第九章钢筋混凝土现浇楼盖设计

第九章钢筋混凝土现浇楼盖设计本章提要本章主要讨论钢筋混凝土连续梁、板和楼梯、雨篷等的设计计算方法。第一节概述钢筋混凝土楼盖是建筑结构中的重要组成部分，由梁、板、柱组成的梁板结构体系，是工业与民用建筑中的屋盖、楼盖、阳台、雨篷、楼梯等构件广泛采用的一种结构形式。一、钢筋混凝土楼盖的结构形式肋梁楼盖板式基础肋梁楼盖井式楼盖密肋楼盖无梁楼盖第一节概述井式楼盖密肋楼盖无梁楼盖第一节概述一、钢筋混凝土楼盖的结构形式二、按施工方法钢筋混凝土楼盖分类现浇整体式刚度大抗震抗冲击性能好防水性好结构布置灵活整体性好优点:缺点:工期较长现场作业量大模板用量大施工受季节影响第一节概述施工速度快省工省材刚度不如现浇整体式符合工业化要求整体性不如现浇整体式优点:缺点:第一节概述二、按施工方法钢筋混凝土楼盖分类装配式装配整体式最常见的做法是在预制拼装的板面上现浇一层40mm厚的配筋现浇层。特点介于整体式和装配式结构之间第一节概述二、按施工方法钢筋混凝土楼盖分类整体式钢筋混凝土楼盖，按支承和受力条件分为三、单向板与双向板2/12ll荷载沿短跨方向传递单向板荷载沿两个方向传递2/12ll双向板第一节概述《混凝土结构设计规范》规定：两对边支承的板按单向板计算四边支承的板按下列规定计算：3/12ll3/212ll2/12ll可按沿短边方向受力的单向板计算宜按双向板设计应按双向板计算三、单向板与双向板第一节概述整体式单向板肋梁楼盖由板、次梁和主梁组成。荷载的传递路线为：支座：板的支座柱或墙次梁次梁支座主梁主梁支座荷载→板→次梁主梁柱或墙→→第二节整体式单向板肋梁楼盖楼盖的设计步骤一般为：结构平面布置（尺寸、位置）确定计算简图内力分析计算配筋及构造要求绘制施工图第二节整体式单向板肋梁楼盖一、结构平面布置第二节整体式单向板肋梁楼盖柱网布置：次梁的跨度取4～6m；主梁的跨度取5～8m。梁格布置：确定跨度，考虑主、次梁的方向和间距并与柱网布置相协调横向布置纵向布置布置方向一、结构平面布置第二节整体式单向板肋梁楼盖柱网与梁格布置主梁纵向布置次梁横向布置只布置次梁不设置主梁主梁横向布置次梁纵向布置二、计算简图板和主次梁可看作多跨连续梁或板，计算简图要表示出：跨数计算跨度支座特点荷载形式、位置及大小支座特点板的支座是次梁次梁支座是主梁铰支座简化为主梁支座是柱框架梁设计主梁看作铰支于柱的连续梁梁抗弯刚度比柱抗弯刚度大很多否则二、计算简图第二节整体式单向板肋梁楼盖跨数多于五跨的等跨度或相差不超过10%、等刚度、等荷载的连续梁板，可近似按五跨计算简化为五跨连续梁计算跨数计算跨度：板、梁的计算跨度是指在内力计算时所采用的跨间长度板和梁的计算跨度应根据其跨数、支座情况及内力计算方法的不同按《规范》的规定取用。（见表9-1）荷载取值恒荷载活荷载板、次梁、主梁计算简图荷载取值由于支承构件的抗扭刚度，使被支承构件跨中弯矩有所减小，设计中通过采用增大恒荷载和减小活荷载的办法来考虑,2/qgg2/qq,4/qgg43/qq:对于板对于次梁三、按弹性理论方法的结构内力计算求跨中最大正弯矩时本跨隔跨布置活荷载活荷载的最不利布置：求跨中最大负弯矩时邻跨隔跨布置活荷载求支座截面最大负弯矩邻跨隔跨布置活荷载求支座截面最大剪力邻跨隔跨布置活荷载活荷载的最不利布置：内力计算将等跨连续梁、板在各种不同布置荷载作用下的内力系数，制成计算表格，设计时可直接从表中查内力系数计算截面内力。2qlM表中系数qlV表中系数PV表中系数PlM表中系数集中荷载作用下均布荷载作用下内力包络图含义：把内力图叠画在同一坐标图上，其外包线所形成的图形五跨连续梁在均布荷载作用下弯矩包络图五跨连续梁在均布荷载作用下剪力包络图支座截面内力计算20bVMMb2bqgVVb支座截面内力取支座边缘截面作为计算控制截面四、按塑性理论方法的结构内力计算钢筋混凝土连续梁、板是具有一定塑性性能的超静定结构，构件的任一截面达到极限承载力并不会导致整个结构的破坏，因此按弹性理论方法计算求得的内力不能正确反映结构的实际破坏内力。