钢筋混凝土结构设计ppt课件

教学情境一 钢筋混凝土结构设计 任务1受弯构件承载力计算任务2纵向受力构件计算任务3钢筋混凝土楼盖设计任务4钢筋混凝土多层及高层房屋任务5钢筋混凝土结构施工图识读 教学情境一 钢筋混凝土结构设计 任务1钢筋混凝土受弯构件计算 1建筑结构计算基本原则 本章提要本章讲述了建筑结构承受的各种作用 包括直接作用和间接作用 主要讲述了 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 中的各种荷载 讨论了荷载的分类 荷载代表值 各类荷载标准值的确定 本章内容1 1荷载的分类代表值1 2建筑结构概率极限设计法 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 按时间变异分类 1 1 1 荷载分类及荷载代表值 1 1 2荷载代表值 荷载的代表值 结构计算时 需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值 对永久荷载应采用标准值 K 作为代表值 对可变荷载应根据设计要求采用标准值 组合值 频遇值或准永久值作为代表值 对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值 1 荷载标准值 荷载标准值 是荷载的基本代表值 指结构在使用期间可能出现的最大荷载值 GK 1 永久荷载标准值 主要包括构件的自重 构造层的自重等 常见材料构件的单位自重见 荷载规范 钢筋混凝土 25KN m3水泥砂浆20KN m3混合砂浆17KN m3普通砖19KN m3 民用建筑楼面活荷载是指作用在楼面上的人员 家具 设备等荷载 屋面上的活荷载因 上人 和 不上人 而不同 楼面均布活荷载的标准值及其组合值 频遇值和准永久值系数见表1 1 设计墙 柱及基础时应对各层楼面的楼面活荷载标准值进行折减 楼面活荷载折减系数见表1 2 表1 3 2 可变荷载标准值 表1 4屋面均布活荷载 2 可变荷载准永久值 在设计基准期内 其超越的总时间约为设计基准值一半 可以理解为总持续时间不低于25年 的荷载值 也就是经常作用于结构上的可变荷载 其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数 表1 2楼面活荷载折减系数 3 可变荷载组合值 当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时 考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小 因此除主导荷载 产生最大荷载效应的荷载 仍以其标准值为代表值外 对其它伴随荷载 可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值 称为可变荷载组合值 即 4 可变荷载频遇值 在设计基准期内 其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值 它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载 但总是小于荷载的标准值 其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数 1 2建筑结构概率极限设计法 1 结构的安全等级 一级 二级 三级 2 结构设计使用年限 25年 50年 100年 3 结构的功能要求 在设计基准期 一般50年 内 满足功能要求 即安全性 适用性 耐久性 安全性 满足特定的与建筑物功能相适应的承载力适用性 保证结构在日常使用中具有良好的的工作性能 耐久性 保证结构的承载力的持续时间与环境适应度 一 极限状态1 结构的功能要求 结构的可靠性 即结构在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的能力 结构的安全性 适用性和耐久性 可靠度 结构在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的概率 故结构可靠度是可靠性的概率度量 2结构功能的极限状态 极限状态 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 