河南理工大学课件：梁板结构设计.ppt

2020 4 11 梁板结构设计 2020 4 11 2020 4 11 主要内容 单向板与双向板受弯构件的塑性铰和超静定结构内力重分布单向板 双向板肋梁楼盖设计 2020 4 11 一 概述 梁板结构是常用的水平结构体系 由梁 板组成 亦可有板无梁 形式 楼盖 屋盖 阳台 雨篷 楼梯 片筏基础等 2020 4 11 楼盖的主要结构功能 1 结构的水平承重体系 把楼盖上的竖向力传给竖向结构 2 把水平力传给竖向结构或分配给竖向结构 3 作为竖向结构构件的水平联系和支撑 楼盖的结构设计要求 1 在竖向荷载作用下 满足承载力和竖向刚度的要求 2 在楼盖自身水平面内要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 2020 4 11 分类 施工方法 整体性好 刚度大 布置灵活 适用于楼面荷载大 平面形状不规则 抗震要求较高的建筑物 但耗模板 工期长 施工速度快 整体性 刚度较差 部分为预制构件 安装完成后 二次浇注 集合了现浇式和装配式的优点 2020 4 11 a 单向板肋梁楼盖 b 双向板肋梁楼盖 d 密肋楼盖 c 井式楼盖 分类 结构形式 2020 4 11 e 扁梁楼盖 楼盖结构类型 typesoffloorsystems f 无梁楼盖 2020 4 11 单向板与双向板 单向板 荷载作用下 只在一个方向或主要在一个方向弯曲的板 双向板 荷载作用下 在两个方向弯曲 且不能忽略任一方向弯曲的板 2020 4 11 1 对于四边支承的板 时 应按双向板计算 时 可按沿短边方向受力的单向板计算 时 宜按双向板计算 2 对两对边支承的板 应按单向板计算 2020 4 11 板上荷载 单向板楼盖传力方式 次梁 主梁 墙 柱 基础 板上荷载 双向板楼盖传力方式 墙 柱 基础 两个方向梁 2020 4 11 二 单向板肋形楼 屋 盖设计 设计内容与步骤 1 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 荷载和内力计算 4 截面承载力计算 配筋 有时需变形和裂缝验算 5 绘制施工图 2020 4 11 二 单向板肋形楼 屋 盖设计 1 单向板肋梁楼盖结构平面布置 结构布置包括柱网 承重墙 梁和板的布置 结构平面布置方案 a 主梁横向布置 b 主梁纵向布置 c 只布置次梁 单向板肋梁楼盖布置方案 2020 4 11 应综合考虑建筑功能 造价及施工条件等 合理确定结构的平面布置 根据工程实践 常用跨度为 单向板 2 3 m次梁 4 6 m主梁 5 8 m 2020 4 11 梁 板截面尺寸 梁 板截面的常用尺寸 2020 4 11 支撑条件的简化 板 梁支撑在砌体上 板 次梁支撑在梁上 主梁支撑在柱上 铰支座 刚性支座 2 结构的荷载和计算简图 2020 4 11 计算单元 2020 4 11 计算单元 2020 4 11 荷载 1 恒载 自重 粉灰重等 恒载标准值 体积 材料自重 2 活荷载 人群 家具等 板和次梁一般以均布荷载为主 活荷载标准值可查荷载规范 承载力计算荷载用设计值 要将荷载标准值乘以荷载分项系数 g或 q 2020 4 11 连续梁任何一个截面的内力值与其跨数 跨度 刚度及荷载有关 但对某一跨来说 与其相隔两跨以上的其余跨内的荷载对其影响很小 对于跨数超过5跨的连续梁板 当各跨荷载相同且跨度相差不超过10 时 按5跨等跨连续梁计算 计算跨数 2020 4 11 计算跨度 2020 4 11 1 板 1 计算单元 1m宽板带2 荷载 均布荷载 恒荷载和活荷载 3 连续梁 次梁 墙作为板的不动铰支座4 计算跨度 中间跨 边跨 2020 4 11 2 次梁 1 荷载范围 次梁左右各半跨板2 荷载 恒载 次梁左右各半跨板自重 次梁自重活载 次梁左右各半跨板上活载 3 连续梁 时 认为主梁是次梁的不动铰支座 否则应取交叉梁系进行分析 4 计算跨度 中间跨 边跨 2020 4 11 3 主梁 1 荷载范围 主梁左右各半个主梁间距 次梁左右各半个次梁间距2 荷载 集中荷载3 连续梁 当较小 可将柱作为主梁的不动铰支座框架 时 应考虑柱对主梁的转动约束作用4 计算跨度 与次梁相同 2020 4 11 3 板和次梁的折算荷载 次梁抗扭刚度对板的影响 为了考虑次梁或主梁的抗扭刚度对内力的影响 采用增大恒载 减小活载的办法 即 板 次梁 2020 4 11 活荷载在不同跨间时的弯矩图和剪力图 