混凝土设计注意事项

相关设计理论林生逸（土木工程2003级学生）一、荷载的传力路径：单向板交梁楼盖：板－－次梁――主梁――柱子（承重墙）――基础双向板交梁楼盖：板――次梁――主梁――柱子（承重墙）――基础主梁――柱子（承重墙）承重墙二、整体交梁式楼盖的组成与内力计算原则整体式交梁楼盖是由板，次梁，主梁三者整体相连而成。交梁楼盖的板一般四边都有支承。四边支撑板内力计算原则如下：（1）、按弹性理论计算，板的长边尺寸与短边尺寸大于或者等于3时，楼盖在楼面荷载作用下，主要沿短边方向弯曲，长边方向的弯曲很小，可以忽略不计，因而可以认为板是单向受弯的，板上荷载绝大部分沿短边方向传至次梁，这种称之为单向板。由于它的工作原理与梁相似，所以也称为梁式板。（2）、当板的长边与短边尺寸相比小于或等于2时，板的长边方向的弯曲不能忽略，板式双向受弯的，板上荷载沿两个方向传到梁上，这种板称为双向板由于双向板四边都有支承，所以双向板也称为四边支承板。（3）、值得注意的是：以上两种计算原则都是基于弹性理论的。对于考虑塑性内力重分布的板，当321/ll2时，仍然显示出一定程度双向受力的影响。因此，规范规定对于321/ll2的板，宜按双向板计算；当按沿短边方向受力的单向板计算时，应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋。三、楼盖设计中采用的基本假定及相关的影响：1、基本假定：（1）、支座可以自由转动，但没有竖向位移；（2）、不考虑薄膜效应对板内力的影响。（在内力计算中折减系数的使用）（3）、在确定板传给次梁的荷载以及次梁传给主梁的荷载时，分别忽略板，次梁的连续性，按简支构件计算支座反力。（4）、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，板计算。2、基本假定的相应的影响：（1）弹性分析法计算中，在确定交梁楼盖中支座整体连接板、梁计算简图时，假定其支座为铰支承，即支座对它们没有转动约束，这与实际情况存在一定的差别。以连续板为例，其支座为次梁，板与次梁整体相连，当板在荷载作用下在支座出转动时，作为支座的次梁由于两端固结在主梁上而不能自由转动，这样，板在支座处的转动受到了次梁的约束，从而减少了板中弯矩值，这种情况也发生在次梁与主梁之间。值得注意的是：荷载隔跨作用时，支座处转动最大，支座的约束影响也最为显著，因而支座约束的有力因素主要体现在活载作用时。为了不改变计算简图而同时又考虑到这种有利因素，在工程上，近似采用减少活载，加大恒载的方法（即调整二者的数值）以降低板，梁的弯矩值，用折算后的荷载来代替计算荷载。连续板，梁的折算荷载值：连续板：g’=g+q/2q’=q/2连续次梁：g’=g+q/4q’=3q/4（2）当板与次梁整浇时，作为板支座的次梁对板的承载力起有利作用。即板受荷载进入极限状态时，支座处于上部开裂，而跨中处于下部开裂，从支座到跨中各截面受压区内力作用点形成具有一定拱度的压力线。当板的周边具有足够的刚度（例如：板四周有限制水平位移的边梁）时，在竖向荷载作用下，周边将对它产生水平推力。该推力可减少板中各计算截面的弯矩，其减少程度则视板的边长及板的边界约束条件而定。一般情况下，对四周与梁整体连接的单向板，其中间跨的跨中截面及支座截面（离边第二支座除外）的计算弯矩可减少20％，其他截面不予降低。这种弯矩折减方法对弹性分析法及塑性分析法都适用。一般双向板设计时应考虑这种情况。（3）按弹性计算方法计算连续板、梁的内力时，其计算跨度一般取支座中心间的距离，求出的支座弯矩为支座中心截面处的弯矩，此处弯矩的绝对值最大。当连续板的支座是板整浇的次梁时，则与板整体连结的次梁增加了板在支座处的截面高度，故支座中心截面处的弯矩是最大值，但不是最危险截面。在支座边缘处弯矩虽小些，但截面高度却比支座中心处小得多，因而最危险的截面应在支座边缘处。因此，支座截面的配筋应以支座边缘处的弯矩值作为计算的依据。