钢筋混凝土课程设计例题PPT课件.ppt

第11章楼盖 11 1概述 11 2现浇单向板肋梁楼盖 1 要求 1 了解楼盖结构类型 特别是单 双向板概念 2 熟练掌握现浇单向板中内力包络图 折算荷载 塑性铰 内力重分布和弯矩调幅等概念 3 熟练掌握单向板肋梁楼盖的计算方法 构件截面设计特点及配筋构造要求 4 了解双向板内力计算方法 过程 配筋设计要求 5 了解无梁楼盖组成 受力特点 承载力计算方法配筋要求 6 其他梁板结构组成及构造要点 2 一 楼盖的主要结构功能 1 将楼盖上的竖向力传给竖向结构2 将水平力传给竖向结构或分派给竖向结构3 作为竖向结构构件的水平联系和支撑二 对楼盖的结构设计要求 1 在竖向力下满足承载力和刚度要求 2 在楼盖自身水平面内有足够的水平刚度和整体性3 与竖向构件有可靠的连接 以保证竖向力和水平力的传递 11 1概述 3 1 1概述楼板图 4 1 按施工方式分 1 现浇式楼盖整体性好 刚度大 防水性好和抗震性强 并能适揽于房间的平面形状 设备管道 荷载或施工条件比较特殊的情况 缺点是费工 费模工期长 施工受季节的限制 2 装配式楼盖楼板采用混凝土预制构件 便于工业化生产 在多层民用建筑和多层工业厂房中得到广泛应用 但是 这种楼面由于整体性 防水件和抗抗震性较差 不便于开设孔洞 故对于高层建筑 有抗震设防要求的建筑以及使用上要求防水和开设孔洞的楼面 均不宜采用 三 楼盖的分类 5 3 装配整体式楼盖其整体性较装配式的好 又较现浇式的节省模板和支模板 但这种楼盖需要进行混凝土的二次浇筑 有时还须增加焊接工作量 故对施正进度和造价都带来一些不利影响 因此 这种楼盖仅适用于荷载较大的多层工业厂房 高层民用建筑及有抗震设防要求的建筑 采用装配式楼盖可以克服现浇楼盖的缺点 而装配整体式楼盖则兼具现浇式楼盖和装配式楼盖的优点 三 楼盖的分类 6 2 混凝土楼盖按预应力情况 1 钢筋混凝土楼盖 2 预应力混凝土楼盖 预应力混凝土楼盖用的最普遍的是无粘结预应力混凝土平板楼盖 当柱网尺寸放大时 它可有效减小板厚 降低建筑层高 三 楼盖的分类 7 3 混凝土楼盖按结构型式单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖 井式楼盖 密肋楼盖和无梁楼盖 又称板柱楼盖 1 肋梁楼盖 一般由板 次梁和主梁组成 其主要传力途径为板 次梁 主梁 柱或墙 基础 地基 肋梁楼盖的特点是用钢量较低 楼板留洞方便 但支模较复杂 肋梁楼盖是现浇楼盖中使用最普遍的一种 2 井式楼盖 两个方向柱网及梁截面相同 由于两个方向受力的结构 梁的高度比肋梁楼盖小 故宜用于跨度较大且柱网呈方形的结构 三 楼盖的分类 8 3 密肋楼盖 由于梁肋的间距小 板厚很小 梁高也较肋梁楼盖小 结构自重较轻 双向密肋楼盖近年来采用预制塑料模壳克服了支模复杂的缺点而应用增多 4 无梁楼盖 板直接支点于柱上 其传力途径是荷载由板传至柱或墙 无梁楼盖的结构高度小 净空大 支模简单 但用钢量较大 常用于仓库 商店等柱网布置接近方形的建筑 当柱网较小 3 4m 柱顶可不设柱帽 当柱网较大 6 8m 且荷载较大时 柱顶设柱帽以提高板抗冲切能力 三 楼盖的分类 9 楼盖结构型式图形 10 规范 规定 对于四边支承的板 按弹性理论 当长短边比值L01 L02 2时 