单向板肋梁楼盖设计

肋梁楼盖 1 1概述 1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 1 1概述 1单向板与双向板 1 1概述 混凝土结构设计规范 GB50010 2010 规定 单边嵌固的悬臂板和两边支承的板 应按单向板计算 对于四边支承的板 或邻边支承或三边支承 时 应按双向板计算 时 宜按双向板计算 按沿短边方向受力的单向板计算时 应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋 时 宜按沿短边方向受力的单向板计算 注 l 长边长度 b 短边长度 1单向板与双向板 1 1概述 1单向板与双向板 单向板楼盖传力路线 荷载 板 沿短边 次梁 主梁 柱或墙 双向板楼盖传力路线 荷载 板 沿短边和长边 次梁和主梁 柱或墙 1 1概述 2现浇整体式楼盖结构内力分析方法 板和次梁 可以按塑性理论分析内力主梁 一般按弹性理论分析内力 主梁为楼盖中的主要构件 要保证使用中有较好的性能 现浇钢筋混凝土肋梁楼盖 塑性理论 考虑钢筋混凝土塑性性质 按塑性理论的计算方法 即考虑塑性内力重分布 结果比较经济 但一般情况下结构的裂缝较宽 变形较大 弹性理论 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 有较大的安全储备 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 3单向板肋梁楼盖的设计步骤 1 结构平面布置 并对梁板进行分类编号 初步确定板厚和主 次梁的截面尺寸 2 确定板和主 次梁的计算简图 3 荷载及内力计算 内力组合 4 截面配筋计算及构造措施 对跨度大或荷载大或情况特殊的梁 板还需进行变形和裂缝的验算 5 绘制施工图 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 结构平面布置原则受力合理 例如 荷载传递宜简捷 梁宜拉通 主梁跨内最好不要只布置一根次梁 以减小主梁跨内弯矩的不均匀 应避免把梁 特别是把主梁搁置在门 窗过梁上 在楼 屋面上有机器设备 冷却塔 隔墙等荷载比较大的地方 宜设次梁承重 楼板上开有较大尺寸的洞口时 应在洞口四周布置边梁 满足建筑要求 例如 不封闭的阳台 厨房和卫生间的板面标高宜低于相邻板面30 50mm 4单向板肋梁楼盖结构布置 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 结构平面布置原则 4单向板肋梁楼盖结构布置 方便施工 例如 梁的截面种类不宜过多 梁的布置尽可能规则 尽可能划分为等跨 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 4单向板肋梁楼盖结构布置 结构平面布置方案 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 板厚及梁截面尺寸的确定 为满足刚度要求 截面尺寸一般取值如下 板厚 h 1 30L板 次梁 h 1 12 1 18 L次梁 b 1 3 1 2 h 主梁 h 1 8 1 14 L主梁 b 1 3 1 2 h 现浇混凝土板的最小厚度 楼盖中板的混凝土用量占50 70 板厚宜取较小值 5单向板肋梁楼盖计算简图 计算模型 连续板或连续梁 次梁是板的支座 主梁是次梁的支座 柱或墙是主梁的支座 荷载及负荷范围 永久荷载 结构自重 地面及天棚抹灰 隔墙及永久性设备等荷载 可变荷载 人群 货物以及雪荷载 屋面积灰荷载和施工活荷载等 一般折算成等效均布荷载 荷载标准值及荷载分项系数 详见 建筑结构荷载规范 活载分项系数 1 4 1 3 标准值 4kN m2时 荷载计算范围 板 计算单元 1m宽板带荷载 均布荷载 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 荷载计算范围 次梁 荷载范围 次梁左右各半跨板 负载宽度l1荷载 均布荷载 荷载计算范围 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 负载面积l1 l2 荷载 集中荷载 主梁 荷载计算范围 计算跨度 指在内力计算时所采用的跨间长度 理论上 取两端支座处转动点之间的距离 实际上 很难精确计算 只能取近似值 计算跨度 按弹性理论计算时 中间跨 边跨 当板 梁边跨端部与支承构件整浇时 当板 梁边跨端部搁置在支承构件上 通常a 120mm 板 a 240mm 次梁 a 370mm 主梁 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 按塑性理论计算时 注 表中为板的厚度 为梁或板在砌体墙上的支承长度 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 