一级注册建筑师考试复习资料荷载及结构设计.ppt

第十一章 荷载及结构设计,第一节 建筑结构荷载及设计方法 一、荷载和效应概念 （一）结构上的作用、作用效应和结构抗力 作用：使结构产生各种效应的原因 直接作用（自重、楼面活荷载 ） 荷载 间接作用（温度变化、砼收缩或徐变、地 基变形、地震）,作用效应：各种作用产生的内力和变形（S） 内力：弯矩、剪力、轴力、扭矩 变形：挠度、转角、侧移、裂缝 结构抗力：结构或构件承受内力和变形的能 力（P） （承载力、刚度、抗裂能力） 影响结构抗力的因素：截面形式、截面尺寸 材料强度等级 PS,（二）荷载的分类 随时间变异分类 （1）永久荷载（恒载） 在设计基准期内，其量值不随时间变化，或其 变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。 （结构自重、土压力、预应力） （2）可变荷载（活载） 在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变 化值与平均值相比不能忽略的荷载。 （楼屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载） （3）偶然荷载 在设计基准期内不一定出现，但它一旦出现，其量值 很大且持续时间较短。 （地震、爆炸力、撞击力）,随空间位置的变异分类 （1）固定荷载 在结构空间位置上具有固定分布的荷载 （结构自重、楼面上的固定设备荷载） （2）自由荷载 在结构上的一定范围内可以任意分布的荷载 （楼面活荷载、吊车荷载）,按结构的动力反应分类 （1）静态荷载 对结构或结构构件不产生加速度或产生的加 速度很小可以忽略不计 （结构的自重、楼面的活荷载） （2）动态荷载 对结构或结构构件产生不可忽略的加速度 （吊车荷载、地震作用、风荷载）,（三）荷载的代表值 设计中用来验算极限状态所采用的荷载量值 1. 荷载标准值 在结构的设计基准期内，正常情况下可能出现的最大 荷载，具有95的保证率。 可变荷载标准值：住宅楼面的均布荷载 2.0KN/m2 永久荷载标准值：常用材料重度钢筋砼、铁、砖、木 2. 荷载组合值 当结构上作用两种或两种以上的可变荷载时，考虑到 其同时达到最大值的可能性较少，在按承载能力极限 状态或按正常使用极限状态的短期效应组合设计时， 应采用荷载的组合值作为可变荷载的代表值。,3. 荷载频遇值 正常使用极限状态按频遇组合设计所采用的 一种可变荷载代表值，在设计基准期内，荷 载达到和超过该值的总持续时间仅为设计基 准期的一小部分。仅在桥梁设计中应用。 4. 荷载准永久值 可变荷载在设计基准期内其超越的总时间约 为设计基准期一半的荷载。 荷载准永久值系数荷载准永久值标准值1,（四）荷载分项系数与荷载设计值 1.荷载分项系数 考虑荷载超过标准值的可能性 （1）永久荷载的分项系数G 当其效应对结构不利时： 对由可变荷载效应控制的组合 G1.2 对由永久荷载效应控制的组合 G1.35 当其效应对结构有利时： G1.0 当验算结构倾覆、滑移时： G0.9,（2）可变荷载的分项系数Q 一般情况下： Q1.4 当活荷载标准值4KNm2 时，Q1.3 2.荷载的设计值 荷载的设计值荷载的代表值*荷载分项系数 荷载的设计值用于承载能力极限状态设计 正常使用极限状态设计时：荷载分项系数1,（五）材料强度指标的取值 1.强度标准值 结构设计时采用的材料性能的基本代表值， 具有95的保证率。 2.材料分项系数 砼： c1.4 钢筋：c1.1 3.材料强度设计值 材料强度设计值材料强度标准值材料分项系数,二、建筑结构概率极限状态设计方法 （一）设计基准期、设计使用年限、安全等级 1.设计基准期 为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。 不等同于建筑结构的设计使用年限 2.设计使用年限 指建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维 护下所应达到使用年限。 房屋建筑的地基基础工程和主体结构工程“合理 使用年限”的具体化。,设计使用年限分类,3.安全等级 建筑结构的安全等级,（二）结构的功能要求及可靠度 1.结构的功能用要求 安全性、适用性、耐久性 2.结构的可靠度 结构的可靠性：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。 结构的可靠度：结构在规定的时间内，在规 定的条件下，完成预定功能的概率。,（三）结构功能的极限状态 1.承载能力极限状态 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（倾覆） 结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载 结构转变为机动体系 结构或结构构件丧失稳定 地基丧失承载能力而破坏,2.正常使用极限状态 影响正常使用或外观的变形 影响正常使用或耐久性能的局部损坏 影响正常使用的振动 影响正常使用的其他特定状态,（三）结构极限状态的设计表达式 1.承载力极限状态的设计表达式 0SR （1）结构构件重要性系数0 结构构件重要性系数0,（2）荷载效应组合设计值 1）荷载效应基本组合 a.