混凝土建筑结构设计1-40

-1-章节第1章楼盖§1.1概述计划学时0.5学时目的要求熟悉楼盖的功能、设计要求及其类型、内容重点1、楼盖的主要结构功能2、对楼盖的结构设计要求3、楼盖的结构类型内容难点对楼盖的结构设计要求课后作业思考题1.1、1.2需时0.5学时讲授内容备注1、建筑结构承重体系1）水平结构体系2）竖向结构体系2、楼盖的主要结构功能1）把楼盖上的竖向力传给竖向结构；2）把水平力传给竖向结构或分配给竖向结构；3）作为竖向结构构件的水平联系和支撑。3、对楼盖的结构设计要求1）在竖向荷载作用下，满足承载力和竖向刚度的要求；2）在楼盖自身水平面内要有足够的水平刚度和整体性；3）与竖向构件有可靠的连接，以保证竖向力和水平力的传递。4、楼盖的结构类型1）按结构形式分：单向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖井式楼盖密肋楼盖无梁楼盖2）按预加应力情况分：钢筋混凝土楼盖预应力混凝土楼盖3）按施工方法：现浇式楼盖装配式楼盖装配整体式楼盖熟练掌握基本概念-2-章节§1.2现浇单向板肋梁楼盖计划学时6学时基本要求理解单向板肋梁楼盖按弹性理论的设计计算；掌握塑性铰、塑性内力重分布，按塑性理论的计算方法内容重点1、单向板肋梁楼盖按弹性理论的设计计算2、单向板肋梁楼盖按塑性理论的设计计算内容难点1、塑性铰的概念2、塑性内力重分布原理3、弯矩调幅的概念及如何进行弯矩调幅课后作业思考题1.3—1.4与习题1.2-1.2需时4学时讲授内容备注0、单向板肋梁楼盖的设计步骤：（1）、结构平面布置，确定板厚和主、次梁的截面尺寸；（2）、确定板和主、次梁的结构计算简图；（3）、荷载及内力计算；（4）、截面承载力计算，配筋及构造，对跨度大或荷载大或情况特殊的梁、板还需进行变形和裂缝的验算；（5）、根据计算和构造的要求绘制楼盖结构施工图。1、单向板的概念主要在一个方向受力的板，称为单向板。单向板的计算方法与梁相同，又称为梁式板。单向板的三种形式：（1）悬臂板（2）对边支承板（3）两相邻边支承板、三边支承板及四边支承板按弹性理论，当四边支承板两个方向计算跨度之比l02/l012时，则按跨度为l01的单向板设计（按塑性理论，l02/l013的是单向板）。2、结构平面布置单向板、次梁和主梁的经济跨度：单向板：1.8～2.7m，荷载较大时取较小值，一般不超过3m。次梁：4～6m主梁：5～8m单向板肋梁楼盖的结构平面布置方案，如图1-1：（1）、主梁横向布置，次梁纵向布置（2）、主梁纵向布置，次梁横向布置（3）、只布置次梁，不布置主梁熟练掌握基本概念-3-讲授内容备注图1-1梁的布置（a）主梁沿横向布置；（b）主梁沿纵向布置；（c）不设主梁楼盖结构平面布置时应注意的问题：（1）、要考虑建筑效果。（2）、要考虑其它专业工种的要求。（3）、在楼、屋面上有机器设备、冷却塔、悬吊装置和隔墙等地方，宜设梁承重。（4）、主梁跨内最好不要只放置一根次梁，以减小主梁跨内弯矩的不均匀。（5）、不封闭的阳台、厨房和卫生间的板面标高宜低于相邻板面30～50mm。（6）、楼板上开有较大尺寸的洞口时，应在洞边设置设置小梁。3、连续梁、板按弹性理论的内力计算（1）、计算假定①梁板均为弹性杆件；②梁板的支承情况按查表采用；③为了方便，每一跨都按简支梁来计算其支座反力。（2）、计算单元①板可取1m宽度板带作为计算单元；②主、次梁的截面形状都是两侧带翼缘（板）的T形截面，楼盖周边处的主、次梁的是一侧带翼缘的；③板、次梁主要承受均布荷载，主梁主要承受由次梁传来的集中荷载。板、梁的荷载计算范围见图1-2。图1-2板、梁的荷载计算范围强调说明熟练掌握-4-讲授内容备注（3）、计算简图对于跨数超过五跨的连续梁、板，当各跨荷载相同，且跨度相差不超过10％时，可按五跨的等跨连续梁、板进行计算。计算跨度的取值见表1.2。（4）、折算荷载在均布荷载作用下，板和次梁的内力按折算荷载设计值进行计算。次梁抗扭刚度对板的影响。