计算简图 5单向板肋梁楼盖计算简图 简化假定支座可以自由转动 但没有竖向位移 在荷载传递过程中 忽略板 梁的连续性 按简支构件计算支座竖向反力 跨数超过五跨的连续梁 板 当各跨荷载相同 且跨度相差不超过10 时 可按五跨的等跨连续梁 板计算 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 结论 当L1梁与L2梁的线刚度比大于8时 L2梁在交叉点处的负弯矩与连续梁L2 梁中间支座负弯矩基本接近 当较小 可将柱作为主梁的不动铰支座 时 应考虑柱对主梁的转动约束作用 采用框架模型 假定支座可以自由转动 实际上忽略了次梁对板 主梁对次梁 柱对主梁的转动约束能力 次梁 主梁的抗扭刚度将约束板 次梁的弯曲转动 实际转角比理想铰支承时的转角小 由此假定带来的误差通过折算荷载的方式来弥补 折算荷载 因忽略了实际支座次梁或主梁扭转刚度的影响 计算支座转角大于实际支座转角 导致边跨跨中正弯矩计算值大于实际值 而支座负弯矩计算值小于实际值 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 g q 单位长度上恒荷载 活荷载设计值 单位长度上折算恒荷载 折算活荷载设计值 当板或梁搁置在砌体或钢结构上时 则荷载不作调整 主梁为什么不折减 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 各跨荷载相同 跨数超过五跨的等跨等截面连续梁 除两边第1 2跨外 所有中间各跨的内力十分接近 为简化计算 中间跨均以第三跨代表 5跨 按实际跨数计算 不等跨也按实际跨数计算 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 6连续梁 板按弹性理论的内力计算 结构控制截面支座边缘or支座中心线 活荷载的最不利布置 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 荷载不同布置时连续梁的剪力图 求某跨跨内最大负弯矩 或最小正弯矩 时 本跨不布置活荷载 在其左右邻跨布置 然后隔跨布置 求某支座最大负弯矩或支座左 右截面最大剪力时 应在该支座左右两跨布置活荷载 然后隔跨布置 连续梁活荷载最不利布置的原则 求某跨跨内最大正弯矩时 应在本跨布置活荷载 然后隔跨布置 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 一般地 N跨连续梁 板有N 1种最不利荷载组合 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 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 可由相关计算手册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 梁的计算跨度 若相邻两跨跨度不相等 不超过10 在计算支座弯矩时 取相邻两跨的平均值 在计算跨中弯矩和剪力时 仍用该跨的计算跨度 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 内力包络图 将同一结构在各种荷载的最不利组合作用下的内力图 弯矩图或剪力图 叠画在同一张图上 其外包线所形成的图形称为内力包络图 内力包络图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 例1 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 支座弯矩和剪力设计值 按简支梁计算的支座剪力设计值 取绝对值 V 支座中心处的剪力设计值 支座宽度 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 7连续梁板考虑内力重分布的计算 按弹性理论计算法的缺陷 钢筋砼是两种材料组成的非匀质弹性体 在构件的截面设计中己充分考虑了其塑性性能 按破坏阶段的构件截面计算方法与按弹性理论计算的结构内力是互不协调的 材料强度未能得到充分发挥 弹性理论计算法是按活荷载的最不利位置时的内力包络图来配筋的 但各跨中和各支座截面的最大内力实际上并不能同时出现 由于超静定结构具有多余约束 某一支座进入破坏阶段时 只是少一个多余联系 整个结构并未破坏 按弹性理论计算法计算时 支座弯矩总是远大于跨中弯矩 支座配筋拥挤 构造复杂 施工不便 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 7连续梁板考虑内力重分布的计算 混凝土受弯构件的塑性铰 plastichinge 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 