建筑力学与结构基础(下篇).ppt

建 筑 力 学 与 结 构 基 础,第二篇 建筑结构与地基基础,结构设计的目的 要使所设计的结构满足安全性、适用性、 耐久性等可靠性要求。 作用 加在结构上的荷载直接作用； 引起结构变形的原因间接作用。 作用效应 作用使构件产生的内力（如轴力、弯矩、剪力等）和变形（如挠度、裂缝宽度、转角等）称为作用效应，用S表示。,结构的极限状态 建筑结构设计应根据在使用过程中结构可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，取最不利值确定。 结构的抗力 结构或构件承受作用效应的能力，用R表示。当RS时，结构处于可靠状态；当R=S时，结构处于极限状态；当RS时，结构处于失效状态。,第八章 钢筋 混凝土材料的主要力学性能,8-1 混凝土的主要力学性能,一、混凝土的强度,1、立方体抗压强度fcu ： 混凝土的立方体抗压强度是衡量混凝土强度的主要指标。,立方体抗压强度标准值fcu,k ： 边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。 在实际生产中，有时也会采用边长100mm或200mm的非标准立方体试件，则所测得的强度应分别乘以换算系数0.95或1.05。,150,150,混凝土立方体标准试件,混凝土强度等级 ： 规范是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的：从C15C80共划分为14个强度等级。 （C30表示 fcu,k =30N/mm2），级差为5N/mm2。 C50以上为高强混凝土。,2、轴心抗压强度fc ： 棱柱体试件的抗压强度比立方体试件的强度低，棱柱体试件的高度与截面边长之比越大，则强度越低。 我国采用混凝土棱柱体标准试件：b=150mm；h=300mm,3、轴心抗拉强度ft： 混凝土试件在轴向拉伸情况下的极限强度称为轴心抗拉强度。 混凝土轴心抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的1/181/8。,4、强度设计值与标准值之间的折算： rc为材料分项系数，是为维持必要的可靠度而设的，规范确定rc =1.4。,二、混凝土的变形,混凝土的变形可分为两类：一类是由于受力而产生的变形，另一类是由于收缩和温度、湿度变化而产生的变形。 收缩：混凝土在凝结硬化的过程中体积减小的现象。 徐变：混凝土在长期不变荷载作用下，应变随着时间的增加而增长的现象。,8-2 钢筋的力学性能,建筑常用的钢筋包括钢筋和钢丝,一、钢筋的种类及化学成分,1、我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋和钢丝主要有 ： 钢筋（热轧钢筋、热处理钢筋）；钢丝、钢绞线。 普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级和RRB400级热轧钢筋。,热轧钢筋,二、钢筋的力学性能,1、有明显屈服点的钢筋 对于有屈服台阶的热轧钢筋来说，有两个屈服点，即屈服上限和屈服下限。 一般取屈服下限作为屈服强度。,2、没有明显屈服点的钢筋,强度设计指标条件屈服点：残余应变为0.2%所对应的应力。 规范取0.2 =0.85 fu,三、钢筋的冷加工,钢筋冷加工的目的是提高钢筋的强度，节约钢材。常用的冷加工方法有：冷拉和冷拔。 1、冷拉 是将热轧钢筋在常温下进行强力拉伸到超过屈服点而进入强化阶段，再卸载，从而使钢筋的屈服强度得到提高，以提高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，抗压强度没有提高。,时效-常温：20天 1000:2小时,2、冷拔 将钢筋用力拔过比它自身直径还小的硬质合金拔模除沿纵向受拉伸力外，沿径向还受挤压力。 即可提高抗拉强度也可提高抗压强度。,受力性能同素混凝土梁,四、钢筋与混凝土的共同工作,有粘结梁受荷前,粘结力的构成： 胶结力：水泥胶体与钢筋表面产生的化学吸附力。 摩阻力：钢筋和混凝土产生相对滑移和相对滑移趋势时，在钢筋和混凝土的界面上将产生摩阻力。 咬合力：由于钢筋表面凹凸不平而产生的。