建筑结构选型02梁板及楼盖体系.ppt

2013,建筑结构选型,1,2 梁、板及楼盖体系,2,2,2 梁、板及楼盖体系,梁(beam)主要承受垂直于梁轴线方向的荷载作用,板,梁,柱,拱,4,1,2,3,人们居住和工作的建筑物均是由各个单一空间构成，而每一个空间又是由基本构件组成。建筑物的基本结构形式可分为,3,2 梁、板及楼盖体系,楼盖由梁板组成，是结构的一个重要组成部分 楼盖布置（即梁、板布置）是否经济合理，对于工程造价有很大的影响。 根据施工方法的不同，梁板结构可分为 现浇结构； 装配式结构； 装配整体式结构。 现浇楼盖体系的结构平面布置就是在建筑平面上进行梁、板的布置。,2.1 梁,2.2 板,2.3 楼盖体系,2 梁、板及楼盖体系,2.4 常用梁和板的参考尺寸,5,5,2.1 梁,2.1.1 梁的型式,2.1.2 梁的受力与变形,2.1.3 钢筋砼梁的构造,教学要求,了解梁的不同型式及钢筋混凝土梁的构造，了解梁的受力情况，掌握梁的支承方式及按位置情况分类。,6,2.1 梁,分析方便、制作简单，故在中小跨度建筑中仍得到了大量的应用。 截面尺寸应通过强度和变形计算确定。 钢筋混凝土梁的强度计算包括 正截面强度（M的作用） 斜截面强度（M和Q的共同作用） 钢梁和木梁的强度计算包括 正应力 剪应力 变形计算主要是挠度的验算。,7,7,2.1.1.1梁的型式,石 梁,按材料分类,按截面分类,按支承方式分类,静定梁,超静定梁,焊接工字型梁,矩形梁,异形梁,木 梁,钢 梁,钢筋混凝土梁,预应力混凝土梁,钢-钢筋混凝土梁,8,8,主 梁,布置方式,支承方式,简支梁,悬臂梁,次 梁,过 梁,圈 梁,连 梁,连续梁,2.1.1.1梁的型式,2013,建筑结构选型,9,2.1.1.1梁的型式按材料石梁,希腊阿提密斯庙,整个神殿最著名的是 内部的两排大理石立柱， 至少106根，每根大约12至 18米高。 大理石立柱长度最高21.7米,2013,建筑结构选型,10,2.1.1.1梁的型式按材料石梁,希腊帕提农神庙,采取八柱的多立克式，东西两面 是8根柱子，南北两侧则是17根， 东西宽31米，南北长70米。 东西两立面（全庙的门面） 山墙顶部距离地面19米， 柱高10.5米，柱底直径近2米,2013,建筑结构选型,11,11,2.1.1.1梁的型式按材料石梁,古建筑中广泛应用，石材抗压强度高，抗拉强度低。高度大，极其笨重，而跨度较小，使柱网尺寸受到限制，影响室内空间的使用,帕特农神庙,2013,建筑结构选型,12,福建泉州洛阳桥,浙江绍兴纤道桥,2013,建筑结构选型,13,2.1.1.1梁的型式按材料木梁,北京故宫太和殿,太和殿面阔十一间，进深五间， 高26.92m，连同台基通高35.05m, 宽约63米 共有七十二根大柱 支撑其全部重量， 其中顶梁大柱最粗最高，直径为1.06m, 高为12.70m。明代用的是楠木， 清代重建后，用的是松木，,2013,建筑结构选型,14,14,太和殿，俗称金銮殿，殿高35米，面积2381平方米，是中国最大的一座木结构宫殿。面阔11间，进深5间，为中国古代殿宇最高等级的重檐庑殿顶。,2.1.1.1 梁的型式按材料木梁,2013,建筑结构选型,15,15,2.1.1.1梁的型式按材料木梁,2013,建筑结构选型,16,16,在我国古代的庙宇、宫殿建筑中应用普遍 木材自重轻，抗压抗拉强度高。因此，木梁比石梁截面小、跨度大，室内空间开阔，使用方便 缺点：木材防腐、防火、防蛀性能差，且资源有限，现代建筑逐步淘汰,胶合木 用胶粘方法将木料或木料与胶合板拼接成尺寸与形状符合要求而又具有整体木材效能的构件和结构。 现代胶合木（胶合板、胶合梁）结构具有良好的防腐、防蛀、阻燃的性能，且具有比普通木材更高的强度，并可充分利用木材资源，因而得到了较好的发展和应用。 胶合木结构于1907年首先在德国问世，至40年代中期已发展成为现代木结构的一个重要分支。广泛应用于各种工程上。