高等教育自学考试《混凝土结构设计》知识要点总结.pdf

高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 1 复习提纲复习提纲 第一章第一章 混凝土结构按近似概率的极限状态设计法混凝土结构按近似概率的极限状态设计法 1 建筑结构的功能要求建筑结构的功能要求 1 在正常施工和正常使用时 能承受可能出现的各种作用 2 在正常使用 时具有良好的工作性能 3 在正常维护下具有足够的耐久性能 4 在设计规定的偶然事件发生是 及发生后 仍能保持必须的整体稳定性 第 1 4 项是安全性要求 第 2 是适用性要求 第 3 项是耐久性要求 2 可靠性可靠性 结构在规定的时间内 规定的条件下 正常设计 正常施工 正常使用和正常维护 完 成预定功能的能力 3 结构的设计使用年限结构的设计使用年限 指设计规定的结构或结构构件只需进行正常维护不需进行大修即可按其预定 目的使用的年限 4 混凝土结构的极限状态混凝土结构的极限状态 整体结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功 能要求 包括承载能力极限状态和正常使用极限状态 5 承载力极限状态 第一极限状态 承载力极限状态 第一极限状态 结构或构件达到最大承载力 如强度 稳定 疲劳 或不适 于继续承载的巨大变形 如塑性变形 的状态 6 正常使用极限状态 第二极限状态 正常使用极限状态 第二极限状态 结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值的状体 如挠度等 7 结构可靠度结构可靠度 度量可靠性的指标 在预定时间内规定条件下完成预定功能的概率 8 荷载效应荷载效应 S 荷载对结构或构件产生的内力或变形 9 结构抗力结构抗力 R 结构或构件承受荷载效应的能力 10 结构功能函数结构功能函数 Z R S 11 可靠指标可靠指标 22 RSZ Z RR 失效概率和可靠度指标的关系 f P 注意可靠指标的注意可靠指标的 实用性和近似性特点实用性和近似性特点 P13 12 分项系数准则极限状态设计表达式分项系数准则极限状态设计表达式 1 承载能力极限状态 a 由永久荷载效应控制 0 1 n GGkQiciQikcsk i SSR ff a b 由可变荷载效应控制 011 2 n GGkQQ kQiciQikcsk i SSSR ff a 2 正常使用极限状态 1 2 n GkQ kciQik i SSSC 注意各参数的含义以及确定方法注意各参数的含义以及确定方法 P16 P19 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 2 13 材料强度设计值材料强度设计值 ck c c f f yk y s f f 第二章第二章 单层厂房单层厂房 14 结构厂房的形式结构厂房的形式 1 排架结构 2 刚架结构 15 排架结构排架结构 由屋架 或屋面梁或桁架 和柱铰接而构成的单层框架 柱与屋架铰接 与基础刚接 16 刚架结构刚架结构 柱与横梁刚接 与基础铰接 17 单层厂房结构组成单层厂房结构组成 屋盖结构 横行平面排架 纵向平面排架 吊车梁 支撑 基础 维护结构 18 单层厂房中无檩屋盖体屋面荷单层厂房中无檩屋盖体屋面荷载的传递路径载的传递路径 屋面荷载 屋面板 屋架或屋面梁 排架柱 基础和 地基 19 单层厂房柱网布置原则单层厂房柱网布置原则 1 符合生产和使用要求 2 建筑平面和结构方案经济合理 3 在厂房建筑 型式和施工方法上具有先进性和合理性 4 适应生产发展和技术革新的要求 20 变形缝变形缝 1 伸缩缝 2 沉降缝 3 防震缝 沉降缝沉降缝 解决基础不均匀沉降问题 沉降缝应从基础到屋顶全部分开 可兼做伸缩缝 防震缝防震缝 当 厂房平 立面复杂 结构高度或刚度相差很大时 可设置防震缝来减轻厂房震害 防震缝应沿建筑物全 高设置 一般情况基础可不分开 原则 三缝兼用 应尽量少设缝或不设缝 原则 三缝兼用 应尽量少设缝或不设缝 21 厂房支撑分为厂房支撑分为 1 屋盖支撑 2 柱间支撑 22 单层厂房中支撑的主要作用单层厂房中支撑的主要作用 1 保证结构构件的稳定性与正常工作 2 增强厂房的整体稳定性与空间刚度 3 传递部分水平荷载 山墙纵向风荷载 吊车纵向水平荷载 水平地震作用等 4 保证施工 安装阶段结构构件的稳定 23 屋盖支撑屋盖支撑 1 上 下弦水平支撑 2 垂直支撑 3 纵向水平系杆 24 柱间支撑柱间支撑 1 上部柱间支撑 2 中部柱间支撑 3 下部柱间支撑 25 厂房柱间支撑的布置位置厂房柱间支撑的布置位置 分为上部柱间支撑和下部柱间支撑 上部柱间支撑设置在温度区段两侧 与屋盖横向水平支撑相对应的柱间 以及温度区段中央的柱间 下部柱间支撑设置在温度区段中部 与上部柱间支撑响应位置 26 抗风柱抗风柱 主要承受并传递山墙风荷载 抗风柱一般与基础固接 与屋架上弦铰接 27 圈梁圈梁 作用是将墙体与排架柱 抗风柱等连接在一起 以增强厂房的整体刚度 防止由于地基的不 均匀沉降或较大振动荷载等对厂房的不利影响 28 