楼盖

混凝土结构设计原理主讲：张海霞单位:土木工程学院第十一章楼盖1.1概述1.2现浇单向板肋梁楼盖1.3双向板肋梁楼盖1.4无梁楼盖1.5装配式与装配整体式楼盖1.6楼梯与雨篷1.1概述一、概念梁板结构是由梁和板组成的结构体系，其支撑结构体系可为柱或墙体，是土木工程中常见的结构形式，例如楼(屋)盖、楼梯、阳台、雨篷、地下室底板和挡土墙等(如图1.1所示)。除在建筑结构中得到广泛应用外，梁板结构还用于桥梁的桥面结构，特种结构中水池的顶盖、池壁和底板等。楼盖和屋盖是最典型的梁板结构。二.楼盖的结构类型1.按结构类型：肋梁楼盖（1）单向板楼盖（2）双向板楼盖（3）井式楼盖（4）密肋楼盖无梁楼盖（板柱结构）2.按预应力情况：（1）RC楼盖（2）PC楼盖3.按施工方法：（1）现浇楼盖（2）装配式楼盖（3）装配整体式三.单向板与双向板单向板：主要在一个方向弯曲；双向板：两个方向弯曲。如图11-1：某四边支撑板，受均布荷载作用。有关系：(a)沿两个方向划分条带后，板中间挠度应相等，即有关系：21qqqEI384lq5EI384lq54022401140224011lqlq40140221llqq)/(4014022ll1qq)/(4024011ll1qq讨论：当时，由(d)和(e)式可求得：上述关系说明，此时荷载主要沿短边方向传递到长边上；沿长边方向传递到短边上的荷载可忽略不计。基于以上原理，规范规定：对于四边支撑的板，当长边与短边之比大于或等于2时，按单向板计算；其他情况需要讨论确定。0102l2lq0590q2.q9410q1.四、楼盖上的荷载恒荷载－结构自重、装修重及永久性设备的自重活荷载－按建筑的不同用途根据《建筑结构荷载规范》确定。竖向荷载五、楼盖的设计方法楼盖结构当前常用的内力分析方法有设计方法1、线弹性设计方法―――――――――――――弹性设计法2、考虑塑性内力重分布的分析方法――――――弹塑性设计法3、塑性极限分析方法――――――――――――塑性设计法§11.2现浇肋梁楼盖受力体系一、单向板肋形楼盖1、组成－板、次梁、主梁组成，支承在墙和柱上。板的四边支承在梁(或墙)上，次梁支承在主梁上。板的区格：将周边有梁或墙支承的板称～。2、受力特点板上荷载的传递途径为：板上荷载次梁主梁墙、柱注意:(1)板承受的荷载为均布荷载。单向板上的荷载主要沿短边方向传递，而沿长边传递的荷载效应可以忽略不计。配筋时，按短边计算的弯矩值进行配筋，长边方向按构造要求。由于沿板长边方向的荷载相同，故在计算板的荷载效应时，可取1m宽度的单位板宽；板支承在次梁或墙上，其支座按不动铰支座考虑。(2)次梁承受由板传来的荷载和次梁的自重，也是均布荷载；次梁支承在主梁上，其支座按不动铰支座考虑。(3)主梁承受次梁传下的荷载以及主梁自重。次梁传下来的荷载是集中荷载，主梁的自重可简化为集中荷载计算，故主梁的荷载通常按集中荷载考虑。3、结构布置(1)布置原则满足使用要求的前提下，应尽量使结构布置合理、造价比较经济。(2)常用跨度经济合理的跨长：板：1.7～2.5m；次梁：4～6m；主梁：5～8m(3)常用截面尺寸板厚：由计算确定，应满足承载能力、刚度和裂缝控制要求，还应该考虑使用防火、耐久性、施工方便和经济方面的因素。应尽量使板厚接近板的构造厚度，且板厚不小于板跨的1/40。次梁截面尺寸：次梁常用的截面高度与截面宽度为：011(~)1218hl11(~)23bh主梁截面尺寸：011(~)1015hl11(~)24bh主梁的截面高度至少比次梁的截面高度高50mm，如果主梁下部钢筋为双层配筋，或附加钢筋采用吊筋时，应高出100mm。当主梁支承在砖柱(墙)上时，其支座按铰支座考虑；当主梁与钢筋混凝土柱整浇时，若梁柱的线刚度比大于5，则主梁支座也可视为不动铰支座。二、双向板肋形楼盖1、组成：由板和两个方向的梁或墙组成。板的长边和短边比值较接近，在承受和传递荷载时，板在两个方向的内力和变形都不能忽略。