,2.1.1.1梁的型式按材料木梁,2013,建筑结构选型,17,2.1.1.1梁的型式按材料钢梁,上海世博会,某轻钢结构厂房,2013,建筑结构选型,18,2013,建筑结构选型,19,20,20,南京长江大桥,2.1.1.1 梁的型式,21,21,某单层工业厂房,2.1.1.1 梁的型式,22,22,2.1.1.1 梁的型式,2013,建筑结构选型,23,钢梁强度高，施工方便。钢梁自重比相同跨度混凝土梁轻。维护费用较高，房屋建筑较少使用，但在厂房、桥梁中应用较广泛。 材料强度高、施工方便、适用范围广。 尽管钢材容重较大，但由于材料强度高，所需截面尺寸较小，钢梁的自重比相同跨度混凝土梁要轻。 防腐、防火性能较差,造价和维修费用较高。 在房屋建筑中很少直接采用实腹钢梁，常常采用更为经济省料的其他结构型式。,2013,建筑结构选型,24,2.1.1.1 梁的型式按材料钢梁,钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强， 故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜； 最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好， 可有较大变形，能很好地承受动力荷载； 建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的 专业化生产；加工精度高、效率高、密闭性好。 缺点：耐火性和耐腐性较差。,2013,建筑结构选型,25,2.1.1.1梁的型式按材料钢筋混凝土梁,混凝土是由胶凝材料水泥、砂子、石子 和水，及掺和材料、外加剂等按一定的 比例拌和而成。凝固后坚硬如石，受压 能力好，但受拉能力差，容易受拉断裂 。 钢筋混凝土在混凝土受拉区域内 或相应部位加入一定数量的钢筋， 使两种材料粘结成一个整体， 共同承受外力,2013,建筑结构选型,26,2013,建筑结构选型,27,2013,建筑结构选型,28,目前应用最为广泛的梁。 利用混凝土受压，纵向钢筋及箍筋受拉，由纵向钢筋、箍筋和混凝土共同工作，整体受力。 具有受力明确、构造简单、施工方便、造价低廉等优点。 自重大。当跨度较大时，常受到挠度和裂缝宽度等控制条件的限制，跨度一般不超过12m。,2013,建筑结构选型,29,大跨度结构和桥梁结构中广泛应用 可部分地克服钢筋混凝土梁的缺点。 在受拉区施加了预压应力并对梁进行了预起拱，可有效地控制梁的裂缝宽度和挠度； 采用了高强混凝土和高强钢筋，可有效地节省材料、减轻结构自重。 预应力混凝土梁的适用跨度一般可达18m、也有超过30m及更大跨度的工程实例。,2013,建筑结构选型,30,桥梁工程中较为常用，目前在房屋建筑中也开始应用， 型钢和钢筋混凝土形成的共同受力的组合结构， 下部钢材受拉，上部钢筋砼受压，充分利用其材料特性。充分利用了钢和混凝土的强度特点，因而具有较好的技术经济指标， 具有钢结构延性好、重量轻的优点和混凝土结构优良的防火性能及耐久性。,2013,建筑结构选型,31,2.1.1.2 梁的截面型式,双坡薄腹梁,鱼腹梁,空腹梁,2013,建筑结构选型,32,2.1.1.2 梁的截面型式,按曲面形状,斜（直）梁或折线梁,曲面梁,33,33,2.1.1.2 梁的截面型式,钢筋砼梁截面型式,钢梁截面型式,2013,建筑结构选型,34,2.1.1.3 梁的型式,按支座约束条件,超静定梁,静定梁,多跨梁,单跨梁,2013,建筑结构选型,35,2.1.1.3 梁按支座约束条件分类,单跨静定梁 简支梁、悬臂梁 单跨超静定梁 一端固定、一端简支 两端固定 多跨静定梁 多用于桥梁中 多跨超定梁 一般建筑中,36,36,悬臂梁,梁的一端固定在支座上，使该端不能转动，也不能产生水平和垂直移动。.,梁的两端搁置在支座上，但支座仅使梁不产生垂直移动，可自由转动。为使整个梁不产生水平移动，加设铰支座和滚动支座。.,支承方式,简支梁,连续梁,具有两个以上支座的梁。