连系梁连系梁 作用是连系纵向柱列 以增强厂房的纵向刚度并把风荷载传递到纵向柱列 还承受纵向柱 列上部墙体的重量 29 过梁过梁 作用是承托门窗洞口上的墙体 原则 应原则 应 尽可能使圈梁 连系梁和过梁三梁兼用 使圈梁 连系梁和过梁三梁兼用 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 3 30 基础梁基础梁 作用是承托围护墙体的重量 31 排架计算方法排架计算方法 简化为平面结构进行计算 即在横向按横向平面排架计算 在纵向按纵向平面排架 计算 并近似认为 各个横向平面排架之间以及各个纵向平面排架之间都是互不影响 各自独立工 作 32 排架计算的假定排架计算的假定 1 柱的顶端固结语基础的顶面 2 屋面梁或屋架铰接在柱上 3 屋架或屋面 梁没有轴向变形 33 屋面活荷载包括屋面活荷载包括 1 屋面均布活荷载 2 雪荷载 3 屋面积灰荷载 屋面活荷载与雪荷载不应 同时考虑 34 等高排架等高排架 从排架计算的观点来看 柱顶水平位移相等的排架 柱顶标高相同和柱顶标高不同但 柱顶由倾斜横梁相连两种 35 采用剪力分配法计算等高排架采用剪力分配法计算等高排架的的基本步骤基本步骤 1 在排架柱顶附加不动铰支座以阻止水平位移 并求 出不动铰支座的水平反力 R 2 撤消附加的不动铰支座 在此排架柱顶加上反力作用的 R 以恢复 原状 3 叠加上述两个步骤中求出的内力 即为排架的实际内力 36 厂房的整体空间作用厂房的整体空间作用 排架与排架 排架与山墙之间的相互关联的整体作用称为厂房的整体空间作 用 产生单层厂房整体空间作用的条件产生单层厂房整体空间作用的条件 1 各横向排架之间必须有纵向将他们联系起来 2 各横 向排架彼此的受力情况不同 或者是结构不同或者是承受的荷载不同 37 控制截面控制截面 是指构件某一区段中承载力可靠指标相对较低的那些截面 即对截面配筋起控制作用的 那些截面 38 单阶排架柱的控制截面单阶排架柱的控制截面 上柱底截面 下柱顶截面 下柱底截面 39 四种不利内力组合四种不利内力组合 1 Mmax及相应的 N V 2 Mmax及相应的 N V 3 Nmax及相应的 M V 4 Nmin及相应的 M V 40 最不利内力组合最不利内力组合 从结构抗力考虑从结构抗力考虑 不同种类内力的组合不同种类内力的组合 41 荷载效应组合荷载效应组合 从作用效应考虑从作用效应考虑 同一种内力的组合同一种内力的组合 42 单层厂房柱的类型单层厂房柱的类型 1 实腹矩形柱 2 工字型柱 3 双肢柱 43 00 0 55lh 的偏心受压构件需要验算裂缝宽度 44 牛腿在牛腿在荷载作用下经历荷载作用下经历 弹性阶段 裂缝出现与开展阶段 破坏阶段 45 a h0是影响斜裂缝出现迟早的主要参数 是影响斜裂缝出现迟早的主要参数 a h0越大越大 主拉应力越大 则斜裂缝出现越早 主拉应力越大 则斜裂缝出现越早 46 牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态 1 弯曲破坏 2 剪切破坏 纯剪破坏 斜压破坏 斜拉破坏 3 混凝土局部压 碎破坏 P70 注意各种破坏形态的特征 注意各种破坏形态的特征 47 牛腿设计的主要内容牛腿设计的主要内容 1 确定牛腿的尺寸 2 承载力计算 3 配筋构造 48 牛腿力学模型牛腿力学模型 简化为一个以纵向钢筋为拉杆 混凝土斜撑压杆的三角形桁架 49 柱下独立基础的形式 柱下独立基础的形式 1 按受力形式 可分为 轴心受压和偏心受压 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 4 单层厂房中单层厂房中的柱下独立基础一般是偏心受压的 的柱下独立基础一般是偏心受压的 2 按施工方法 可分为 预制柱下基础和现浇柱下基础 50 柱下扩展基础设计的主要内容柱下扩展基础设计的主要内容 1 确定基础底面尺寸 2 确定基础高度和变阶处的高度 3 计 算底板钢筋 4 构造处理 5 绘制施工图 51 装配式吊车梁的受力特点装配式吊车梁的受力特点 1 吊车荷载时两组移动的集中荷载 2 吊车荷载是重复荷载 3 要 考虑吊车荷载的动力特性 3 要考虑吊车荷载的偏心距 扭矩 第三章第三章 多层框架结构设计多层框架结构设计 52 多层框架结构的组成 多层框架结构的组成 由横梁 立柱和基础连接而成 梁柱连接处成为节点 一般为刚性连接 有 时为便于施工或其他构造要求 也可将部分节点做成铰节点 53 钢筋混凝土框架结构按施工方法不同分为 钢筋混凝土框架结构按施工方法不同分为 现浇式 半现浇式 装配式 装配整体式 54 多层框架的柱网布置的原则 多层框架的柱网布置的原则 1 满足生产工艺的要求 2 满足建筑平面布置的要求 3 要使结 构受力合理 4 应是施工方便 55 承重框架的布置方案 承重框架的布置方案 框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系 在 这个体系中 平面框架是基本的承重结构 按其布置方向的不同 框架体系可以分为下列三种 1 横向框架承重方案 