建筑力学与结构教案.doc

建筑结构概论（造价2012级） 主讲：温世臣2012年5月建筑结构概论（造价2012级）一、 新规范混凝土结构设计规范2010与旧规范混凝土结构设计规范2002的不同普通钢筋强度设计值（）种 类抗拉强度设计值抗压强度设计值热轧钢筋HPB300270270HRB335；HRBF335300300HRB400；HRBF400；RRB400360360HRB500；HRBF500435410二、 构件的配筋计算（教材10.3节和10.6节）1钢筋砼矩形截面梁bh= 250 mm500 mm, 承受弯矩设计值 M=120kN.m, 采用C25砼（1=1.0，fc =11.9 N/mm2，ft =1.27 N/mm2）及 HRB400级钢筋(fy=360N/mm2)，as =35 mm,b = 0.518，试计算纵向受拉钢筋面积 As=? 附公式： Max解：公式法： Max = Max = Max0.159，0.2=0.2 2、钢筋砼矩形截面简支梁bh=250 mm600mm，跨中承受设计弯矩M=340kN.m，采用C25砼（1=1.0，fc =11.9 N/mm2，ft =1.27 N/mm2）及622纵向受拉钢筋 (fy=360N/mm2，b = 0.518，As=2281 mm2)，as=60 mm，试验算该梁正截面是否安全？附公式： Max解： 或其中： 0159%，0.2%）=0.2% 或该梁正截面抗弯承载力不满足要求。 3、均布荷载作用下钢筋砼矩形截面简支梁bh=250 mm500 mm, 支座边缘设计剪力V140 KN，采用C25砼（fc =11.9 N/mm2，ft =1.27 N/mm2，c=1.0）及HPB300级双肢8箍筋（fyv =270 N/mm2, Asv1=50.3 mm2）, Smax=200 mm, as=60 mm, 采用只配箍筋方案，求箍筋的间距S=？附公式： 4： 6： 解： 截面尺寸满足要求，不会发生斜压破坏 应计算配筋 S 故取 =0.113% 满足要求，不会发生斜拉破坏选双肢箍筋，沿梁全长均匀设置。 4.均布荷载作用下的钢筋砼矩形截面简支梁bh=250 mm500 mm，支座边缘设计剪力V170KN，采用C25砼（fc =11.9 N/mm2，ft =1.27 N/mm2，c=1.0）及HPB300级双肢8200箍筋 （Asv1=50.3 mm2, fyv=270 N/mm2）, as=60 mm, 试验算该梁斜截面是否安全？附公式： 4： 6： 解： 截面尺寸满足要求，不会发生斜压破坏。 =0.113%满足要求，不会发生斜拉破坏。 170 KN 该斜截面抗剪承载力不满足要求。 三、 砌体结构基本抗震构造措施 1房屋体型、结构体系与防震缝 （1)应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。震害分析发现，纵墙承重的结构布置方案，因横向支撑较少，纵墙极易受平面外弯曲破坏而致结构倒塌。 ( 2）纵横向砌体抗震墙的布置应符合下列要求： 宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；且纵横向墙体的数量不宜相差过大； 平面轮廓凹凸尺寸，不应超过典型尺寸的50%；当超过典型尺寸的25%时，房屋转角处应采取加强措施； 楼板局部大洞口的尺寸不宜超过楼板宽度的30%，且不应在墙体两侧同时开洞； 房屋错层的楼板高差超过500mm时，应按两层计算；错层部位的墙体应采取加强措施； 网一轴线上的窗间墙宽度宜均匀；墙面洞口的面积，6、7度时不宜大于墙面总面积的55%，8、9度时不宜大于50%； 在房屋宽度方向的中部应设置内纵墙，其累计长度不宜小于房屋总长度的60%（高宽比大于4的墙段不计入）。 ( 3)房屋有下列情况之一时宜设置防震缝，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据烈度和房屋高度确定，可采用70100mm：房屋立面高差在6m以上：房屋有错层，且楼板高差较大；各部分结构刚度、质量截然不同。 