对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定： （a）由可变荷载效应控制的组合： S=GSGK Q1SQ1KQiciSQiK （b）由永久荷载效应控制的组合： S=GSGK QiciSQiK,b.对于一般排架、框架结构，可简化成从下列组合值中取最不利值确定： （a）由可变荷载效应控制的组合： S=GSGK Q1SQ1K S=GSGK 0.9QiSQiK （b）由永久荷载效应控制的组合： S=GSGK QiciSQiK （同前） c.基本组合的荷载分项系数 同（四）1 2）荷载效应偶然组合,2.正常使用极限状态表达式 SC 标准组合： S=SGK SQ1KciSQiK 频遇组合： S=SGK f1 SQ1KqiSQiK 准永久组合： S=SGK qiSQiK,三、荷载的标准值 （一）民用建筑楼面均布活荷载 1.楼面活荷载是房屋结构设计中的主要荷载 2.设计楼面梁、墙、柱及基础时可以折减 （二）民用建筑屋面均布活荷载 屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合 （三）施工和检修荷载及栏杆水平荷载 （四）雪荷载 1.雪荷载标准值及基本雪压（50年一遇） 2.屋面积雪分布系数,（五）风荷载 1.风荷载标准值及基本风压 WK Z SZ W0 W0空旷地面上离地10m处、重现期为30年 的10分钟平均最大风速。 W0适用于多层建筑，高层建筑取重现期为50 年 、100年的风速计算风压值 2.地面粗糙度与风压高度变化系数Z 3.风荷载体型系数S 4.风振系数Z（高层、高耸建筑） （六）常用材料和构件自重,第二节 砌体结构 一、砌体材料及其力学性能 （一）砌体分类 1.砖砌体 由砖与砂浆砌筑而成的砌体。 （1）实心粘土砖 限制使用 （2）粘土空心砖,2.砌块砌体 由砌块与砂浆砌筑而成的砌体。 砌块包括：混凝土、粉煤灰等 3.配筋砌体 在砌体中配置钢筋或钢筋砼时称为配筋砌体 4.石砌体,（二）砌体材料的强度等级 1.烧结普通砖、烧结多孔砖 等级：MU30、 MU25、 MU20、 MU15、 MU10 单位：N/mm2（Kpa） 根据：按抗压、抗折强度综合评定 2.蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖 等级：MU25、 MU20、 MU15、 MU10 3.砌块 等级：MU20、 MU15、 MU10、 MU7.5 、 MU5,4.石材 等级：MU100、 MU80、 MU60、 MU50、 MU40、MU30、 MU20 根据：边长为70mm的立方体试块的抗压强度 5.砂浆 等级：M15、 M10、 M7.5、 M5、M2.5 根据：边长为70.7mm的立方体试块的抗压强度,（三）砌体的受力性能 1.砌体受压破坏特征 2.砌体受压时的应力状态 （1）块材受有弯剪应力；（2）块材受有水 平拉应力； （3）竖向灰缝的应力集中。 砌体的抗压强度低于块材的抗压强度 3.影响砌体抗压强度的因素 （1）块材和砂浆强度 （2）块材的表面平整度和几何尺寸 （3）砌筑质量,（四）砌体的受拉、受弯和受剪性能 1.砌体轴心受拉 破坏形态：沿齿缝、沿砖和竖向灰缝、沿通缝 2.砌体弯曲受拉 破坏形态：沿齿缝、沿砖和竖向灰缝、沿通缝 3.砌体抗剪强度 破坏形态：沿齿缝、沿阶梯形缝、沿通缝 影响因素：砂浆强度、竖向压应力的影响、 砌筑质量 主要取决于水平灰缝中砂浆与块体的粘结强度,（五）砌体强度计算值 1.砌体强度平均值 2.砌体强度标准值fK 3.砌体强度设计值f f fK/f f =1.5,二、砌体房屋的静力计算 （一）砌体结构房屋承重墙布置的四种方案 1.横墙承重体系 2.纵墙承重体系 3.纵横墙承重体系 4.内框架承重体系,（二）砌体结构房屋的空间工作 竖向荷载的传递路线： 楼（屋）面板 楼（屋）面板梁 墙（柱） 基础 地基 水平荷载的传递路线与房屋的空间刚度有关 （三）砌体结构房屋静力计算的三种方案 分类原则：横墙间距、屋（楼）盖结构刚度、山墙在自身平面内的刚度 1.刚性方案 2.刚弹性方案 3.弹性方案,作为刚性和刚弹性方案的横墙， 应符合以下要求： 1.洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50。 2.横墙厚度不宜小于180mm。 3.单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度不宜小于H2（H为横墙总高度） 当不满足以上三条，经验算maxH/4000时, 仍可视作刚性和刚弹性方案的横墙。,（四）刚性方案房屋的静力计算,1.单层房屋承重纵墙 （1）计算单元、计算简图和荷载 墙上端视作为不动铰支座支撑与屋盖， 下端嵌固与基础顶面的竖向构件。 （2）内力计算 （3）截面承载力验算,2.多层房屋承重纵墙 竖向荷载作用下：每层两端铰支的竖向构件 水平荷载作用下：竖向的多跨连续梁 多层刚性外墙符合下列要求时可不考虑风荷载： （1）洞口水平截面面积不超过全截面面积的23 （2）层高和总高不超过表1114的规定 （3）屋面自重不小于0.8KN/m2,（五）弹性方案房屋的静力计算,1.