混凝土结构设计第二章_单层工业厂房

教材作者：梁兴文课件制作：丁怡洁课件审查：梁兴文混凝土结构设计第2章楼盖和楼梯主要内容：受弯构件塑性铰和结构内力重分布单向板肋梁楼盖设计双向板肋梁楼盖设计重点：单向板与双向板受弯构件的塑性铰和超静定结构内力重分布单向板肋梁楼盖设计第二章楼盖和楼梯2.1概述1楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一(a)单向板肋梁楼盖(b)双向板肋梁楼盖(c)无梁楼盖(d)密肋楼盖第二章楼盖和楼梯2.1概述(e)井式楼盖(f)扁梁楼盖楼盖结构类型(typesoffloorsystems)1楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一第二章楼盖和楼梯2.1概述2楼盖结构选型按施工方法，混凝土楼盖可分为：现浇混凝土楼盖装配式混凝土楼盖装配整体式混凝土楼盖按结构形式，现浇混凝土楼盖可分为：单向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖无梁楼盖密肋楼盖井式楼盖扁梁楼盖第二章楼盖和楼梯2.1概述《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定：（1）对两边支承的板，应按单向板计算。（2）对于四边支承的板时，应按双向板计算；时，宜按双向板计算；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；时，可按沿短边方向受力的单向板计算。注：－长边长度；－短边长度3单向板与双向板单向板：荷载作用下，只在一个方向或主要在一个方向弯曲的板。双向板：荷载作用下，在两个方向弯曲，且不能忽略任一方向弯曲的板。/2lb2/3lb/3lblb第二章楼盖和楼梯4梁、板截面尺寸（承载力和刚度）ff构件种类高跨比（）备注多跨连续次梁多跨连续主梁单跨简支梁1/18~1/121/14~1/81/14~1/8梁的宽高比（）一般为1/3~1/2，以50mm为模数单向板简支连续≥1/35≥1/40最小板厚：屋面板≥60mm民用建筑楼板≥70mm工业建筑楼板≥80mm双向板四边简支四边连续≥1/45≥1/50高跨比中的取短向跨度板厚一般宜为80mm≤≤160mm密肋板单跨简支多跨连续≥1/20≥1/25高跨比中的为肋高板厚：当肋间距≤700mm，≥40mm当肋间距700mm，≥50mm悬臂板≥1/12板的悬臂长度≤500mm，≥60mm板的悬臂长度500mm，≥80mm无梁楼板无柱帽有柱帽≥1/30≥1/35h≥150mm梁、板截面的常用尺寸b/hl/hl/hl/bhhhhhhhhhhl第二章楼盖和楼梯2.1概述5现浇整体式楼盖结构内力分析方法弹性理论有较大的安全储备。塑性理论内力分析与截面计算相协调，结果比较经济，但一般情况下结构的裂缝较宽，变形较大。板和次梁：按塑性理论分析内力主梁：按弹性理论分析内力主梁为楼盖中的主要构件，要保证使用中有较好的性能。现浇钢筋混凝土肋梁楼盖第二章楼盖和楼梯2.2受弯构件塑性铰和结构内力重分布1受弯构件的塑性铰（plastichinge）塑性铰的形成在钢筋屈服截面，从钢筋屈服到达到极限承载力，截面在外弯矩增加很小的情况下产生很大转动，表现得犹如一个能够转动的铰，称为“塑性铰”。钢筋混凝土受弯构件的塑性铰第二章楼盖和楼梯2.2受弯构件塑性铰和结构内力重分布1受弯构件的塑性铰塑性转角及塑性铰的转动能力（plasticrotationcapacity）塑性铰转角：pypp)(l塑性铰的转动能力：pyumaxp)(l影响塑性铰转动能力的因素：（1）钢筋种类。受拉纵筋采用软钢（HPB235，HRB335，HRB400，RRB400级钢筋）时，较大。（2）受拉纵筋配筋率。较低时，较大。值直接与塑性铰转动能力有关。（3）混凝土的极限压缩变形。极限压缩变形大，较大。混凝土的强度等级低，箍筋用量多或受压区纵筋较多时，都能增加混凝土的极限压缩变形。pmaxpmaxpmax第二章楼盖和楼梯2.2受弯构件塑性铰和结构内力重分布1受弯构件的塑性铰塑性铰的特点（1）塑性铰实际上具有一定长度，分析时可认为是一个截面；（2）塑性铰能承受定值弯矩，即截面的屈服弯矩；（3）对于单筋受弯构件，塑性铰只能单向转动；（4）塑性铰的转动能力有限。