为解决上述问题，充分考虑钢筋混凝土构件的塑性性能，挖掘结构潜在承载力，达到节省材料和改善配筋的目的，提出了按塑性内力重分布的计算方法。四、按塑性理论方法的结构内力计算塑性铰的概念构件在塑性变形集中产生的区域形成了一个能够转动的“铰”，一般称为塑性铰.塑性铰形成示意图塑性铰能承受弯矩塑性铰有一定长度塑性铰只能沿弯矩作用的方向，绕中和轴发生单向转动塑性铰特点：超静定结构的塑性内力重分布塑性铰出现后的加载过程中，结构的内力经历了一个重新分布的过程称为塑性内力重分布先在一个截面出现塑性铰荷载的增加塑性铰陆续出现最后一个塑性铰出现整个结构形成几何可变体系达到极限承载力两跨连续梁在荷载P作用下的内力重分布塑性内力重分布需考虑的因素塑性铰应具有足够的转动能力结构构件应具有足够的斜截面承载能力满足正常使用条件20lqgMnlqgV板和次梁的跨中及支座弯矩次梁支座的剪力αβ分别为考虑塑性内力重分布的弯矩、剪力计算系数111101111161141161161141241161141二跨连续：三跨及以上连续：支承情况截面位置端支座边跨跨中离端第二支座离端第二跨跨中中间支座中间跨跨中AⅠBⅡCⅢ梁、板搁支在墙上0板与梁整浇连接梁梁与柱整浇连接塑性内力重分布的计算方法弯矩计算系数α支承情况截面位置端支座内侧Ain离端第二支座中间支座外侧Bex内侧Bin外侧Cex内侧Cin搁支在墙上0.450.600.550.550.55与梁或柱整体连接0.500.55剪力计算系数β考虑塑性内力重分布计算的一般原则控制支座和跨中截面配筋率弯矩调幅不宜过大使调整后跨中弯矩尽量接近原包络图的弯矩值，调幅后仍能满足平衡条件调幅后，控制弯矩值不宜小于031M按塑性内力重分布方法计算的适用范围在使用阶段不允许开裂不能采用塑性理论计算方法的结构主要有：处于重要部位而要求可靠度较高受动力和疲劳荷载作用处于有腐蚀环境中五、截面计算和构造要求板的计算和构造要求1、板的计算要点板的内力按塑性理论方法计算考虑钢筋混凝土连续板的拱作用，对周边与梁整体连接的单向板中间跨跨中截面及中间支座截面的计算弯矩折减20％板一般不需进行受剪承载力计算板的计算和构造要求2、板的构造要求板的跨度根据梁格布置确定板的厚度要考虑：满足建筑功能的要求板的跨度所受的荷载大小从刚度要求出发，根据经验板厚最小取值连续板≥跨度的1/40简支板≥跨度的1/30悬臂板≥跨度的1/10板的配筋率一般为0.3％～0.8％2、板的构造要求单向板中钢筋分为受力钢筋和构造钢筋受力钢筋沿板短跨方向在受拉侧布置受力钢筋配筋方式弯起式：分离式：将正弯矩钢筋在支座附近弯起一部分以承受负弯矩，锚固好，节省钢筋，施工较复杂正弯矩钢筋和负弯矩钢筋分别设置施工方便，用钢量较大，锚固不如弯起式好弯起式配筋分离式配筋板的计算和构造要求2、板的构造要求单向板中除受力钢筋通常还设置四种构造钢筋分布钢筋与主梁垂直的上部构造钢筋板端上部构造钢筋板角构造钢筋板顶的分布钢筋次梁的计算和构造要求1、次梁的计算要点正弯矩作用区段按T形截面计算负弯矩作用区段按矩形截面计算次梁跨度一般4～6m次梁的内力可按塑性理论方法计算次梁高为跨度的1/18～1/12次梁宽为梁高的1/3～1/2纵向钢筋的配筋率为0.6％～1.5％2、次梁的配筋构造要求次梁的钢筋组成及布置次梁配筋的构造要求主梁的计算和构造要求1、主梁的计算要点通常跨中按T形截面计算支座按矩形截面计算跨中出现负弯矩按矩形截面计算主梁在支座处截面有效