计算简图 （1）屋架或屋面梁与墙柱的连接，可视为铰接， 墙、柱下端与基础顶面为固定端连接。 （2）将屋架或屋面梁视为刚度为无限大的水平杆 件。 计算简图：铰接平面排架,2.内力计算 （1）先在排架上端加一假想的不动铰支座，成为无侧移的平面排架，算出在荷载该支座的反力R，画出排架柱的内力图。 （2）将反力R反方向作用在排架顶端，算出排架内力，画出相应内力图。 （3）将上述两种结果叠加。 （4）内力计算 1）屋盖荷载 2）风荷载,（六）刚弹性方案房屋的静力计算 考虑空间性能影响系数 （七）上柔下刚和上刚下柔房屋的静力计算 1.上柔下刚房屋的静力计算 顶层横墙间距超过刚性方案的限值，下面各 层横墙间距均在刚性方案的限值范围内。 2.上刚下柔房屋的静力计算 底层横墙间距超过刚性方案的限值，上面各 层横墙间距均在刚性方案的限值范围内。,三、无筋砌体构件承载力计算 （一）受压构件 （1）计算公式 NfA N轴向力设计值 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 A砌体的截面面积 （2）高厚比的计算 矩形截面 H0/h T形截面 H0/hT hT T形截面的折算厚度,（3）受压构件的计算高度H0,1)房屋底层：楼板顶面到构件下端支点的距离。 2)房屋其他层：楼板或其他水平支点间的距离。 3)对于无壁柱的山墙：层高加山墙尖高度的12 对于带壁柱的山墙：壁柱处的山墙高度 4）对有吊车的房屋：变截面柱上段 变截面柱下段 （4）轴向力的偏心距e e M/N0.6Y,（二）局部受压 1.砌体截面局部均匀受压 NlfAl =1+0.35 Nl 局部受压面积的轴向力 砌体局部抗压强度提高系数 Al局部受压面积 A0影响砌体局部抗压强度的计算面积,2.梁端局部受压 N0NlfAl 上部荷载的折减系数 N0局部受压面积内上部传来轴向力设计值 Nl 梁端支承压力设计值 梁端底面压应力图形完整系数，一般 取值为0.7 Al 局部受压面积 Al a0b,（三）轴心受拉构件,NtftA Nt 轴心拉力设计值 ft 砌体轴心抗拉强度设计值 （四）受剪构件 沿通缝或沿阶梯形截面破坏时受剪构件承载力 V（fV+0）A,（五）受弯构件 （1）受弯构件的抗弯承载力 MftmW M弯矩设计值 ftm 砌体的弯曲抗拉强度设计值 W 截面抵抗矩 （2）受弯构件的受剪承载力 VfVbz V 剪力设计值 fV 砌体的抗剪强度设计值 b 截面宽度 z 内力臂,四、构造要求 （一）墙、柱的允许高厚比 （1）墙、柱的高厚比应按下式验算 H0h12 H0墙、柱的计算高度 h 墙厚或矩形柱与H0相对应的边长 1 自承重墙允许高厚比的修正系数 2 有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数 墙、柱的允许高厚比,（2）带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算 1）验算带壁柱墙的高厚比 H0hT12 2）验算带构造柱墙的高厚比 H0h12 可乘以提高系数c c=1+bc/l 3）验算壁柱间墙或带构造柱间墙的高厚比,（3）厚度h240mm的自承重墙，1应按下列规定采用： 1） h240mm 1 1.2； 2） h90mm 1 1.5； 3） 240mm h90mm 1可按插入法取值 （4）对有门窗洞口的墙，2应按下式计算： 2 10.4bs/s 20.7,（二）一般构造要求 （1）五层及五层以上房屋的墙，层高6m的墙，材料的最低强度等级： 1）砖采用MU10； 2）砌块采用MU7.5； 3）石材采用MU30； 4）砂浆采用M5。,（2）地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙材料的最低强度等级：,（3）承重的独立砖柱截面尺寸不应小240mmX370mm。毛石墙的厚度不宜小于350mm，毛料石柱较小边边长不宜小于400mm。 （4）跨度大于6m的屋架和跨度大于下列数值的梁，应在支承处砌体上设置混凝土或钢筋混凝土垫块；当墙中设有圈梁时，垫块与圈梁宜浇成整体。 1）对砖砌体为4.8m； 2）对砌块和料石砌体为4.2m； 3）对毛石砌体为3.9m。 （5）当梁跨度大于或等于下列数值时，其支承处宜加设壁柱，或采取其他加强措施： 1)对240mm厚的砖墙为6m，对180mm厚的砖墙为4.8m， 2）对砌块和料石墙为4.8m。,（6）预制钢筋混凝土板的支承长度，在墙上不宜小 于100mm；在钢筋混凝土圈梁上不宜小于80mm； 当利用板端伸出钢筋拉结和混凝土灌缝时，其支承长度 可为40mm，但板端缝宽不小于80mm，灌缝混凝土不宜 低于Cb20。 （7）支承在墙、柱上的吊车梁、屋架及跨度大于或等于下列数值的预制梁的端部，应采用锚固件和墙、柱上的垫块锚固： 1）对砖砌体为9m； 2）对砌块和料石砌体为7.2m。 （8）填充墙、隔墙应分别采取措施与周边构件可靠连接。,（9）山墙处的壁柱宜砌至山墙顶部，屋面构件应与山墙可靠拉结。 （10）砌块砌体应分皮错缝搭砌，上下皮搭砌长度不得小于90mm。当搭砌长度不满足上述要求时，应在水平灰缝内设置不少于24、横向钢筋的间距不大于200mm的焊接钢筋网片，网片每端均应超过该垂直缝，其长度不得小于300mm。 （11）砌块墙与后砌隔墙交接处，应沿墙高每400mm 在水平灰缝内设置不少于24、横向钢筋的间距不大于200mm的焊接钢筋网片。 （12）混凝土砌块房屋宜将纵横墙交接处，距墙中心线每边不小于300mm范围内的孔洞，采用不低于Cb20灌孔混凝土灌实，灌实高度应为墙身全高。,（13）混凝土砌块墙体的下列部位，如未设圈梁或混凝土垫块，应采用不低于Cb20灌孔混凝土将孔洞灌实。 1）搁栅、檩条和钢筋混凝土楼板的支承面下，高度不 应小于200mm的砌体； 2）屋架、梁等构件的支承面下，高度不应小于600mm， 长度不应小于600mm的砌体； 3）挑梁支承面下，距墙中心线每边不应小于300mm，高度不应小于600mm的砌体。,（14）在砌体中留槽洞及埋设管道时，应遵守下列规定： 1）不应在截面长边小于500mm的承重墙体、独立柱内埋设管线； 2）不宜在墙体中穿行暗线或预留、开凿沟槽，无法避免时应采取必要的措施或按削弱后的截面验算墙体的承载力。 （15）夹心墙应符合下列规定： 1）混凝土砌块的强度等级不应低于MU10； 2）夹心墙的夹层厚度不宜大于100mm。 3）夹心墙外叶墙的最大横向支承间距不宜大于9m。,（16）夹心墙应符合下列规定： 1）叶墙应用经防腐处理的拉结件或钢筋网片连接； 2）当采用环形拉结件时，钢筋直径不应小于4mm，当 为Z形拉结件时，钢筋直径不应小于6mm。拉结件应沿 竖向梅花形布置，拉结件的水平和竖向最大间距分别 不宜大于800mm和600mm；对有振动或抗震设防要求时， 其水平和竖向最大间距分别不宜大于800mm和600mm； 3）当采用钢筋网片作拉结件时，网片横向的直径不应 小于4mm，其间距不应大于400mm；网片的竖向间距 不宜大于600mm，对有振动或抗震设防要求时，不宜 大于400mm； 4）拉结件在叶墙上的搁置长度，不应小于叶墙厚度的 23，并不应小于60mm； 5）门窗洞口周边300mm范围内应附加间距不大于600mm的拉结件。,（三）防止或减轻墙体开裂的主要措施,（1）为防止或减轻温差和砌体干缩引起的墙体 的竖向裂缝，应在墙体中设置伸缩缝。 （2）为防止或减轻房屋顶层墙体的裂缝，可根 据情况采取下列措施： 1）屋面应设置保温、隔热层； 2）屋面保温（隔热）层或屋面刚性面层及砂浆 找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于6m，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于30mm； 3）采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖和瓦材屋盖；,砌体房屋伸缩缝的最大间距（m）,4）在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面设置水平滑 动层； 5）顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙 拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋； 6）顶层挑梁末端下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片或 26钢筋，钢筋网片或钢筋应自挑梁末端伸入两边墙体 不小于1m； 7）顶层墙体有门窗等洞口时，在过梁的水平灰缝内设置 23道焊接钢筋网片或26钢筋，并应伸入过梁两端墙 内不小于600mm； 8）顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M5； 9）女儿墙应设置构造柱，构造柱间距不宜大于4m，构 造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一 起； 10）房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱。,（3）为防止或减轻房屋底层墙体的裂缝，可根据情 况采取下列措施： 1）增大基础圈梁的刚度； 2）在底层的窗台下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片 或26钢筋，并伸入两边窗间墙内不小于600mm； 3）采用钢筋混凝土窗台板，窗台板嵌入窗间墙内不小 于600mm。 （4）墙体转角处和纵横墙交接处宜沿竖向每隔400 500mm设拉结筋，其数量为每120mm墙厚不少于16或 焊接钢筋网片，埋入长度每边不小于600mm。 （5）宜在各层门窗过梁上方的水平灰缝设置焊接钢筋 网片或26钢筋。,（6）为防止或减轻混凝土砌块房屋顶层两端和底层， 第一、第二开间门窗洞处的裂缝，可采取下列措施： P145中第1）第3） （7）在房屋刚度较大时，可在窗台下或窗台角处墙 体内设置竖向控制缝。 （8）灰砂砖、粉煤灰砖砌体宜采用粘结好的砂浆砌 筑，混凝土砌块砌体应采用砌块专用砂浆砌筑。 （9）对防裂要求较高的墙体，可根据情况采取专门 措施。,五、圈梁、过梁、墙梁和挑梁 （一）圈梁 （1）圈梁的作用：增强房屋的整体刚度，防 止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等 对房屋引起的不利影响。 （2）圈梁的设置 （3）圈梁的构造要求：高度120mm，纵筋 不应少于410，箍筋间距不应大于300mm。,（二）过梁 （1）砖砌过梁的跨度，不应超过下列规定： 钢筋砖过梁：L1.5m 砖砌平拱：L1.2m （2）过梁的荷载 1）梁、板荷载 2）墙体荷载 （3）过梁的计算 1）砖砌平拱：受弯、受剪承载力 2）钢筋砖过梁：受弯、受剪承载力、验算过 梁下砌体局部受压承载力。,（4）砖砌过梁的构造要应符合下列规定： 1）砂浆不宜低于M5； 2）砖砌平拱用竖砖砌筑部分的高度不应小于 240mm； 3）钢筋砖过梁底面砂浆层处的钢筋，直径不 应小于5mm，间距不宜大于120mm，钢筋伸 入支座砌体内的长度不宜小于240mm，砂浆 层的厚度不宜小于30mm。,（三）墙梁 （1）墙梁种类：剪支墙梁、连续墙梁、框支墙梁。承重墙梁、自承重墙梁 （2）墙梁的一般规定 （3）墙梁的计算简图 （4）墙梁的计算荷载：1）使用阶段2）施工阶段 （5）墙梁的计算,（6）墙梁的构造要求： 1）材料 托梁的混凝土强度等级不应低于C30； 纵向钢筋宜采用HRB335、 HRB400和 RRB400钢筋 承重墙梁的块体强度等级不应低于MU10，砂浆强度等级不应低于M10。 2）墙体 3）托梁,（四）挑梁 （1）砌体墙中钢筋砼挑梁应进行抗倾覆验算 （2）应验算挑梁下砌体的局部受压承载力 （3）构造要求 1）纵向受力钢筋至少应有一半伸入梁尾端， 且不少于212。 2）挑梁埋入砌体长度L1与挑出长度L之比宜 大于1.2；当挑梁上无砌体时，此值宜大于2。,第三节 钢筋混凝土结构 一、概述 （一）钢筋混凝土的基本概念 钢筋混凝土结构能充分利用钢筋和混凝土这两种材料的力学性能。 钢筋和混凝土这两种材料能有效地结合在一起共同工作的原因： （1）钢筋与混凝土之间能产生良好的粘结力； （2）钢筋与混凝土的线膨胀系数接近。,钢筋混凝土的优点：,（1）节约钢板，降低造价； （2）耐久性和耐火性好； （3）可塑性好； （4）整体性好、刚度大、有一定的延性； （5）可以就地取材 钢筋混凝土的缺点： 自重大、抗裂性差、隔热隔声性差、施工作业量大。,（二）混凝土材料的力学性能 1.混凝土强度标准值 （1）立方体抗压强度fcu,K 是衡量混凝土强度等级的标准，混凝土强度等级应按立方体抗压强度确定； 是混凝土各种力学指标的基本代表值 影响混凝土立方体抗压强度的因素： 1）试件龄期 2）试件尺寸 3）试件表面是否涂油,（2）轴心抗压强度标准值fcK 也称为棱柱体抗压强度 试块为长宽比大于3的正方形棱柱体 （3）抗拉强度标准值ftK 抗拉强度相当于立方体抗压强度0.050.1倍 轴心抗压强度标准值及抗拉强度标准值可通过立方体抗压强度求得。 2.混凝土强度设计值 混凝土强度标准值材料分项系数 混凝土材料分项系数c=1.4,3.混凝土的变形（受力变形和体积变形） （1）混凝土的变形模量 （2）混凝土在长期荷载作用下的变形徐变 概念：在荷载的长期作用下，即使荷载维持不变，混凝 土的变形仍会随时间增长的现象。 影响因素：1）水灰比、水泥用量；2）养护条件；3） 水泥和骨料的质量、级配；4）加荷时砼的龄期；5）加 荷前砼的强度；6）构件的尺寸、体表比。 特点：早期发展快，逐渐缓慢，趋于稳定。前6个月完 成7080，在第一年内可完成90。,（3）混凝土的收缩 概念：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。 影响因素：1）水泥强度等级、用量、水灰比； 2）骨料的弹性模量； 3）养护条件；4）混凝土 捣情况；5）构件的体表比。 特点：开始发展快，2周可完成25， 1个月约 完成50， 3个月后增长缓慢。,4.混凝土材料的选用 （1）钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低 于C15（素混凝土垫层除外）； （2）当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级 不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋 以及对承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不 得低于C20； （3）预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应 低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作 预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。,（三）钢筋的种类及其力学性能 1.钢筋的品种和级别 劲性钢筋 由型钢组成 分类 钢筋：碳素钢、普通低合金钢 柔性钢筋 光圆钢筋、变形钢筋 钢丝 低碳钢强度低塑性好， 高碳钢强度高塑性、可焊差 热轧钢筋： HPB235、 HRB335、 HRB400、 RRB400,2.钢筋的应力应变曲线和力学性能指标 分为两类：有明显屈服点和无明显屈服点 （1）屈服强度 （2）极限抗拉强度 （3）伸长率：伸长率愈大，塑性性能愈好 （4）冷弯试验：检验钢筋塑性 3.