另外，楼梯间不宜设置在房屋的尽端或转角处；不应在房屋转角处设置转角窗；横墙较少、跨度较大的房屋，宜采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖。 2多层房屋的层数、总高度及层高 基于砌体材料的脆性性质和震害经验，限制其层数和高度是主要的抗震措施。 1)一般情况下，房屋的层数和总高度不应超过表4-2-11的规定。表4-2-11 多层砌体房屋的层数和总高度限制房屋类型最小抗震墙厚度(mm)烈度和设计基本地震加速度67890.05g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g高度层数高度层数高度层数高度层数高度层数高度层数多层砌体房屋普通砖240217217217186155124多孔砖24021721718618615593多孔砖190217186155155124小砌块19021721718618615593注：1 房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度，半地下室从地下室室内地面算起，全地下室和嵌固条件好的半地下室应允许从室外地面算起；对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的I/Z高度处； 2 室内外高差大于0.6m时，房屋总高度应允许比表中的数据适当增加，但增加量应少于1.0m； 3 乙类的多层砌体房屋仍按本地区设防烈度查表，其层数应减少一层且总高度应降低3m;不应采用底部框架-抗震墙砌体房屋； 4 本表小砌块砌体房屋不包括配筋混凝土小型空心砌块砌体房屋。2） 横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比表4-2-11的规定降低3m，层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应再减少一层。 注：横墙较少是指同一楼层内开间大于4.2m的房间占该层总面积的40%以上；其中，开间不大于4.2m的房问占该层总面积不到20%且开间大于4.8m的房间占该层总面积的50%以上为横墙很少。 3） 6、7度时，横墙较少的丙类多层砌体房屋，当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时，其高度和层数应允许仍按表4-2-11的规定采用。 4） 采用蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的砌体的房屋，当砌体的抗剪强度仅达到普通黏土砖砌体的70%时，房屋的层数应比普通砖房减少一层，总高度应减少3m；当砌体的抗剪强度达到普通黏土砖砌体的取值时，房屋层数和总高度的要求同普通砖房屋。5） 多层砌体承重房屋的层高，不应超过3.6m。3. 多层砌体房屋总高度与总宽度的最大比值震害实例分析发现，高宽比较大的房屋易于发生整体弯曲破坏。多层砌体房屋的最大高宽比见表4-2-12。表4-2-12房屋最大高宽比设防烈度6789最大高宽比2.52.52.01.54. 房屋抗震横墙最大间距抗震横墙最大间距的多少直接影响到房屋的空间刚度。横墙数量多、间距小，结构的空间刚度就大，抗震性能相对就好。横向地震作用主要由横墙承担，不仅横墙应通过抗震验算保证足够的承载力，而且楼盖必须具有地震作专递给相邻横墙的水平刚度。另外抗震横墙的间距过大，纵墙就会因过大层间变形产生平面外弯曲破坏。因而，对抗震横墙的最大间距构造规定（表4-2-13），就是为了满足对水平地震作用所需刚度要求及保证纵墙刚度。表4-2-13 砌体房屋抗震横墙最大间距类别烈度6789现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖1515117装配式钢筋混凝土楼、屋盖111194木楼屋盖994注：1）多层砌体房屋的顶层，最大横墙间距应允许适当放宽2）表中木楼、屋盖的规定，不适用于小砌块房屋5. 砌体房屋局部尺寸限值为了避免由于个别墙段抗震能力不足首先破坏，进而造成整幢楼房屋的破坏甚至倒塌，做出表4-2-14的规定。