可按沿短边方向的单向板计算 按塑性理论 L01 L02 3时 可按沿短边方向的单向板计算 否则 宜按双向板计算 对于仅有两对边支承 另两对边为自由边的板 不论板平面两个方向的长度比如何 均属单向板 四 单 双向板的划分 11 单向板与双向板 12 一 单向板肋梁楼盖的设计步骤1 进行结构平面布置 确定板厚和主 次梁截面尺寸 2 确定板和主 次梁的计算简图 3 荷载及内力计算 4 截面承载力计算 配筋 5 绘制结构施工图 11 2现浇单向板肋梁楼盖 13 二 单向板肋梁楼盖结构平面布置由单向板及其支承梁组成的楼盖 称为单向板肋梁楼盖 单向板肋梁楼盖中 荷载的传递路线是 板 次梁 主梁 柱 墙 在结构设计时 必须首先确定板 次梁 主梁的跨度 即进行结构平面布置 在结构乎面布置时 首先考虑满足房屋的使用要求 梁格布置应力求简单 规整 统一 以减少构件类型 方便设计施工 肋梁楼盖的主梁一般宜布置在整个结构刚度较弱的方向 即垂直于纵向的方向 这样可使截面较大 抗弯刚度较好的主梁能与柱形成一片片框架 以加强承受水平作用力的侧向刚度 而由次梁将各片框架连接起来 但当柱的横向间距大于纵向间距时 主梁沿纵向布置可以减小主梁的截面高度 增大室内净高 14 在满足使用要求的基础上 要尽量节约材料 降低造价 构件选择经济合理的跨度 单向板的跨度取1 7 2 5m 不宜超过3m 次梁的跨度取4 6m 主梁的跨度取5 8m 15 楼盖结构构件 梁 板 的内力计算方法有两种 一种是假定钢筋混凝土梁板为匀质弹性体 按结构力学的方法计算 简称为按弹性理论的计算方法 另一种是考虑钢筋混凝土塑性性质 按塑性理论的计算方法 对连续梁 板通常称之为考虑塑性内力重分布的计算方法 后者不适用于下列情况 1 直接承受动态荷裁作用的结构 2 要求不出现裂缝的结构构件 如 规范 规定的裂缝控制等级为一级或二级的结构 此外 对于负温条件下工作的结构也不应考虑塑性内力重分布 上述情况下的结构构件都应按弹性理论进行计算 三 单向板内力计算方法类型 16 1 支承条件一般混合结构 楼盖四周为砖墙承重 梁 板 的支承条件比较明确 可按铰支 或简支 考虑 但是 对于与柱现浇整体的肋形楼盖 梁 板 的支承条件与梁柱之间的相对刚度有关 情况比较复杂 因此 应按下述原则确定计算简图 以减少因简图引起内力计算的误差 对于支承在钢筋混凝土柱上的主梁 其支承条件应根据梁柱抗弯刚度比而定 计算表明 如果主梁与柱的线刚度比大于5 可将主梁视为铰支于柱上的连续梁计算 否则 应按弹性嵌固于柱上的框架梁计算 对于支承在次梁上的板 或支承于主梁上的次梁 可忽略次梁 或主梁 的弯曲变形 挠度 且不考虑支承处节点的刚性 将其支座视为不动铰支座 按连续板 或梁 计算由此引起的误差将在计算荷载和内力时加以调整 四 计算简图 17 2 计算跨度和跨数计算跨度查表跨数 对5跨和5跨以内的按实际跨数取用 多余5跨的连续梁板 只按5跨计算 所有中间跨都按第三跨的来配筋 计算简图 18 计算跨度表格 19 当楼面承受均布荷载时 对于板 通常取宽度为1m的板带作为计算单元为板带自重 包括面层及粉刷等 及板带上的均布可变荷载 也叫活载 计算简图 3 荷载计算 20 在确定板传递给次梁的荷载和次梁传递给主梁的荷载时 一般均忽略结构的连续性 按简支进行计算 所以对于次梁 取相邻板跨中线所分割出来的面积作为它的受荷面积 