4 活荷载不利布置 2020 4 11 4 活荷载不利布置 结构的控制截面 m mu最大的截面 若mu相同 即为m最大截面 求控制截面的最危险内力 需研究结构的最不利荷载组合 即活荷载的最不利布置 活荷载不利布置规律 1 求某跨跨中 该跨布置活荷载 然后隔跨布置 2 求某跨跨中或 左 右跨布置活荷载 然后隔跨布置 3 求某支座 该支座左 右跨布置活荷载 然后隔跨布置 4 求某边支座 与活荷载布置与求该跨跨内最大正弯矩时相同 当求中间跨支座最大剪力时 与 3 相同 2020 4 11 2020 4 11 按弹性理论计算按结构力学方法计算 下例情况下按弹性理论方法计算 1 直接承受动力荷载和疲劳荷载作用的楼盖 2 在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较高要求的楼盖 3 处于侵蚀性环境及负温下的楼盖 按塑性理论计算方法 5 按弹性理论计算内力 2020 4 11 内力计算 连续梁在各种荷载作用下 可按一般结构力学方法计算内力 对于等跨连续梁 或连续梁各跨跨度相差不超过10 可由表格查出相应的内力系数 利用下列公式计算跨内或支座截面的最大内力 在均布及三角形荷载作用下 在集中荷载作用下 2020 4 11 内力包络图 将各种活荷载的不利布置方案形成的内力图叠画在同一坐标上 其外包线称为内力包络图 它反映出各截面可能产生的最大内力值 是设计时选择截面和布置钢筋的依据 均布荷载作用下五跨连续梁的内力叠合图和内力包络图 2020 4 11 控制截面及其内力 控制截面 对受力钢筋计算起控制作用的截面梁跨以内 包络图中正弯矩最大值 配正钢筋 负弯矩绝对值最大值 配负钢筋 支座 支座边缘处负弯矩最大值 支座边缘处弯矩值 2020 4 11 按弹性理论计算内力存在的问题 1 混凝土超静定结构实际内力分布与弹性分析结果不同 2 内力计算与截面设计不协调 3 浪费材料 4 支座钢筋过密 施工质量不易保证 6 按塑性理论计算内力 2020 4 11 影响超静定结构内力的原因 荷载 计算简图 各部分刚度比值 塑性内力重分布的定义 塑性内力重分布的定义 由于刚度比值变化 或塑性铰的形成 使构件计算简图发生变化 从而引起结构内力不再服从弹性理论的内力规律的现象 2020 4 11 内力重分布与应力重分布 内力重分布 结构上各个截面内力变化规律发生改变 应力重分布 同一截面上各个纤维层间的应力发生变化 只存在于超静定结构中 超静定 静定结构均有发生 2020 4 11 塑性铰的形成 在钢筋屈服截面 从钢筋屈服到达到极限承载力 截面在外弯矩增加很小的情况下产生很大转动 表现得犹如一个能够转动的铰 称为 塑性铰 钢筋混凝土受弯构件的塑性铰 2020 4 11 塑性铰的特点 塑性铰能承受定值弯矩 即截面的屈服弯矩 塑性铰只能定向转动 塑性铰的转动能力有限 2020 4 11 塑性内力重分布 内力重分布的程度与塑性铰转动能力有关 完全内力重分布 使结构成为几何可变体系的所有塑性铰都出现 不完全内力重分布 塑性铰转动过程中混凝土被压碎 结构尚未成为几何可变体系 2020 4 11 塑性铰的转动能力 影响塑性铰转动能力的因素 1 钢筋种类 受拉纵筋采用软钢 hpb235 hrb335 hrb400 rrb400级钢筋 时 较大 2 受拉纵筋配筋率 较低时 较大 值直接与塑性铰转动能力有关 3 混凝土的极限压缩变形 极限压缩变形大 较大 混凝土的强度等级低 箍筋用量多或受压区纵筋较多时 都能增加混凝土的极限压缩变形 塑性铰的转动能力 2020 4 11 塑性内力重分布的过程 以矩形等截面两跨连续梁为例 两跨连续梁内力变化过程 2020 4 11 超静定混凝土结构考虑塑性内力重分布的计算方法 我国行业标准 钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程 cecs51 93 主要推荐用弯矩调幅法计算钢筋混凝土连续梁 板和框架的内力 极限平衡法塑性铰法变刚度法强迫转动法弯矩调幅法非线性全过程分析方法 2020 4 11 调幅法 目的 使结构在破坏时有较多截面达到极限承载力 充分发挥材料作用 节约材料 定义 在弹性理论内力计算的基础上 将弯矩值和剪力值适当调整 以考虑塑性内力重分布的影响 截面弯矩调整的幅度 2020 4 11 应用弯矩调幅法应遵循以下规定 1 纵筋 hpb235 hrb335 hrb400 rrb400 混凝土 