单向板肋梁楼盖设计ppt课件.ppt

一 楼盖结构平面布置原则梁格布置力求规则 梁系连续贯通 合理确定构件跨度楼面上有隔墙或大型设备及其他较大的集中荷载时 宜在其下设梁 单向板肋梁楼盖设计 均需要满足模数要求 1 常用平面布置方案 二 常用单向板肋梁楼盖结构平面布置方案 主梁横向布置 次梁纵向布置方案 主梁纵向布置 次梁横向布置方案 只布置次梁 不设主梁方案 2 主梁横向布置 次梁纵向布置方案 优点 抵抗水平荷载的侧向刚度较大 主 次梁和柱可构成刚性体系 因而房屋整体刚度好 此外 由于主梁与外墙面垂直 可开较大的窗口 对采光有利 3 主梁纵向布置 次梁横向布置方案 优点 适用于横向柱距大于纵向柱距较多 或者有集中通风要求的情况 因主梁沿纵向布置 减小了构件截面高度 增加室内净高 但房屋横向刚度差 且限制窗洞高度 4 只布置次梁 不设主梁方案 优点 适用于有中间走廊的房屋 常利用中间纵墙承重 5 四 单向板肋梁楼盖按弹性理论计算 重点 内力计算内力计算方法 按弹性理论计算按塑性内力重分布的计算 6 2 次梁的支座 主梁 板的支座 次梁 3 主梁的支座 柱子 墙 次梁 主梁 柱 一 荷载的计算模型和计算简图 单向板肋梁楼盖平面布置图 7 确定荷载的计算简图需解决的问题 1 支座的简化 2 计算跨度与跨数 3 计算荷载 从属面积 8 支座的简化 单向板肋梁楼盖的板和次梁 不管其支承是砌体还是现浇的钢筋混凝土梁 均可认为次梁 板可以自由转动 没有竖向位移 都简化为铰支的连续梁来进行计算 9 对于主梁 当它支承于砖柱上时 视为铰支 如果与钢筋混凝土柱现浇在一起 当梁的抗弯刚度与柱抗弯刚度之比大于5 将主梁视为铰支于柱上的连续梁来计算 否则 按框架梁计算 10 次梁为板的铰链支座 但只有g时 0 当作用有活载q时 则 0 梁板现浇 次梁对板转角有约束 折算荷载 加恒载减活载 但总荷载不变 折算荷载 11 2 计算跨度与跨数 指构件在计算内力时所采用的跨度 即计算简图中支座反力间的距离 与支承条件 支承长度a和构件的抗弯刚度等因素有关 12 按弹性理论方法计算梁 板内力 其跨度计算见下表 13 2 计算跨度与跨数 按塑性理论方法计算梁 板内力 其跨度计算见下表 14 当跨差5时 可近似按5跨考虑 配筋计算时除两边跨外中间各跨配筋相同 15 3 计算荷载 从属面积 1 板 次梁 主梁 柱 板荷载从属面积图 1m 16 2 次梁 次梁 主梁 柱 次梁荷载从属面积图 17 3 主梁 次梁 主梁 柱 主梁荷载从属面积图 18 二 荷载最不利布置 分析与讨论 连续梁 板 有恒载与活载共同作用 在梁 板 上 恒载永久且不变地作用着 而活载时有时无且可大可小 欲使梁之截面内力为最大 活载应布置在何处 19 活荷载不同布置时的内力图 在1跨内有活载q 则M1和VB为最大 在1跨跨中为正弯矩 相邻跨跨中为负弯矩 隔跨跨中为正弯矩 在1跨支座B处为负弯矩 相邻跨支座为正弯矩 隔跨支座为负弯矩 20 活荷载不同布置时的内力图 在2跨内有活载q 则M2和VB VC为最大 在2跨跨中为正弯矩 相邻跨跨中为负弯矩 隔跨跨中为正弯矩 在2跨支座B C处为负弯矩 相邻跨支座为正弯矩 隔跨支座为负弯矩 21 活荷载不同布置时的内力图 在3跨内有活载q 则M3和VC VD为最大 在3跨跨中为正弯矩 相邻跨跨中为负弯矩 隔跨跨中为正弯矩 在3跨支座C D处为负弯矩 相邻跨支座为正弯矩 隔跨支座为负弯矩 22 活荷载不同布置时的内力图 23 1活荷载的不利布置 24 确定截面最不利内力时的活荷载布置原则如下 1 求某跨跨中截面最大正弯矩时 应在本跨布置活荷载 同时应在两侧每隔一跨布置活荷载 2 求某支座截面最大负弯矩时 应在该支座两侧的邻跨布置活荷载 同时两侧每隔一跨布置活荷载 3 求梁支座左侧或右侧最大剪力时 活荷载的布置同2 4 求某跨跨内最大负弯矩时 本跨不布置活荷载 而在其左右邻跨布置 然后隔跨布置 25 三 内力计算 明确活荷载不利布置后 可按 结构力学 中讲述的方法求出弯矩和剪力 对于等跨连续梁 可由附表3 1 1 3 1 4查出相应的弯矩 剪力系数 利用下列公式计算跨内或支座截面的最大内力 26 内力计算 27 四 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 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 28 五 支座弯矩和剪力设计值 弯矩设计值 剪力设计值 均布荷载 按弹性理论计算连续梁内力时 中间跨的计算跨度取为支座中心线间的距离 故所求得的支座弯矩和支座剪力都是指支座中心线的 