,2.1.1.3 梁的型式,37,37,简支梁,玻璃走廊鸟瞰美国大峡谷,悬臂梁,2.1.1.3 梁的型式,38,38,连续梁,2.1.1.3 梁的型式,39,39,2.1.1.3 梁的型式,超静定梁,静定梁,静定多跨梁,连续梁,40,40,在结构中的位置,2.1.1.3 梁的型式,41,41,建筑剖视图,2.1.1.3 梁的型式,42,42,钢结构建筑主梁，次梁,次梁,次梁,主梁,主梁,2.1.1.3 梁的型式,43,43,主梁次梁的传力路径,2.1.1.3 梁的型式,44,44,混合结构竖向荷载 通过砖墙传到基础上,圈梁的设置,2.1.1.3 梁的型式,2013,建筑结构选型,45,2.1.2 梁的受力特性,相同跨度、荷载条件下的不同截面高度 石梁木梁钢筋砼梁钢梁 悬臂梁单跨简支梁单跨超静定梁多跨超定梁 充分利用材料强度的程度 矩形梁工字型梁薄腹梁鱼腹梁,46,46,2.1.2 梁的受力与变形,47,47,2.1.2 梁的受力与变形,单跨梁在竖向均布荷载作用下的弯矩图,梁主要承受垂直于梁轴线方向的荷载的作用,其内力主要为弯矩和剪力。,梁的变形主要是挠曲变形。梁的受力与变形主要与梁的约束条件有关。,48,48,2.1.2 梁的受力与变形,简支梁是静定结构,构造简单，施工方便。但内力及变形较大。常用于中小跨度建筑。,当建筑物的地基较差时采用简支梁结构较为有利。简支梁也常被用来作为沉降缝之间的连接构件。,49,49,2.1.2 梁的受力与变形,悬臂梁悬臂端无支承构件，视野开阔,空间布置灵活。其缺点是在结构的固定端有较大的倾覆力矩。,设计时除了考虑结构的强度和变形外,还要注意结构的抗倾覆稳定性。,50,50,2.1.2 梁的受力与变形,当梁柱结构中柱刚度比梁刚度大很多且梁柱节点构造为刚接时,可按两端固定梁分析梁在竖向荷载作用下的内力与变形,对于一般情况下梁柱刚度相差不多的情况,则柱对梁的约束作用应视作弹性支承,这时梁在竖向荷载作用下的内力和变形介于两端固定梁和两端简支梁之间。,51,51,2.1.3 钢筋砼梁的构造,梁高可取梁跨度的1/141/8,梁宽可梁高度的1/31/2。,当梁截面高度受限制时，可适当采用扁梁。简支梁可比连续梁截面稍大些，采用预应力混凝土梁的截面可稍小些。,钢筋砼梁截面尺寸应根据梁的跨度、荷载、支承及建筑使用要求确定。,52,板的分类 单向板 当板的边长之比L2/L12时，板在长边L2方向所产生的弯矩将很小，可忽略不计。 板上的荷载绝大部分沿短边传给梁或墙。 双向板 当板的边长比L2/L12时，板将发生双向弯曲，板上的荷载沿两个方向传给梁或墙。 单向板组成的肋形楼盖为单向板肋形楼盖。 双向板组成的肋形楼盖为双向板助形楼盖。,2.2 板,53,板的经济跨度 板的内力主要是弯矩，弯矩的大小与跨度的二次方成正比； 板的造价随内力增加而增大。 单向板 经济跨度为23m 双向板 经济跨度为35m,2.2 板,54,板厚 板是受弯构件，抗弯所需要的截面高度较小，可能引起较大的挠度，往往比弯矩更具有威胁性。 极限挠度和极限裂缝常常发生在强度破坏之前，因此，挠度必须控制在跨度的1/2001/300以内。 对于普通的现浇楼盖的板、梁结构，一般在设计中很少考虑挠度，而避免繁琐的挠度计算。即对截面尺寸要有一定的控制，若板厚足够大而能保证刚度要求时，产生的挠度将可控制在要求的限值以内。 只要选用的截面尺寸不小于一定限值，即可认为构件刚度足够，可不必进行挠度计算。,2.2 板,55,板厚 现浇整体式楼盖中，板厚根据满足刚度要求的高跨比条件，同时结合建筑物的使用要求来考虑。 常用的板厚（l为板的短向跨度，mm）,2.2 板,56,2.3 楼盖体系,楼盖分类,按体系,主次梁体系,交叉梁体系,曲 梁 体 系,无 梁 体 系,常用形式,钢结构多层或高层,与平面形状有关,57,2.3 