混凝土结构设计1-楼盖.ppt

CONCRETESTRUCTUREDESIGN 王新玲 混凝土结构设计 混凝土结构 下 钢筋混凝土结构设计 梁板结构设计 钢筋混凝土楼盖设计 钢筋混凝土单层厂房设计 钢筋混凝土框架结构 Ch 钢筋混凝土梁板结构 楼盖结构 1 1 Introduction 1 1 1结构承重体系1 水平承重体系 梁板 主梁 次梁 楼板girder beam slab 楼梯stair 阳台balcony2 竖向承重体系 柱column 墙wall 基础foundation 1 1 2楼盖类型 施工方法 刚度大 抗震性能好 适合较复杂楼面 1 现浇楼盖 模板工作量大form work 2 装配式 预制梁柱 板 部分装配 梁柱现浇 楼板预制 3 装配整体式 装配楼盖基础上现浇混凝土面层 主要沿一个方向受力的板 称为单向板弹性理论 L2 L1 2 塑性理论 L2 L1 3 2 双向板肋梁楼盖 沿二个方向受力的板 称为双向板 弹性理论 L2 L1 2 塑性理论 L2 L1 3 3 字楼盖 4 无梁楼盖 支承条件 现浇楼盖 L1 L2 1 单向板肋梁楼盖 预加应力方法 钢筋混凝土楼盖 预应力混凝土楼盖 大厅 舞厅 会议室等 商场 1 1 3 肋梁楼盖荷载传递1 楼板上荷载 恒载 楼面活荷载2 次梁 主梁 次梁 主梁 楼板荷载 次梁 主梁 柱 基础 1 2 单向板肋梁楼盖 楼盖设计步骤 1 结构平面布置 梁 板 柱布置 确定构件尺寸 2 结构内力计算 1 确定梁 板计算简图 2 计算荷载 3 内力计算及组合 3 梁 板的承载力即配筋计算 构造 4 特殊梁 板还需验算裂缝 变形 5 画施工图 平面表示法 1 2 1 结构平面布置 1 内容 承重墙 柱网及主梁 次梁 板布置满足建筑和使用要求 2 原则 使结构受力合理 经济1 承重墙和柱网布置 传统布置方法 主梁 L 5 8m h 1 10 1 14 L 2 承重墙和柱网布置 新理念布置方法 次梁 L 4 6m h 1 14 1 18 L 3 主梁 次梁布置 板 l 1 7 3m 厚度 h 1 45 1 35 l 构造 屋面板 h 60mm 楼面板 h 70mm 工业建筑 h 80mm 4 结构布置 b 纵向布置方案 a 横向布置方案 P3 2 承重墙和柱网布置 新理念布置方法 主 次梁高度相同 h 1 10 1 16 主梁跨度 适用于矩形柱网 主梁跨度 次梁 0 65 0 7 荷载传递路线 楼面荷载作用于板 次梁 主梁 主梁 L 4 7m 次梁 L 6 10m 1 2 2 单向板楼盖按弹性理论的内力计算 1 计算简图 主梁 次梁 板 1m 1 板支承于次梁上 铰支 2 次梁支承于主梁上 铰支 3 主梁支承于柱上 铰支 刚结点 框架结构 L 板 F L 次梁 2 计算荷载 1 板 A KN m 恒载 板和面层自重 活荷载 人群 雪载等 板取1m宽板带作为计算单元 A 1 KN m 2 次梁 3 主梁 kN 3 计算内力及内力组合 当跨数不超过5跨时 按实际跨数计算 当跨数超过5跨且跨度相差不超过10 时 按5跨等跨连续梁计算 F 计算跨度L0 P5 1 活荷载和恒载组合 g 1 2 3 2 1 g p M1max M3max p M2max g p MBmax VBmax VAmax g p Mcmax Vcmax A B C C B A 2 等效荷载 支承刚度 当板支承在次梁上 次梁支承在主梁上时 由于次梁对板 主梁对次梁的约束作用 将使支座负弯矩增大 跨中正弯矩减小 处理方法 采用折算荷载 增大恒荷载 沿所有跨布置 减小活荷载 按最不利位置布置 以获得增大支座负弯矩 减小跨中正弯矩的效果 P6 3 弯矩和剪力包络图 1 2 3 单向板肋梁楼盖考虑塑性内力重分布的计算 1 钢筋混凝土截面 塑性铰 概念 M y My u 1 定义 当 s fy M My 截面曲率迅速增大 形成转动 好像在屈服截面处加入 铰 这个铰称为塑性铰 2 塑性铰特点 A 仅沿弯矩方向转动 B 转动能力有限 配筋率越小 转动能力越大 C 能承担一定弯矩Mu D 