工程结构基础PPT课件

1 精品课件 工程结构基础 精品课件 2 总目录 第一章建筑结构的荷载及设计方法 第二章钢筋和混凝土的力学性能 第三章钢筋混凝土受弯构件 第四章钢筋混凝土受压 受扭构件 第五章预应力钢筋混凝土结构 第六章钢筋混凝土楼盖 第七章钢筋混凝土排架结构单层厂房 第八章多层与高层房屋结构 第九章砌体结构 第十章建筑结构抗震知识 第十一章钢结构 精品课件 3 建筑结构高等教育出版社丁天庭2003建筑结构原理与设计高等教育出版社林宗凡2004钢筋混凝土结构高等教育出版社罗向荣2003钢结构设计原理高等教育出版社张耀春2004建筑结构 分析方法及其设计应用清华大学出版社斯科台克 美 2005 参考文献 精品课件 4 建筑结构的荷载及设计方法 二 建筑结构的荷载 三 建筑结构的设计方法 一 建筑结构的分类 5 精品课件 1 1建筑结构的分类 定义 由若干构件 如柱 梁 板等 连接而成的能承受荷载和其他间接作用 如温度变化 地基不均匀沉降等 的体系 叫做建筑结构 分类 建筑结构 应用最广泛 6 精品课件 表1建筑结构的分类 7 精品课件 1 2建筑结构的荷载 一 荷载分类及荷载代表值 荷载定义 施加在结构上的集中力或分布力 称为荷载 直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因 间接作用 荷载分类 在结构使用期间 其值不随时间变化 或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载 也称恒荷载或恒载 比如结构自重或土压力等 在结构使用期间 其值随时间变化 或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载 也称活荷载或活载 比如楼面活载 屋面活载 雪荷载 风荷载 吊车荷载等 在结构使用期间不一定出现 而一旦出现 其量值很大而持续时间较短的荷载 比如爆炸力 撞击力等 永久荷载 可变荷载 偶然荷载 8 精品课件 荷载代表值 结构计算时 需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值 荷载基本代表值 指在结构使用期间 在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载 当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时 除主导荷载 产生荷载效应最大的荷载 取标准值 其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值 在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载 作用于结构上时而出现 持续时间较短的较大可变荷载 荷载标准值 可变荷载组合值 可变荷载准永久值 可变荷载频遇值 9 精品课件 二 恒荷载 按构件或材料单位体积 或单位面积 自重平均值确定 三 楼面及屋面活荷载 民用建筑楼面活载 对多 高层 荷载满布且达到最大值可能性很小 应适当折减 折减系数见表 屋面均布活载分 上人 和 不上人 两类 见表 雪荷载 基本雪压 见 荷载规范 雪荷载标准值 屋面积雪分布系数 即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数 见表 风荷载 风荷载标准值 基本风压 见 荷载规范 风压高度变化系数 风荷载体型系数 为压力 为吸力 高度z处风振系数 屋面均布活载不与雪荷载同时考虑 设计时取其中较大值 10 精品课件 1 3建筑结构的设计方法 一 建筑结构的极限状态 结构的可靠性 在规定的时间内 一般为50年 在规定的条件下 正常设计 正常施工和正常使用 完成预定功能的概率 称为结构的可靠度 安全性 适用性 耐久性 结构的可靠度 结构的可靠性 极限状态 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值 如过大变形 开裂 振动等 结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形 如倾覆 疲劳破坏 压屈等 正常使用极限状态 承载能力极限状态 我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态 或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态 11 精品课件 正常使用极限状态 承载能力极限状态表达式 二 极限状态设计表达式 由永久荷载控制的效应组合 由可变荷载控制的效应组合 标准组合 频遇组合 准永久组合 永久荷载和可变荷载分项系数 精品课件 12 TheEnd 返回总目录 精品课件 13 钢筋和混凝土的力学性能 一 钢筋和混凝土的共同工作 二 钢筋 三 混凝土 四 钢筋与混凝土的粘结 精品课件 14 2 