四、荷载最不利布置连续板或梁所受荷载包括恒荷载和活荷载两部分，其中活荷载的位置是变化的，所以在计算内力时，要考虑荷载的最不利组合和截面的内力包络图。活荷载可能出现在某一跨或者某几跨，也可能出现在每一跨。最不利活荷载布置的原则如下：（1）求某跨中最大正弯矩时，应在该跨布置活荷载，然后向两侧每隔一跨布置。（2）求某跨跨中最大负弯矩时（即所谓最小弯矩），应在该跨不布置活荷载，而在两相邻跨布置活荷载，然后每隔一跨布置。（3）求某支座截面最大负弯矩时，应在该支座相邻两跨布置活荷载，然后向两侧每隔一跨布置。（4）求某支座截面最大剪力时，应在该支座相邻两跨布置活荷载，然后向两侧每隔一跨布置。即同最大负弯矩时的布置。根据以上原则可确定活荷载最不利布置的各种情况，它们分别与恒荷载（各跨满布的情况）组合在一起，就得到荷载的最不利组合。五、用调幅法计算等跨连续梁、板塑性内力重分布法，也称为弯矩调幅法。具体的计算方法和相关系数可与教材上查阅，这里侧重调幅法的要求和有关限制：按塑性内力重分布法设计多跨连续梁、板结构时应遵循下列各项原则：（1）、通过降低支座弯矩的方法来达到节约钢筋的目的，显然支座弯矩降低越多，经济效益越大。因此，支座弯矩的调整应尽量大些，但调整后的M1不能超过M1。（2）、为了防止塑性铰出现过早和内力重分布的过程较长而使得裂缝过宽，支座截面调整弯矩值不大于按弹性计算的弯矩的25%.此时，构件的裂缝开展和挠度均可满足要求。（3）、在任何情况下，应使得调整后的每跨两端的支座弯矩的平均值与跨中弯矩的绝对值之和都不小于该跨简支梁计算的跨中弯矩M0的1.02倍，对于均布荷载应不小于1.02×201()8gql，即：'''10()/21.02ABMMMM式中：'AM、'BM——分别为调幅后的两端支座弯矩；'1M——调整后的跨中弯矩。（4）、调幅后，支座和跨中截面的弯矩值均应不小于M0的1/3。（5）、各控制截面的剪力设计值按荷载最不利布置和调幅后的支座弯矩由静力平衡条件计算确定。（6）、为了保证塑性铰出现以后支座截面有较大的转动范围，且受压区不致过早的破坏，在截面设计中，要求控制截面受压区的相对高度系数不大于0.35，即,也不宜小于0.10。（7）、钢材应具有较好的塑性性能，宜采用HPB235、HRB335和HRB400级热轧钢筋，混凝土强度等级宜在C20～C45之间。六、等效荷载：实际的结构中，满足简化成计算简图，并按给定的系数表就可以查的内力的梁、板并不多，鉴于实际结构荷载形式和分布的复杂性。可将实际的荷载按支座弯矩等效的方法等效成均布荷载，具体等效方法可以查阅相关资料，这里给出一些常见荷载的等效方法：序号荷载草图q1pL/2L/232Pl2bap214(1)LPql214(1)LPql/albl3qaba2(3)2qal4aqL(3)42qal连续板、梁设计计算方法：连续板：一、荷载计算（1）恒载：板自重，面层，板底粉刷等。注：粉刷的重量不应忽略。（2）活载：如人群、家具、设备重等；若在北方地区，屋面板还需考虑雪荷载。多跨连续单向板的计算步骤二、计算跨度弹性法和塑性法计算的梁板，可查阅下表得计算跨度：构造图形haLn1bLnbLn边跨中跨备注按塑性计算方法板01122nnhalll0nll求支座弯矩时，取该支座相邻跨计算跨度的最大值进行计算梁0111.0252nnalll0nll按弹性计算方法板0122nahll0nllb求支座弯矩时，取该支座相邻跨计算跨度的平均值进行计算梁0111.025222nnabblll0nllb构造图形LnbLnbLn1ahLoLoLo边跨中跨备注按塑性或弹性计算方法板1122nnablllh0nnlllblh求支座弯矩时，取该支座相邻跨计算跨度的最大值进行计算梁111.0522nnablll01.025nnlllbl三、计算简图板为多跨连续板，对于跨数超过五跨的等截面连续板，其各跨受荷相同，且跨度相差不超过10％，均可按五跨等跨度连续板计算，也就是说，所有中间跨的内力和配筋都按第三跨来处理。板的设计一般取1m板带宽进行计算（所谓梁式板），板的计算简图如图所示，图中L1为板的计算跨度，注意区别按弹性理论计算和按考虑塑性内力重分布计算时，计算跨度取值不同。