第二章 房屋建筑材料与基本结构09

《土木工程概论》第二章房屋建筑材料与基本结构第一节房屋建筑材料第二节房屋建筑基本结构《土木工程概论》一.建筑砂浆1.分类：1）按用途分：a砌筑砂浆（水泥、混合）b抹面砂浆（均可）c防水砂浆（水泥）2）按组成分：a水泥砂浆（均可）b石灰砂浆（抹面）c混合砂浆（砌筑、抹面）第一节房屋建筑材料基本知识《土木工程概论》2.主要性能指标：1）流动性（稠度）：衡量：标准圆锥体“沉入量”例：砖砌体、干燥气候---8～10cm。2）保水性（泌水率）不良时：易离析、砌筑时水分易被砖石吸收，影响砂浆强度。《土木工程概论》3）强度：等级：M0.4、M1、..M10、M15七个等级。衡量：70×70×70试块，28天养护，M10抗压强度≥10MPa4）砂子用量：砂子体积随“含水率”的变化而变化，1m3“砌筑砂浆”用1m3干松散砂；1m3“抹灰砂浆”用不超过1m3干松散砂；《土木工程概论》3.砂浆配合比例：1）根据强度等级计算：计算M5砌筑砂浆配合比，325水泥，砂的含水率为3%。试配强度：（1.15×5=5.75Mpa）或（1）水泥用量：5.75÷0.88÷32.5×1000=201(kg)或经验系数：A=3.03B=-15.09（2）净干砂用量：1×1480=1480（kg）天然净砂用量：1480×（1+3%）=1524(kg)（3）水用量：水泥砂浆用水量270～330kg；混合砂浆用水量260～300kg。《土木工程概论》2）计算抹灰用1:3水泥砂浆，1m3的水泥、砂和水的重量，砂的含水率为3%。水泥砂浆容重为2150kg/m3，干砂密度和容重分别为2600kg/m3、1500kg/m3,水泥密度和容重分别为3100kg/m3、1200kg/m3。解：设水泥、砂和水1m3中体积分别为：x、y、z且x+y+z=1《土木工程概论》则：(3100x/1200):(2600y/1500)=1:33100x+2600y+1000z=2150解方程得：x=0.124m3,y=0.555m3,z=0.321m3净干砂松体：0.555×2600/1500=0.962＜1m3水泥松体：0.124×3100/1200=0.32m3水泥重量：0.124×3100=385kg天然净砂量：0.555×2600(1+3%)=1486kg水用量：0.321×1000-0.555×2600×3%=278kg《土木工程概论》二.普通硅酸盐水泥1.主要成分1）硅酸三钙37～60%（3CaO•SiO2）2）硅酸二钙15～37%（2CaO•SiO2）3）铝酸三钙7～15%（3CaO•Al2O3）4）铁铝酸四钙10～18%（4CaO•Al2O3•Fe2O3）《土木工程概论》2.主要技术指标1）细度：水泥颗粒的粗细程度，使用透气式表面积仪测定，表面积＞300m2/kg。2）凝结时间初凝≥45min终凝≤6.5hr3）体积安定性：硬化过程中体积变化的均匀性。《土木工程概论》4）等级（强度）a.试验方法：软练胶沙法，将水泥与标准砂按1:3混合，水灰比为0.5，制成40mm×40mm×160mm的试件，带模在湿气中养护24hr后，在脱模在200C水中养护，测定28d抗压强度和抗折强度。b.硅酸盐水泥分42.5、42.5R﹑52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级，R代表早强型水泥。5）碱含量：≤0.60%。《土木工程概论》3.工程特性1）水化凝结硬化快，强度高，尤其是早期强度2）水化热大3）耐腐蚀性差4）抗冻性好，干缩小5）耐热性差《土木工程概论》三.普通混凝土1.主要组成材料1）水泥2）骨料粗骨料：碎卵石细骨料：砂级配及粗细检测：筛析法3）混凝土用水《土木工程概论》4）外加剂：改善拌和性能：减水剂、引气剂调节凝结时间：缓凝剂、早强剂增加耐久性：抗冻剂、防水剂提供特殊功能：膨胀剂、着色剂5）掺合剂：粉煤灰、工业废渣《土木工程概论》2.和易性（流动、粘聚、保水性）1）试验方法a.