形成塑性变形区域 塑性铰 理想铰 A 自由转动 B 转动范围无限 C M 0 D 一个点 u y 2 超静定结构塑性内力重分布 两跨等跨连续梁 P P L L 0 156PL 0 188PL 3 18 3 18 A B M1 MB P M Pcr MB M1 Mu Pu 1 弹性阶段 试验M 理论计算值 2 开裂后 whenP Pcr FirstMB Mcr 随P增大 支座弯矩增加量 MB减小 跨中弯矩增加量 M1增大 第一次塑性内力重分布 Mcr 继续增加P MB And M1 第二次塑性内力重分布 M1 P1 Mcr 3 塑性阶段 FirstMB Mu 塑性铰首先出现在支座截面 连续梁变成 简支梁 再增加荷载 MB保持Mu不变 M1迅速增大 塑性内力重分布 当M1 Mu 塑性铰出现在跨中截面 梁变成机构体系 4 计算极限荷载Pu 5 设计者可以通过调整某些截面弯矩 配筋 控制塑性铰出现位置及塑性内力重分布程度 5 满足平衡条件 q MA MB MA MB Mc Mo Mo 简支梁的跨中弯矩 6 4 弯矩调幅法 塑性内力重分布计算方法 首先按弹性理论计算超静定结构的内力 然后对某些弯矩最大的截面 通常是支座截面 根据需要进行弯矩调整 最大调幅值不超过25 3 按塑性内力重分布计算原则 1 宜采用延性较好的HPB235 HRB335及HRB400的热轧钢筋 2 截面相对受压区高度0 1 0 35 为了保证足够转动能力 3 满足正常使用要求 Wmax f 4 塑性铰截面应加密箍筋 弯矩调幅法 q 1 2 A B M1 MB M2 MB降低10 M1 M2必须增加 MB MB 0 1MB MB M1 M2 M1 M1 M1 M2 M2 M2 M1 M2 M B MB MB M1 As1 M2 As2 M B AsB MB 计算As1 As2 AsB MB M1 MB 1 1 90 24 71 44 74 88 74 88 84 28 72 19 83 9 5 连续梁 板按弯矩调幅法的计算 等跨连续梁 板 l0 ln 见表1 2 1单向板 1 2 4 梁板配筋计算 拱的推力 3 满足配筋构造要求 2 对四边与梁整浇的板 弯矩可降低20 拱的作用 1 按所计算的弯矩计算纵向钢筋 6 塑性内力重分布计算方法的限制 1 结构直接承受动力荷载 2 正常荷载作用下不允许开裂的构件 3 构件需要较大强度储备 girder beam 6 200 6 200 5 6 5 6 Lo 6 Lo 4 Lo 4 wall Lo 7 2 次梁 1 M As 跨中截面 M T 形 支座截面 M 矩形 2 details V 箍筋 弯筋 切断 As 2 Lo 5 20d As 4 L0 3 50 h La 20d 3 主梁 弹性分析 1 M As 跨中截面 M T 形 支座截面 M 矩形 单排钢筋 h0 h 50 60 双排钢筋 h0 h 70 80 V 箍筋 弯筋 2 构造 A 纵筋弯起 截断应满足抵抗弯矩图 Mudiagram B 集中力两侧附加构造筋 吊筋 箍筋 P16 1 3 双向板肋梁楼盖 1 3 1 弹性理论计算 Lx Ly 1 双向板受力特点 沿两个方向受力 因此 沿两个方向配筋 2 单块双向板计算 1 边界条件 四边简支 2 近似表格法 跨中及支座最大弯矩 当 0 l min Lx Ly 当 0 forR C 1 6 表1 11 3 连续双向板 1 基本假定 忽略支承梁竖向位移 板可绕支承梁转动 2 跨中最大弯矩 g p g 活荷载按棋盘式布置 1 1 g p 2 p 2 p 2 A forg p 2 按四边固定单块双向板计算内力 B For p 2 按四边简支单块双向板计算内力 C 叠加A B 3 支座最大负弯矩 近似按满布活荷载g p 按四边固定单块双向板计算内力 4 双向板支承梁的计算 弹性理论 弯矩调幅法 45 1 3 2 双向板按塑性理论计算 1 试验分析 四边简支双向板 1 方板 板的第一批裂缝出现在板底中间部分 然后沿对角线向四个角发展 当受拉钢筋应力达到fy 裂缝迅速发展并在板顶四个角处形成环状裂缝 