房屋砼结构设计之梁板结构设计（PPT36页)

房屋砼结构设计课程简介一、课程性质、地位及作用：1.课程性质、地位：专业核心技能课，专业必修课，考试课。2.课程作用：培养学生房屋工程结构设计基本技能二、课程内容及学习方法：1.课程内容：砼结构设计原则与方法、砼梁板结构设计、砼单层工业厂房结构设计、砼多层框架结构设计和砼高层建筑结构。2.课程学习方法：强化理解、勤于做练、理论联系实践第11章钢筋砼梁、板结构§11.1钢筋砼梁、板结构概述一、钢筋砼梁、板结构概念：是指主要由钢筋砼梁、板结构件（受弯构件）组成的结构体系，一般包括钢筋砼楼（屋）盖、钢筋砼基础、钢筋砼楼梯、钢筋砼阳台、钢筋砼雨篷等。二、单、双向板划分：1.单向板：是指只在一个方向或主要在一个方向弯曲的板长短跨之比不小于3的四边支承板两对边支承板、悬壁板等2.双向板：是指在两个方向弯曲且不能忽略任一方向弯曲的板，一般包括四边支承板、三边支承板、两邻边支承板或四点支承板等，其长短边之比应不大于2.《规范》规定：长短边之比介于2至3之间的四边支承板，可按单向板设计，但应适当增加沿长跨方向的分布钢筋（按双向板配筋），以承担长跨方向的弯矩。三、钢筋砼楼盖的类型：1.按结构形式划分单向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖无梁楼盖井式楼盖密肋楼盖2.按施工方法划分现浇整体式楼盖装配式楼盖装配整体式楼盖3.按预加应力情况划分钢筋砼楼盖预应力砼楼盖§11.2钢筋砼现浇单向板肋梁楼盖设计一、钢筋砼单向板肋梁楼盖设计步骤：结构平面布置，初拟构件尺寸确定梁、板构件计算简图梁、板结构件内力分析梁、板结构件截面设计绘制楼盖结构施工图二、钢筋砼单向板肋梁楼盖结构平面布置：1.楼盖组成构件：板、次梁、主梁，荷载传递路线为依次传递2.楼盖组成构件经济跨度：3.楼盖结构布置原则：简单、规则、统一、方便施工4.楼盖结构布置方案主梁横向布置，次梁纵向布置主梁纵向布置，次梁横向布置只布置次梁，不设主梁三、钢筋砼单向板肋梁楼盖结构件计算简图：1.简化假定和计算模型：（1）支座没有竖向位移，且可以自由转动；构件支座均简化为铰支座（2）不考虑薄膜效应对板内力的影响；板截面设计时再考虑弯矩折减（3）在确定板传给次梁和次梁传给主梁荷载时，忽略板、次梁的连续性，按简支构件计算支座竖向反力；（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%，可按五跨的等跨连续梁、板计算。2.计算单元及从属面积：钢筋砼现浇板内力计算时取1m宽板带为计算单元，其从属面积次梁和主梁计算范围均取自梁中心向外各延展至相邻梁中心间距的一半。3.楼盖构件计算跨度：次梁的间距就是板的跨长，主梁的间距就是次梁的跨长，但不一定就等于计算跨度。梁、板构件计算跨度应取为该跨两端支座处转动点之间的距离4.折算荷载：为考虑次梁对板的转动约束和主梁对次梁的转动约束，并简化计算过程，采取增大恒荷载、相应减小活荷载，保持总荷载值不变的方法（折算荷载）处理。五、连续梁、板按弹性理论的内力计算：1.活荷载的不利布置：在设计连续梁、板时，应研究活荷载如何布置将使梁、板内某一截面的内力绝对值最大，这种布置称为活荷载的最不利布置（1）活荷载对跨中和支座弯矩影响：①跨内布置活荷载，本跨支座产生负弯矩，相邻支座产生正弯矩，隔跨支座又将产生负弯矩；②跨内布置活荷载，本跨跨中产生正弯矩，相邻跨跨中产生负弯矩，隔跨跨中又将产生正弯矩。（2）活荷载不利布置原则：①欲求某跨跨内最大正弯矩，应将活荷载布置于本跨及隔跨内；②欲求某跨绝对值最大负弯矩，本跨不应布置活荷载，而应在其左右邻跨及隔跨内布置活荷载；③欲求某支座绝对值最大负弯矩或支座左右最大剪力，应将活荷载布置于该支座左右跨及隔跨内。2.内力计算（等截面、等跨梁板构件）：均布及三角形荷载作用下：221020Mkglkql1020Vkglkql集中荷载作用下：6500MkGlkQl65VkGkQ3.