坍落度试验：砼拌和物装入锥形筒，振捣后提起锥筒，量测混凝土的塌落度。塌落度大小检测流动性，敲击砼锥面检测粘聚性，底部稀浆检查保水性。b.维勃稠度试验：检验塌落度小于10mm的干硬混凝土。《土木工程概论》2）砼浇注时的塌落度a.基础、挡土墙等无筋或配筋稀疏的大体积结构：10～30mm。b.梁、板和大截面柱：30～50mm。c.薄壁、筒仓、细柱等密配筋结构：50～70mm。d.泵送混凝土：≥100mm。《土木工程概论》3.强度等级1）测试方法：15×15×15cm立方体试件在标养条件（200C，相对湿度≥90%）下，养护28d，测得的抗压强度。2）抗压强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、55、C603）影响抗压强度的因素：材料强度、水灰比、龄期、养护条件《土木工程概论》4.混凝土配比设计1）确定试配强度：得：由：A、B：回归系数碎石：A=0.46，B=0.07卵石：A=0.48，B=0.332）确定水灰比：《土木工程概论》3）确定1m3砼的用水量W0和水泥用量C0：根据施工要求的塌落度及粗骨料的粒径，选定用水量，再根据水灰比确定水泥用量。4）确定1m3砼的砂、石用量S0、G0：根据粗骨料的种类及粒径，选定砂率Sp:《土木工程概论》按质量法：按体积法：ρ0为砼的容重，取2400～2500kg/m3其中：ρC、ρW、：水泥、水的密度，g/cm3。ρ0S、ρ0G：砂、石的表观密度，kg/m3。α：含气量百分数，可取1。《土木工程概论》5）试拌及强度检查按以上求得的用量试拌砼，检查和易性。满足后，将基准配合比的水灰比分别增加和减少0.05，用水量相同，砂率分别增加和减少1％。制作三组试块，标养28d后检测抗压强度，确定最终配合比。6）施工配合比施工中，考虑砂、石的含水量，修正用水量，确定施工配合比。《土木工程概论》四.钢筋1.化学成分（C、Mn、Ti、V、Si）碳素钢：低碳C＜0.25%，合金钢：低合金＜5%2.冶炼方式：镇静钢、沸腾钢、半镇静钢3.外形：光圆：直筋、盘条带肋（Ribbed）：人字纹、月牙纹《土木工程概论》4.加工方式：热轧钢筋（H）：Ⅰ～Ⅳ级冷轧钢筋（C）：冷拉、冷拔，1～3级预应力用热处理钢筋：预应力用钢丝和钢铰线：5.接长（绑扎、焊接、机械）6.代换（等面积、等强度）《土木工程概论》五.钢结构用钢材1.种类：1）型钢：角钢、槽钢、工字钢、H型钢、T型钢等《土木工程概论》2）棒材：扁钢、圆钢、方钢3）钢管：热轧无缝钢管、焊缝钢管4）钢板：光板、花纹板，压型板2.连接方式：焊接、栓接《土木工程概论》六.砌体1.烧结砖：1）普通砖：标准尺寸：240mm×115mm×53mm强度等级：MU10、MU15、MU20、MU25、MU302）多孔砖和空心砖2.砌块：粉煤灰、蒸压加气混凝土3.板材：石膏板、加气混凝土、玻璃纤维复合板（GRC）《土木工程概论》七.其它材料1.木材2.沥青3.石材4.玻璃、陶瓷5.塑料、防水卷材《土木工程概论》§1.钢筋混凝土结构§2.钢结构§3.砌体结构§4.水平结构体系§5.竖向结构体系§6.结构新体系第二节房屋建筑基本结构《土木工程概论》§2－1.钢筋混凝土结构一.柱1.受力分析：主要承受轴向压力，荷载偏心作用时还承受弯矩。2.柱截面计算与配筋1）截面尺寸：考虑混凝土受压强度及钢筋的保护层厚度，计算截面尺寸。2）纵向配筋应满足最小配筋率。二级钢筋，直径≮12mm。《土木工程概论》(a)轴心受压(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压《土木工程概论》二.梁1.受力分析：1）弹性阶段：竖向荷载作用时，梁截面承受弯矩和剪力作用。2）塑性阶段：随着荷载增加，梁底受拉区砼开裂，钢筋开始承受拉力。3）破坏阶段：荷载继续增加，压区砼开裂，截面发生破坏。4）竖向荷载作用不在截面纵轴时，截面还承受扭矩作用。