A 承载能力极限状态 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 B 正常使用极限状态 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 我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法 承载力极限状态 当结构或结构构件出现下列状态之一时 应认为超过了承载能力极限状态1 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 如阳台 雨篷的倾覆 2 结构构件或连接因超过材料强度而破坏 包括疲劳破坏 或因过度变形而不适于继续承载 3 结构转变为机动体系 4 结构或结构构件丧失稳定 如压屈等 5 地基丧失承载能力而破坏 如失稳等 正常使用极限状态 当结构或结构构件出现下列状态之一时 应认为超过了正常使用极限状态1 影响正常使用或外观的变形 2 影响正常使用或耐久性能的局部损坏 包括裂缝 如水池开裂引起渗漏 3 影响正常使用的振动 4 影响正常使用的其它特定状态 作用 或荷载 作用效应 S 施加在结构上的集中力或分布力 称为作用 直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因 间接作用 由作用引起的结构或构件的反应 内力N M V T 结构抗力 R 结构或结构构件承受效应的能力 M 3结构的功能函数及有关概念 1 作用效应和结构抗力的概念 功能函数 结构抗力与荷载效应之差 Z g S R R S结果分析Z R S 0 处于可靠状态Z R S 0 处于不可靠状态 即失效 Z R S 0 处于极限状态 此方程称极限状态方程 2 结构的功能函数 实用表达式S RS 荷载效应设计值R 结构抗力设计值荷载效应基本组合设计值S考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得的结构内力值称为结构的内力组合值 1 由可变荷载效应控制的组合 二 实用设计表达式 1承载能力极限状态设计表达式 0 结构重要性系数1 1 一级 1 0 二级 0 9 三级 G 恒荷载分项系数1 2 Q 活荷载分项系数1 4 SGk 恒载效应标准值 SQ1k 最大的活载的效应标准值 其他活荷载的组合系数 SQik 其他活载效应标准值 GSGk 恒载效应设计值 QSQ1k 活载的效应设计值 2 由永久荷载效应控制的组合 G 恒荷载分项系数1 35S取两公式计算的最大值 1 2 4 二 建筑结构概率极限状态设计法 例 某办公室钢筋混凝土矩形截面简支梁 安全等级为二级 截面尺寸b h 200mm 400mm 计算跨度l 5m 净跨度l 4 86m 承受均布线荷载 可变荷载标准值7km m 永久荷载标准值10km m 不包括自重 试计算按承载能力极限状态设计时跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值 答 由表1 1 1可查可变荷载组合值系数 安全等级为二级 则结构重要性系数一 荷载计算 钢筋混凝土的重力密度标准值为25kN m3 故梁自重标准值为 总永久荷载标准值 二 荷载效应 弯矩 设计值的计算 1 弯矩标准值的计算 A 永久荷载产生的 B 可变荷载产生的 2 弯矩设计值的计算A 由可变荷载效应控制的组合 本例只有一个可变荷载 即为第一可变荷载 故计算由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值时B 由永久荷载控制的组合 取较大值跨中弯矩设计值M 75 625kN m三 荷载效应 剪力 设计值的计算 1 剪力标准值的计算分别为A 永久荷载产生的 B 可变荷载产生的 2剪力设计值的计算 A 由可变荷载效应控制的组合B 由永久荷载控制的组合取较大值支座边缘截面剪力设计值V 58 806kN 对于正常使用极限状态 应根据不同的设计要求 采用荷载的标准组合 频遇组合和准永久组合进行设计 使变形 裂缝 振幅 基底应力等荷载效应的组合值符合下式的要求 1 实用表达式S C 2 对于标准组合 荷载效应组合的设计值S按下式计算 2正常使用极限状态设计表达式 2建筑结构材料 本章提要本章主要论述了钢筋的力学性能 