,第九章 钢筋混凝土受弯构件,9-1 梁、板的一般构造要求,一、梁的构造,1、梁的截面尺寸 ： 矩形截面梁的宽高比b/h一般取1/31/2。,受弯构件是指以弯曲变形为主的构件。,2、混凝土的选择 ： 一般现浇梁板，常采用C25C35等级的混凝土，预制梁板及跨度较大的梁，可采用更高一点的混凝土强度等级。,3、梁的配筋 ： 纵向受力钢筋：主要作用是用来承受由弯矩在梁内产生的拉力，一般配置在梁的受拉区。 弯起钢筋是由纵向受力钢筋弯起成型的，它的作用除在跨中承受正弯矩产生的拉力外，靠近支座的弯起部分用来承担剪力，弯起后的水平段也可承担支座处的负弯矩。（当梁高800mm时为45，当梁高800mm时为60 ） 箍筋：主要作用是承担斜截面的剪力，还用来固定纵向受力钢筋的位置，与其他钢筋绑扎或焊接在一起形成一个空间的钢筋骨架。（一般梁中采用封闭式）,二、板的构造,1、板的配筋 ： 梁式板中一般配置有两种钢筋受力钢筋和分布钢筋。 受力钢筋：沿板跨方向配置于受拉区，承担由弯矩作用而产生的拉力。（间距一般为70200mm） 分布钢筋：它与受力钢筋垂直，设置在受力钢筋的内侧，其作用是将荷载均匀地传给受力钢筋，抵抗因混凝土收缩及温度变化而产生的拉力，固定受力钢筋的位置。,分布钢筋,三、梁、板混凝土保护层厚度,规范规定的保护层厚度不小于受力钢筋的公称直径，且与结构所处的环境类别有关，具体数值见下表。 板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于表中相应的数值减10毫米，且不应小于10毫米，梁、柱中的箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15毫米。,9-2 受弯构件正截面破坏过程,一、受弯构件正截面各阶段的应力状态,适筋梁加载全过程 ： 第阶段（弹性工作阶段） 第阶段（带裂缝工作阶段） 第阶段（破坏阶段）,二、受弯构件配筋率对正截面破坏性质的影响,受弯构件正截面的破坏形式： 适筋梁 超筋梁 少筋梁,9-3 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算,一、基本假设,1、截面应变保持平面（平截面假定）； 2、不考虑混凝土的抗拉强度； 3、采用理想化的混凝土应力-应变关系； 4、采用理想化的钢筋应力-应变关系。,仅在受拉区配置纵向受力钢筋的矩形截面受弯构件,二、基本计算公式及适用条件,1、计算应力图 以等效矩形应力分布图来代替曲线应力分布图，等效原则：等效前后合力C 的大小、作用点位置保持不变。,2、基本计算公式,3、基本计算公式适用条件,意义：为了防止发生超筋的脆性破坏。,意义：为了防止发生少筋的脆性破坏。,2),9-4 受弯构件斜截面承载力计算,一、斜截面的破坏形式,1、斜压破坏 2、剪压破坏 3、斜拉破坏,第十章 钢筋混凝土受压构件,10-1 受压构件的分类,钢筋混凝土受压构件按其轴向力作用线与构件截面形心轴线之间相互位置的不同，可分为轴心受压构件和偏心受压构件。,10-2 轴心受压构件承载力计算,一、基本计算公式,：钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数。用来考虑长柱纵向弯曲使承载力降低的影响，主要与柱子的长细比有关。,10-3 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算,一、偏心受压构件的类型与判别,钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态可分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两类。 b 为大偏心受压 b 为小偏心受压,第十一章 预应力混凝土结构基本知识,11-1 预应力混凝土概念,1、能够充分利用高强度钢筋、高强度混凝土，减少钢筋用量；构件截面小，减轻了结构自重。 2、预应力能使构件受拉区推迟或避免开裂，提高构件的抗裂性能。 3、由于预应力构件在使用阶段不带裂缝工作或裂缝很小，所以构件的截面刚度较大；预应力使构件产生反拱，从而减少了外荷载作用下构件的挠度。 4、由于预应力提高了构件的抗裂性能和刚度，减小了构件的截面尺寸和自重，从而扩大了钢筋混凝土结构的应用范围，使之适用于较大荷载和较大跨度情况。 