一般房屋常采用在这种布置方案中 主要承重框架沿房屋的横向布置 沿房 屋的纵向设置板和连系梁 2 纵向框架承重方案 在这种布置方案中 主要承重框架沿房屋的 纵向布置 沿房屋的横向设置板和连系梁 3 纵横向框架混合承重方案 在这种布置方案中 主要承重框架沿房屋的纵 横向布置 56 钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距 钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距 装配式 75m 室内或土中 50m 露天 现浇式 55m 室内或土中 35m 露天 57 框架梁截面框架梁截面抗弯刚度抗弯刚度的调整 的调整 调整的原因在于楼板对框架梁的截面抗弯刚度有影响 考虑这部分影 响 在进行框架内力分析的时候需要对梁的截面抗弯刚度进行调整 具体方法是 1 对现浇楼盖 中框架取 I 2Io 边框架取 I 1 5Io 2 对装配整体式楼盖 中框架取 I 1 5Io 边框架去 I 1 2Io 3 对装配式楼盖 取 I Io Io为矩形截面梁惯性矩 58 框架结构框架结构计算计算简图简图 为了简化计算 通常忽略横向框架和纵向框架之间的空间联系 而将空间结构 体系简化为横向和纵向平面框架计算 并取出单独的一榀框架作为计算单元 59 楼 屋 面活荷载的折减楼 屋 面活荷载的折减 由于楼面活荷载在所有各层同时满载的可能性很小 所以作用于楼面上 的使用活荷载应乘规定的折减系数 其中 设计楼面梁时 当楼面梁的从属面积超过 25m2时 折 减系数取为 0 9 设计墙 柱 基础时 当楼面梁的从属面积超过 25m2时 折减系数取规范规定的 值 可以查表 60 多层框架多层框架 结构结构竖向荷载作用下的竖向荷载作用下的 分层计算法的基本假定分层计算法的基本假定 1 框架无侧移 2 每一层梁上荷载只对 本层梁和上 下柱产生内力 忽略他对其他各层梁及其他柱内力的影响 61 分层计算法的计算步骤分层计算法的计算步骤 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 5 1 2 按规定计算梁 柱的线刚度和相对线刚度 除底层柱外 其余各层柱的线刚度遍乘 0 9 的折减 系数 3 用弯矩分配法自上而下分层计算各计算单元的杆端弯矩 4 叠加柱端弯矩 得出最后杆端弯矩 如节点弯矩不平衡值较大 可在节点重新分配一次 5 根据静力平衡条件绘出框架的内力图 62 分层法计算框架内力时对柱的线刚度和弯矩传递系数分层法计算框架内力时对柱的线刚度和弯矩传递系数的的修正修正方法 方法 1 除底层以外 其他各层柱的 线刚度均乘以 0 9 的折减系数 2 除底层以外 其他各层柱的弯矩传递系数有 1 2 改为 1 3 63 水平荷载作用下的内力近似计算水平荷载作用下的内力近似计算 反弯点法和 D 值法 64 反弯点法的基本假设 反弯点法的基本假设 1 在进行各柱间的剪力分配时 假定梁与柱的线刚度之比为无穷大 即各柱上下两端的转角为零 2 在确定各柱的反弯点位置时 假定除底层柱以外的各层柱 受力后上下两端将产生相同的转角 3 梁端弯矩可由节点平衡条件求出 65 柱的侧移刚度柱的侧移刚度 2 12 c i iV D h 其中 c EI i h 为柱的线性刚度 66 反弯点法是梁柱线刚度比大于反弯点法是梁柱线刚度比大于 3 时 假定节点转角为零的一种近似计算方法 时 假定节点转角为零的一种近似计算方法 67 D 值法 对 反弯点法 的改进值法 对 反弯点法 的改进 对反弯点法中框架柱的侧向刚度和反弯点高度进行了修正 68 D 值法对多层框架计算模型的假设值法对多层框架计算模型的假设 1 计算的柱与上下层相邻的柱的线刚度相同 2 计算的柱与 上下层相邻的柱的旋转角相同 3 计算的柱两端节点及其上下左右相邻的各个节点的转角相同 69 影响影响柱柱两端转角大小的因素 影响框架柱反弯点位置的两端转角大小的因素 影响框架柱反弯点位置的主要因素 主要因素 1 梁柱线刚度比 2 楼层位置的影响 3 上 下横梁线刚度比 4 上下层高度比 70 框架结构在水平荷载作用下的侧移框架结构在水平荷载作用下的侧移 看做是梁柱弯曲变形 剪切型剪切型 和柱的轴向变形所引起的侧移 弯曲型弯曲型 的叠加 用 D 值法计算框架总体剪切侧移 1 n jji ji uFD 层以上 m 1 j 1 j uu 71 侧移限值侧移限值 高度不大于 150m 的框架结构 u H 550 高度等于或大于 250m 的框架结构 u H 500 高度在 150 250m 之间的框架结构 按 u H 550 u H 500 线性插入 72 框架结构的框架梁 柱计算的控制截面框架结构的框架梁 柱计算的控制截面 框架柱的控制截面可取各层上 下端截面 框架梁可取两 端截面和跨间最大正弯矩截面 73 框架结构梁 柱的最不利内力组合框架结构梁 柱的最不利内力组合 1 梁端截面 Mmax Mmin Vmax 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 6 2 梁跨中截面 