但如果采用增设构造柱等加强措施，则局部尺寸可以适当放宽。表4-2-14 房屋的局部尺寸限值（单位m）部位6度设防7度设防8度设防9度设防承重墙间最小宽度1.01.01.21.5承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离1.01.01.21.5非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离1.01.01.01.0内墙阳角至门窗洞边的最小距离1.01.01.52.0无锚固女儿墙（非出入口处）的最大高度0.50.50.50注：1）局部尺寸不足时应采取局部加强措施2）出入口处的女儿墙应有锚固。6 砌体房屋抗震构造措施 结构抗震构造措施的主要目的在于加强结构的整体性、保证抗震计算目的的实现，弥补抗震计算的不足。对于多层砌体结构，由于抗震验算仅对承受水平地震写力的墙体进行，因而砌体结构的抗震构造措施尤为重要。 1多层砖房抗震构造措施（1）设置现浇钢筋混凝土构造柱。在多层砌体房屋中设置现浇钢筋混凝土构造柱，可以明显改善房屋的抗震性能。主要表现为：砌体结构的抗剪强度可提高1030，提高的幅度与墙体高宽比、竖向压力和开洞情况有关；与圈梁或现浇楼板协同工作，对砌体起约束作用，可大大提高房屋的变形能力；设置在可能引发较重震害的接较薄弱构造连接处和易于应力集中部位的构造柱可起到减轻震害的作用；墙体开裂后，构造柱与圈梁或现浇楼板所形成的约束体系可以有效地限制墙体的散落，大量消耗地震能量，使得开裂的墙体不会立即破坏，保证房屋不致倒塌。 多层普通砖、多孔砖房应按要求设置现浇钢筋混凝土构造柱，其设置部位一般情况下应符合表4-2-15的要求。 外廊式和单面走廊式的多层房屋，应根据房屋增加一层后的层数，按表14-8的要求设置构造柱；当教学楼、医院等横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时，应按上述要求设置构造柱，但6度不超过四层、7度不超过三层和8度不超过二层时，应按增加二层后的层数对待。构造柱最小截面可采用240mml80mm，纵向钢筋宜采用412，箍筋间距不宜大于250mm，且在柱上下端宜适当加密；7度时超过六层、8度时超过五层和9度时，构造柱纵向钢筋宜采用414，箍筋间距不应大于200mm；房屋四角的构造柱可适当加大截面及配筋。表4-2 -15 砖房构造柱设计要求房屋层数设置部位6度7度8度9度四、五三、四二、三 楼、电梯间四角、楼梯斜梯段上下端对应的墙体处； 外墙四角和对应转角； 错层部位横墙与外纵墙交接处； 较大洞口两侧 隔12m或单元横墙与外纵墙交接处； 楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处六五四二 隔开间横墙（轴线）与外墙交接处； 山墙与内纵墙交接处七六五三 内墙（轴线）与外墙交接处； 内横墙的局部较小墙垛处； 内纵墙与横墙（轴线）交接处注：较大洞口，内墙指不小于2.1m的洞口；外墙在内外墙交接处已设置构造柱时应允许适当放宽，但洞侧墙体应加强。 构造柱与墙连接处应砌成马牙槎，沿墙高每隔500mm设26水平钢筋和4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或4点焊钢筋网片，每边伸入墙内不宜小于1m。6、7度时底部1/3楼层，8度时底部1/2楼层，9度时全部楼层，上述拉结钢筋网片应沿墙体水平通长设置。构造柱与圈梁连接处，构造柱纵筋应穿过圈梁，保证构造柱纵筋上下贯通。构造柱可不单独设基础，但应伸入室外地面500mm，或与埋深小于500mm的基础圈梁相连。房屋高度和层数接近限值时，纵、横墙内构造柱间距还应符合以下要求：横墙内的构造柱间距不宜大于层高的2倍；下部1/3楼层的构造柱间距适当减少；当外纵墙开间大于3.9m时，应另设加强措施；内纵墙构造柱间距不宜大于4.2m。（2）设置钢筋混凝土圈梁。设置钢筋混凝土圈梁也是提高房屋抗震性能的一种有效的措施。