次梁所承受的荷载为次梁自重及其受荷面积上板传来的荷载 对于主梁 它承受主梁自重及由次梁传来的集中荷载 但由于主梁自重与次梁传来的荷载相比往往较小 故为了简化计算 一般可将主梁均布自重化为若干集中荷载 加入次梁传来的集中荷载 合并计算 3 荷载计算 21 一般假设其支座均为铰接 这种假设与实际情况并不完全相符 为减少误差 调整荷载 即加大恒载 减少活载 的方法加以考虑 也就是说 在进行荷载最不利组合及内力计算时 仍按铰接支座假定 但用折算荷载代替实际的计算荷载 4 折算荷载 主梁的重要性较大 且抗弯刚度大于柱 所以不需要调整 22 图形 23 1 活荷载的最不利位置梁板上的荷载有恒荷载和活荷载 其中恒载的大小和位置均不变化 而活荷载的大小和位置是随意变化的 引起构件各截面的内力也是变化的 所以 要使构件在各种情况下保证安全 就必须确定活荷载布置在哪些位置 控制截面 支座 跨中 可能产生最大内力 五 弹性计算法内力计算 24 1 求某跨跨中最大弯矩时 应将活荷载布置在该跨 然后每隔一跨均应布置活载 2 求某跨跨中最小弯矩时 该跨应不布置活载 而在两相邻跨布置活载 然后每隔一跨布置 3 求某支座截面最大负弯矩时 应在该支座相邻两跨上布置活载 然后每隔一跨布置 4 求某支座剪力时 活载布置与求该截面最大负弯矩时相同 1 活荷载的最不利位置 25 活载的最不利位置确定后 对于等跨 包括跨差不大于10 的连续梁 板 即可直接应用表格查得在恒载和各种活载最不利位置下的内力系数 并按下列公式求出连续梁 板 的各控制截面的内力值 当均布荷载作用时 2 应用查表法计算内力 26 2 应用查表法计算内力 27 对于连续梁 活荷载作用位置不同 各控制截面的内力也不相同 按照前述活荷载最不利位置布置后 可画出各控制截面最不利内力时的内力图 将这些内力图在同一基线上画出 这些内力图的外包线就是内力包络图 内力包络图包括弯矩包络图和剪力包络图 做弯矩包络图的目的在于计算构件正截面配筋 合理确定纵向受力钢筋弯起和截断位置 做剪力包络图的目的在于计算构件斜截面的配筋 合理布置腹筋 3 内力包络图 28 两跨连续梁内力包络图 29 两跨连续梁内力包络图 30 1 塑性计算法的基本概念塑性计算法是考虑塑性变形引起结构内力重分布的实际情况汁算连续梁内力的方法 既可消除内力计算与截面承载力计算的不协调 又可获得节省材料方便施工的效果 对配筋适量的受弯构件 当受拉纵筋在某个弯矩较大的截面达到屈服后 再增加很少弯矩 会在钢筋屈服截面两侧很短长度内的钢筋中产生很大的钢筋应变 形成塑性变形集中区域 使区域两侧截面产生较大的相对转角 这个集中区域在构件中的作用 犹如一个能够转动的 铰 称之为塑性铰 六 单向板肋梁楼盖的内力计算 塑性计算法 31 可以认为 塑性铰是受弯构件的 屈服 现象 对于静定结构 在任一截面出现塑性铰后 结构就成为几何可变体系而丧失承载力 但对于超静定结构 由于存在多余的约束 构件某一截面出现塑性铰 并不能立即成为几何可变体系 仍能继续承受增加的荷载 直到不断增加的塑性铰使结构成为几何可变体系为止 内力重分布和应力重分布的区别 应力重分布是指截面上各纤维层间的应力变化规律不同于弹性理论 静定和超静定结构都有此现象 内力重分布是指结构各个截面的内力变化规律不同于弹性理论 并且只有超静定结构才有 