混凝土的力学性能 混凝土的立方体抗压强度 轴心抗压强度 轴心抗拉强度 混凝土的变形和混凝土的选用 本章内容 建筑钢材 混凝土 一 建筑钢材的品种类和规格 2 1建筑钢材 1 混凝土结构用的钢筋 我国常见钢筋外形 d 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32mm12种 钢筋的截面面积 常规直径 1 化学成分主要成分 Fe 99 C有害元素 热脆 冷脆 降低钢材的塑性 韧性 有益元素 提高强度 塑性 冶金缺陷 气孔 夹层 钢材硬化 冷加工 温度变化 度不能承担荷载 应力集中 截面突然改变产生应力高峰 反复荷载作用 发生疲劳破坏 2 2 1建筑钢材的力学性能 1 影响钢材力学性能的主要因素 钢筋的力学性能 强度 有明显屈服点 软钢 0 d a b c e 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 钢筋的颈缩 1 钢筋的强度标准值和强度设计值 强度标准值 是指正常情况下可能出现的最小材料强度值 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 规定 钢筋材料强度的标准值应具有不少于95 保证率 热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定 用fyk表示 预应力钢绞线 钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据极限抗拉强度确定 用fptk表示 普通钢筋 预应力钢筋的强度标准值见表 3 建筑钢筋的设计指标 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C60 C80属高强度混凝土 C 混凝土15 立方体抗压强度的标准值为15N mm3 砼强度等级 立方体抗压强度 150mm 150mm 150mm 2 2混凝土 一混凝土的强度 2 2 4 混凝土结构的耐久性 耐久性 是指结构在预定设计工作寿命期内 在正常维护条件下 不需要进行大修和加固满足 而满足正常使用和安全功能要求的能力 碳化 影响混凝土结构耐久性的因素 内部因素 混凝土强度 渗透性 保护层厚度 水泥品种 标号和用量 外加剂 等 外部因素 环境温度 湿度 CO2含量侵蚀性介质 等 钢筋混凝土受弯构件 本章内容 3 1 构造要求 3 2 受弯构件正截面计算 3 3 受弯构件斜截面计算 一 截面形式及尺寸 3 1构造要求 受弯构件 截面上受弯矩和剪力共同作用 而轴力可忽略不计的构件 A 梁的截面形式有 矩形 T形 形 花篮形 B 梁截面尺寸梁的高跨比 h l0按下表采用 表中l0为梁的计算跨度 模数要求 a当梁高h 800mm时 h为50mm的倍数 b当梁高h 800mm时 h为100mm的倍数 梁宽b 矩形截面时 b 1 2 0 1 3 5 hT形截面时 b 1 2 5 1 4 0 h当梁宽b 250mm时 b为50mm的倍数 当梁宽b 250mm时 梁宽 b 120mm 150mm 180mm 200mm 220mm C 板的厚度 表3 1 2模数要求 现浇板为10mm的倍数 常用60mm 70mm 80mm 100mm 120mm 1 梁的配筋 二 梁板的配筋 梁钢筋骨架 1 梁的配筋 纵向受力钢筋 承受弯矩引起的拉力 二 梁板的配筋 单筋截面 只在梁的在受拉区配置受力钢筋双筋截面 在梁的受拉和受压区配置受力钢筋 常用直径 d 12 25 根数 2根 钢筋伸入支座的数量 当梁宽b 100mm时 不宜少于两根 当梁宽b 100mm时 可为一根 钢筋净距如图 下排净距 25mm且 d上排净距 30mm且 1 5d C 弯起钢筋弯起段承受剪力和弯矩引起的主拉力 弯起后水平段承受支座负弯矩弯起角度 当梁高不大于800mm时 采用45 当梁高大于800mm时 采用60 B 架立钢筋 作用 固定箍筋 形成钢筋骨架 直径 当跨度小于4m时 不宜小于8mm 当跨度等于4 6m时 不宜小于10mm 当跨度大于6m时 不小于12mm 弯起钢筋放置 s 第一排 实际工程中弯起钢筋的弯终点距支座边缘为50mm第二排 前一排弯起钢筋的弯起点距后一排弯起钢筋弯终点的距离 表3 1 4中的Smax 表3 1 4梁中箍筋和弯起钢筋的最大间距 f 