钢筋强度的标准值和设计值 （1）钢筋强度的标准值： 规范规定具有不小于95的保证率；热轧和冷轧 钢筋其保证率为97.73。 （2）钢筋强度的设计值：设计值标准值分项系数,4.钢筋的冷加工 使钢材内部组织结构发生变化，提高钢材的强度 （1）冷拉钢筋：只能提高抗拉屈服点，不能提高抗压屈服点，不宜作为受压钢筋。 （2）冷拔钢丝：强度提高塑性降低，可同时提高抗拉及抗压强度。 （3）冷轧带肋钢筋：锚固性能好，可以替代级光面钢筋。,5.钢筋材料的选用 （1）普通钢筋宜采用HPB235、 HRB335、 HRB400、 RRB400级钢筋。 （2）预应力钢筋宜采用高强的预应力钢绞 线、钢丝、也可采用热处理钢筋。 （3）在钢筋砼结构中，钢筋抗拉强度设计 值大于300N/mm2时，仍应按300N/mm2取用。 6.钢筋砼结构对钢筋性能的要求： 强度、塑性、焊接性能、粘结力,（五）预应力混凝土结构的基本概念 1.基本概念 在结构承受外荷载之前，预先对其施加压力，使在 外荷载作用时的受拉区混凝土内产生压应力，以抵 消或减小外荷载产生的拉应力，使构件在正常使用 情况下不裂或裂得较晚。 2.采用预应力结构的原因（预应力结构的优点） 1）为了满足裂缝控制的要求。 2）为了充分利用高强度材料。 3）为了提高构件刚度，减少变形,3.预应力结构的分类 全预应力混凝土，部分预应力混凝土 有粘结预应力钢筋，无粘结预应力钢筋 4.施加预应力的方法 （1）先张法：在浇灌砼之前先张拉钢筋的方法。 （2）后张法：在砼结硬后再张拉钢筋的方法。 5.预应力砼构件计算的一般规定 （1）预应力钢筋的张拉控制应力con 张拉钢筋时预应力钢筋中达到的最大应力值 （2）预应力损失 预应力损失会降低预应力砼构件的抗裂性及刚度,6.预应力砼构件和非预应力砼构件的比较 （1）非预应力砼构件：开裂前钢筋的应力很小 预应力砼构件：预应力钢筋一直处于高应力状态 预应力砼构件充分利用钢筋和砼的材料特性 （2）预应力构件的抗裂度高，刚度大。 （3）两种构件的承载能力相等。,二、承载能力极限状态计算 （一）正截面承载力计算 1.一般规定 2.受弯构件正截面承载力计算 （1）受弯构件破坏的基本特征 1）适筋梁：（拉坏）（塑性破坏，受力合理，作为 设计依据。 2）超筋梁：（压坏）（脆性破坏，设计时应避免。 3）少筋梁：脆性破坏，设计时应避免。,（2）单筋矩形截面计算 1）基本公式： X0 1fcbx=fyAs M0 M=1fcbx(h0-x/2) 或 M=fyAs(h0-x/2) 2）适用条件： 防止超筋破坏： max 防止少筋破坏： min,（3）双筋矩形截面计算 当梁截面高度受到限制或当有变号弯矩时，可在受压 区配置一定数量的受压钢筋，与受压区砼共同抵抗截 面的压力，称为双筋矩形截面梁。 双筋矩形截面梁可减少徐变，提高构件的长期刚度， 提高构件的延性，从而改善抗震性能。 1）基本计算公式 1fcbxfyAs=fyAs M Mu=1fcbx(h0-x/2) fyAs (h0- as ) 2）适用条件： 防止超筋破坏： b 为保证受压钢筋达到抗压强度设计值：x 2as,（4）T形截面计算 1） T形截面翼缘的计算宽度 2） T形截面的分类与判别 按中和轴的位置分为两类： 中和轴在翼缘内通过 第一类T形截面 中和轴在肋部通过 第二类T形截面 3）两类T形截面的基本计算公式及适用条件 第一类T形截面 : 1fcbfx=fyAs M=1fcbfx (h0-x/2) 适用条件： b及 min,第二类T形截面 : 1fcbx1fc（bfb）hf=fyAs M Mu=1fcbx(h0-x/2) 1fc（bfb）hf (h0- hf /2） 适用条件： b min,3.受压构件正截面承载力计算,轴心受压构件和偏心受压构件（单向偏压、双向偏压） （1）轴心受压构件 1）配置普通箍筋的轴心受压构件 N0.9（fcAfyAs） 稳定系数 轴心受压构件的受力性能与构件的长细比有关 长柱可能发生“失稳破坏” 2）配置螺旋或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件 由于螺旋箍筋对核心砼的约束作用，提高了核心砼的抗 压强度，从而使构件的承载力有所提高。,（2）偏心受压构件,1）偏心受压构件受力性能及有关规定 a.偏心受压构件的两种破坏情况： 大偏心受压构件（受拉破坏） 当偏心距较大或受拉钢筋较小时，构件的破坏 是由于纵向受拉钢筋先达到屈服引起的，属于 受拉破坏。最后导致压区砼压坏，承载力取决 于受拉钢筋强度。 小偏心受压构件（受压破坏） 当偏心距较小或受拉钢筋较多时，构件的破坏 是由压区砼达到极限压应变值引起的,b.大小偏心受压构件的判别： 按相对受压区高度判别 当 b时，属大偏心受压构件 当 b时，属小偏心受压构件 b为界限相对受压区高度 c.长细比的影响：l0/h 长细比是影响偏心矩增大系数的最主要因素 8 短柱 830 长柱 30 细长柱； “失稳破坏” ；避免出现 L0计算长度，P173中表1126、27,2）矩形截面偏心受压构件,a.基本计算公式 大偏心受压构件（ b） N 1fcbh0 fy As fyAs Ne 1fcbh02 (1- /2) fy As (h0- as ） 适用条件： b x 2as 或h0 2as 小偏心受压构件（ b ）,4.