Mmax 3 柱端截面 M max 及相应的 N V Nmax 及相应的 M Nmin 及相应的 M M 比较大 但不 是最大 而 N 比较小或比较大 不是绝对值最大 74 框架结构计算中竖向活荷载最不利布置的方法框架结构计算中竖向活荷载最不利布置的方法 1 分跨计算组合法 2 最不利荷载位置法 3 分层组合法 4 满布荷载法 75 梁端弯矩调幅梁端弯矩调幅 在竖向荷载作用下 可以考虑梁端塑性变形内力重分布 减小梁端负弯矩 相应增 大梁跨中弯矩 调幅系数 现浇框架 0 8 0 9 装配式框架 0 7 0 8 水平荷载作用下产生的弯矩 不参与调幅 故弯矩调幅在内力组合之前进行 截面设计时 梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算 的跨中弯矩之半 76 框架节点原则或要求框架节点原则或要求 1 对装配整体式框架节点 须保证结构的整体性 受力明确 构造简单 安装方便 又易于调整 2 在构建连接后能尽早地承受部分或全部设计荷载 使上部结构得以及 时继续安装 77 多层框架的基础类型多层框架的基础类型 柱下独立基础 条形基础 十字形基础 筏式基础 第四章第四章 高层建筑结构设计高层建筑结构设计 78 高层建筑结构受力特点高层建筑结构受力特点 侧向力 风荷载或水平地震作用 成为影响结构内力 结构变形及建筑土 建造价的主要因素 79 层间弹性水平位移的层间弹性水平位移的限值见书限值见书 P162 80 高层建筑的竖向结构体系高层建筑的竖向结构体系 框架 剪力墙 框架 剪力墙 筒体 81 高层建筑的两个主要指标高层建筑的两个主要指标 高度和层数 82 高层建筑的高度高层建筑的高度 一般是指从室外地面至主要屋面的距离 不包括突出屋面的水箱 电梯间 构架 等高度及地下室的埋置深度 83 框架结构的框架结构的特特点点 优点 建筑平面布置灵活 能较大程度地满足建筑使用的要求 缺点 侧移刚度 小 水平作用下抵抗变形的能力差 在强震下结构定点水平位移和层间相对水平位移都较大 84 剪力墙的剪力墙的特特点点 优点 在各方面的侧移刚度很小 可承受很大的水平力和竖向力 适宜于高层建筑 缺点 建筑平面被墙体划分为小的开间 建筑布置和使用要求受到限制 85 框架框架 剪力墙的剪力墙的特点特点 把框架和剪力墙两者结合起来 协同工作 既有框架灵活布置平面的优点 又有剪力墙很好的抵抗侧向荷载 承载能力大的特点 86 筒体结构的特点筒体结构的特点 具有很大的抗弯刚度 而且具有很好的抗扭刚度 整体刚度很大的结构体系 87 高层建筑的结构体型高层建筑的结构体型 有板式和塔式两类 88 抗震设防要求的高层建筑 平面布置应考虑抗震设防要求的高层建筑 平面布置应考虑的要求的要求 1 平面宜简单 规则 对称 尽量减小偏心 2 平面长度不宜过长 突出部分长度不宜过大 3 不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形 89 鞭端效应鞭端效应 又叫鞭梢效应 是指高层建筑物末端形状和刚度发生变化时 端部产生的力和变形突然 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 7 增大 远远大于其按重力分配到得地震荷载 是高层建筑结构抗震设计考虑的重要方面 并不是所 有高层都有鞭梢效应 只有在靠近顶端处建筑物体形发生很大变化 一般是收缩 才会像鞭子那 样形成一个鞭梢 进而产生鞭梢效应 这也是高层在设计立面是要求上下一致 变化不要太大的原 因 90 下部结构 基础 设计的一般原则下部结构 基础 设计的一般原则 1 根据上部结构的特点选择基础方案 2 根据地基情况选择基础方案 3 一般不宜采用单独基础和条形基础 4 当采用桩基时 应尽可能采用单根 单排大直径桩或扩底墩 使上部结构的荷载直接由柱或墙 传至桩顶 5 有足够的埋深 6 箱形基础及筏式基础是高层建筑结构常用的形式 最好采用箱形基础 因为它是补偿式基础 还可兼做地下室 91 楼板刚性假定楼板刚性假定 高层建筑结构在水平荷载作用下 楼层的水平力已知 构件按刚度分配水平力 而 不是按象中低层结构一样按受荷面积与间距分配 而且是空间协同工作的 楼板在平面内刚度非常 大 在内力和位移计算中 楼板作为刚性隔板 在平面内只有刚体的位移 平移和转动 不改变形 状 为了保证楼板刚度无限大的假定 楼面构造就要保证楼板刚度无限大 如现浇楼板 按受力性按受力性 质 质 楼楼板屋盖结构可分为板屋盖结构可分为 简单传力型和分配型 简单传力型和分配型 转换层 转换层 92 结构转换层结构转换层 主要是指在整个建筑结构体系中 合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变 化的结构单元体系 主要作用主要作用 过渡 改变下方楼层柱子的排列 或者过渡上下层剪力墙的不同位 置 以此获得特别的楼层柱网 创造大空间并将上部荷载传递到下面相对少而大的几根柱或几片 墙上 93 高层风荷载特点高层风荷载特点 1 与结构外形直接有关 也与周围环境有关 2 高层建筑外表面各部分的风压很不均匀 