第二章楼盖和楼梯2超静定结构的塑性内力重分布2.2受弯构件塑性铰和结构内力重分布塑性内力重分布的过程（以矩形等截面两跨连续梁为例）两跨连续梁内力变化过程第二章楼盖和楼梯2超静定结构的塑性内力重分布两跨连续梁内力变化图第一过程：裂缝出现～塑性铰形成以前，原因为裂缝的形成和开展。第二过程：塑性铰形成以后，原因为塑性铰的转动。条件：（1）（2）适筋梁（3）达之前不发生剪切破坏ByBCyAByMMMuM2.2受弯构件塑性铰和结构内力重分布第二章楼盖和楼梯2.2受弯构件塑性铰和结构内力重分布塑性内力重分布的幅度指截面弹性弯矩与该截面塑性铰所能负担弯矩的差值，通常以相对值表达：1yeyyeeeMMMMMMM塑性内力重分布的设计考虑（1）“充分的内力重分布”（2）“不充分的内力重分布”（3）一个截面的屈服并不意味着结构破坏（4）塑性铰截面不必考虑满足变形连续条件，必须满足平衡条件（5）一般调整幅度不应超过25%2超静定结构的塑性内力重分布第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计1单向板肋梁楼盖结构布置结构布置包括柱网、承重墙、梁和板的布置应综合考虑建筑功能、造价及施工条件等，合理确定结构的平面布置。根据工程实践，常用跨度为：单向板：（1.7~2.5）m次梁：（4~6）m主梁：（5~8）m结构平面布置方案(a)主梁横向布置(b)主梁纵向布置(c)只布置次梁单向板肋梁楼盖布置方案第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计计算简图2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯（1）板1）计算单元：1m宽板带2）荷载：均布荷载3）连续梁：次梁、墙作为板的不动铰支座4）计算跨度：中间跨：边跨（边支座为砌体墙）：通常a为120mmc0ll2222nn0balbhll（2）次梁1）荷载范围：次梁左右各半跨板2）荷载：均布荷载恒载：次梁左右各半跨板自重、次梁自重活载：次梁左右各半跨板上活载2.3单向板肋梁楼盖设计2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯3）连续梁：时，认为主梁是次梁的不动铰支座，否则应取交叉梁系进行分析4）计算跨度：中间跨：边跨（边支座为砌体墙）：通常a为240mm8ii主次（3）主梁222025.1nn0balbllc0ll1）荷载范围：主梁左右各半个主梁间距，次梁左右各半个次梁间距2）荷载：集中荷载3）连续梁：当较小，可将柱作为主梁的不动铰支座框架：时，应考虑柱对主梁的转动约束作用4）计算跨度：与次梁相同，通常a为370mm柱i()()3iiii左梁右梁上柱下柱)2.3单向板肋梁楼盖设计2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力连续梁、板的计算跨度(a)边跨(a)中间跨第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计板和次梁的折算荷载为了考虑次梁或主梁的抗扭刚度对内力的影响，采用增大恒载，减小活载的办法，即：板次梁qgg21qq2114ggq34qq次梁抗扭刚度对板的影响2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计活荷载不利布置规律：（1）求某跨跨中，该跨布置活荷载，然后隔跨布置（2）求某跨跨中或，左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置（3）求某支座，该支座左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置（4）求某支座，与（3）相同maxMminMmaxMmaxMmaxV连续梁的实际跨数5跨时：按5跨计算实际跨数5跨时：按实际跨数考虑活荷载不利布置（等跨或跨度差10%且各跨受荷相同的连续梁）2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计活荷载在不同跨间时的弯矩图和剪力图2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计内力计算连续梁在各种荷载作用下，可按一般结构力学方法计算内力。