受拉构件正截面承载力计算 （1）轴心受拉构件承载力计算 不考虑砼参加工作 N fyAs （2）偏心受拉构件承载力计算 根据偏心拉力的作用位置不同分为： 大偏心受拉构件、小偏心受拉构件,（二）斜截面承载力计算 1.梁沿斜截面破坏的主要形态： （受剪破坏） （1）剪跨比 =a/h0 （2）三种主要破坏形态 1）斜压破坏：较小，“脆性破坏”，设计时应避免 控制最大配箍量 2）斜拉破坏：较大，“脆性破坏”，设计时应避免 控制最小配箍量 3）剪压破坏：腹筋配置适当，适中， “塑性破坏”， 设计时应把构件控制在剪压破坏类型,2. 有腹筋梁斜截面承载力计算 为防止脆性破坏，抵抗温度及收缩应力，方便 钢筋骨架成型，应按构造配置一定数量的箍筋。 腹筋：箍筋和弯起钢筋 （1）计算公式 均布荷载： V Nu 0.7ftbh0 1.25fyv（Asv /s）h0 0.8fyAsbsins 影响斜截面承载力的主要因素：砼的强度等级 箍筋的直径、肢数、间距，梁的截面尺寸。与纵向钢 筋无关。,（2）适用条件 1）截面限制条件 2） sv sv,max及sv sv,min （3）计算位置 1）支座边缘处的斜截面 2）弯起钢筋弯起点处的斜截面 3）箍筋直径或间距改变处的斜截面 4）腹板宽度改变处的斜截面,（三） 扭曲截面承载力计算 1.矩形截面纯扭构件的受扭承载力 （1）受扭构件的破坏特征 1）少筋破坏： “脆性破坏”，设计时应避免； 要求配筋率不得小于最小配筋率； 2）适筋破坏： “塑性破坏”，以此为设计依据； 3）超筋破坏： “脆性破坏”，设计时应避免； 要求配筋率不得大于最大配筋率，限 制最小截面尺寸。 （2）矩形截面纯扭构件承载力计算 受扭承载力由砼和受扭钢筋两部分组成,2.T形和工字形截面纯扭构件的受扭承载力计算,（1）截面受扭塑性抵抗矩的计算 取各个矩形分块的受扭塑性抵抗矩之和 分块时应遵循保持腹板完整性原则 （2）各矩形分块截面扭距设计值的分配原则 按受扭塑性抵抗矩的比值分配 （3）受扭承载力的计算,3.复合受扭构件承载力的计算 1）当构件所承受的剪力或扭矩很小时，可以 忽略剪力或扭矩的影响。 2）对弯扭构件分别按纯扭和受弯计算的计算， 再简单的叠加。 3）适用条件： a.规定截面限制条件，以保证砼不首先破坏。 b. min ，以避免少筋破坏。,4.影响受扭构件承载力的因素分析 1）截面形状和尺寸； 2）混凝土强度等级； 3）箍筋的直径、肢数和间距； 4）纵向钢筋的截面面积； 5）纵箍比。 在截面面积相等的条件下，采用圆形截面优 于方形、矩形截面；薄而高的截面是不利的。,三、正常使用极限状态验算 内容：验算变形及裂缝宽度 目的：满足正常使用及耐久性要求 （一）正常使用极限状态的验算及耐久性的规定 （1）极限状态设计表达式： SC 按荷载效应的标准组合、准永久组合或标准组合 并考虑长期作用的影响,（2）受弯构件的最大挠度限值 P184中表1128 （3）裂缝控制等级的划分： 一级严格要求不出现裂缝的构件； 二级一般要求不出现裂缝的构件； 三级允许出现裂缝的构件，裂缝宽度不应超 过最大裂缝宽度限值。 （4）混凝土结构的环境类别 （5）混凝土结构的耐久性应根据环境类别的设计使用年限进行设计 （6）结构混凝土应符合环境类别的要求,（二）受弯构件挠度的验算 1.挠度 挠度计算可以归结为在受拉区混凝土内存在裂 缝的情况下截面刚度的计算问题。 2.短期刚度Bs 影响短期刚度Bs的主要因素： 配筋率、弯矩值Ms 3.长期刚度Bl 考虑荷载长期效应组合影响。 荷载长期作用下挠度增长的主要原因：徐变和收缩,4.受弯构件的挠度计算 最小刚度原则： 取同号弯矩区段内弯矩最大的截面的刚度作 为该区段的抗弯刚度，这种处理方法所算出的 抗弯刚度值最小，通常称为“最小刚度原则”。 提高抗弯刚度的办法： 增加截面高度、提高混凝土强度等级、增加 配筋等。其中最为有效的办法为增加截面高度。,（三）裂缝的验算 1.产生裂缝的原因 荷载效应、外加变形和约束变形、钢筋锈蚀。 2.影响裂缝宽度的主要因素 1）钢筋应力； 2）钢筋与混凝土之间的粘结强度； 3）钢筋的有效约束区； 4）混凝土保护层的厚度。,3.控制裂缝宽度的构造措施 （1）控制跨中垂直裂缝 梁腹板高度450mm时，在梁两侧沿高度设置纵 向构造钢筋，间距不宜大于200mm。 （2）控制斜裂缝 规定箍筋最大间距限值。 （3）控制节点边缘垂直裂缝宽度 需满足受拉纵筋的水平锚固长度。,4.最大裂缝宽度max的计算,max=crsk/Es(1.9C+0.08deq/te) 一般情况下，钢筋混凝土构件总是带裂缝工作的。 最大裂缝宽度允许值如下： 室内正常环境下的一类环境构件： =0.3mm 露天等二类环境构件： =0.2mm,四、构造规定 （一）伸缩缝 1.设置伸缩缝目的 为防止温度变化和混凝土收缩使结构产生裂缝。 2.伸缩缝的最大间距 确定伸缩缝的最大间距时需考虑的因素： 1）区别工作环境、2）区别结构体系和结构构 件的类别、 3）区别装配式和整浇式结构、4） 地域、气候条件。,钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距（m）,3.伸缩缝的作法 （1）当建筑物需设沉降缝、防震缝时，可以三 缝和并，但伸缩缝的宽度应满足防震缝宽度的 要求。 （2）基础不必断开 4.控制结构裂缝的构造措施及施工措施 （1）加强屋盖的保温措施；（2）将结构顶层刚度减 少；（3）在温度影响较大的部位适当提高构件的配 筋率；（4）施工时设置后浇带；（5）改善混凝土的 质量，加强养护，减少干缩的影响。,（二）混凝土保护层 保证钢筋与混凝土间的粘结强度，提高混 凝土的耐久性。 确定保护层厚度时需考虑的因素： （1）混凝土构件所处的环境条件； （2）构件类别； （3）混凝土的强度等级； （4）构件制作工艺； （5）防火要求。,（三）钢筋的锚固 1.钢筋与混凝土的粘结 三部分组成：胶结力、摩擦力、机械咬合力 光面钢筋粘结力的主要组成：胶结力、摩擦力 变形钢筋粘结力的主要组成：机械咬合力 2.影响粘结强度的因素 1）混凝土的强度；2）保护层厚度、钢筋间 距；3）钢筋表面形状；4）横向钢筋。 3.钢筋锚固长度 钢筋需满足锚固长度要求，但也不必过长。 光面钢筋（HPB235级）其末端应做180弯钩。,（四）钢筋的连接 钢筋的连接可分为两类：绑扎搭接；机械连接 或焊接 （五）纵向钢筋最小配筋率 配筋率sAs/bh As 纵向钢筋面积 bh 构件截面面积（宽X高） 纵向钢筋配筋率不应小于纵向钢筋最小配筋率。,五、结构构件的基本规定 （一）板 1.最小厚度要求 2.板的计算原则 1）两对边支承板应按单向板计算； 2）四边支承板应按下列规定计算： 当长边与短边之比小于等于2时，应按双向板计算； 当长边与短边之比大于2小于3时，宜按双向板计算； 当长边与短边之比大于等于3时，可按沿短边方向受力的单向板计算。,（二）梁 纵向受力钢筋、纵向受扭钢筋、箍筋 （三）柱 纵向受力钢筋、箍筋 （四）梁柱节点 （五）墙 1）当构件截面的长边（长度）大于其短边（厚度）的 4倍时，宜按墙的要求设计。 2）墙的混凝土等级不宜低于C20。,六、钢筋混凝土单层厂房 （一）单层厂房的结构类型 按结构材料分：混合结构、钢结构、钢筋混凝土结构 按受力形式分：排架结构、刚架结构 排架结构：由屋面梁或屋架、柱和基础组成，柱与屋 架铰接，柱与基础刚接。,刚架结构：由屋面梁或屋架与柱刚接为同一构 件，柱与基础一般为铰接。,（二）单层厂房结构组成和布置 1.结构组成 屋盖结构、柱、吊车梁、支撑、基础、维护结构 2.柱网布置原则 跨度小于等于18m，应采用3m的倍数； 跨度大18m，应采用6m的倍数。 3.支撑布置 屋盖支撑、柱间支撑 4.抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的布置 抗风柱设置在山墙处； 圈梁可加强整体刚度，防止不均匀沉降。,（三）变形缝 1.伸缩缝：为减少温度应力。 室内装配式钢筋砼排架结构伸缩缝最大间距100mm。 露天装配式钢筋砼排架结构伸缩缝最大间距70mm。 2.沉降缝：应将建筑物从屋顶到基础全部断开。 沉降缝可兼作伸缩缝，而伸缩缝不可兼作沉降缝 3.防震缝：为减轻地震灾害。,（四）单层厂房的受力特点,第四节 钢 结 构,一、钢结构的特点和应用范围 （一）钢结构的特点 1）强度高、重量轻； 2）塑性韧性好； 3）材质均匀、可靠性高； 4）具有可焊性； 5）工业化程度高； 6）密封性好； 7）耐火性差； 8）耐腐蚀性差。,（二）钢结构的应用范围,1）大跨度结构； 2）重型工业厂房结构； 3）受动力荷载影响的结构； 4）高层建筑和高耸结构； 5）可拆卸的移动结构； 6）容器和其他构筑物； 7）轻型钢结构。,二、钢结构的材料,（一）钢材的主要机械性能指标 机械性能：弹性、塑性、强度 主要机械性能指标： 抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯性能、冲击韧性 （二）影响钢材机械性能的主要因素 1.化学成分；2.冶炼、浇注；3.应力集中；4.温度 5.钢材的硬化；6.焊接。,（三）钢材的种类、选择和规格,1.钢材的种类 （1）碳素钢（Q235） 沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z） （2）低合金钢 加入适量的合金元素使得强度、冲击韧性，塑性不太降低。,2.钢材的选择,（1）选择钢材的依据 1）结构的重要性；2）荷载性质；3）连接方法； 4）工作条件 （2）建筑钢结构的选材要求 1）承重结构用钢材宜采用Q235钢、 Q345钢、 Q390钢、 Q420钢。 2）以下情况不应采用Q235沸腾钢 焊接结构： 非焊接结构： （3）承重结构用钢材应具有主要机械性能指标的合格保证。,3.钢材的规格,（1）钢板 钢板用“”后加“宽度X厚度X长度” 如：500X10X2000 （2）型钢 角钢（L100X10）、槽钢（20a）、 工字钢（工20c）、钢管（102X5） （3）薄壁型钢,三、钢结构的计算方法与基本构件的设计,（一）钢结构的计算方法 1.承载能力极限状态 0dfd 2.正常使用极限状态 k,（二）基本构件设计,1.轴心受力构件 实腹式、格构式 （1）轴心受拉构件的计算 计算内容：强度、刚度 （2）实腹式轴心受压构件的计算 计算内容：强度、整体稳定、局部稳定、刚度 设计原则： 1）截面面积的分布尽可能远离主轴线； 2）等稳定设计；3）便于与其他构件连接；4）构 造简单、制造方便；5）选用便于供应的钢