《土木工程概论》（一）第Ⅰ阶段——未裂阶段荷载很小，应力与应变之间成线性关系；荷载↑，砼拉应力达到ft，拉区呈塑性变形；压区应力图接近三角形；砼达到极限拉应变（et=etu），截面即将开裂（Ⅰa状态），弯矩为开裂弯矩Mcr；Ⅰa状态是抗裂计算依据。《土木工程概论》（二）第Ⅱ阶段—裂缝阶段荷载↑，拉区出现裂缝，中和轴上移，拉区砼脱离工作，拉力由钢筋承担。阶段Ⅱ是正常使用阶段变形和裂缝宽度计算依据。拉区有许多裂缝，纵向应变量测标距有足够长度（跨过几条裂缝），平均应变沿截面高度分布近似直线。（平截面假定）《土木工程概论》（三）第Ⅲ阶段——破坏阶段荷载↑，钢筋应力先达到屈服强度fy；压区砼边缘应变随后达到极限压应变ecu，砼发生纵向水平裂缝压碎（Ⅲ状态），弯矩为极限弯矩Mu。阶段Ⅲ是正截面承载力计算依据。《土木工程概论》2.支承条件：1）简支梁：单跨，两端铰接2）刚性梁：单跨，两端固定3）悬臂梁：一端固定，一端自由4）连续梁：多跨，支承处铰接，但存在负弯矩。《土木工程概论》PPP简支梁刚性梁悬臂梁三跨连续梁PPP集中荷载P下各梁弯矩《土木工程概论》3.梁截面计算与配筋1）截面尺寸：考虑受压区混凝土的强度，计算截面尺寸。2）纵向受力筋：单筋截面：只考虑受拉区钢筋的强度，计算钢筋面积。双筋截面：同时考虑支座处负弯矩，计算受压区钢筋面积。《土木工程概论》3）箍筋考虑斜截面抗剪，计算箍筋面积。4）构造配筋考虑钢筋骨架及整体性，还需构造配筋，如腰筋、腹筋、吊筋以及架列筋等。5）配筋量应满足最小配筋率，同时配筋也不能超量。截面计算时需考虑钢筋的保护层厚度。连续梁计算应考虑最不利荷载组合。《土木工程概论》6φ254φ202φ12φ8@100砼保护层截面配筋钢筋骨架梁截面配筋《土木工程概论》三.板1.受力及支承分析支承约束条件及破坏过程与梁相似。支承时可以是四面、三面、两面、一面或角点支承。但是由于板表面积大且厚度小，荷载传递路径与梁不同。2.单向板：当板长短边之比大于3时，荷载仅沿短向传给长边支座。《土木工程概论》3.双向板：当板长短边之比小于3时，荷载沿两个方向传给支座。4.配筋构造：当板厚≤150mm，绑扎钢筋间距≯200mm，板厚＞150mm，绑扎钢筋间距≯250mm。钢筋伸入支座面积不应小于总配筋的1/3，且间距≯400mm。5.预制空心板《土木工程概论》四.预应力混凝土结构1）特点：采用高强度钢筋或钢丝束和高强度混凝土。外荷作用前，预拉钢筋，使混凝土预先受压。改善了外荷作用下构件的受力性能，减少裂缝宽度和结构挠度，减轻结构自重。2）常见结构：大跨度楼板板、主梁、桥梁等。《土木工程概论》3）预应力施加方法：a.先张法台座之间张拉钢筋至预定位置并固定，支模浇砼。待砼强度达到一定强度后（≥70％设计强度），放松并切断预应力筋，利用钢筋弹性回缩，借助与混凝土的粘结力，对混凝土施加预应力。《土木工程概论》b.后张法先浇砼并预留孔道，待砼强度达到一定强度后（≥70％设计强度），穿筋并张拉，张拉完成后端部用锚具固定，孔道灌浆，使混凝土产生粘结力，实施预压。施工时，可以一端固定，另一端张拉或两端同时张拉。《土木工程概论》§2－2.钢结构一.柱1.截面形式：1）实腹式《土木工程概论》2）格构式截面由两个或多个型钢构件组成，肢间焊接或栓接缀材（缀条或缀板）连成整体。具有两主轴向等稳定、抗扭性能好、刚度大、用材省等特点。实腹式构件缀材肢条《土木工程概论》2.柱脚设计：1）铰接柱脚：只传递轴压力和剪力。柱下焊底板，底板再与只沿一条轴线设立的预埋入基础的锚栓连接。大型柱下，为减少底板弯曲变形，需增设靴梁、隔板、肋板等加劲构造。靴梁底板柱肋板隔板螺栓孔平板式铰接柱脚焊接《土木工程概论》2）刚接柱脚：传递轴压力和剪力和弯矩。柱下焊底板，设靴梁、隔板、肋板等加劲构造。底板再与四面设立的预埋入基础的锚栓连接。当格构柱分肢距离较大时，可采取分离式柱脚。柱靴梁锚栓砼基础整体式刚接柱脚《土木工程概论》二.梁1.截面形式：一般采用工字钢或H型钢等实腹式型钢梁，截面尺寸很大时，也可采用钢板焊接组合梁。框架结构中按主、次梁的排列，分为单向梁格、复向梁格和复合梁格。