5、预应力技术的采用，对装配式钢筋混凝土结构的发展起到了重要的作用，通过施加预应力，可提高装配式结构的整体性。,一、预应力混凝土结构特点,11-2 施加预应力的方法,一、先张法,先张法是指先在台座上或钢模内张拉钢筋，然后浇筑混凝土的一种施工方法。,二、后张法,后张法是指先浇筑混凝土构件，然后直接在构件上张拉预应力筋的一种施工方法。,第十二章 钢筋混凝土楼盖的构造,12-1 钢筋混凝土楼盖的结构形式,一、现浇式楼盖,1、肋形楼盖 整体式肋形楼盖是由板、次梁、主梁组成。 单向板：四边支承板，当板的长边l2与短边l1之比l2/ l12时。 双向板：四边支承板，当板的长边l2与短边l1之比l2/ l1 2时。,楼盖按施工方法分为现浇式和装配式两种,2、井式楼盖 3、无梁楼盖,12-2 整体式肋形楼盖的构造要求,一、单向板的配筋形式,1、弯起式 2、分离式,第十三章 楼 梯 的 构 造,13-1 现浇楼梯的类型,板式楼梯： 一般由梯段板、平台梁和平台板三部分组成。 梁式楼梯： 由梯段板、斜梁、平台梁和平台板组成。,现浇楼梯的类型主要为板式楼梯和梁式楼梯。,第十四章 砌 体 结 构,14-1 砌体结构及其力学性能,块材： 实心砖和空心砖（烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖）、石材和砌块。,砌体结构是以砌体作为主要受力构件的结构。其特点是抗压强度高，抗拉强度低。,一、砌体材料,14-1 砌体结构及其力学性能,块材： 实心砖和空心砖（烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖）、石材和砌块。,砌体结构是以砌体作为主要受力构件的结构。其特点是抗压强度高，抗拉强度低。,一、砌体材料,烧结普通砖： 由黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或空洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖。 规格尺寸为240mmx115mmx53mm。 强度等级为MU30、 MU25、 MU20、 MU15和MU10。,蒸压灰砂砖： 以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。,砂浆： 分为水泥砂浆、混合砂浆、非水泥砂浆、混凝土砌块砌筑砂浆。 砂浆的强度等级为：M15、 M10、 M7.5、 M5和 M2.5；砌块专用砂浆强度等级用符号Mb表示。,砌体是由单块块材通过砂浆铺缝粘结而成的，它的抗压强度一般低于单块块材的抗压强度。 1、影响砌体抗压强度的因素 块材和砂浆的强度、块材的尺寸和形状、砂浆的和易性及砌筑质量。,一、砌体强度,14-2 混合结构房屋的承重体系与静力计算方案,1、纵墙承重体系 荷载传递路线：板梁（或纵墙）纵墙基础地基。,一、混合结构的承重体系,2、横墙承重体系 荷载传递路线：板横墙基础地基。,有时为了建筑上的需要和结构上的合理布置而采用纵横墙混合承重体系。,3、内框架承重体系 荷载传递路线：板梁墙和柱基础地基。,砌体规范规定：房屋的静力计算，根据房屋的空间工作性能分为刚性方案、刚弹性方案和弹性方案。,二、房屋计算方案,14-3 墙、柱的高厚比验算,控制高厚比可以保证构件不会过于细长而发生失稳破坏。,一、矩形截面墙、柱高厚比验算,式中H0墙、柱计算高度； h墙厚或矩形柱与H0相对应的边长； 允许高厚比； 1非承重墙允许高厚比的修正系数，可按下列规 定采用：对于240mm墙时，1=1.2；90mm时1=1.5； 当墙厚介于90mm和240mm之间，1可按内插取值。 2开洞修正系数。,14-4 无筋砌体构件的承载力计算,一、受压构件的计算,：高厚比和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数。,二、局部受压计算,压力只作用在砌体的部分面积上的受力状态称为局部受压。,14-5 圈梁、过梁、和雨篷的一般构造要求,圈梁的作用是加强房屋的空间刚度及整体性，防止由于基础的不均匀沉降、振动荷载等引起的墙体开裂。,一、圈梁,第十五章 地 基 与 基 础,基础：建筑物埋在地面以下的部分。 地基：承