折算荷载：增大恒荷载，减小活荷载，主要因为板和次梁在支承处的转动主要是由活荷载的不利布置产生的。连续板：连续次梁：注意：1、当板或次梁搁置在砌体或钢结构上时不作调整。2、由于主梁的重要性高于板和次梁，且主梁的抗弯刚度通常比柱大，所以对主梁一般不作调整。（5）、活荷载的最不利布置活荷载的最不利布置规律：①求某跨跨中截面最大正弯矩时，应该在本跨内布置活荷载，然后隔跨布置。②求某跨跨中截面最小正弯矩（或最大负弯矩）时，本跨不布置活载，而在相邻跨布置活荷载，然后隔跨布置。③求某一支座截面最大负弯矩时，应在该支座左右两跨布置活荷载，然后隔跨布置。④求某支座左、右边的最大剪力时，活荷载布置与该支座截面最大负弯矩时的布置相同。（6）、支座弯矩及剪力的修正支座边缘截面的弯矩设计值：支座边缘截面的剪力设计值：均布荷载：熟练掌握熟练掌握2,2''qqqgg43,4''qqqgg20bVMMb2bqgVVb-5-讲授内容备注集中荷载：（7）、内力包络图根据活荷载的不同布置情况，画出每一跨的各种布置情况的弯矩图，把这些弯矩图全部叠画在一起，并取其外包线所构成的图形就是弯矩包络图，如图1-3(a)。它完整地给出一个截面可能出现的弯矩设计值的上、下限，同样可以画出剪力包络图,如图1-3(b)。图1-3内力包络围(a)弯矩包络图；(b)剪力包络图（8）、内力计算连续梁、板按弹性理论的内力计算有：①等截面、等跨度、支座是简支的连续梁、板的弹性内力计算。②均布荷载作用下，等截面不等跨，简支的连续梁、板的弹性内力计算。③不等截面不等跨连续梁、板的弹性内力计算。4、连续梁、板按弹性理论的内力计算（1）、内力重分布的概念超静定结构的内力不仅与荷载有关，而且还与结构的计算简图以及各部分抗弯刚度的比值有关。混凝土结构由于刚度比值改变或出现塑性铰引起结构计算简图变化，从而引起的结构内力不再服从弹性理论的内力规律的现象称为塑性内力重分布或内力重分布。内力重分布的应用：①能够正确地计算结构的承载力和验算使用阶段的变形与裂缝宽度；②可以使结构在破坏时有较多的截面达到极限承载力，从而充分发挥结构的潜力，更有效地节约材料；③利用结构的内力重分布现象，可以合理地调整钢筋布置，缓解支座钢筋拥挤现象，简化配筋构造，方便混疑土浇捣，从而提高施工效率和质量；熟练掌握掌握基本概念VVb-6-讲授内容备注④根据结构的内力重分布现象，在一定条件下可以人为控制结构中的弯矩分布，从而使设计得以简化。考虑内力重分布的计算方法是以形成塑性铰为前提的，下列情况不宜采用：①在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝有较严格限制的结构，如水池，自防水屋面，以及处于侵蚀性环境中的结构；②直接承受动力和重复荷载的结构；③要求有较高承载力储备的结构。（2）、用调幅法计算连续梁、板的内力①弯矩调幅法的原则所谓弯矩调幅法，就是对结构按弹性方法所求得的弯矩值和剪力值进行适当的调整(降低)，以考虑结构非弹性变形所引起的内力重分布。截面的弯矩调整幅度用弯矩调幅系数β来表示。主要原则：A、钢筋宜采用HRB335级和HRB400级，混凝土强度等级宜在C20～C45范围的内选用；B、截面的弯矩调幅系数β不宜超过0.25，不等跨连续梁、板不宜超过0.2。C、弯矩调幅后的截面相对受压区高度应满足0.1≤ξ≤0.35；D、不等跨连续梁、板各跨中截面的弯矩不宜调整；E、结构在正常使用阶段不应出现塑性铰，且变形和裂缝宽度应符合《混凝土结构设计规范》的规定；F、在可能产生塑性铰的区段，考虑弯矩调幅后，箍筋用量一般应增大20％，增大的范围为：对于集中荷载，取支座边至最近一个集中荷载之间的区段；对于均布荷载，取支座边至距支座边1.05h0的区段（h0为截面的有效高度）；G、为了防止构件发生斜拉破坏，箍筋的配箍率应满足下式要求：H、连续梁、板弯矩经调整后，仍应满足静力平衡条件，梁、板的任意一跨调整后的两支座弯矩的平均值与跨中弯矩之和应略大该跨按简支梁计算的弯矩值，且不小于按弹性方法求得的考虑荷载最不利布置的跨中最大弯矩。