箍筋 作用 承受剪力和弯矩引起的主拉力 固定纵向筋 箍筋直径 1 4纵筋d常用直径 d 6 8 10 箍筋间距 表3 1 4 图3 1 6箍筋的形式和肢数 a 箍筋的形式 b 箍筋的肢数 箍筋的锚固 末端采用135度弯钩 直线长度 50mm且 5d 箍筋的肢数 单肢 双肢和四肢 拉筋 作用 固定构造钢筋 拉筋直径 等于箍筋直径 拉筋间距 2倍箍筋间距 纵向构造钢筋 当腹板高 450mm 作用 减小梁腹部裂缝宽度 配置 在梁的两个侧面应沿高度配置构造筋 且其间距不宜大于200mm 直径一般取12 14 3 混凝土保护层厚度 钢筋外缘至砼表面的厚度 混凝土保护层厚度 钢筋直径且 表3 1 5规定 表3 1 5 混凝土保护层最小厚度 现浇板保护层做法 4 钢筋的弯钩 锚固与连接 钢筋的弯钩 受拉HPB235光圆钢筋末端做弯钩HRB335 HRB400 RRB400末端不做弯钩 标准弯钩的构造 钢筋的锚固 纵向受拉钢筋的基本锚固长度 锚固钢筋的外形系数 fy 钢筋抗拉强度设计值 ft 混凝土抗拉强度设计值 d 钢筋直径 表3 1 7钢筋的最小锚固长度 钢筋的实际锚固长度按下列规定进行修正 基本锚固长度乘以一定修正系数 1 对HRB335 HRB400 RRB400级钢筋 直径大于25mm时乘以系数0 8 2 对HRB335 HRB400 RRB400级的外包环氧树脂的钢筋乘以系数1 25 3 施工中受到扰动的钢筋乘以系数1 1 4 受拉钢筋末端采用机器锚固措施时乘以系数0 7 受压钢筋的锚固长度其锚固长度不应小于受拉钢筋的锚固长度的0 7倍 图4 50纵向受力钢筋的机器锚固措施 纵向受力钢筋的连接连接方法 绑扎搭接 机械连接或焊接 1 绑扎搭接 适用范围 轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头 直径大于28mm的受拉钢筋及直径大于32mm的受压钢筋不宜绑扎搭接接头 受拉搭接长度 但不小于300mm Ll la 同一连接区段内的钢筋搭接接头百分率 对于梁类和墙类内构件不宜大于25 柱类不应大于50 受压钢筋搭接长度不应少于0 7Ll 且不小于200mm 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按表3 1 8采用 图3 1 15钢筋搭接接头的间距 规范规定 两搭接接头的中心距应不小于1 3搭接长度 见图3 1 15 否则 则认为两搭接接头属于同一搭接范围 连接区段 2 机械连接技术 锥螺连接 挤压连接等连接区段 35d受拉钢筋搭接接头百分率 50 受压钢筋不受限制 3 焊接接头连接区段 35d且 500mm受拉钢筋搭接接头百分率 50 受压钢筋不受限制 机械连接 截面破坏形式 通常有正截面破坏和斜截面破坏 3 2正截面承载力计算 正截面破坏 沿弯矩最大的截面破坏 斜截面破坏 沿剪力最大的截面破坏 3 2 1单筋矩形截面 配筋率 1 单筋截面受弯构件正截面破坏特征 影响因素 对于梁 h0 h 35mm 一排钢筋 h0 h 60mm 二排钢筋 对于板 h0 h 20mm 有效高度h0 注意 当砼 C20时 有效高度h0相应再减5mm as AS 钢筋面积 2单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 单筋矩形截面 只在截面的受拉区配有纵向受力钢筋的矩形截面 称为单筋矩形截面 见图所示 钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力计算 应以适筋梁第 a阶段为依据 图单筋矩形截面 1 基本假定 基本假定 平截面假定 梁弯曲变形后正截面应变仍保持平面 不考虑混凝土抗拉强度 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 1 计算原则 图3 2 1受弯构件正截面应力图 a 横截面 b 实际应力图 c 等效应力图 d 计算截面 相对受压区高度 x h0相对界限受压区高度 b xb h0 b表明构件破坏为超筋破坏 b表明构件破坏不是超筋破坏 3 适筋梁与超筋梁的界限 界限相对受压区高度 b 表3 2 2 相对界限受压区高度 b 4 适筋梁与少筋梁的界限 截面最小配筋率 AS bh0 min man 0 45 ft fy 0 2 表明构件破坏不是少筋破坏 