（详见上表）qL1L1L1L1L1L1四、内力及配筋计算（1）、正截面承载力计算。根据连续板各截面的最大弯矩进行正截面承载力计算，确定纵向受力钢筋面积，直径和根数。计算方法和普通受弯构件相同，可以按附表1的格式进行计算。（2）、b为混凝土的相对界限受压区高度，是指在适筋梁与超筋梁的界限破坏时，等效受压区高度与截面有效高度之比。《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）第7.1.4条规定：/(1/.)bycusfE。cu为正截面的混凝土极限压应变，当处于非均匀受压时，混凝土强度等级不超过C50时，5,0.0033(50)10cucukf，若按此式计算的cu值大于0.0033，取为0.0033。当混凝土强调等级不超过C50式，取1.0，取0.8；当混凝土强度等级为C80时，取0.94，取0.74，其间按线性内插法确定。对有屈服点的钢筋，b可查阅有关资料。（3）、斜截面承载力计算。钢筋混凝土板在均布荷载作用下由于剪力较小而板截面面积较大，通常不会出现斜截面破坏，因此可以不计算斜截面承载力，也不必配置抗剪钢筋。（4）、纵向受力钢筋的最小配筋率。钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于规范规定的数值。如下：钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋百分率受力类型最小配筋百分率（％）受压构件全部纵向钢筋0.6一侧纵向钢筋0.2受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件一侧的受拉钢筋0.2和45/tyff中的较大值五、构造要求（1）.板的厚度板在楼盖中时大面积构件，故从经济角度考虑，其厚度应该尽量薄，但从施工角度和刚度要求考虑，不应小于最小板厚。最小板厚应不小于跨度的1/40（连续板）、1/35（简支板）及1/12（悬臂板）。（2）板的支承长度板的支承长度应满足其受力钢筋在支座内锚固的要求，且一般布小于板厚，当搁置在砖墙上时，不小于120mm。（3）配筋构造要求：1）、板的受力钢筋。由计算确定的受力钢筋有承受负弯矩的板面负筋和承受正弯矩的正筋两种。一般采用HPB235或HRB335，直径为6、8、10mm或12mm的钢筋。支座负钢筋端部应做成直钩支撑在底模上，为了施工中不易被踩下，负钢筋直径一般不小于8mm，宜采用10mm或12mm。为了施工方便，选择板内正负钢筋时，一般宜使它们的间距相同而直径不同，且直径不宜多于两种。连续板受力钢筋的配筋方式有弯起式和分离式两种。分离式配筋的钢筋锚固稍差点，耗钢量较高，但设计和施工都比较方便，是目前最常用的方式。当板厚超过120mm且受的动荷载不大时，可采用分离式配筋。当多跨单向板、多跨双向板采用分离式配筋时，跨中正弯矩钢筋宜全部伸入支座；支座负弯矩钢筋向跨内的延伸长度应覆盖负弯矩图且满足钢筋锚固的要求。当板厚超过120mm，且承受的动荷载较大时，不宜采用分离式配筋，应采用弯起式配筋。弯起钢筋弯起的角度一般采用30o，当板厚超过120mm时，可采用45o。采用弯起式配筋，应注意相邻两跨跨中及中间支座钢筋直径和间距相互配合，间距变化应有规律。连续单向板分离式配筋形式中钢筋的截断，可参阅教材。2）、板中构造钢筋a、分布钢筋。当按单向板设计时，除沿受力方向布置受力钢筋外，尚应在垂直受力方向布置分布钢筋。分布钢筋放在受力钢筋的内侧，以保证受力钢筋有足够的有效高度。单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15％，且不宜小于该方向板截面面积的0。15％；分布钢筋的间距不宜大于250mm，直径不宜小于6mm；对集中荷载较大的情况，分布钢筋的截面面积应适当增加，其间距不宜大于200mm。分布钢筋的主要作用是：浇筑混凝土时固定受力钢筋的位置；承受混凝土收