1钢筋和混凝土的共同工作 一 基本概念 二 共同工作原理 NEXT E G 精品课件 15 素混凝土梁 钢筋混凝土梁 受拉区配2 20钢筋 F 13 4KN截面开裂并破坏 Fcr 15KN截面开裂 Fu 87KN截面破坏 梁的承载力大大提高 梁的受力性能改善 示例 BACK 精品课件 16 2 2钢筋 一 钢筋的力学性能 有明显屈服点 软钢 oa 弹性阶段bc 屈服阶段cd 硬化阶段de 颈缩阶段 条件屈服点 0 2是残余应变为0 2 时的应力 条件屈服强度 0 2 0 85 b 无明显屈服点 硬钢 a 比例极限 pc 屈服强度 yd 极限强度 b 精品课件 17 二 钢筋的种类及选用 精品课件 18 Fig 我国常见钢筋外形 精品课件 19 三 钢筋的计算指标 钢筋的强度标准值 钢筋的强度设计值 具有95 保证率的基本代表值 其中 热轧钢筋根据屈服强度确定 用表示 预应力钢绞线 钢丝和热处理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定 用表示 热轧钢筋强度设计值 预应力钢筋强度设计值 见表2 1 见表2 2 四 钢筋的截面面积 常规直径 d 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32mm12种 等于标准值除以分项系数 精品课件 20 2 3混凝土 一 混凝土的强度 定义 强度等级 立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件 在28天龄期 用标准试验方法测得的抗压强度 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C80共14级 C 混凝土15 立方体抗压强度的标准值为15N mm2 精品课件 21 定义 折算 轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为150mm 150mm高300mm的棱柱体 在28天龄期 用标准试验方法测得的抗压强度 抗压强度随试件高度增大而降低 轴心抗拉强度 精品课件 22 二 混凝土的变形 OA 弹性阶段AB 微裂缝开展BC 弹塑性 竖向裂缝形成CD 下降段 混凝土是弹塑性材料 收缩原因 水分蒸发 影响收缩的因素 配合比 养护 体表比 收缩 徐变 精品课件 23 影响收缩的因素 配合比 养护 应力条件 精品课件 24 2 4钢筋与混凝土的粘结 粘结机理 钢筋和砼之间的胶结力砼收缩和钢筋之间的摩擦力钢筋表面凸凹不平或弯钩和砼之间的机械咬合力 构造措施 钢筋的搭接长度 锚固长度 保护层厚度 钢筋净距 受力光圆钢筋弯钩等 精品课件 25 TheEnd 返回总目录 精品课件 26 钢筋混凝土受弯构件 一 梁 板的构造 二 受弯构件正截面承载力计算 三 受弯构件斜截面承载力计算 四 受弯构件裂缝宽度和挠度的计算 精品课件 27 3 1梁 板的构造 一 板的构造 板的厚度 板的配筋 单跨板 l0 35 多跨连续板 l0 40 且 60mm 受力钢筋 分布钢筋 计算确定 承受拉力 固定受力筋位置 阻止砼开裂 精品课件 28 二 梁的构造 梁的截面 精品课件 29 三 混凝土保护层和截面有效高度 精品课件 30 3 2受弯构件正截面承载力计算 一 受弯构件正截面的破坏形式 精品课件 31 二 适筋梁工作的三阶段 精品课件 32 三 受弯构件承载力计算的一般规定 等效矩形应力图形 精品课件 33 三 受弯构件承载力计算的一般规定 等效矩形应力图形 基本假定 不考虑混凝土抗拉强度 拉力完全由钢筋承担 压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图 两应力图形面积相等且合理C作用点不变 等效原则 其中 其余内插 精品课件 34 界限相对受压区高度和最大配筋率 可用来判断构件破坏类型 衡量破坏时钢筋强度是否充分利用 最大配筋率 经济配筋率 梁 r 0 5 1 6 板 r 0 4 0 8 精品课件 35 四 单筋矩形截面正截面承载力计算 基本公式及其适用条件 基本公式 适用条件 精品课件 36 基本公式的应用 截面设计步骤 没有唯一解设计人员应根据受力性能 材料供应 施工条件 使用要求等因素综合分析 确定较为经济合理的设计 精品课件 37 截面验算步骤 精品课件 38 五 双筋矩形截面和T形截面的受力概念 同时配置受拉和受压钢筋的情况 双筋矩形截面 精品课件 39 受压钢筋强度的选用 构造要求 配置受压钢筋后 为防止受压钢筋压曲而导致受压区混凝土保护层过早崩落影响承载力 必须配置封闭箍筋 箍筋间距不应大于15d d为受压钢筋最小直径 且不大于400mm 当一层内纵向受压钢筋多于5根且直径大于18mm时 箍筋间距不应大于10d 当梁宽大于400mm且一层内纵向受压钢筋多于3根时 或当梁宽不大于400mm但一层内纵向受压钢筋多于4根时 应设置复合箍筋 即四肢箍筋 精品课件 40 