楼盖体系,楼盖分类,按材料,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,预应力钢筋混凝土楼盖,钢-混凝土组合楼盖,常用形式,钢楼盖,钢结构多层或高层,钢结构平台或简易楼面,木结构中或室内改造,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,钢楼盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,钢结构平台或简易楼面,钢楼盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,钢结构多层或高层,钢结构平台或简易楼面,钢楼盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,常用形式,钢结构多层或高层,钢结构平台或简易楼面,钢楼盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,木结构中或室内改造,常用形式,钢结构多层或高层,钢结构平台或简易楼面,钢楼盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,木结构中或室内改造,常用形式,钢结构多层或高层,钢结构平台或简易楼面,钢楼盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,木楼（屋）盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,钢楼盖,钢-混凝土组合楼盖,预应力钢筋混凝土楼盖,钢 筋 混 凝 土 楼 盖,钢结构多层或高层,木结构中或室内改造,钢结构平台或简易楼面,钢结构多层或高层,58,2.3 楼盖体系,楼盖分类,钢筋混凝土 楼 盖,现浇式楼盖,按 施 工 方 法,装配式楼盖,装配整体式楼盖,叠合式楼盖,按梁系布置,单向板肋梁楼盖,双向板肋梁楼盖,井 格 梁 楼 盖,单 向 密 肋 楼盖,双 向 密 肋 楼盖,无 梁 楼 盖,钢筋混凝土 楼 盖,59,2.3 楼盖体系,楼盖分类,装配式屋盖,按 施 工 方 法,多层砌体多层框架,装配整体式楼（屋）盖,后张无粘结预应力 钢筋混凝土楼（屋）盖,预 应 力 钢筋混凝土 楼 盖,单层钢筋混凝土厂房,大跨度多层框架 高层建筑,预 应 力 钢筋混凝土 楼 盖,按 施 工 方 法,预 应 力 钢筋混凝土 楼 盖,预 应 力 钢筋混凝土 楼 盖,大跨度多层框架 高层建筑,按 施 工 方 法,预 应 力 钢筋混凝土 楼 盖,多层砌体多层框架,大跨度多层框架 高层建筑,按 施 工 方 法,预 应 力 钢筋混凝土 楼 盖,单层钢筋混凝土厂房,多层砌体多层框架,大跨度多层框架 高层建筑,按 施 工 方 法,预 应 力 钢筋混凝土 楼 盖,装配式屋盖,装配整体式楼（屋）盖,后张无粘结预应力 钢筋混凝土楼（屋）盖,单层钢筋混凝土厂房,多层砌体多层框架,后张无粘结预应力 钢筋混凝土楼（屋）盖,大跨度多层框架 高层建筑,单层钢筋混凝土厂房,多层砌体多层框架,后张无粘结预应力 钢筋混凝土楼（屋）盖,60,2.3 楼盖体系,楼盖体系的演变,单板楼盖,肋梁楼盖,井式楼盖,单向密肋楼盖,双向密肋楼盖,无梁楼盖,无粘结预应力楼盖,组合楼盖,61,2.3.1现浇肋梁楼盖,组成,板,主梁,次梁,主梁,板,次梁,主梁,主梁,板,次梁,主梁,主梁,板,次梁,主梁,主梁,板,次梁,主梁,62,2.3.1现浇肋梁楼盖,优点 应用范围广； 楼（屋）盖、筏片基础、水池壁板 结构整体性好，节省材料； 梁系布置灵活，能适应各种特殊要求。 开洞、大荷载、不规则平面 缺点 结构高度大； 主次梁规格多； 施工支模复杂； 需吊顶。,63,2.3.1现浇肋梁楼盖,结构布置 确定承重墙和柱网的尺寸； 根据房屋平面尺寸、使用荷载的大小、建筑的使用要求 梁系布置； 结构受力明确，传力路径简捷，规格少； 主次梁跨度由墙或柱距确定； 常用跨度 次梁：46m， 主梁：58m。 板：3m左右,64,2.3.1现浇肋梁楼盖,结构布置 常用截面尺寸,65,2.3.1现浇肋梁楼盖,受力特点 根据板的支撑条件和传力路径划分,单向板肋梁楼盖 荷载传递路径： 板次梁主梁柱（或墙）基础地基,双向板肋梁楼盖 荷载传递路径： 板主梁柱（或墙） 基础地基,66,2.3.2井格梁楼盖,特点 肋梁楼盖的一种特例 当房屋的建筑平面接近方形或柱网两个方向的尺寸接近相等，常将两个方向的梁做成不分主次、共同承受竖向荷载的等高梁，相互交叉形成井式楼盖。 