塑性铰概念 32 内力重分布的两个阶段 以两端固支的梁为例 如只考虑弹性 破坏时均布荷载qu 跨中弯矩qulo2 24 支座弯矩 qulo2 12 支座和跨中承受弯矩绝对值之比为2 如果支座和跨中都按qulo2 16配筋 1 先进行弹性阶段工作 支座弯矩q1lo2 12 qulo2 16 则q1 3 4qu 跨中弯矩qulo2 32 支座进入塑性铰 2 计算简图发生改变 变为简支梁 再承受1 4qu跨中弯矩达到qulo2 16 构件达到承载能力极限状态 支座和跨中承受弯矩绝对值之比为1 内力重分布计算步骤 q lo 33 塑性内力重分布影响因素 1 塑性铰转动能力 配筋率越高 转动能力下降 2 斜截面承载能力 不能发生斜截面承载力不足 3 正常使用条件 控制裂缝宽度 挠度大小 考虑塑性内力重分布意义 1 更正确估计结构承载力和使用阶段的变形 2 合理调整钢筋布置 3 人为控制结构中的弯矩分布 4 破坏时较多截面达到承载力 节约材料 34 对单向板肋梁楼盖中的连续板及连续次梁 当考虑塑性内力重分布而分析结构内力时 采用弯矩调幅法 即在按弹性方法计算所得的弯矩包络图的基础上 对首先出现的塑性铰截面的弯矩值进行调幅 即乘以减低系数 调幅系数 将调幅后的弯矩值加于相应的塑性铰截面 再用一般力学方法分析对结构其他部分内力的影响 经过综合分析研究选取连续梁中各截面的内力值 然后进行配筋计算 2 弯矩调幅法 35 对弯矩进行调幅时遵循以下原则 P16 1 必须保证塑性铰具有足够的转动能力 使整个结构或局部形成机动可变体系才丧失承载力 按照弯矩调幅法设计的结构 受力钢筋宜采用HRB335级 HRB400级热轧带肋钢筋或HPB235和HRB400级热轧光面钢筋 混凝土等级宜在C20 C45范围内 2 截面的相对受压区高度系数不应超过0 35 也不宜小于0 10 36 3 为了避免塑性铰出现过早 转动幅度过大 致使梁的裂缝宽度及变形过大 应控制支座截面的弯矩调整幅度 以不超过20 为宜 4 结构的跨中截面弯矩值应取弹性分析所得的最不利弯矩值和按下式计算值中的较大值 5 结构在正常工作阶段不应出现塑性铰 且裂缝和变形要求应满足规范规定 弯矩调幅时原则 37 为计算方便 对工程中常见的承受均布荷载的等跨连续梁板的控制截面内力 可按下列公式计算 3 用弯矩调幅法计算等跨连续梁板内力 38 表格1 2 1 3 39 按塑性理论方法计算 由于其方法简单 计算结果更符合结构的实际工作情况 能节省材料 合理调整钢筋布置 克服交座处钢筋的拥挤现象 故在设计混凝土连续梁 板时 应尽量采用这种方法 但塑性理论方法是以形成塑性铰为前提 因此 并不是在任何情况下都能适用 通常在下列情况下 应按弹性理论方法进行设计 1 直接承受动力和重复荷载的结构 2 在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较严格限制的结构 3 处于重要部位 要求有较大强度储备的结构 如肋形楼盖中的主梁 4 塑性理论计算方法适用范围 40 五 截面设计与配筋构造 一 板的配筋设计与构造要求1 板的计算要点连续板在四周与梁整体连接时 支座截面负弯矩使板上部开裂 跨中正弯矩使板下部开裂 使板的实际轴线形成拱形 在板面荷载作用下 板对次梁产生主动水平推力 次梁对板产生被动水平推力 