实际上 正截面受弯承载力和斜截面承载力的控制截面应在支座边缘 内力设计值应以支座边缘截面为准 M V 分别为支承中心处的弯矩和剪力设计值 V0 为按简支梁计算的支座剪力设计值 b 支座宽度 29 五 单向板肋梁楼盖考虑塑性内力重分布的计算方法 按弹性理论方法 1 截面间内力的分布规律是不变的 2 任一截面内力达到其内力设计值时 认为整个结构达到其承载能力 实际上 1 截面间内力的分布规律是变化的 2 任一截面内力达到其内力设计值时 只是该截面达到其承载能力 出现了塑性铰 只要整个结构还是几何不变的 结构还能继续承受荷载 30 弹性理论方法适用于脆性材料构成的超静定结构或静定结构 对于钢筋砼超静定结构则不适用 充分考虑钢筋砼构件的塑性性能 挖掘结构潜在的承载力 达到节省材料的目的 提出了考虑塑性内力重分布的计算方法 31 一 钢筋砼受弯构件的塑性铰 1 钢筋砼适筋梁的受弯破坏过程 32 2 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 33 塑性铰与理想铰的区别 理想铰不能承受任何弯矩 而塑性铰则能承受一定的弯矩 My M Mu 理想铰集中于一点 塑性铰则有一定的长度 理想铰在两个方向都可产生无限的转动 而塑性铰则是有限转动的单向铰 只能在弯矩作用方向做有限的转动 34 二 连续梁塑性内力重分布 如下图所示两跨连续梁 跨中承受集中荷载P的作用 现已知b h 200 450 砼C20 跨内下部和支座上部均配有3 18 D和B截面的极限弯矩均为Mu 84 23kN m 试分析内力重分布规律 35 按弹性理论计算该连续梁所能承受的最大荷载Pe B点最先出现破坏 36 弹性理论计算内力Pe 112 1kN 而MD 69 95kN m故 MD 84 23 69 95 14 28kN m 说明结构仍能继续承载 随着P的增加 B点因形成塑性铰出现转动 并保持截面弯矩MBu不变 此时结构由连续梁转变为简支梁工作 只要B点塑性铰有足够的转动能力 荷载就能继续增加 37 若保持最大承载力Pu 126 38kN不变 按照弹性方案计算 MD 0 156Pl 79kN m MB 0 188Pl 95kN m 塑性材料构成的超静定结构 达到结构承载能力极限状态的标志不是一个截面屈服 而是结构形成了破坏机构 38 对于超静定结构 当结构的某个截面出现塑性铰后 结构的内力分布发生了变化 经历了一个重新分布的过程 这个过程成为 塑性内力重分布 1 超静定结构的塑性内力重分布现象 39 2 内力重分布的过程第一阶段发生在受拉混凝土开裂到第一个塑性铰形成之前 弹塑性内力重分布 原因为裂缝的形成和开展 第二阶段发生在第一个塑性铰形成后直到形成机构 结构破坏 塑性内力重分布 原因为塑性铰的转动 两跨连续梁内力变化图 40 3 考虑内力重分布的意义和适用范围 1 意义钢筋混凝土超静定结构破坏标志不是某个截面屈服 而是形成几何可变体系 对于超静定结构 当结构的某个截面出现塑性铰后 结构的内力分布发生了变化 经历了一个重新分布的过程 这个过程成为 塑性内力重分布 41 设计中利用塑性内力重分布可使结构破坏时有较多的截面达到承载力 充分发挥结构的潜力 取得一定的经济效益 超静定结构的塑性内力重分布在一定程度上可由设计者通过控制各截面的极限弯距来掌握 利用结构内力重分布的特性 合理调整钢筋布置 可以克服支座钢筋拥挤现象 简化配筋构造 方便砼浇捣 从而提高施工效率和质量 能更正确地估计结构的承载力和使用阶段的变形 裂缝 42 2 不宜考虑内力重分布的情况在使用阶段不允许出现裂缝的或对裂缝开展有较严格限制的结构 如水池池壁 自防水屋面 处于严重侵蚀性环境中的混凝土结构 直接承受动力和重复荷载的结构 预应力结构和二次受力叠合结构 要求有较高安全储备的结构 梁板结构中的主梁 43 三 影响内力重分布的因素 充分的和不充分的内力重分布塑性铰的转动能力斜截面承载能力结构的变形 裂缝 44 1 充分的和不充分的内力重分布 充分的内力重分布若超静定结构中各塑性铰均具有足够的转动能力 保证结构加载后能按照预期的顺序 先后形成足够数目的塑性铰 以致最后形成机动体系而破坏 称为充分的内力重分布 45 1 充分的和不充分的内力重分布 不充分的内力重分布塑性铰的转动能力不足 连续梁 若支座截面的塑性铰缺乏足够的转动能力 混凝土发生 过早 压碎致使结构破坏 这时跨内截面的承载能力尚未被完全利用 46 2 塑性铰的转动能力 塑性铰的转动能力主要取决于纵筋的配筋率 钢材品种和混凝土的极限压应变值 试验研究表明 塑性铰转角的大小 随配筋率的提高而降低 主要取决于截面相对受压区高度值 