转动是材料塑性变形及混凝土裂缝开展的表现 塑性铰的概念 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 7连续梁板考虑内力重分布的计算 钢筋混凝土受弯构件的塑性铰 塑性铰不是发生在结构的某一个截面处 而是发生在一个区段上 区段长度大致为 1 1 5 h h 梁的截面高度 塑性铰转角 塑性铰长度 等效塑性铰长度 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 影响塑性铰转动能力的因素 7连续梁板考虑内力重分布的计算 钢筋种类 受拉纵筋采用软钢 HPB300 HRB335 HRB400 RRB400级钢筋 时 较大 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 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 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 7连续梁板考虑内力重分布的计算 7连续梁板考虑内力重分布的计算 影响塑性内力重分布的因素 塑性铰的转动能力 斜截面承载能力 正常使用条件 截面要有合适的受压区高度 构件必须要有足够的受剪承载力 塑性内力重分布 充分的内力重分布 非充分的内力重分布 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 弯矩调幅法 截面弯矩调整的幅度 所谓弯矩调幅法 就是对结构按弹性方法所求得的弯矩值和剪力值进行适当的调整 降低 以考虑结构非弹性变形所引起的内力重分布 截面的弯矩调整幅度用弯矩调幅系数 来表示 7连续梁板考虑内力重分布的计算 调幅值为人为降低的弯矩占原设计弯矩的比例 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 应用弯矩调幅法的一般原则 7连续梁板考虑内力重分布的计算 1 钢筋宜采用HRB335级和HRB400级热轧带肋钢筋 也可采用HPB300级和RRB400级热轧光面钢筋 混凝土强度等级宜在C20 C45范围内选用 调幅后支座A的弯矩值 调幅后支座B的弯矩值 调幅后跨中弯矩值 按简支梁 板计算的跨中弯矩值 4 调整后的结构内力必须满足静力平衡条件 且不小于按弹性方法求得的考虑荷载最不利布置的跨中最大弯矩 同时 连续梁 板各控制截面的弯矩值不宜小于简支梁跨中弯矩值的1 3 即满足 2 一般不宜超过0 25 不等跨连续梁 板不宜超过0 2 3 不应超过0 35 不宜小于0 10 1 3单向板肋梁楼盖设计 7连续梁板考虑内力重分布的计算 5 在可能产生塑性铰的区段 考虑弯矩调幅后 连续梁下列区段内按 规范 算得的箍筋用量 一般应增大20 增大的范围为 对于集中荷载 取支座边至最近一个集中荷载之间的区段 对于均布荷载 取支座边至距支座边l 05的区段 为截面的有效高度 6 应在可能产生塑性铰的区段适当增加箍筋数量受剪配箍率 防斜拉 1 3单向板肋梁楼盖设计 结构考虑塑性内力重分布的分析方法具体步骤 按弹性理论计算连续梁 板在各种最不利荷载组合时结构支座截面的弯矩最大值 采用调幅系数降低各支座截面弯矩 弯矩设计值 结构支座截面塑性铰的塑性弯矩值确定之后 超静定连续梁 板结构内力计算就可转化为多跨简支梁 板结构的内力计算 注意 简支梁 板端部作用有调幅后的塑性弯矩 结构的跨中弯矩应取弹性分析所得的最不利弯矩和按下式计算值中的较大者 校核调幅后支座和跨中截面的弯矩值 均不宜小于 按最不利荷载布置和调幅后的支座弯矩 由平衡条件求得控制截面的剪力设计值 绘制连续梁 板的弯矩和剪力包络图 用弯矩调幅法计算等跨连续梁 板内力 1 等跨连续梁各跨跨中及支座截面的弯矩设计值 均布荷载 间距相同 大小相等的集中荷载 2 等跨连续梁的剪力设计值 均布荷载 间距相同 大小相等的集中荷载 3 等跨连续单向板 各跨跨中及支座截面的弯矩设计值 均布荷载 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 公式适用于 的等跨连续梁 板或相邻两跨跨度相差小于10 的不等跨连续梁 板 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 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 按塑性理论计算内力中几个问题的说明 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 单向板的截面设计与构造要求 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 截面设计 1 板的计算单元通常取为1m 按单筋矩形截面设计 2 