值，在竖向均布荷载作用下可能产生两种破坏模式。如果梁的承载力小于混凝土板的承载力，则在竖向荷载作用下梁内首先形成塑性铰〔 图7 (b)〕 ，随着荷载的增加，屈服线将贯穿整个楼板。在这种屈服机制下，混凝土板内不会产生薄膜作用。
    当高温下梁的承载力大于楼板的承载力时，则在竖向均布荷载作用下，楼板首先屈服，而梁内不产生塑性铰。此时楼板的极限承载力将取决于单个板块的性能，其屈服形式如图7 (c）所示。若楼板周边上的垂直支承变形一直很小，楼板在变形较大的情况下就会产生薄膜作用。
    因此，楼板产生薄膜效应的一个重要前提条件就是：火灾下楼板周边有垂直支承且支承的变形一直很小。     火灾下楼板在产生薄膜效应之前，按屈服线理论发展，直到混凝土开裂。随着温度进一步升高，在楼板弯矩最大的部位钢筋受拉屈服。当温度继续增高时，混凝上开裂部分增多并逐渐贯通形成屈服线（穿过该线的受拉钢筋已经屈服，故称屈服线）。图8 为均匀受荷楼板屈服线的形成过程。此时，根据经典的屈服线理论，在板的屈服线处只考虑弯矩和剪力．
    在温度作用下，板的热膨胀受到约束可产生受压薄膜力。但当板挠度继续增大时，板有向中心移动的趋势，则无论板块边缘是否有水平约束，板块都会产生受拉薄膜力，见图8 ( d）、（e）。如果板块的边缘上受到完全的水平约束，钢筋就会像受拉的网一样承受所施加的竖向荷载，从而在板内形成薄膜作用。若无水平约束，则板的周边上将形成受压环，从而在板块的中心区域产生受拉薄膜作用。这与自行车车轮的辐条代表受拉薄膜作用和轮框代表受压环相类似。所以，板在图8 所示的屈服线平衡模式之后，随着板中间（椭圆部分）挠度的增加，椭圆内的屈服线随着楼板裂缝的不断增加而渐渐消失，到最后由于椭圆范围内大部分混凝土开裂以及高温下混凝土材料性的下降，可以近似认为椭圆范围内的荷载完全由板内钢筋承受，楼板通过受拉钢筋的悬链作用可继续承担很大的荷载，见图8 (f）。     由于压型钢板组合楼板一般会在楼板面层配抗裂温度筋，如同时利用抗裂钢筋网作为楼板抗火薄膜效应的受力钢筋网，则可以降低楼板的防火成本。为了有效地发挥温度筋的薄膜效应作用，温度筋至楼板顶面的距离不宜小于30mm。
本条的依据可参见下列文献：
    ① Bailey , C.G . , Lennon , T . and Moore , D ．B" The behaviour of full - scale steel framed buidings subjected to compartment fires ”the Structural Engineer , Vol . 77 , No . 8 , April 1999 . pl5-21 ；② Wang，Y.C . “ Tensile membrane action and fire resistance of steel framed buildings ”Proceedings of of the 5th intenationals symposium on fire safety science , Melbourne , Australia , March 1997 ；③ Martin , D . MandMoore , D ．B Introduction and back- ground to the research prorame and major fire tests at BRE Cardington” National Steel Construction Con - ference , LOndon , 13-14 May 1997 , p37-64 ，④ Bailey , C.G , Moore , D . B ( 2002 ) ,The Structural Behaviour of Steel Frames with Cotnposite Floor Slabs Subjected to Fire , Partl : theory ”The Structural Engineer , Vol.78 , No.11 , p19-27 ；⑤ 周昊圣．火灾下钢结构楼板的薄膜作用．同济大学硕士学位论文．2004 。