对于等跨连续梁（或连续梁各跨跨度相差不超过10%），可由附表1查出相应的内力系数，利用下列公式计算跨内或支座截面的最大内力。在均布及三角形荷载作用下：在集中荷载作用下：2212Mkglkql34Vkglkql56MkGlkQl78VkGkQ2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计内力包络图由内力叠合图形的外包线构成，它反映出各截面可能产生的最大内力值，是设计时选择截面和布置钢筋的依据。均布荷载作用下五跨连续梁的内力叠合图和内力包络图2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计控制截面及其内力控制截面：对受力钢筋计算起控制作用的截面梁跨以内：包络图中正弯矩最大值（配正钢筋）负弯矩绝对值最大值（配负钢筋）支座：支座边缘处负弯矩最大值支座边缘处剪力值：支座边缘处弯矩值：2ccbVMM2)(cbqgVV（均布荷载）（集中荷载）cVV2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计单向板肋梁楼盖按弹性理论设计步骤（1）平面布置（2）计算简图（3）内力计算，内力组合（内力包络图）（4）截面设计（5）施工图按弹性理论计算内力存在的问题（1）内力计算与截面设计不协调（2）浪费材料（3）支座钢筋过密，施工质量不易保证2单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计超静定混凝土结构考虑塑性内力重分布的计算方法：3单向板肋梁楼盖按塑性理论方法计算结构内力我国行业标准《钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程》（CECS51∶93）主要推荐用弯矩调幅法计算钢筋混凝土连续梁、板和框架的内力极限平衡法塑性铰法变刚度法强迫转动法弯矩调幅法非线性全过程分析方法第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计弯矩调幅法截面弯矩调整的幅度：对结构的弹性弯矩值和剪力值进行适当的调整，用以考虑结构因非弹性变形所引起的内力重分布ea1MM应用弯矩调幅法应遵循以下规定：（1）纵筋：HPB235、HRB335、HRB400、RRB400；混凝土：C20～C45（2）一般不宜超过0.25（3）不应超过，不宜小于（4）调整后的结构内力必须满足静力平衡条件：连续梁、板各控制截面的弯矩值不宜小于简支梁弯矩值的1/30.100.35AB0()1.022lMMMM3单向板肋梁楼盖按塑性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计（5）应在可能产生塑性铰的区段适当增加箍筋数量受剪配箍率：（防斜拉）（6）必须满足正常使用阶段变形及裂缝宽度的要求，在使用阶段不应出现塑性铰yvtsvsv36.0ffbsA用弯矩调幅法计算等跨连续梁、板内力(1)等跨连续梁各跨跨中及支座截面的弯矩设计值均布荷载：间距相同、大小相等的集中荷载：20mb)(lqgM0mb)(lQGM3单向板肋梁楼盖按塑性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计（2）等跨连续梁的剪力设计值nvb)(lqgV)(vbQGnV均布荷载：间距相同、大小相等的集中荷载：（3）等跨连续单向板，各跨跨中及支座截面的弯矩设计值2mp0()Mgql均布荷载：公式适用于：的等跨连续梁、板相邻两跨跨度相差小于的不等跨连续梁、板跨度值:计算跨中弯矩和支座剪力:取本跨跨度计算支座弯矩:取相邻两跨较大跨度/0.3qg10%3单向板肋梁楼盖按塑性理论方法计算结构内力第二章楼盖和楼梯2.3单向板肋梁楼盖设计按塑性理论计算内力中几个问题的说明（1）计算跨度(两支座塑性铰之间的距离)支承情况计算跨度梁板两端与梁（柱）整体连接净跨长净跨长两端支承在砌体墙上一端与梁（柱）整体连接，另一端支承在砌体墙上注：表中为板的厚度；为梁或板在砌体墙上的支承长度。梁、板计算跨度3单向板肋梁楼盖按塑性理论方法计算结构内力nn1.05llahanlnl0lnnlhlann1.02