内力包络图：构件各截面在各种可能存在的不利荷载组合下其绝对值最大内力点的连线构成的图，称为内力包络图，包括弯矩包络图和剪力包络图两大类。4.支座弯矩和支座剪力设计值：支座弯矩设计值：0/2cMMVb支座剪力设计值：均布荷载(/2)cVVgqb集中荷载cVV六、连续梁、板按塑性内力重分布理论的内力计算：1.弹性理论计算连续梁、板存在的问题：（1）构件截面承载力极限状态计算理论与弹性内力计算不协调；（2）按内力包络图配置构件各截面材料因其并非同时达到最大值致使各截面材料得不到充分利用；（3）弹性理论计算时因支座弯矩总是大于跨中弯矩而造成支座处截面钢筋拥挤、构造复杂、施工不便。2.塑性铰及塑性内力重分布：1）塑性铰概念：梁、板构件截面中自纵向受拉钢筋达到屈服至截面达到极限承载力之前，截面将绕其中性轴转动，类似于出现了一个“铰”，此因附近区域塑性变形促使截面发生转动的机构称为“塑性铰”。为确保结构具有足够的变形能力，塑性铰应设计成“钢筋铰”。塑性铰的形成原因是纵向受拉钢筋屈服时为“钢筋铰”，塑性铰的形成起因是砼的非弹性变形时称为“砼铰”截面设计充分考虑塑性发展，内力计算不考虑塑性存在必然存在部分截面材料得不到充分利用支座上部钢筋过密，砼不容易达到浇筑质量虚拟的“铰”2）塑性铰与普通铰的区别：①普通铰不能承受弯矩，而塑性铰则能承受基本不变的弯矩；弯矩不变性②普通铰集中于一点，塑性铰则有一定长度；区域性③普通铰在两个方向均可产生无限转动，而塑性铰则只能在弯矩作用方向单方向产生有限转动。单向性转动限制性3）塑性内力重分布：由于钢筋砼超静定结构的非弹性性质引起的各截面内力间关系不再遵循线弹性关系的现象，称之为“塑性内力充分布”。塑性内力重分布过程经历了弹性内力阶段、截面间弯曲刚度比值改变阶段和塑性铰形成阶段等三个阶段。各截面间按线弹性分配弯矩支座弯矩增长率低于跨中截面弯矩增长率支座弯矩不变，跨中弯矩继续增长至极限弯矩4）影响塑性内力重分布的因素：塑性铰的转动能力、斜截面受剪承载力、正常使用条件。截面配筋率、钢筋品种及砼极限应变等出现塑性铰后斜截面承载力也将降低构件使用条件下对变形、裂缝宽度要求等5）考虑塑性内力重分布的意义：①能正确估计结构承载力和使用阶段变形、裂缝；因塑性变形发展而产生的构件各截面间内力按新模式分布②合理布置钢筋，避免支座钢筋拥挤现象，简化配筋构造，方便施工；③可使构件破坏前较多截面达到其承载力，充分发挥结构潜力，有效地节约材料；④据结构塑性内力重分布规律，可在一定条件和范围内人为地控制结构中弯矩分布，使结构设计得以简化。6）不宜采用塑性内力重分布理论的范围：①使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较严格限制的结构；②直接承受动力和重复荷载的结构；③预应力结构和二次受力叠合结构；④要求有较高安全储备的结构。3.钢筋砼连续梁、板调幅法内力计算：极限平衡法、塑性铰法、变刚度法、强迫转动法、弯矩调幅法、非线性全过程分析法等1）弯矩调幅法概念：弯矩调幅法是将连续梁、板按弹性理论算得的弯矩值和剪力值作适当地调整，然后按调整后的内力进行截面设计的方法。核电站结构吊车梁楼盖主梁2）弯矩调幅法原则：①弯矩调幅后引起的结构内力图形和正常使用状态的变化，应验算调幅后结构承载力及变形，或采取构造措施保证；②受力钢筋宜采用HRB400、HRB335级热轧钢筋，砼强度等级宜在C20~C45范围内，截面受压区高度应满足0.10≤ξ≤0.35。3）弯矩调幅法步骤：①用线弹性方法计算并确定荷载最不利组合下结构控制截面最大弯矩值Me；应验算内力调整后结构状态是否满足使用要求应采用变形性能良好的材料弹性理论计算构件各截面内力②采用降低系数β降低各支座截面弯矩，即设计值按下式计算：③结构跨中截面弯矩值应取弹性分析所得最不利弯矩值和下式计算值中之较大值：β≤0.2④调幅后支座和跨中弯矩均不应小于M0/3;⑤各控制截面的剪力值按荷载最不利布置和调幅后的弯矩由静力平衡条件计算确定。