高度有所减小主梁的跨度一般取5～8m主梁的内力通常按弹性理论方法计算梁高为跨度的1/15～1/10梁宽为梁高的1/3～1/22、主梁的构造要求主梁钢筋的组成及布置：2、主梁的构造要求横向附加钢筋：sinyvsvfPA受力性能较好板长边与短边之比时应按双向板设计2/12ll时宜按双向板设计3/212ll双向板肋梁楼盖优点：双向板的适用情况及特点第三节整体式双向板肋梁楼盖可跨越大跨度顶棚整齐美观一、双向板的受力特征及试验结果双向板两个方向的横截面上受到弯矩和剪力和扭矩的作用。扭矩的存在使板四周有上翘的趋势，而受到墙约束后使板的跨中弯矩减少，而显得刚度较大。双向板内力的分布主要取决于支承条件几何条件荷载性质单跨双向板的计算工程上对单跨双向板一般直接查表进行内力计算2lqgM表中弯矩系数yxxMMMxyyMMM若考虑泊松比的影响则：二、双向板弹性理论方法计算双向板计算简图多跨双向板的计算1、跨中最大正弯矩活荷载的最不利布置采用棋盘式布置方式2'qgg2'qq利用单跨双向板内力计算系数表计算2、支座最大负弯矩恒荷载和活荷载满布支座负弯矩方法同单跨双向板对某些中间支座，若相邻两个区格板求得的同一支座弯矩不相等，近似地取其平均值作为该支座最大负弯矩。三、双向板的截面设计和构造要求截面设计1、双向板厚度设计一般80mm≤h≤160mm简支板h≥l0/40连续板h≥l0/50刚度要求2、板截面有效高度mm020hhmm300hh)95.0~90.0(s短跨方向长跨方向截面内力臂系数3、弯矩折减考虑双向板受到的穹顶作用，四边与梁整体连接的双向板的计算弯矩可以予以折减中间区格的跨中截面及中间支座减少20%边区格的跨中截面及第二支座截面减少20%5.1/llb0.2/5.1llb减少10%角区格不折减构造要求双向板配筋方式有弯起式和分离式两种单块板弯起式配筋连续板弯起式配筋连续板分离式配筋单块板分离式配筋按弹性理论计算时，板底钢筋数量是根据跨中最大弯矩求得的，而跨中弯矩沿板宽向两边逐渐减小，故配筋亦可逐渐减少。考虑到施工方便，可将板在两个方向各划分成三个板带四、支承双向板的梁的计算特点qq85'qq)21(32'长边的梁上由板传的荷载呈梯形分布，短边的梁上的荷载则呈三角形分布。将梯形和三角形荷载折算成等效均布荷载荷载传递第四节楼梯和雨篷一、楼梯按施工方法不同分为:现浇整体式按梯段结构形式不同分为:板式楼梯预制装配式梁式楼梯螺旋式楼梯悬挑式楼梯梯段板20max81lqgM20max101lqgM考虑平台梁对梯段板有利的弹性约束作用，将梯段板跨中弯距适当减小二、现浇板式楼梯的计算与构造梯段板配筋方式有：弯起式分离式平台板平台板看做单向板设计20101lqgM2081lqgM若板的两边均与梁整体连接，考虑梁对板的弹性约束作用若板一边与梁整体连接而另一边支承在墙上平台梁按简支的倒L形梁计算踏步板梁式楼梯踏步板的构造与计算简图踏步板的配筋示意图梯段斜梁20max81lqgMcos21maxnlqgV梯段斜梁计算简图梯段斜梁构造图平台梁与平台板梁式楼梯的平台板计算和构造要求与板式楼梯完全相同平台梁计算简图三、雨篷雨篷的分类雨篷按结构形式不同板式外挑长度大于1.5设计梁板式雨篷外挑长度1.5以内设计成板式雨篷梁板式雨篷板的设计无边梁雨篷板是悬挑板，按受弯构件进行设计梁式雨篷的雨篷板的设计计算及配筋同一般梁板结构中的板雨篷板受力图雨篷板承受永久荷载、均布活荷载、施工荷载和检修荷载雨篷梁的设计雨篷梁承受板上的均布荷载和集中荷载，砌体传来的荷载。雨篷梁是弯、剪、扭复合受力构件。雨篷梁的宽度一般取与墙厚相同，高度按承载力确定。梁两端伸进砌体的长度，应考虑雨篷的抗倾覆因素。雨篷抗倾覆验算抗倾MM雨篷抗倾覆验算受力图雨篷的抗倾覆验算要求