对受弯构件 受压区高度直接受配筋率的影响 47 钢材品种也影响截面的延性 普通热轧钢筋具有明显的屈服台阶 延伸率也较高 混凝土强度等级低 其极限压应变值较高 这些对实现内力重分布都是有利的 48 3 斜截面承载能力 要想实现预期的内力重分布 其前提条件之一是在结构破坏机构出现前 不能发生因为斜截面承载能力不足而引起的破坏 否则将阻碍内力重分布继续进行 采用塑性铰区箍筋加密的办法 保证斜截面的抗剪承载力 49 4 结构的变形 裂缝 如果最初出现的塑性铰转动幅度过大 塑性铰附近截面的裂缝开展过宽 结构的挠度过大 以致不能满足正常使用阶段对裂缝宽度和变形的要求 这是工程实用中应避免的 因此 在考虑内力重分布时 应对塑性铰的允许转动量予以控制 也就是要控制内力重分布的幅度 50 五 考虑塑性内力重分布的内力计算方法 超静定混凝土结构考虑塑性内力重分布的计算方法 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 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 51 1 弯矩调幅法 弯矩调幅法简称调幅法 它是在弹性弯矩的基础上 根据需要 适当调整某些截面弯矩值 通常对那些弯矩绝对值较大的截面进行弯矩调整 然后按调整后的内力进行截面设计和配筋构造 截面弯矩调整的幅度用调幅系数 表示 式中M 调幅后的弯矩设计值 Me 按弹性方法计算得的弯矩设计值 截面的弯矩调幅系数 52 2 采用调幅法应注意的问题 为了保证塑性铰有足够的转动能力 避免受压混凝土 过早 被压坏 以实现完全的内力重分布 必须控制受力钢筋的用量 通过控制截面的相对受压区高度实现 受力钢筋宜采用HPB235 HRB400 HRB335级热轧钢筋 混凝土强度等级宜在C20 C45范围 截面的相对受压区高度 应满足0 1 0 35 53 2 采用调幅法应注意的问题 为了避免塑性铰出现过早 转动幅度过大 致使梁 板的裂缝过宽及变形过大 应控制支座截面的弯矩调整幅度 弯矩调幅系数 不宜超过0 2 54 2 采用调幅法应注意的问题 为了尽可能的节省钢材 应使调整后的跨中截面弯矩尽量接近原包络图的弯矩值 并使调幅后仍能满足平衡条件 连续梁 板的跨中截面的弯矩应不小于按弹性理论方法计算的包络图及下式计算的值 式中MB MC 连续梁任一跨调幅后支座截面弯矩值 M 调整后跨中截面弯矩值 M0 该跨按简支梁计算跨中截面弯矩值 55 2 采用调幅法应注意的问题 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 调整后的结构内力必须满足静力平衡条件 剪力设计值按荷载最不利布置和调幅后的支座弯矩由静力平衡条件计算确定 56 2 采用调幅法应注意的问题 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 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 57 3 用调幅法计算等跨连续梁 板 承受均布荷载时 等跨连续梁 板 g q 沿梁单位长度上的恒荷载设计值 活荷载设计值 m v 考虑塑性内力重分布的弯矩 剪力计算系数 l0 计算跨度 按表3 6采用 ln 净跨 58 59 60 公式适用于 q g 0 3的等跨连续梁 板 相邻两跨跨度相差小于10 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 61 现浇整体式楼盖结构内力分析方法 弹性理论有较大的安全储备 塑性理论内力分析与截面计算相协调 结果比较经济 但一般情况下结构的裂缝较宽 变形较大 62 一 单向板的设计要点 板的承载力计算 因跨高比和板宽皆大 故只需按弯矩计算纵向钢筋 一般不需抗剪计算 且弯矩由内力重分布之调幅法计算 六 单向板肋梁楼盖的截面设计与构造要求 63 板的内拱作用使其承载力有所提高 对四周与梁整体连接的单向板 现浇连续板的内区格就属于这种情况 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 板的内拱作用 64 二 单向板的构造要求 1 板的厚度2 板的支承长度 通常为120mm 3 板中受力钢筋 65 当q g 3时 a ln 4 当q g 3时 a ln 3 连续板受力钢筋两种配置方式 66 板中分布钢筋构造要求 分布钢筋 4 板中构造钢筋 67 墙边和墙角的上部构造钢筋 截面面积不宜小于该方向跨中受力钢筋截面面积的1 3 沿非受力方向配置的上部构造筋 可适当减少 整浇