3 要考虑风的动力作用 风振 风振系数 z 是反映高频脉动部分对建筑结构不利影响的风压 动力系数 94 风力作用对高层建筑结构产生的结果风力作用对高层建筑结构产生的结果 1 可以使结构开裂或留下较大的残余变形 2 对外墙 装修等产生损坏 3 使建筑晃动 令人感觉不适 影响结构工作效果 4 长期风力作用会使结构产生疲劳 95 高层建筑引起的温度内力的温度变化高层建筑引起的温度内力的温度变化 室内外温度差 日照温差和季节温差 96 在温度作用下引起的结构变形在温度作用下引起的结构变形 柱弯曲变形 内外柱之间的伸缩差 屋面结构与下部楼面结构的伸 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 8 缩差 97 水平作用下结构的水平移动曲线类型水平作用下结构的水平移动曲线类型 弯曲型 剪切型 弯剪型或剪弯型 98 剪力墙按高宽比分类剪力墙按高宽比分类 低剪力墙 高宽比 1 中等高度剪力墙 1 高宽比 2 高剪力墙 高宽 比 2 99 剪力墙按洞口情况分类剪力墙按洞口情况分类 整体墙 小开口墙 联肢墙 壁式框架 1 整体墙几何特点 整体墙几何特点 剪力墙无洞口或有洞口 但墙面洞口面积不大于墙面总面积的 15 且洞口 间的净距及洞口至墙边的距离均大于洞口长边尺寸 受力特点受力特点 可视为上端自由 下端固定的 竖向悬臂构件 2 小开口墙小开口墙几何特点 几何特点 洞口稍大一些 洞口面积超过墙面总面积的 15 受力特点受力特点 在水平荷载 下 由于洞口的存在 墙肢中已出现局部弯曲 其截面应力可认为由墙体的整体弯曲和局部弯 曲二者叠加组成 截面变形仍接近于整截面墙 墙肢弯矩没有出现反弯点 3 联肢墙受力特点联肢墙受力特点 连梁对墙肢有一定的约束作用 墙肢局部弯矩较大 整个截面正应力已不再 呈直线分布 4 壁式框架受力特点壁式框架受力特点 与框架结构相类似 100 剪力墙按有无边框及支承情况分剪力墙按有无边框及支承情况分类类 带边框的剪力墙 不带边框的落地剪力墙 框支剪力墙 101 剪力墙布置的要求剪力墙布置的要求 1 剪力墙应双向或多项布置 尽量拉通对直 2 较长的剪力墙可用楼板或弱的连梁分为若干墙端 每个独立墙端的总高度与长度之比应大于 2 3 尽量避免出现小墙肢 墙肢截面长度与厚度之比不宜小于 3 102 剪力墙结构平面协同工作分析剪力墙结构平面协同工作分析 1 在竖向荷载作用下 各片剪力墙承受的压力可近似按各肢剪力 墙负荷面积分配 2 在水平荷载作用下 各片剪力墙承受的水平荷载可按结构平面协同工作分析 即研究水平荷载在各榀剪力墙之间分配问题的一种简化分析方法 103 剪力墙结构平面协同工作基本假定 剪力墙结构平面协同工作基本假定 1 楼盖在自身平面内的刚度无限大 平面外刚度很小 可以忽略 2 各片剪力墙在其平面内的刚度较大 忽略其平面外的刚度 3 水平荷载作用点与结构刚度中心重合 结构不发生扭转 104 整截面墙的内力和位移计算整截面墙的内力和位移计算 整截面墙应考虑剪切变形 弯曲变形 轴向变形 在水平荷载作用下 整截面墙可视为上端自由 下端固定的竖向悬臂梁 其任意截面的弯矩和剪力可按照材料力学方法 进行计算 105 剪力墙的等效刚度剪力墙的等效刚度 在相同水平荷载下 发生相同侧向位移的剪力墙与竖向悬臂受弯构件 认为剪 力墙与竖向悬臂受弯构件具有相同的刚度 采用竖向悬臂受弯构件的刚度作为剪力墙的等效刚度 它综合反映了剪力墙弯曲变形 剪切变形和轴向变形的影响 106 小开口墙的内力和位移计算小开口墙的内力和位移计算 在水平荷载作用下 整体小开口墙同整截面墙一样 仍可按照材料力 学中的有关公式进行内力和位移的计算 但其值要进行一定的修正 整体弯曲系数 k 一般取 0 85 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 9 墙肢截面上的正应力可看作由两部分组成 一是剪力墙作为整体悬臂墙产生的正应力 称为整体弯 曲应力 另一是墙肢作为独立悬臂墙产生的正应力 称为局部弯曲应力 107 影响整体弯曲系数影响整体弯曲系数 k 值的主要因素值的主要因素 为整体工作系数 1 当 值较小时 各截面的 k 值均很小 则墙肢的局部弯曲应力较大 因 值较小 表示连梁 刚度较小 墙肢中弯矩较大而轴力较小 接近独立悬臂墙的受力情况 2 当 值增大时 k 值也增大 表示连梁的相对刚度增大 对墙肢的约束弯矩也增大 此时墙肢 中的弯矩减小而轴力加大 3 当 10 时 k 值趋近于 1 表示墙肢弯矩以整体弯曲成分为主 108 双肢墙的内力和位移计算双肢墙的内力和位移计算 双肢墙由连梁将两墙肢联结在一起 且墙肢的刚度一般比连梁的刚度大 较多 相当于柱梁刚度比很大的一种框架 属于高次超静定结构 可采用连梁连续化的分析法 109 双肢墙的内力和水平位移计算双肢墙的内力和水平位移计算的基本假定 的基本假定 1 假定楼 屋盖在自身平面内为不变形的刚性盘 2 连梁的连续化假定 为建立微分方程 就必须把连梁的内力和变形化成沿墙高的连续函数 为 此把各层连梁都简化为沿墙高连续分布的等厚度的弹性薄片 3 墙肢变形假定 