板一般能满足斜截面受剪承载力要求 设计时可不进行受剪承载力验算 3 对四周与梁整体连接的单向板 其中间跨的跨中截面及中间支座截面的计算弯矩可减少20 其它截面则不予降低 如板的角区格 边跨的跨中截面及第一内支座截面的计算弯矩则不折减 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 对于四周与梁整体相连的板 在荷载作用下跨中下部及支座上部将出现裂缝 使板的实际轴线呈拱形 因支座不能自由移动 则使板在竖向荷载作用产生横向推力 称为薄膜力 此推力将使板的内力有所降低 在板面荷载作用下 板对次梁产生主动水平推力 板的薄膜效应 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 因此 对于中间跨的跨中截面及中间支座 可按计算所得弯矩减少20 板的内拱作用可以提高构件的受弯承载力 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 配筋构造1 板的受力钢筋 板中受力钢筋配筋构造 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 连续板受力钢筋两种配置方式 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 上弯点距支座边缘的距离为ln 6 弯起角度一般为30 h 120 时 可为45 当q g 3时 a ln 4当q g 3时 a ln 3 板在砌体墙上支承长度不宜小于120 并大于板厚h 伸入支座的跨中正弯矩钢筋 间距不应大于400 且截面积不得少于受力筋的1 3 下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度不应小于5d 当连续板内温度 收缩应力较大时 伸入支座的锚固长度宜适当增加 整浇 嵌固在砌体墙内 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 2 构造钢筋 包括分布钢筋 垂直于主梁的附加负钢筋垂直于承重墙的附加负钢筋 板角附加短钢筋 板中分布钢筋构造要求 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 垂直于主梁的附加负钢筋 数量 沿主梁方向每米不少于5根 直径不宜小于8 且单位长度内的总截面面积不宜小于板中单位宽度内受力钢筋截面面积的1 3 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 垂直于墙的附加负钢筋 现浇楼盖周边与混凝土梁或混凝土墙整体浇筑的单向板 钢筋自梁边或墙边伸入板内的长度 l0 4每米不少于58且其截面面积不宜小于板跨中相应方向纵向钢筋截面面积的1 3 As 3 嵌固在砌体墙内的现浇混凝土板 其上部与板边垂直的构造钢筋伸入板内的长度 l0 7 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 板角附加短钢筋 沿板的受力方向配置的上部构造钢筋 每米不少于58且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 钢筋伸入板内的长度从墙边算起不宜小于l0 4 短边跨度 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 板的温度 收缩钢筋在温度 收缩应力较大的现浇板区域内 钢筋间距不宜大于200mm 并应在板的未配筋表面布置温度收缩钢筋 板的上 下表面沿纵 横两个方向的配筋率均不宜小于0 1 温度收缩钢筋可利用原有钢筋贯通布置 也可另行设置构造钢筋网 并与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 次梁的截面设计与构造要求 设计内容 1 正截面受弯承载力计算 2 斜截面受剪承载力计算 3 受力钢筋的弯起和截断 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 设计要点 1 由于次梁与板整体浇筑 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 2 当荷载 跨度较小时 一般可仅设置箍筋抗剪 否则 宜在支座附近设置弯起钢筋 以减少箍筋用量 截面设计 1 2 1单向板肋梁楼盖设计 8单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 配筋构造 1 配筋形式 分离式 常用 弯起式 跨度较大或有较大动荷载时 2 受力钢筋的弯起和截断 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的次梁 可按下图确定钢筋弯起和截断的位置 1 2