2、受力特点：在双向板肋形楼盖中，不去区分哪一个方向的梁是主梁，哪一个方向的梁是次梁。双向板肋形楼盖中，荷载的传递途径为：板上荷载两个方向的梁墙、柱由于板在两个方向都传递荷载，则梁受到的是三角形荷载或梯形荷载。3、结构布置(1)常用跨度同一方向梁的间距：4～6m(2)截面尺寸80hmm11/45hl11/50hl1l板的厚度：(四边简支)(四边连续)－板的短边跨长梁的截面高度和截面宽度011(~)1016hl11(~)24bh§11.3现浇单向板肋梁楼盖一、按弹性理论的计算方法计算步骤：1、确定计算简图；2、求出恒荷载作用下的内力和最不利活荷载作用下的内力并分别进行叠加；3、作出内力包络图；4、对整浇支座截面的弯矩和剪力进行调整；5、进行配筋计算；6、按弯矩包络图确定弯起钢筋和纵向钢筋截断位置，按剪力包络图确定腹筋。几种常用的布置方案(1)主梁横向布置，次梁纵向布置。这种布置方案可以增加结构的横向刚度，结构受力合理，同时，便于在纵墙上开窗，高度可较大，对室内采光有利，故在实际工程中经常采用。(2)主梁纵向布置，次梁横向布置。当横向柱距比纵向柱距大许多时，为减小主梁的高度，常采用这种布置方案。这种布置方案下的房屋横向刚度较差，且次梁要搁置在纵墙窗洞过梁上，使窗洞的高度受到限制，从结构受力上讲也不太合理。(3)只布置次梁，不设主梁。当房屋有中间走廊时，如教学楼、宿舍楼等，常可利用内纵墙直接承重，次梁直接搁置在纵墙上。这种布置方案仅适用于有中间走道的楼盖。(a)主梁沿横向布置(b)主梁沿纵向布置(c)有中间走道图1.4梁的布置(一)计算简图1、板、次梁和主梁的计算简图随着跨数的增多，各内跨的内力差别不大，故对多于5跨的等跨梁、板(所谓等跨，指跨度相差≤10%)，可近似按5跨计算；对不多于5跨的梁、板，按实际跨数计算。当板与次梁、次梁与主梁整浇在一起时，其支座与计算简图中的理想铰支座有较大差别。尤其是活荷载隔跨布置时，支座将约束构件的转动，使被支承的构件(板或次梁)的支座弯矩增加，跨中弯矩降低。为了修正这一影响，通常采用增大恒荷载、相应减小活荷载的方式来处理，即采用折算荷载计算内力。2、折算荷载'2qgg'2qq'4qgg'34qq板次梁注：当板或梁搁置在砌体或钢结构上时，则荷载不作调整。(二)内力计算和最不利组合1、内力计算对于等截面和等跨度连续梁板在常见荷载下的内力(1)在均布及三角形荷载作用下：(2)在集中荷载作用下：20mMql0vVql0mMFlvVF作用在结构上的恒载，如梁、板自重，楼面面层以及永久性设备等是永久作用在结构上的，不随时间发生变化。而作用在结构上的活载，如人群、家具等是随时间发生变化的，有时作用在结构上，有时不存在。根据结构力学可知，并不是所有的恒载和活载全部作用在结构上可以使结构在各个控制截面产生最大的内力。因此，当求某一控制截面的最不利内力时，应考虑活载的不利组合。下面以一五跨连续梁为例说明。2、最不利组合(1)求某跨跨中最大正弯矩时，应在该跨布置活荷载，然后向其左右每隔一跨布置活荷载；(2)求某跨跨中最大负弯矩(最小弯矩)时，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)求某支座最大负弯矩时，应在该支座左右两跨布置活荷载，然后再每隔一跨布置；(4)求某支座截面最大剪力时，其活荷载布置与求该跨支座最大负弯矩的布置相同。求边支座截面最大剪力时，其活荷载布置与该跨跨中最大正弯矩的布置相同。很重要哦！！每种活荷载最不利布置下产生的内力均应与恒荷载的内力叠加。当在同一坐标上画出各种内力图后，其外包线就是内力包络图，它表示各截面可能出现的内力的上下限。两种包络图：弯矩包络图和剪力包络图(三)内力包络图在用弹性理论方法时，计算跨度一般都取至支座中心线。当板与梁整浇、次梁与主梁整浇以及主梁与混凝土柱整浇时，支承处的截面工作高度大大增加，危险截面不是支座中心处的构件截面而是支座边缘处截面。