主要表现为：圈梁可以加强纵横墙的联接、增强楼盖的整体性、增加墙体的稳定性；可以有效的约束墙体裂缝的开展，从而提高墙体的抗震能力；还可以有效地抵抗由于地震或其他原因所引起的地基不均匀沉降对房屋的破坏作用。圈梁的设置应满足满足表4-2-16要求表4-2-16 砖房现浇钢筋混凝土圈梁设置要求墙类烈 度6、789外墙和内纵墙屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处内横墙同上；屋盖处间距不应大于4.5m；楼盖处间距不应大于7.2m；构造柱对应部位同上；各层所有横墙，且间距不应大于4.5m；构造柱对应部位同上；各层所有横墙现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖与墙体有可靠连接的房屋，应允许不设圈梁，但楼板沿墙体周边应加强配筋并与相应的构造柱钢筋可靠连接，即楼板内须有足够的钢筋（沿墙体周边加强配筋）伸入构造柱内并满足锚固要求。圈梁的构造应满足下列要求：圈梁应闭合，若遇有洞口应上下搭接；宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。圈梁的截面高度不应小于120mm，配筋应符合表4-2-17的要求，按抗震概念设计要求增设的基础圈梁，截面高度不应小于180mm，配筋不应少于412。表4-2-17 砖房圈梁配筋要求配筋烈度6、789最少纵筋410412414最大箍筋间距/mm250200150（3）加强结构构件之间的连接措施楼板搁置长度，楼板与圈梁、墙体的拉结，屋架或梁与墙、柱的锚固、拉结等构造措施，是保证楼、屋盖与墙体整体性重要措施。多层普通砖、多层空心砖房屋的楼、屋盖连接应符合要求。现浇混凝土楼板或屋面板伸进纵横墙内的长度，均不应小于120mm；装配式钢筋混凝土楼板或屋面板，当圈梁未设在板的同一标高时，板端伸进外墙酌长度不应小于120mm，伸进内墙的长度不应小于lOOmm或采用硬架支模连接，在梁上不应小于80mm或采用硬架支模连接。当板的跨度大于4.8米并与外墙平行时，靠外墙的预制板侧边与墙或圈梁拉结；房屋端部大房间的楼盖6度时房屋的屋盖和79度时房屋的楼、屋盖，当圈梁设在板底时，钢筋混凝土预制板应相互拉结，并应与梁、墙或圈梁拉结。 楼、屋盖的钢筋混凝土梁或屋架应与墙、柱（包括构造柱）或圈梁可靠连接；不得采用独立砖柱。跨度不小于6m大梁的支承构件应采用组合砌体等加强措施，并满足承载力要求。6、7度时长度大于7.2m的大房间，以及8、9度时外墙转角及内外墙交接处，应沿墙高每隔500mm配置26的通长钢筋和4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或4点焊网片。 后砌的非承重隔墙应沿墙高每隔500600mm配置26拉结钢筋与承重墙或柱拉结，每边伸入墙内不应少于500mm；8度和9度时，长度大于5m的后砌隔墙，墙顶尚应与楼板或梁拉结, 独立墙肢端部及大门洞选宜设钢筋混凝土构造柱。 烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体；当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施；不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱或出屋面的烟囱;不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。4)楼梯间。历次地震震害表明，楼梯间由于比较空旷常常破坏严重，尤其是在房屋尽端或转角处时；地震时楼梯间是疏散人员和进行救灾的要道。因此，必须采 取一系列有效的措施。 顶层楼梯间墙体应沿墙高每隔500mm设26通长钢筋和4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片或4点焊网片；79度时其他各层楼梯间墙体应在休息平台或楼层半高处设置60mm厚、纵向钢筋不应少于210的钢筋混凝土带或配筋砖带，配筋砖带不少于3皮，每皮的配筋不少于26，砂浆强度等级不应低于M7.5且不低于同层墙体的砂浆强度等级。 楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于500mm，并应与圈梁连接。 装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接，8、9度时不应采用装配式楼梯段；不应采用墙中悬挑式踏步或踏步竖肋插入墙体的楼梯，不应采用无筋砖砌栏板。 突出屋顶的楼、电梯间，构造柱应伸到顶部，并与顶部圈梁连接，所有墙体应沿墙高每隔500mm设26通长钢筋和4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或4点焊网片。5)横墙较少的多层普通砖、多孔砖住宅楼，当其总高度和层数接近或达到规定限值时，应采取加强措施。此类黏土砖住宅，考虑到其抗震设计需满是：墙体的布 置和开洞大小不妨碍纵横墙的整体连接要求；楼、屋盖结构采用现浇钢筋混凝土板 等加强整体性的构造要求；增设满足截面和配筋要求的钢筋混凝土构造柱并控散其间距，在房屋底层和顶层沿楼层半高处设置现浇钢筋混凝土带，并增大配筋数量，以形成约束砌体墙段的要求；满足规定要求的钢筋混凝土构造柱可计入其对房屋受剪承载力提高作用的要求。应符合以下要求： 房屋的最大开间尺寸不宜大于6.6m。 同一结构单元内横墙错位数量不宜超过横墙总数的1/3，且连续错位不宜多于两道；错位的墙体交接处均应增设构造柱，且楼、屋面板应采用钢筋混凝土板。 横墙和内纵墙上洞口的宽度不宜大于15m；外纵墙上洞口的宽度不宜大于2.1m或开间尺寸的一半；且内外墙上洞口位置不应影响内外纵墙与横墙的整体连接。 所有纵横墙均应在楼、屋盖标高处设置加强的现浇钢筋混凝土圈梁，其截面高度不宜小于150mm，上下纵筋各不应少于310，箍筋直径不少于6，间距不大于300mm。 所有纵横墙交接处及横墙中部，均应增设满足下列要求的构造柱：在横墙内的柱距不宜大于3m，最小截面尺寸不宜小于240mm240mm(墙厚190mm时为240mm190mm)，配筋宜符合表4-2-18的要求。表4-2-18 增设构造柱的纵筋和箍筋的设置要求位置纵向钢筋箍筋最大配筋率(%)最小配筋率（%）最小直径（mm）加密区范围(mm)加密区间距（mm）最小直径（mm）角柱1.80.814全柱1006边柱1.80.814上端700、下端5001006中柱1.40.612上端700、下端5001006同一结构单元的楼、屋面板应设置在同一标高处。房屋底层和顶层的窗台标高处，宜设置沿纵横墙通长的水平现浇钢筋混凝土带；其截面高度不小于60mm，宽度不小于墙厚，纵向钢筋不少于210，横向分布筋的直径不小于6且其间距不大于200mm。四、 建筑结构里面的几个重要问题的思考1、钢筋和混凝土为什么能共同工作钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合和共同工作的主要原因是：a混凝土结硬后，能与钢筋牢固的粘接在一起，相互传递应力。粘接力是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；b钢筋和混凝土的线膨胀系数数值相近，当温度变化时，钢筋和混凝土之间不会存在较大的相对变形和温度应力而使粘接破坏；c暴露在大气中的钢材很容易锈蚀，但是，包裹在混凝土中的钢筋，只要具有足够的混凝土保护层厚度和裂缝控制，钢筋便不会锈蚀，因此，混凝土对钢筋具有良好的保护作用和混凝土结构具有很好的耐久性。2、减少混凝土收缩裂缝的措施有哪些减少混凝土收缩裂缝的措施有：（1）加强混凝土的早期养护；（2）减少水灰比；（3）提高水泥标号，减少水泥用量；（4）加强混凝土密实振捣； （5）选择弹性模量达的骨料；（6）在构造上预留伸缩缝、设置施工后浇带、配置一定数量的构造钢筋等。3、扭矩对受弯、受剪构件承载力的影响受弯构件同时受到扭矩作用时，扭矩的存在使构件受弯承载力降低。这是因为扭矩的作用使纵筋产生拉应力，加重了受弯构件纵向受拉钢筋的负担，使其应力提前到达屈服，因而将度了受弯承载力。 同时受到剪力和扭矩作用的构件，其承载力也是低于剪力和扭矩单独作用时的承载力，这是因为二者