对板的承载能力有利 因此 可将四周与梁整体连接的板的中间跨板带的跨中截面及中间支座截面的计算弯矩折减20 边跨跨中及第一个内支座截面弯矩不折减 41 斜截面承载力一般能满足要求 不进行受剪承载力计算 现补充连续板的配筋构造 1 受力钢筋方式 可采用分离式或弯起式 分离式配筋是将全部跨中钢筋伸入支座 支座上部负弯矩钢筋另外设置 弯起式配筋是将跨中的一部分正弯矩钢筋在支座附近适当位置向上弯起 在支座上方抵抗支座负弯矩 如数量不足 可另加直钢筋 剩余的钢筋伸入支座 间距不得大于400mm 截面面积不应小于跨中钢筋的1 3 一般采用隔一弯一或隔一弯二 弯起式配筋应注意相邻跨中与支座钢筋间距的协调 一种板通常采用一种间距 然后通过调整钢筋直径来满足钢筋面积的要求 2 板的构造要求 42 板的配筋图 43 单向板长边方向的分布钢筋单向板除沿短边方向布置受力钢筋外 还应沿长边方向布置分布钢筋 分布钢筋的间距不宜大干250mm 直径不宜小于6mm 单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15 且不宜小于该方向板截面面积的15 板中垂直于主梁的构造钢筋单向板上的荷载将主要沿短边方向传到次梁上 但由于板和主梁整体连接 在靠近主梁两侧一定宽度范围内 板内仍将产生一定大小与主梁方向垂直的负弯矩 为此 应在跨越主梁的板上部配置与主梁垂直的构造钢筋 其数量应不少于板中受力钢筋的1 3 且直径不应小于8mm 间距不应大于200mm 伸出主梁边缘的长度不应小于板计算跨度lo的1 4 2 构造钢筋 44 2 构造钢筋 45 嵌固在墙内板上部的构造钢筋嵌固在承重墙内的板端 计算简图是按简支考虑的 而实际上由于墙的约束而产生负弯矩 因此对嵌因在承重砖墙内的现浇板 在板的上部应配置构造筋 其直径不应小于8mm 钢筋间距不应大于200mm 其截面面积不宜小于该方向跨中受力钢筋截面面积的1 3 伸出墙边的长度不应小于短跨跨度lo 7 对两边嵌因在墙内的板角部分 应在板的上部双向配置上述构造钢筋 其伸出墙边的长度不应小于lo 4 见图1 13 沿非受力方向配置的上部构造钢筋 可根据经验适当减少 2 构造钢筋 46 1 次梁的配筋计算单向板肋梁楼盖的次梁 应根据所求的内力进行正截面和斜截面承载力的配筋计算 由于板和次梁是整体连接 板作为梁的翼缘参加工作 正截面承载力计算中 跨中截面按T形截面考虑 支座截面按矩形截面考虑 在斜截面承载力计算中 当荷载 跨度较小时 一般可仅配置箍筋 否则 宜在支座附近设置弯起钢筋 以减少箍筋用量 2 次梁的构造要求次梁中纵向受力钢筋的弯起与截断 原则上应按弯矩包络图确定 但对于相邻跨度不超过20 承受均布荷裁且活荷载与恒荷载之比q g 3时 可按图1 14确定钢筋弯起和截断的位置 二 次梁的配筋计算与构造要求 47 次梁配筋的构造要求 48 1 主梁的配筋计算主梁在正截面承载力计算时 截面选取和次梁相同 即跨中为T形截面 支座按矩形截面 对于出现负弯矩的跨中 也按矩形截面 当按构造要求选择梁的截面尺寸和钢筋直径时 一般可不做挠废和裂缝宽度验算 由于支座处主次梁钢筋垂直交错 且主梁钢筋位于次梁内侧当受力钢筋一排布置时 h h 50 60 mm 当受力钢筋两排布置时 h h 70 80 mm h为主梁截面高度 三 主梁的计算与构造要