假定两个肢墙的变形曲线类似 即墙肢在同一水平处的水平位移和转角都相等 4 连梁变形假定 假定连梁的反弯点在跨度中央 5 常参数假定 沿竖向墙肢和连梁的刚度及层高均不变 110 壁式框架的内力和位移计算 壁式框架的内力和位移计算 由于墙肢和连梁的截面高度较大 节点区也较大 故计算时应将节点 视为墙肢和连梁的刚域 按带刚域的框架 即壁式框架 进行分析 111 壁式框架与框架结构的主要区别 壁式框架与框架结构的主要区别 梁柱杆端均有刚域 从而使杆件的刚度增大 梁柱截面高度较大 需考虑杆件剪切变形的影响 112 在水平荷载作用下 四类剪力墙反弯点分布的一般规律在水平荷载作用下 四类剪力墙反弯点分布的一般规律 1 整截面及整体小开口墙没有反弯点 2 连肢墙的墙肢在大多数楼层中没有反弯点 3 壁式框架的框架在大多数楼层中有反弯点 113 双肢墙的变形协调条件双肢墙的变形协调条件 连梁跨度中点切口处竖向相对位移 0 包括 1 由连梁弯曲 变形和剪切变形产生的竖向相对位移 2 由墙肢轴向变产生的竖向相对位移 3 由墙肢弯曲变形 产生的竖向相对位移 114 壁式框架的壁式框架的 D 值法计算时与一般框架值法计算时与一般框架的的不同不同 要考虑梁柱节点出刚域的影响 要考虑剪切变形的影 响 115 剪力墙整体性系数 的物理意义剪力墙整体性系数 的物理意义 反映了连梁总转角刚度与墙肢总线刚度两者的相对比值 是一 个无量纲系数 116 的大小对剪力墙类别的判断 的大小对剪力墙类别的判断 1 当 10 且 时 为小开口剪力墙 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 10 2 当 10 且 时 为联肢剪力墙 3 当 10 且 时 为壁式框架 117 肢强系数 墙肢惯性矩比 肢强系数 墙肢惯性矩比 壁式框架与整截面墙或整体小开口墙都有很大的 值 但二者受力特 点完全不同 所以 除根据 值进行剪力墙分类判别外 还应判别沿高度方向墙肢弯矩图是否会出 现反弯点 In I 值反映了剪力墙截面削弱的程度 In I 值大 说明截面削弱较多 洞口较宽 墙肢相 对较弱 因此 当 In I 增大到某一值时 墙肢表现出框架柱的受力特点 即沿高度方向出现反弯 点 因此 通常将 In I 值作为剪力墙分类的第二个判别准则 注 判别墙肢出现反弯点时 In I 的界限值用 表示 值与 和层数 n 有关 118 框架框架 剪力墙结构的主要受力特点剪力墙结构的主要受力特点 1 它是框架结构与剪力墙结构两种结构体系的结合 吸取各自长处 既能为建筑平面布置提供较 大的使用空间 有具有良好的抗侧力性能 2 框剪结构的变形时弯剪型 提高结构的侧移刚度 3 水平荷载主要由剪力墙来承受 剪力墙承担大部分水平荷载 使框架结构部分分担剪力较均匀 各层梁柱弯矩较接近 有利于减少梁柱规格 便于施工 119 框架框架 剪力墙结构内力和位移计算的基本假定剪力墙结构内力和位移计算的基本假定 1 楼盖结构在其自身平面内的刚度为无穷大 平面外的共度可忽略不计 2 水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心 及不考虑扭转的影响 3 框架与剪力墙的刚度特征值沿结构高度方向均为常量 120 铰接体系铰接体系 指在框架与剪力墙之间没有弯矩的传递 而仅传递侧向力 因此在结构计算简图中 可 用两端铰接的连杆来连接综合剪力墙与综合框架 121 刚接体系刚接体系 当考虑框架与剪力墙之间或剪力墙与剪力墙之间的梁的转动约束作用时 在平面化力学 模式中 综合框架与综合剪力墙之间应该用综合连梁来连接 这种结构体系成为钢结构体系 122 刚度特征值刚度特征值 2 0 f e C H EI 是一个无量纲的量 是反映综合框架和综合剪力墙之间刚度比值的 一个参数 刚度特征值大 表示相对综合剪力墙等刚度而言 综合框架的剪切刚度较大 反之 则 较小 刚度特征的大小对综合框架和综合剪力墙的内力以及框架 剪力墙结构位移曲线特征有影响 P207 123 在框架 剪力墙铰接体系中 当求出综合框架和综合剪力墙的内力后 将求得的综合剪力墙的内力 弯矩和建立按个单榀剪力墙的等效刚度分配给每一榀剪力墙 然后计算单榀墙的内力 124 偏心受压剪力墙墙肢计算中偏心受压剪力墙墙肢计算中考虑考虑竖向竖向分布钢筋的作用分布钢筋的作用 1 设计中一般仅考虑受拉屈服部分的作用 2 忽略受压区的分布钢筋及靠近中和轴受拉分布钢筋的作用 125 剪力墙受剪破坏的主要形态剪力墙受剪破坏的主要形态 斜拉破坏 斜压破坏 剪压破坏 斜拉破坏斜拉破坏一般通过限制墙肢分布钢 筋的最小配筋率来避免 斜压破坏斜压破坏一般通过限制截面减压比来避免 剪压破坏剪压破坏则应靠斜截面受剪承 载力的计算来满足 考混凝土和水平分布钢筋共同承担水平剪力 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 11 126 小偏心受压的剪力墙墙肢 需要进行平面外承载力验算 按轴心受压构件计算 但不考虑竖向分布 钢筋的作用 127 剪力墙中的水平分布钢筋剪力墙中的水平分布钢筋主要受剪力作用 主要受剪力作用 