板破坏 2 矩形板 板的第一批裂缝出现在板底中部 平行于长边 然后沿45 角向四个角发展 最后板破坏同方形板 2 双向板塑性 屈服 铰线 负塑性铰线 正塑性铰线 1 相邻两个板块的塑性铰线通过这两个板块转动轴的交点 2 转动轴沿着支承梁或通过支承柱 3 极限平衡法计算双向板 上限值 1 4 装配式楼盖 4 1 预制板 R C Pre C 轻质砼 1 实心板 h L 1 8 2 4m h L 30 2 空心板 L 3 0 7 5 Pre C slab h 1 30 1 35 L 3 槽形板 4 T sectionslab L 12m 4 2 楼盖梁beam 预制或现浇 4 3 预制楼盖构件的计算 1 承载力及正常使用极限状态的计算同现浇楼盖 2 施工阶段 运输和吊装 1 计算简图 2 恒载g 1 5 动力系数 3 1KN施工荷载 1KN 3 吊环计算 吊环面积 m 吊环个数 m 3 4 4 装配式楼盖连接构造 1 4无梁楼盖 1 4 1概述 板支承于柱上 类型 现浇式 装配整体式 有柱冒 无柱冒 悬臂板 无悬臂板 适用 商场 书库1 4 2受力特点 1 试验 柱冒顶面首先出现裂缝 再加荷 在柱冒顶面边缘板上 出现沿柱列轴线的裂缝 继续加载 跨中1 3处出现成批板底裂缝 它们相互正交 平行于柱轴线 即将破坏时 板底裂缝较宽 相交钢筋屈服 相应的板顶混凝土被压碎 2 计算模式 支承于柱上的楼板划分为 柱上板带 上部受拉 连续梁或框架扁梁 柱之间的板划分为 跨中板带 支承于 柱上板带 板底受拉 1 4 3内力计算I 按弹性理论计算 精确计算法 经验系数法 等代框架 1 经验系数法 直接给出两个方向总弯矩 再将其分配给同一方向的柱上板带和跨中板带 满足条件 P41 荷载取g p q 不考虑活荷载不利布置 取一半计算单元 由平衡得x方向等代梁跨中总弯矩 同理y方向等代梁跨中总弯矩 表1 22给出了各跨的柱上板带和跨中板带的弯矩分配系数 2 等代框架法 把整个结构划分为横向等代框架和纵向等代框架假定 P44 II 塑性理论 1 4 4柱冒设计 1 形式 无柱帽顶板 折线柱帽顶板 矩形柱帽顶板 2 试验 冲切破坏抗冲切承载力和混凝土强度 柱冒周长 板配筋有关 3 冲切承载力计算 A 不配箍筋或弯筋的钢筋混凝土平板 冲切荷载设计值 柱轴力 板有效厚度 c d 柱冒宽 高 截面两个方向上混凝土有效预应力平均值 Um 2 c d 2h0 板上荷载 Um B 当不满足上述要求 且h 150mm时 配箍筋或弯筋a 截面符合上述下列条件 b 配箍筋 与呈45度冲切破坏锥体斜截面相交的全部箍筋面积 c 配弯筋 与呈45度冲切破坏锥体斜截面相交的全部弯筋面积 弯筋 1 4 5无梁楼盖设计与构造 P48 1 5叠合式楼盖 1 5 1叠合梁板形式 1 叠合梁板形式 特点 后浇混凝土叠合 2 叠合板类型 预应力薄板叠合板 总厚度小 预应力空心板叠合板 1 5 2叠合梁计算方法 1 第一阶段 叠合前 预制梁视为简支梁 其上作用荷载 楼板自重 叠合层 预制梁自重 施工荷载 2 第二阶段 叠合后 后浇混凝土达到强度计算简图按叠合后的整体结构取 其竖向荷载 叠合梁 板面抹灰及墙体自重 板上使用荷载 3 叠合梁的受力性能分析第一阶段 由恒载 活荷载标准值产生的弯矩M1k验算裂缝 挠度 第二阶段 正常使用阶段 受拉钢筋应力超前 M1k作用下受拉钢筋已受拉 受压混凝土应力滞后 M2k作用下叠合层受压混凝土才受压 破坏时同一般梁 受拉钢筋屈服 然后混凝土压碎 4 承载力计算A 正截面承载力 a 选取预制梁截面bh1 按承受M1计算受拉钢筋面积As1 b 选取叠合梁bh 按承受M1G M2计算受拉钢筋面积As2取 max As1 As2 AsB 斜截面承载力 按普通钢筋混凝土梁计算 混凝土强度取预制 叠合最小值 C 叠合面受剪承载力验算 5 叠合梁钢筋应力验算 6 叠合梁最大裂缝宽度和挠度验算 P59 1 6钢筋混凝土楼梯 1 楼梯常见的结构选型 板式楼梯梁式楼梯螺旋式和剪刀式楼梯 2 楼梯的计算板式楼梯 包括梯段板 斜板 平台板 平台