建筑结构与建筑设计

第九章正常使用极限状态验算及耐久性设计回顾结构的基本功能安全性适用性耐久性怎样度量结构完成预定功能？极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态前述内容都是构件的承载能力极限状态，或称强度计算。本章讨论的内容BlMS20§9.1截面弯曲刚度的定义和基本表达式9.1.1截面弯曲刚度的概念及定义挠度计算的思路材力：EIlMSf20与荷载形式、支承条件有关，例如：混凝土梁截面弯曲刚度485S121S混凝土梁截面弯曲刚度的主要特点BMEIM∴MB最后的Bs的计算公式：（9－13）受弯构件短期刚度fEssshAEB5.3162.015.1209.1.3受弯构件的截面刚度B——考虑荷载长期作用的影响考虑荷载长期作用的影响后，截面弯曲刚度将降低，构件挠度将增大。ⅰ.徐变；ⅱ.裂缝间受拉混凝土应力松弛，钢筋与混凝土产生滑移徐变，使受拉混凝土不断退出工作；ⅲ.收缩变形。荷载长期作用下刚度降低的原因20qMlfSB考虑荷载长期作用的影响后的截面刚度B（9－18）9.1.4受弯构件的挠度验算1.简支梁的挠度计算2q0MlfSB采用最小刚度Bmin，由此计算的挠度会不会偏大？不会，因为计算中虽然将弯曲挠度算大，但没有考虑剪切变形对挠度的影响，两者抵消使得最终挠度比较接近实际情况。minB【例题9-1】已知在教学楼楼盖中，一矩形截面简支梁，b*h=200*500mm，配置4D16（HRB400级）受力钢筋，混凝土C20，保护层厚度C=25mm，L0=5.6m，承受均布荷载，其中永久荷载（包括自重在内）标准值gk=12.4kN/m，楼面活荷载标准值qk=8kN/m，楼面活荷载的准永久值系数ψq=0.5。试验算其挠度。解：注意问题，和本题的结论。（1）本题挠度验算时钢筋的应力水平2/246mmNsk2/360mmNfy683.0360246yskf（2）本题短期刚度和长期刚度的比值802.11021.11018.21313BBssssfBBff802.1§9.2钢筋混凝土构件裂缝宽度验算9.2.1裂缝的出现、分布和开展以轴心受拉构件为例由此看来：（1）首批裂缝在混凝土抗拉强度较薄弱的截面产生，其次的裂缝将在裂缝间距≥2L的区段上产生，哪里最薄弱，哪里先出现裂缝。（2）但裂缝间距不会小于L，即稳定后的裂缝间距为：L～2L。（3）L的大小与：ⅰ.Δ＝钢筋的伸长－混凝土的伸长钢筋的伸长－混凝土的伸长＝0ⅱ.裂缝从里到外一样宽裂缝从里到外不一样宽ⅲ.Δ和C无关Δ和C有关（4）裂缝宽度的形成：配筋率有关——钢筋表面积大小有关——粘结强度有关——混凝土等级，钢筋表面性状，保护层厚度等。粘结滑移理论粘结无滑移理论裂缝综合理论理论裂缝宽度计算的思路某一条具体的裂缝出现的部位是随机的，其裂缝宽度也是随机的。但平均裂缝间距和平均裂缝宽度具有一定的规律性，且两者之间有一定的关联性。这样，计算裂缝宽度的思路与方法就可以确定为：mWkWmax（3）用Wm估计Wmax。例如：k为估计系数9.2.2平均裂缝间距tetssssAfAA21（1）在裂缝处截开，取隔离体，得：（2）确定平均裂缝宽度Wm和Lm的关系；（1）求平均裂缝间距：Lm；luAAmssss21（2）得：uAflmtettesteAAdnutemttesmtdfndAf4142dnAsρte为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率取钢筋隔离体，建立平衡条件：llm5.1tetemtdkdf4831（9-28）最后规范提出的公式：teeqdkkl1s2crc（9-29）等效直径9.2.3平均裂缝宽度平均裂缝宽度WmmctmmsmmllWmsmctmsml)1(msskclE85.0c裂缝间的混凝土平均应变（9-32）裂缝间钢筋的平均应变计算sk（1）受弯构件（2）轴心受拉（3）偏心受拉087.0hAMskskskskAN)(0sskskahAeN（9-33）（9-34）（9-35）（4）偏心受压skskAhheN00)(（9-36）)08.09.1(sqmaxteeqsscrdcEw（9-40）（mm）9.2.4最大裂缝宽度及其验算用试验、数理统计的方法得出Wmax的计算公式max,maxslwwmsskclmllEwτl长期荷载影响τ平均裂缝宽度的增大系数temdkCkl12规范提出的公式构件受力特征系数，轴心受拉2.7，偏拉2.4，受弯、偏压2.1。给出的是具有95％保证率的相对最大裂缝宽度。最大裂缝宽度验算][limmaxww详规范，0.2～0.3mm，一般0.3mm。有关wmax的几个概念（1），sdmaxw，即：钢筋直径减小，裂缝宽度减小。（2），temaxw，即：配筋率增大，裂缝宽度减小。（或钢筋面积增大）§9.4混凝土结构的耐久性9.4.1耐久性的概念与主要影响因素钢结构的寿命防锈漆混凝土结构的寿命（1）混凝土的寿命（2）钢筋的寿命——用混凝土维护混凝土结构的耐久性指在设计工作寿命期内，在正常维护下，保持适合于使用，而不需要进行维修加固的能力。不了解或不重视结构耐久性问题而产生的工程问题：（1）钢结构的维护费用；（2）韩国一栋商业大楼突然倒塌——使用海砂；（3）苏州河上一座桥，在清晨被一艘过路渔船的桅杆碰垮。影响耐久性能的主要因素内部因素：混凝土强度，密实性，水泥用量，水灰比，氯离子，碱含量。9.4.2混凝土的碳化碳化对混凝土本身无害，其主要问题是当碳化至钢筋表面时，将会破坏氧化膜，使钢筋有锈蚀的危险。此外，还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。碳化是混凝土由碱性向中性过渡。外部因素：温度，湿度，CO2含量，侵蚀性介质。9.4.3钢筋的锈蚀9.4.4耐久性设计耐久性设计的目的在规定的设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合于使用，满足既定功能的要求。方法将混凝土结构按使用环境不同分类一类，室内正常使用环境。二类，a.室内潮湿环境；非严寒和寒冷地区露天环境、与无侵蚀性的水及土壤直接接触的环境。b.寒冷和严寒地区的露天环境；与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。三类，根据建筑物的重要程度，划分不同的设计使用年限。50年100年结构针对不同的使用环境，设计使用年限，提出不同的技术措施与构造要求。保证耐久性的技术措施及构造要求（1）结构设计技术措施1）未经技术鉴定及设计许可，不能改变结构的使用环境，不得改变结构的用途。2）对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换的构件。3）宜根据环境类别，规定维护措施及检查年限；对重要的结构，宜在与使用环境类别相同的适当位置设置供耐久性检查的专用构件。4）对于暴露在侵蚀性环境中的结构构件，其受力钢筋可采用环氧涂层带肋钢筋，预应力筋应有防护措施。在此情况下宜采用高强度等级混凝土。（2）对混凝土材料的要求1）2）3）4）5）（3）施工要求混凝土的耐久性主要取决于它的密实性，除应满足上述对混凝土材料的要求外，还应高度重视对混凝土的施工质量，控制商品混凝土的各个环节，加强对混凝土的养护，防止过早受荷等。（4）混凝土保护层最小厚度值得注意的的是在确定保护层厚度时，不能一味增大厚度，因为增大厚度一方面不经济，另一方面使裂缝宽度较大，效果不好；较好的方法是采用防护覆盖层，并规定维修年限。