竖向分布钢筋的主要竖向分布钢筋的主要受轴力和弯矩作用 受轴力和弯矩作用 第五章第五章 混凝土结构抗震设计混凝土结构抗震设计 128 地震的类型 地震的类型 构造地震 火山地震 陷落地震 129 地震的地震的成因 断层学说和板块构造学说 断层学说有主于解释地震发生与地质构造的有关 板块构 造学说有助于解释地震的成因 130 震源 震源 地壳中发生岩层断裂 错动而产生的地震波的部位 131 震中 震中 震源在地面上的垂直投影点 132 地震波 地震波 震源岩层断裂 错动时 释放出来的能量是以弹性波的形式从震源向各个方向传播的 包 括地球内部传播的体波 纵波和横波 纵波引起地面上下颠簸 横波使地面水平晃动 是造成破坏 的主要原因 和只限于在地球表面的面波 133 地震震级 地震震级 是衡量一次地震所释放能量大小的尺度 用 M 表示 具体定义 用标准地震仪在距震 中 100km 处的坚硬地面上记录到的最大水平地面位移 振幅 A 单位为微米 的常用对数值 M lgA 134 地震烈度地震烈度 指地震对地表及工程建筑物影响的强度程度 135 基本烈度 基本烈度 一个地区 一般场地条件下 在设计使用期 50 年内 超越概率为 10 的地震烈度 136 抗震设防抗震设防 对建筑结构进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施 以达到结构抗震的效果和目标 137 抗震设计 抗震设计 指抗震设防区的工程结构考虑地震动影响的一种专业设计 138 抗震设防的范围 抗震设防的范围 规定地震烈度为 6 度或 6 度以上的地区为抗震设防区 低于 6 度的为非抗震设防 区 139 抗震设防烈度 抗震设防烈度 一般情况下 抗震设防烈度可采取中国地震动参数区划图的地震基本烈度 对已编 制抗震设防烈度或设计称地震参数进行抗震设防 140 建筑抗震设防将建筑分为四类建筑抗震设防将建筑分为四类 甲类建筑甲类建筑 属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建 筑 乙类建筑乙类建筑 属于地震时使用功能不能中断或需要尽快回复的建筑 丙类建筑丙类建筑 属于甲乙类建筑 以外的一般建筑 丁类建筑丁类建筑 属于抗震次要建筑 141 抗震设防的目标抗震设防的目标 抗震设计的建筑 当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时 一般不受损坏 或不需要修理仍可以继续使用 当遭受本地区设防烈度的多遇地震影响时 可能损坏 经一般修理 或不需要修理仍可继续使用 当遭受高于本地区设防烈度的多遇地震影响时 不致产生倒塌或危及 生命的严重破坏 即 小震不坏 中震可修 大震不倒 142 抗震设计的基本原则抗震设计的基本原则 小震不坏 中震可修 大震不倒 143 多遇地震烈度多遇地震烈度和罕遇地震烈度罕遇地震烈度分别对应于50年设计基准期内超越概率为63 和2 3 的地震烈度 也就是通常所说的小震烈度和大震烈度 对应于 50 年设计基准期内超越概率为 10 的地震烈度 称为基本烈度基本烈度 三个烈度称为设计的三准则烈度 以三准则烈度为设防依据的设防水平称为三准则三个烈度称为设计的三准则烈度 以三准则烈度为设防依据的设防水平称为三准则 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 12 设防水平设防水平 144 抗震设计方法抗震设计方法 二阶段设计方法二阶段设计方法 第一阶段设计第一阶段设计 弹性状态下的抗震设计 进行承载力和变形 验算 满足第一水准和第二水准的设防要求 通过概念设计及构造措施满足第三水准的设防要求 第二阶段设计第二阶段设计 弹塑性状态下的抗震设计 验算变形是否满足要求 不发生倒塌 满足第三水 准的设防要求 145 建筑场地建筑场地 指工程结构所在地 大体相当于一个厂区 居民点或自然村的范围 同一场地应具有相 同的反应谱特征 分为 I II III IV 四种类别 I 类最好 IV 最差 146 场地土场地土 是指场地范围内的地基土 147 场地的液化场地的液化 指地震时 地下水位以下的饱和砂土强烈振动 空隙水来不及排出 使空隙水压力急 剧增大 当它与法向有效压力相平衡时 土颗粒就呈悬浮状态 这时土体的抗剪强度为零 使场地 失去承载力 这种场地土由固态变为液态的现象 148 软土软土地基地基的的震害震害 主要表现为震陷 它使建筑物大幅下沉或差异下沉 一般认为 抗震烈度为 7 9 度时 应严格控制基础底面的压力不能超过地基承载力 149 等效剪切波速等效剪切波速 若计算深度范围内有多层土层 则根据计算深度范围内个土层剪切波速加权平均得 到的土层剪切波速 150 场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度 一般情况下 可取地面到剪切波速大于 500m s 的土层顶面的距离确定 151 结构基本自振周期 结构基本自振周期 结构按基本振型 第一振型 完成一次自由振动所需的时间 152 振型振型 指体系的一种固有的特性 