4）调幅法计算等跨连续梁、板控制截面内力：①等跨连续梁调幅法计算内力：承受均布荷载时:承受集中荷载时:降低支座弯矩计算跨内控制截面弯矩确保截面安全静力平衡条件确定其他内力Page45中表11.2Page46中表11.4Page45中表11.3Page46中表11.5②等跨连续板调幅法计算内力：5）调幅法计算不等跨连续梁、板控制截面内力：①不等跨连续梁当连续梁搁置在墙上时：当连续梁两端与梁或柱整体连接时：②不等跨连续板调幅法计算内力：边跨：中间跨：【例11.1】一等跨等截面两跨连续梁，计算跨度l0=4.5m，承受均布恒荷载设计值g=8kN/m，均布活荷载g=24kN/m。试采用弯矩调幅法确定该梁的弯矩。支座边缘处截面设计弯矩注意一定要从较大跨度板算起误差才最接近构件实际受力状况【解】（1）计算弹性弯矩：（2）调整支座弯矩降（20%）：（3）计算跨中截面弯矩：M中=63KN.m无需调整七、单向板肋梁楼盖的截面设计与构造：1.板的设计要点与构造要求：（1）板的设计要点：①板厚应满足刚度和最小板厚要求；②板的经济配筋率为（0.3~0.8）%；③考虑板拱曲有利作用，中间跨跨中及支座截面弯矩可降低20%。（2）板的构造要点：①板中钢筋主要有受力钢筋、分布钢筋、防裂构造钢筋、与主梁垂直的附加钢筋、与承重墙体垂直的附加钢筋和板角附加短钢筋等；②板中受力钢筋可为弯起式或分离式两种。2.次梁的截面设计与构造要求：（1）次梁的设计要点：次梁的跨度一般为4〜6m，梁高为跨度的1/18〜1/12;梁宽为梁高的1/3〜1/2。纵向钢筋的配筋率一般为0.6%〜1.5%。（2）次梁的构造要求：次梁弯起式配筋构造次梁分离式配筋构造3.主梁设计要点与构造要求（1）主梁的跨度一般在5〜8m为宜；梁高为跨度的1/15〜1/10。主梁除承受自重和直接作用在主梁上的荷载外，主要承受次梁传来的集中荷载。（2）附加横向钢筋应布置在长度为s=2h1+3b的范围内，以便能充分发挥作用，其计算公式为：（3）主梁截面设计时其截面有效高度因次梁和板负弯矩钢筋存在而应适当减小。§11.2钢筋砼现浇双向板肋梁楼盖设计一、双向板概念、形状及形式：1.概念：在纵横两个方向弯曲且都不能忽略的板，称之为双向板。2.支承形式：四边支承、三边支承、两邻边支承或四点支承3.平面形状：正方形、矩形、三角形、圆形及其他形状二、双向板的受力及破坏特点：板底裂缝状态板底裂缝首先出现在长边中点跨中附近，并随着荷载的增加逐渐向板角方向发展，最终由于板底裂缝处钢筋达到屈服，跨中板顶受压区砼被压碎而破坏。板顶在支座负弯矩作用下也将产生沿板边开裂的裂纹，至板角部位绕板角呈大致弧形开裂，最终破坏时板顶裂缝处钢筋也常常达到屈服状态。板顶裂缝状态通过实验证明，双向板荷载是沿长短两个方向传递的，沿短跨方向传递荷载大于沿长跨方向。支座上部靠近角部有明显翘曲现象，说明荷载传递是中间大、两边小。三、双向板按弹性理论的内力计算：1.单块双向板内力计算（表格法）：当板厚远小于板短边边长的1/8-1/5，且板的挠度远小于板的厚度时，双向板可按弹性薄板理论计算。工程中为简化计算编制了六种支承情况下双向板的弯矩系数和挠度系数，计算中只要给出板的支承情况、长短跨之比及荷载数值，就可以直接通过查表计算双向板支座和跨中弯矩值。砼板ν=0.22.多跨连续双向板内力计算：（1）跨中最大弯矩求解：按“棋盘式”布置活荷载双向板内力计算时，可将板上荷载分为正对称荷载（q/2+g，所有内支座均为固定支座，边支座类型不变）和反对称荷载（±q/2，所有内支座均为铰支座，边支座类型不变）分别按查表法计算双向板跨中弯矩值，最后对应板块弯矩值叠加即为双向板跨中弯矩值。（2）支座最大负弯矩求解：将活载和恒载满跨布置于各板区格，边支座仍按原支座类型，所有内支座均为固定支座，查表计算各区格支座弯矩即为多跨连续双向板最终支座弯矩。四、双向板按塑性铰线法计算：1.塑性铰线法计算双向板的步骤：假定板的破坏机构利用虚功原理建立荷载与塑性铰线上弯矩之间的关系求解各塑性铰线上弯矩设计截面2.塑性铰线法的基本假定：(1)沿塑性铰线单位长度上的弯矩为常数，等于相应板配筋的极限