(四)支座截面内力设计值修正02cVMMb()2cgqVVb二、按塑性理论的计算方法1.应力重分布与内力重分布（1）应力重分布：在弹性阶段，钢筋与混凝土承担的应力是按各自的初始弹性模量分配的，在弹塑性阶段钢筋与混凝土承担的应力是按各自的变形模量分配的,混凝土分配到的应力发生了变化，这种现象称为“应力重分布”。应力重分布在静定结构和超静定结构中都可能发生。（2）内力重分布：超静定结构存在多余联系，其内力是按刚度分配的。在多余联系处，由于应力较大，材料进入弹塑性，产生塑性铰，改变了结构的刚度，内力不再按原有刚度分配，这种现象称为“内力重分布”。“内力重分布”只会在超静定结构中发生且内力不符合结构力学的规律。2.混凝土受弯构件的塑性铰（1）塑性铰的概念：适筋截面在钢筋屈服到混凝土压碎过程中形成的铰称为“塑性铰”。（2）塑性铰的特点※塑性铰与理想铰的区别①理想铰不能承受任何弯矩，而塑性铰则能承受一定的弯矩（My≤M≤Mu）；②理想铰集中于一点，塑性铰则有一定的长度；③理想铰在两个方向都可产生无限的转动，而塑性铰则是有限转动的单向铰，只能在弯矩作用方向作有限的转动。很重要哦！！•塑性铰的分类：钢筋铰和混凝土铰•①对配置具有明显屈服点钢筋的适筋梁，塑性铰的形成起因是受拉钢筋先屈服，故称钢筋铰；•②当截面配筋率大于界限配筋率，此时钢筋不会屈服，转动主要由受压区混凝土的非弹性变形引起，故称混凝土铰；其转动量较小，截面破坏突然；静定结构与超静定结构出现塑性铰后的区别静定结构的某一截面一旦形成塑性铰，结构即成为几何可变体系而丧失承载能力。考虑塑性内力重分布的意义（1）内力计算方法与截面设计方法相协调；（2）可以人为地调整截面的内力分布情况，更合适地布置钢筋；（3）充分利用结构的承载力，取得一定的经济效益。超静定结构：当连续梁某一支座截面形成塑性铰后，并不意味着结构承载能力丧失，而仅仅是减少了一次超静定次数，结构可以继续承载，直至整个结构形成几何可变体系，结构才最后丧失承载能力。考虑结构内力重分布的计算方法具有如下优点：（1）能正确估计结构的裂缝和变形；（2）能合理调整钢筋用量，方便施工；（3）可人为控制弯矩分布，简化结构计算；（4）充分发挥材料的作用，提高经济性。下列情况不宜考虑塑性内力重分布的方法：（1）裂缝宽度和挠度要求较严格的构件；（2）直接承受动荷载和重复荷载的构件；（3）预应力和二次受力构件；（4）重要的或可靠性要求较高的构件。影响内力重分布的因素充分的内力重分布：出现足够的塑性铰使结构成为机动。主要影响因素（1）塑性铰的转动能力：取决于纵向钢筋的配筋率、钢筋的品种和混凝土的极限压应变值；（2）斜截面承载力：在出现足够的塑性铰之前不能产生斜截面破坏，否则不能形成充分的内力重分布；（3）正常使用条件：控制内力重分布的幅度，一般要求在正常使用条件下不应出现塑性铰，以防止出现裂缝过宽或挠度过大。3.按塑性内力重分布的计算方法——弯矩调幅法(1)弯矩调幅法的概念及基本原则弯矩调幅法简称调幅法，是在弹性弯矩的基础上，根据需要适当调整某些截面弯矩值。通常对那些弯矩绝对值较大的截面进行弯矩调整，然后按调整后的内力进行截面设计和配筋构造，是一种适用的设计方法。调幅法的特点是概念清楚，方法简便，弯矩调整幅度明确，平衡条件得到满足。在弯矩调幅法中，塑性铰的部位及塑性弯矩值是在按弹性理论分析方法获得的内力基础上确定的。对于连续梁、板首先出现塑性铰的位置宜设计在支座截面，塑性弯矩值按弯矩调幅系数确定。截面弯矩调整的幅度用调幅系数β表示eaeMMMeaMM)1(采用塑性理论计算连续板和梁时，为了保证塑性铰在预期的部位形成，同时又要防止裂缝过宽和挠度过大影响正常使用，故设计应遵守的原则：受力钢筋宜采用HRB400级、HRB335级热轧钢筋，混凝土强度等级宜在C20~C45范围；截面的相对受压区高度ξ应满足0.1≤ξ≤0.35；调幅系数β不宜超过25%；对于q/g≤1/3的连续板、梁中