它与固有频率相对应 即为对应固有频率体系自身振动的形态 每一阶固有频率都对应一种振型 振型与体系实际的振动形态不一定相同 振型对应于频率而言 一个固有频率对应于一个振型 按照频率从低到高的排列 来说第一振型 第二振型等等 实际结实际结 构的振动形态并不是一个规则的形状 而是各阶振型相叠加的结果 构的振动形态并不是一个规则的形状 而是各阶振型相叠加的结果 153 反应谱反应谱 在给定的地震加速度作用期间内 单质点体系的最大位移反应 速度反应和加速度反应随 质点自振周期变化的曲线 用作计算在地震作用下结构的内力和变形 154 水平水平地震地震作用作用与与风风荷载荷载的的区别区别 1 风荷载主要与结构的体型 高度以及地形地貌有关 而水平地震荷载则与建筑物的质量 动力 特性以及场地 土质条件有关 2 一般情况下 水平地震荷载比阵风对建筑物产生的振动大 3 风力作用时间长 发生的机会多 水平地震作用的时间短 发生机会少 但很强烈 155 地震作用的计算方法地震作用的计算方法 1 底部剪力法 其基本思想是在静力计算的基础上 将地震作用简化为一个惯性力系附加在研 究对象上 其核心是设计地震加速度的确定问题 2 振型分解法 以结构的各阶振型为广义坐标分别求出对应的结构地震反应 然后将对应于各 阶振型的结构反应相组合 以确定结构地震内力和变形的方法 又称振型叠加法 3 时程分析法 由结构基本运动方程输入地面加速度记录进行积分求解 以求得整个时间历程 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 13 的地震反应的方法 4 有限元分析 针对复杂结构或无限自由度结构 利用有限元法进行的地震反应分析的方法 通常和振型分解法或时程分析法结合应用 156 最大绝对加速度最大绝对加速度 单自由度弹性体系的最大绝对计算度为 max ag Sx tx t 最大绝对计算度反 应谱是指选定地面运动加速度时程曲线以及指定阻尼比时 以 a S为纵坐标 T 为横坐标的 a ST 关 系曲线 157 动力动力系数系数 max a g S x t 最大绝对加速度与地面水平运动最大加速度的比值 158 地震地震系数系数 max g x t k g 地面水平运动最大计算度与重力加速度的比值 159 水平水平地震地震影响影响系数系数 k 地震系数与动力系数的乘积 160 反应谱方法反应谱方法 用动力方法计算质点体系地震反应 建立反应谱再用加速度反应谱计算结构的最大惯 性力作为结构的等效地震荷裁 然后按静力方法进行结构计算及设计的方法 因此反应谱法也成为 静力等效法 底部底部剪力法剪力法和和振型振型分解法分解法均为均为反应谱反应谱法法 161 抗震抗震设计设计反应谱反应谱 我国 建筑抗震设计规范 采用地震影响系数曲线作为抗震设计的依据 它是根 据国内外近 300 条地震加速度记录资料按场地类别归类所得的地震影响系数曲线 建筑结构的地震 影响系数应根据设防烈度 场地类别 设计地震分组和结构自振周期及阻尼比确定 162 底部底部剪力法剪力法 只考虑第一振型 且近似认为第一振型接近于直线 计算步骤 先算出底部剪力 再 把底部剪力分别给各质点 最后计算顶部的附加水平地震力 1 1 ii EKeqiEKn kk k G H FGFF G H 163 底部剪力法的适用范围底部剪力法的适用范围 高度不超过 40m 以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布均比较均匀的 结构和近似于单质点体系的结构 164 振型振型分解分解法法 jijjjii FX G 2 1 n jii j i jii X G X G 2 j SS 165 结构结构抗震抗震概念概念设计设计 根据结构所处的场地 结构体系 非结构构件构造 结构施工等方面作出了相 应的抗震规则性规定 在设计中 根据规范规定 结合以往工程的震害和设计经验 对结构的场地 选择 建筑平立面布置 结构选型与结构布置 设置多道抗震防线和确保结构的整体性等方面进行 设计 称为抗震概念设计 166 结构结构震害震害 1 扭转破坏 如果建筑物的平面布置不当而造成刚度中心和质量中心有较大的不重合 或者结 高等教育自学考试 混凝土结构设计 知识要点总结 科任老师 何嘉年 15 14 构刚度有过大的突变 则极易使结构在地震时由于过大的扭转或变形集中而产生严重破坏 2 薄弱层破坏 结构刚度沿高度方向的突变 使破坏集中在刚度薄弱的楼层 变形集中在薄弱 层 如果薄弱层在底层 地震时容易倒塌 3 应力集中 结构竖向布置产生很大的突变时 在突变处由于应力集中会产生严重破坏 4 防震缝处碰撞 防震缝如果宽度不够 其两侧的结构单元在地震时就会相互碰撞产生震害 167 框架结构的震害多发生在框架结构的震害多发生在 框架柱 框架梁 梁柱节点核心区和填充墙体 168 框架柱的震害框架柱的震害 1 柱上 柱顶周围有水平裂缝 斜裂缝或交叉裂缝 重者混凝土压碎崩落 柱内箍筋拉断 纵筋 压屈外凸呈灯笼状 上部梁 板倾斜 主要原因是节点处柱端处于变号弯矩 剪力和轴力复合 作用之下 且三者均比较大 柱的箍筋配置不足或锚固不好 致使箍筋