T形截面 挖去受拉区混凝土 形成T形截面 对受弯承载力没有影响 节省混凝土 减轻自重 优点 分类 翼缘计算宽度确定 与翼缘厚度h f 梁的宽度l0 受力情况 单独梁 整浇肋形楼盖梁 等因素有关 见P39表3 6 精品课件 41 3 3受弯构件斜截面承载力计算 一 概述 斜拉破坏剪压破坏斜压破坏 斜截面破坏的三种形式 斜截面破坏影响因素 精品课件 42 二 斜截面受剪承载力计算 基本公式 板斜截面受剪计算 梁斜截面受剪计算 精品课件 43 适用条件 计算位置 支座边缘处 腹板宽度改变处 箍筋直径或间距改变处 拉区弯起钢筋弯起点处 精品课件 44 计算步骤 复合梁截面尺寸判断是否进行斜截面验算计算箍筋计算弯起钢筋 构造规定 集中力作用下 箍筋全长布置箍筋和弯起筋间距符合构造要求 见表3 7弯起筋锚固长度 受拉区不小于20d 受压区不小于10d 光圆钢筋设弯钩梁底两侧钢筋不弯起鸭筋必须将两端锚固在受压区 不得采用浮筋 精品课件 45 习题 某承受均布荷载作用的钢筋混凝土矩形截面简支梁 截面尺寸b h 250mm 600mm as 60mm 混凝土采用C25级 fc 11 9N mm2 ft 1 27N mm2 配有HRB335级双肢箍筋 fyv 300N mm2 10 100 梁支座边缘处截面的剪力设计值为300kN 试验算该梁的斜截面受剪承载力是否满足要求 提示 V 0 7ftbh0 1 25fyv 精品课件 46 三 保证斜截面受弯承载力的构造措施 纵向钢筋的弯起和截断 在满足正截面抗弯承载力的条件下 依据抵抗弯矩图 材料图 确定纵向钢筋的 充分利用点 和 理论截断点 再按规范的要求 确定实际弯起点和实际截断点 拉区钢筋不宜截断 精品课件 47 钢筋的锚固长度 为使钢筋可靠锚固在混凝土中充分发挥抗拉作用 而在伸入支座时保持的一定长度 称锚固长度 见P48 49 受拉钢筋的锚固长度 基本锚固长度 受压钢筋的锚固长度 钢筋在简支端的锚固 按构造钢筋在中间支座的锚固 上部纵向筋应贯穿中间支座 下部按构造 精品课件 48 3 4受弯构件裂缝宽度和挠度的验算 一 裂缝宽度验算 机理 裂缝宽度验算 二 挠度验算 精品课件 49 TheEnd 返回总目录 精品课件 50 钢筋混凝土受压 受扭构件 一 受压构件二 受扭构件 精品课件 51 精品课件 52 4 1受压构件 柱 一 受压构件的分类与构造 分类 轴心受压 偏心受压 构造要求 纵向受力钢筋 直径不宜小于12mm 常用16 32mm 不少于4根 全部纵筋配筋率不应小于0 6 不宜大于5 偏心受压柱截面高度大于600mm 侧面应设置10 16mm纵向构造筋 相应设复合箍筋或拉筋纵筋净距不应小于50mm 水平浇筑的预制柱 不应小于30mm 1 5d d为钢筋的最大直径 纵筋中矩不应大于300mm 精品课件 53 箍筋 箍筋形式 封闭式箍筋间距 在绑扎骨架中不应大于15d 在焊接骨架中则不应大于20d d为纵筋最小直径 且不应大于400mm 也不大于构件横截面的短边尺寸箍筋直径 不应小于d 4 d为纵筋最大直径 且不应小于6mm 精品课件 54 截面形状复杂的构件 不可采用具有内折角的箍筋 当纵筋配筋率超过3 时 箍筋直径不应小于8mm 其间距不应大于10d 且不应大于200mm 当截面短边不大于400mm 且纵筋不多于四根时 可不设置复合箍筋 当截面短边大于400mm且纵筋多于3根时 应设置复合箍筋 精品课件 55 二 轴心受压构件 j 钢筋受压稳定系数 主要与柱的长细比l0 i有关 系数0 9是可靠度调整系数 计算长度l0可与构件两端支承情况有关 精品课件 56 例题4 1 某多层现浇框架标准层中柱 楼层高H 5 6m 承受设计轴向力N 1680kN 混凝土强度等级为C25 fc 11 9N mm2 钢筋采用HRB335级 f y 300N mm2 试确定该柱截面尺寸及纵向钢筋 解 确定稳定系数j 采用柱截面b h 400mm 查表得l0 1 25H 则 计算配筋 则纵筋选用4F12 A S 1256mm2 箍筋选用f8 200 验算配筋率 已知截面尺寸 求配筋量 精品课件 57 三 偏心受压构件 分类 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝 As的应力随荷载增加发展较快 首先达到屈服 此后 裂缝迅速开展 受压区高度减小 最后受压侧钢筋A s受压屈服 压区混凝土压碎而达到破坏 这种破坏具有明显预兆 与适筋梁相似 大偏心受压 偏心距e0较大 且受拉侧纵向钢筋配筋率合适 小偏心受压当相对偏心距e0 h0较小 或虽然相对偏心距e0 h0较大 但受拉侧纵向钢筋配置较多时 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋 破坏时受压区高度较大 受拉侧钢筋未达到受拉屈服 破坏具有脆性性质 精品课件 58 受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压