2 基本公式的适用条件 基本计算公式 弯矩设计值 混凝土轴心抗压强度设计值 按2 2 2采用 钢筋抗拉强度设计值 按2 1 1采用 混凝土受压区高度 图3 2 4单筋矩形截面受弯构件计算图形 计算有两种情况一 截面设计二 截面验算1 截面设计 已知 弯矩设计值M 材料强度等级 确定梁的截面尺寸b h 计算 受拉钢筋截面面积As 设计步聚如下 3 计算方法 步聚 第一步 确定截面有效高度 h0 h s h0 h 35mm 一排钢筋 h0 h 60mm 二排钢筋 h0 h 20mm 对于梁 对于板 当砼 C20时 有效高度h0相应再减5mm 第二步 计算混凝土受压区高度x 并判断是否属超筋梁若x bh0 则不属超筋梁 否则为超筋梁 应加大截面尺寸 或提高混凝土强度等级 或改用双筋截面 第三步 计算钢筋截面面积As 并判断是否属少筋梁若As minbh 则不属少筋梁 否则为少筋梁 应As minbh 第四步 选配钢筋 绘出截面配筋图例题讲解 例3 2 1 已知钢筋混凝土矩形截面简支梁 弯矩设计值M 80kN m 截面尺寸b h为200mm 450mm 采用C25级混凝土 HRB400级钢筋 求跨中截面纵向受拉钢筋的数量 解 查表得fc 11 9N mm2 ft 1 27N mm2 fy 360N mm2 1 1 0 b 0 518 1 确定截面有效高度h0假设纵向受力钢筋为单层 则h0 h 35 450 35 415mm2 计算x 并判断是否为超筋梁 91 0 0 518 415 215 0mm不属超筋梁 3 计算As 并判断是否为少筋梁 1 0 11 9 200 91 0 360 601 6mm20 45ft fy 0 45 1 27 360 0 16 0 2 取 min 0 2 As min 0 2 200 450 180mm2 As 601 6mm2不属少筋梁 4 选配钢筋选配414 As 615mm2 如图3 2 4所示 图3 2 4例3 2 1附图 例3 2 2 某教学楼钢筋混凝土矩形截面简支梁 安全等级为二级 截面尺寸b h 250 550mm 承受恒载标准值10kN m 不包括梁的自重 活荷载标准值12kN m 计算跨度 6m 采用C20级混凝土 HRB335级钢筋 试确定纵向受力钢筋的数量 解 查表得fc 9 6N mm2 ft 1 10N mm2 fy 300N mm2 b 0 550 1 1 0 结构重要性系数 0 1 0 可变荷载组合值系数 c 0 7 计算弯矩设计值M钢筋混凝土重度为25kN m3 故作用在梁上的恒荷载标准值为 gk 10 0 25 0 55 25 13 438kN m简支梁在恒荷载标准值作用下的跨中弯矩为Mgk gkl02 8 13 438 62 8 60 471kN m 简支梁在活荷载标准值作用下的跨中弯矩为 Mqk qkl02 8 12 62 8 54kN m由恒载效应控制的跨中弯矩为 M 0 GMgk Q cMqk 1 0 1 35 60 471 1 4 0 7 54 134 556kN m由活载效应控制的跨中弯矩为 M 0 GMgk QMqk 1 0 1 2 60 471 1 4 54 148 165kN m取较大值得跨中弯矩设计值M 148 165kN m 2 复核己知截面的承载力己知 构件截面尺寸b h 钢筋截面面积As 混凝土强度等级 钢筋级别 弯矩设计值M求 复核截面是否安全计算步骤 确定截面有效高度h0 判断梁的类型 若 且为适筋梁 若x 为超筋梁 若As minbh 为少筋梁 计算截面受弯承载力Mu适筋梁超筋梁 对少筋梁 应将其受弯承载力降低使用 已建成工程 或修改设计 判断截面是否安全若M Mu 则截面安全 例3 2 4 某钢筋混凝土矩形截面梁 截面尺寸 00 00 混凝土强度等级为C2 纵向受拉钢筋 18 HRB400 弯矩设计值M 105kN m 验算此梁是否安全 解 确定计算数据 fc 11 9N mm2 fy 360N mm2 ft 1 27N mm2 As 763mm2 b 0 5180 1 1 0 计算h0h0 50 35 mm 465mm求x 判断梁的类型x fyAs 1fcb 763 360 1 0 11 9 200 115 4mm bh0 0 5180 465mm 240 9mm属于不超筋 min 0 45 ft fy 0 45 1 27 360 0 