c20 c45 保证塑性铰有足够的转动能力 2 一般不宜超过0 25 保证塑性铰转动幅度不过大 3 不应超过0 35 不宜小于0 10 保证塑性铰有足够的转动能力 4 调整后的结构内力必须满足静力平衡条件 连续梁 板各控制截面的弯矩值不宜小于简支梁弯矩值的1 3 2020 4 11 5 为保证塑性铰截面有足够的受剪承载力 不致因受剪破坏而使结构不能实现完全的内力重分布 应采用按弹性和塑性计算剪力中的较大者 进行受剪承载力计算 并在塑性铰区段内适当加密箍筋 6 必须满足正常使用阶段变形及裂缝宽度的要求 在使用阶段不应出现塑性铰 通过限制 实现 2020 4 11 塑性理论方法不适用于下列情况 1 直接承受动力荷载作用的结构2 对裂缝有较严格要求的结构3 要求有较高承载力的结构 适用范围 板 次梁可考虑塑性内力重分布 采用调幅法主梁则按弹性理论计算 不考虑塑性内力重分布 2020 4 11 弯矩调幅法计算步骤 1 按弹性分析方法计算最不利组合时的结构内力值 主要是支座和跨中截面的最大弯矩和剪力 2 支座塑性弯矩m塑 1 m弹 3 多跨连续梁 板转化为多跨简支梁 板 在折算荷载与支座截面调幅后塑性弯矩共同作用下 按静力平衡条件计算支座截面最大剪力和跨内最大弯矩值 控制截面剪力也可近似取用考虑荷载最不利布置按弹性方法算得的剪力值 2020 4 11 用弯矩调幅法计算等跨连续梁 板内力 2020 4 11 连续梁和连续单向板的弯矩计算系数 2020 4 11 连续梁的剪力计算系数 2020 4 11 公式适用于 的等跨连续梁 板相邻两跨跨度相差小于的不等跨连续梁 板跨度值 计算跨中弯矩和支座剪力 取本跨跨度计算支座弯矩 取相邻两跨较大跨度 2020 4 11 按塑性理论计算内力中几个问题的说明 1 计算跨度 两支座塑性铰之间的距离 注 表中为板的厚度 为梁或板在砌体墙上的支承长度 梁 板计算跨度 2020 4 11 2 荷载及内力次梁对板 主梁对次梁的转动约束作用 以及活荷载的不利布置等因素 在按弯矩调幅法分析结构时均已考虑 2020 4 11 按照第4章所介绍的受弯构件设计方法计算受力纵筋 受力纵筋沿短跨方向布置 一般不验算斜截面承载力 四周与梁整体连接的单向板 由于拱效应使板中各计算截面弯矩减少 中间跨的跨中截面和中间支座计算弯矩都按减少20 计算 其他截面不减少 7 配筋计算与构造要求 1 配筋计算特点 2020 4 11 7单向板肋梁楼盖截面设计和配筋 单向板的截面设计和配筋 截面设计 内力 考虑塑性内力重分布 按调幅法计算 承载力计算 正截面受弯承载力 1m h的单筋矩形截面 内力拱卸荷 2020 4 11 板中受力钢筋配筋构造 配筋构造 2020 4 11 连续板受力钢筋两种配置方式 2020 4 11 构造钢筋 包括分布钢筋 嵌入承重墙内的板面构造钢筋 垂直于梁肋的板面构造钢筋 板的温度收缩钢筋 2020 4 11 嵌入承重墙内的板面构造钢筋 垂直于梁肋的板面构造钢筋 板嵌入承重墙时的板面裂缝分布 2020 4 11 截面设计 内力 考虑塑性内力重分布 按调幅法计算 承载力计算 正截面受弯承载力斜截面受剪承载力 跨中 t形截面支座 矩形截面 以箍筋抗剪为主 次梁的截面设计和配筋 2020 4 11 次梁的配筋构造 受力钢筋的弯起和切断原则上应按弯矩包络图确定 对于跨度相差不超过20 承受均布荷载的次梁 当q g 3时 可按下图确定 钢筋布置 2020 4 11 主梁支座处的截面有效高度 主梁的截面设计和配筋 截面设计 内力 按弹性理论计算 截面有效高度 钢筋布置 受力钢筋的弯起和截断必须依靠材料抵抗弯矩图和弯矩包络图 2020 4 11 附加横向钢筋布置 2020 4 11 8双向板肋梁楼盖截面设计和配筋 8 1受力特点 双向板的厚度一般不小于80mm 为使板具有足够的刚度 要求板厚与短跨之比 单跨简支板 连续双向板 双向板的受力特点 沿两个方向弯曲和传递荷载 弯矩 剪力 扭矩均存在 板角上翘 2020 4 11 8 2按弹性理论计算双向板 依据 建筑结构静力计算手册 中双向板按弹性分析的计算系数表 单跨双向板计算 m 表中弯矩系数 ql2 2020 4 11 多跨连续双向板的实用计算 2020 4 11 多跨连续双向板的实用计算 拆分为两种情况 支座处板最大负弯矩计算 活荷载近似按满布 板跨中最大正弯矩计算 活荷载棋盘式布置 满布同向荷载 间隔布置荷载 各区格板中间支座为固定支座 楼盖周边仍按实际支撑条件考虑 2