两个方向的粱共同工作，刚度较大； 楼盖的板和粱在两个方向受力比较均匀，因而结构高度可以做得小些。 常用于公共建筑的大厅中。,67,2.3.2井格梁楼盖,结构布置 根据交叉梁系的交角 正交、斜交 根据梁轴线与建筑轴线的关系 正放、斜放 常用组合形式 正交正放； 正交斜放； 三向交叉。,68,2.3.2井格梁楼盖,结构布置 正交正放 适用于正方形建筑平面或正方形柱网 用于长方形建筑平面时，长短边之比不宜大于1.5,69,2.3.2井格梁楼盖,结构布置 正交斜放 适用于建筑平面或长短边之比大于2.0时； 梁跨度与平面长边无关； 四角区域的短梁形成长梁的支座，楼盖四角上翘，角柱受拉。,70,2.3.2井格梁楼盖,结构布置 三向交叉 适用于三角形或六角形建筑平面,71,2.3.2井格梁楼盖,支承条件 单跨 四角柱支承 周边柱支承 周边墙支承 多跨 多点支承 内柱与周边墙 计算简图 柱支承 周边简支支承； 周边固定支承； 周边弹性支承。,72,2.3.2井格梁楼盖,受力特点 精确分析空间受力有限元法 近似计算荷载分配法 楼板按双向板计算； 板上荷载就近传至最近的井格梁节点； 两个方向的梁仅考虑竖向变形协调； 忽略次要的转角变位； 两个方向的梁在节点处由链杆相连。 根据两个方向的梁的刚度和其交叉点挠度相同的条件计算每根梁所受的荷载及其相应的内力。,73,2.3.2井格梁楼盖,井格梁楼盖构造,74,2.3.3密肋楼盖,定义 梁肋间距小于1.5m时的楼盖 适用范围 跨度较大而梁高受限制 中大跨度的公共建筑 筒体结构体系的楼盖 适用跨度：10m 分类 单向密肋楼盖 双向密肋楼盖,75,2.3.3密肋楼盖,受力特点 介于肋梁楼盖和无梁楼盖之间 与肋梁楼盖相比，结构高度小，梁多而间距密； 与无梁楼盖相比，节约材料、刚度较大、自重小 施工支模复杂，工作量大 可使用定型模壳 钢模壳、玻璃钢模壳、塑料模壳； 加气混凝土。,76,2.3.3密肋楼盖,单向密肋楼盖 单向受力工作，肋相当于次梁，与单向板肋梁楼盖相似； 肋密，间距小，承受的荷载小，截面尺寸小 可以支模施工，也可以用砌、空心砖作为填充物浇注。,77,2.3.3密肋楼盖,单向密肋楼盖 构造要求 板的厚度应不小于50mm； 肋间距不宜大于700mm； 肋宽60120mm； 肋高,78,2.3.3密肋楼盖,双向密肋楼盖 双向受力工作，与井格梁楼盖相似； 肋密，间距小，承受的荷载小，截面尺寸小 可以支模施工，也可以用砌体、空心砖及模壳作为填充物浇注。,79,2.3.3密肋楼盖,双向密肋楼盖 构造要求 板的厚度应不小于50mm； 柱帽处设实心板； 肋间距于6001500mm； 肋宽60120mm； 肋高1/171/20l,80,2.3.3密肋楼盖,塑料模壳 肋距与模壳规格、柱网协调。,81,2.3.4无梁平板楼盖,未设置梁，将整个楼板直接支承在柱上， 比肋形楼盖和井式楼盖的房屋净空高，采光通风条件好。 适用于厂房、商场、车站、车库、冷库等建筑中。,82,2.3.5无粘结预应力混凝土楼盖,工艺 无粘结筋挤压涂塑工艺； 无粘结筋按设计要求铺设在模板内； 浇注混凝土； 混凝土达到设计强度后，张拉钢筋； 工艺特色 预应力筋与混凝土间无摩擦，张拉力完全靠锚具传递至构件混凝土； 不需预留孔道、穿筋及灌浆等工序，操作简便，施工速度快； 摩擦力小，容易弯曲成多跨曲线形状 适用于需要复杂连续曲线配筋的大跨度楼（屋）盖,83,2.3.5无粘结预应力混凝土楼盖,特点 施工造价比普通混凝土楼板高； 有利于降低建筑物层高和减轻结构自重； 改善结构的使用功能； 在自重和准永久荷载的作用下楼板挠度很小，几乎不存在裂缝。 楼板跨度增加可以减少竖向承重构件的布置，增加有效的使用面积，容易适应对楼层多用途、多功能的要求。 节约钢材和混凝土。,84,2.3.5无粘结预应力混凝土楼盖,设计准则 后张预拉力的大小由混凝土中所允许的弯曲拉应力决定； 在恒荷载或恒荷载与活荷载的准永