16 0 2 取较大者 min 0 2 As min 0 2 200 500 200mm2 AS 763不少筋故为适筋梁 求Mu适筋梁Mu fyAs h0 x 2 360 763 465 115 2 2 111 88 106N mm 111 88kN m M 105kN m故该梁安全 单筋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 1 优点 图4 23 T形截面梁 图3 2 8T形梁示例 1 翼缘计算宽度 1 翼缘计算宽度的概念在计算中 为简便起见 假定只在翼缘一定宽度范围内受有压应力 且均匀分布 该范围以外的部分不起作用 这个宽度称为翼缘计算宽度 2 翼缘计算宽度的值 T型截面的分类两类T形截面的判别 当x hf 时 为两类T形截面的界限情况 x hf 计算T形截面梁时 按受压区高度的不同 可分为下述两种类型 界限状态 第一类T形截面 中和轴在翼缘内 即x hf 第二类T形截面 中和轴在梁肋部 即x hf 判断条件 当符合下列条件时 为第一类 形截面 否则为第二类 形截面 或式中x 混凝土受压区高度 T形截面受压翼缘的高度 3第一类T形截面的设计计算步骤 第一步 确定翼缘计算宽度bf 表3 2 5第二步 判别T形截面类型 为第一类T形第三步 计算X 第四步 计算As 并判断是否属少筋梁 minbh选配钢筋 计算步骤如图3 2 11 例3 2 5 某现浇肋形楼盖次梁 截面尺寸如图3 2 12所示 梁的计算跨度4 8m 跨中弯矩设计值为95kN m 采用C25级混凝土和HRB400级钢筋 试确定纵向钢筋截面面积 解 查表 得fc 11 9N mm2 ft 1 27N mm2 fy 360N mm2 1 1 0 b 0 518假定纵向钢筋排一层 则h0 h 35 400 35 365mm 1 确定翼缘计算宽度根据表3 2 5有 按梁的计算跨度考虑 bf l 3 4800 3 1600mm按梁净距sn考虑 bf b sn 3000mm按翼缘厚度hf 考虑 hf h0 80 365 0 219 0 1 故不受此项限制 取较小值得翼缘计算宽度 1600mm 2 判别T形截面的类型 11 9 1600 80 365 80 2 495 04 106N mm M 95kN m属于第一类 形截面 3 计算x f 4 计算As 并验算是否属少筋梁As 1 0 11 9 1600 13 94 360 737mm20 45ft fy 0 45 1 27 360 0 16 0 2 取 min 0 2 minbh 0 20 200 400 160mm2 As 737mm2不属少筋梁 选配318 As 763mm2 例题1 如图所示T形梁 混凝土选用C20 钢筋HRB335级 当所受弯矩M 114kN m时 计算截面配筋 例题2 如图所示T形梁 混凝土选用C25 钢筋HRB335级 当所受弯矩M 520kN m时 计算截面配筋 梁计算长度L0 4 5m 例3 2 6 某独立T形梁 截面尺寸如图3 2 13 所示 计算跨度7m 承受弯矩设计值695kN m 采用C25级混凝土和HRB400级钢筋 试确定纵向钢筋截面面积 解 fc 11 9N mm2 ft 1 27N mm2 fy 360N mm2 1 1 0 b 0 518假设纵向钢筋排两排 则h0 800 60 740mm 1 确定bf 按计算跨度l0考虑 bf l0 3 7000 3 2333 33mm按翼缘高度考虑 hf h0 100 740 0 135 0 1 则bf b 12hf 300 12 100 1500mm上述两项均大于实际翼缘宽度600mm 故取bf 600mm2 判别T形截面的类型 1 0 11 9 600 100 740 100 2 492 66 106N mm M 695kN m该梁为第二类T形截面 3 计算x4 计算As 选配6HRB25 As 2945mm2 钢筋布置如图3 2 13 教学情境一 钢筋混凝土结构设计 任务2钢筋混凝土纵向受力构件计算 钢筋混凝土受力构件的分类 4 1受压构件构造要求 一 材料强度混凝土 宜采用较高强度等级的混凝土 一般采用C25及以上等级的混凝土 高层建筑采用混凝土C40以上 钢筋 不宜选用高强度钢筋 一般采用HRB400和HRB335 二 截面形式及尺寸要求1 截面形状 正方形 矩形 圆形 环形 