②、连续梁、板承载力按调幅法的计算承受均布荷载的等跨连续梁(a)弯矩设计值各跨跨中及支座截面的弯矩设计值：mb——连续梁、板考虑塑性内力重分布的弯矩系数，按表1.3采用；g、q——沿梁单位长度上的恒荷载设计值、活荷载设计值；熟练掌握熟练掌握yvcsvff03.020lqgMmb-7-讲授内容备注(b)剪力设计值等跨连续梁的剪力设计值：vb——考虑塑性内力重分布的剪力系数，查表；ln——净跨度。图1-4搁置在墙上的板和次梁考虑内力重分布的弯矩、剪力系数(a)板和次梁的弯矩系数mb；(b)次梁的剪力系数vb5、单向板肋梁楼盖的截面设计与配筋构造（1）、单向板的截面设计与配筋构造①、截面设计板的计算单元通常取为1m，按单筋矩形截面设计。板支座截面的受压区在板的下部，板跨中截面的受压区在板的上部，当结构破坏时，支座截面和跨中截面会绕其中和轴发生转动，当板的支座不能水平移动时，会在板跨内形成拱作用，如图1-5所示。这种拱作用使板的实际承载力高于计算值。《规范》规定，对于周边与梁整体连接的板，可将板的弯矩设计值适当减少，单向板中间跨的跨中弯矩及支座弯矩可各减少20％。图1-5单向板的拱作用nvblqgV-8-讲授内容备注②、配筋构造A、板中受力钢筋负钢筋－放置在板面承受负弯矩的受力筋正钢筋－放置在板底承受正弯矩的受力筋直径常为6mm、8mm和lOmm等，且间距不宜小于70mm。连续板内受力钢筋的配筋方式有弯起式和分离式两种。弯起式配筋的受力钢筋有弯起钢筋和正、负钢筋三种。弯起式配筋钢筋的锚固较好，节约钢材，但施工较复杂，工程应用较少。分离式配筋钢筋的锚固稍差，耗钢量略高，但设计和施工都比较简便，是工程中常用的配筋方式。B、板中构造钢筋（a）、与受力钢筋垂直的分布钢筋，平行于单向板的长跨，沿正、负受力钢筋的内侧放置。分布钢筋的主要作用：1）浇筑混凝土时固定受力钢筋的位置；2）承受混凝土收缩和温度变化所产生的内力；3）承受板上局部荷载产生的内力，以及沿长跨方向实际存在而计算时被忽略的弯矩。（b）、与主梁垂直的附加负钢筋，如图1-6（c）、与承重墙垂直的附加负钢筋，如图1-7（d）、板角区域内的附加负钢筋，如图1-7图1-6与主梁垂直的附加负钢筋图1-7墙边和板角部附加负钢筋-9-讲授内容备注（2）次梁、主梁的截面设计和配筋构造①、次梁和主梁的截面设计A、承受正弯矩的跨中截面应按T形截面计算翼缘计算宽度见教材表1.6。B、承受负弯矩的支座截面应按矩形截面计算计算主梁支座负钢筋时，截面有效高度h0，如图1-8。一排钢筋时：h0=h－（50～60）mm两排钢筋时：h0=h－（70～80）mm图1-8主梁支座处的截面有效高度②、次梁、主梁的配筋构造A、配筋方式弯起式和分离式次梁的连续式配筋和主梁的连续式配筋B、受力钢筋的弯起和截断C、架立筋和腰筋腰筋又称纵向构造钢筋，当梁高大于700mm时，为了承受没有计入的扭矩以及收缩和温度应力，在梁的两侧沿梁高每隔300～400mm应设置一根直径不小于10～12mm的腰筋。D、箍筋箍筋的形式有封闭式和开口式两类，一般采用封闭式。箍筋的肢数有单肢、双肢和四肢等，一般采用双肢，下列情况应采用四肢：（a）、梁宽大于400mm；（b）、配有计算的受压钢筋，且受压钢筋在一排中超过3根；（c）、一排中的受拉钢筋超过4根。梁中箍筋的最大间距：-10-讲授内容备注E、纵筋的锚固光面钢筋应在钢筋末端（包括弯起光面钢筋末端）做弯钩，在焊接骨架中可不做弯钩），如图1-9。F、附加箍筋和吊筋当在主梁高度范围内有集中荷载作用时，如次梁支座反力或悬挂荷载，可能在主梁上引起斜裂缝，特别是当此集中荷载作用在主梁的受拉区内时。应在集中力两侧设置附加箍筋或吊筋或者两者都有，以防止主梁在集中力作用下发生局部破坏。宜优先采用附加箍筋，附加箍筋和吊筋应设置在s范围中，s与集中力的位置有关。图1-9纵向受力钢筋伸入梁支座范围内的锚固附加箍筋和吊筋所需的总截面面积：式中Asv——承受集中荷载所需的附加横向筋总截