2 截面尺寸 截面尺寸一般应符合 25及 30 其中为柱的计算长度 h和b分别为截面的高度 和宽度 对于方形和矩形截面 其尺寸不宜小于250 250mm 为了便于模板尺寸模数化 柱截面边长在800mm以下者 宜取50mm的倍数 在800mm以上者 取为100mm的倍数三 配筋构造 1 纵向受力钢筋1 设置纵向受力钢筋的目的 协助混凝土承受压力 承受可能的弯矩 以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力 防止构件突然的脆性破坏 2 布置方式轴心受压柱的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置 偏心受压柱的纵向受力钢筋放置在弯矩作用方向的两对边 圆柱中纵向受力钢筋宜沿周边均匀布置 3 构造要求 纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm 通常采用12 32mm 一般宜采用根数较少 直径较粗的钢筋 以保证骨架的刚度 方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于 根 圆柱中纵向受力钢筋不宜少于8根且不应少于6根 纵向受力钢筋的净距不应小于50mm 偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋的中距不宜大于300mm 图4 1 1 受压构件纵向钢筋的最小配筋率应符合表3 2 3的规定 全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5 受压钢筋的配筋率一般不超过3 通常在0 5 2 之间 4 配筋方式 对称配筋 非对称配筋对称配筋 在柱的弯矩作用方向的两对边对称布置相同的纵向受力钢筋 非对称配筋 在柱的弯矩作用方向的两对边布置不同的纵向受力钢筋 2 箍筋1 作用 A 保证纵向钢筋的位置正确 B 防止纵向钢筋压屈 从而提高柱的承载能力 2 构造要求受压构件中的周边箍筋应做成封闭式 箍筋直径不应小于d 4 d为纵向钢筋的最大直径 且不应小于6mm 箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸 且不应大于15d d为纵向受力钢筋的最小直径 在纵筋搭接长度范围内 箍筋的直径 不宜小于搭接钢筋直径的0 25倍 箍筋间距 当搭接钢筋为受拉时 不应大于5d 为受力钢筋中最小直径 且不应大于100mm 当搭接钢筋为受压时箍筋间距 不应大于10d 且不应大于200mm 当搭接受压钢筋直径大于25mm时 应在搭接接头两个端面外100mm范围内设置2根箍筋 轴心受压柱 当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向受力钢筋多于3根时 或当柱截面短边尺寸不大于400mm 但各边纵向钢筋多于4根时 应设置复合箍筋 以防止中间钢筋被压屈 复合箍筋的直径 间距与前述箍筋相同 偏心受压 当h 600mm时在柱侧面设置直径为10 16的构造钢筋 并设置相应的复合箍筋与拉筋 对于截面形状复杂的构件 不可采用具有内折角的箍筋箍筋 图4 1 3 其原因是 内折角处受拉箍筋的合力向外 机械连接 4 2 1轴心受压构件的破坏特征按照长细比l 的大小 轴心受压柱可分为短柱和长柱两类 对方形和矩形柱 当l 8时属于短柱 否则为长柱 其中l 为柱的计算长度 为矩形截面的短边尺寸 1 轴心受压短柱的破坏特征 4 2轴心受压构件承载力计算 1 当轴向力较小时 构件的压缩变形主要为弹性变形 轴向力在截面内产生的压应力由混凝土合钢筋共同承担 2 随着荷载的增大 构件变形迅速增大 此时混凝土塑性变形增加 弹性模量降低 应力增加缓慢 而钢筋应力的增加则越来越快 在临近破坏时 柱子表面出现纵向裂缝 混凝土保护层开始剥落 最后 箍筋之间的纵向钢筋压屈而向外凸出 混凝土被压碎崩裂而破坏 破坏时混凝土的应力达到棱柱体抗压强度 当短柱破坏时 混凝土达到极限压应变 0 002 相应的纵向钢筋应力值 Es 2 105 0 002 400N mm2 因此 当纵筋为高强度钢筋时 构件破坏时纵筋可能达不到屈服强度 显然 在受压构件内配置高强度的钢筋不能充分发挥其作用 这是不经济的 1 初始偏心距导致附加弯矩 附加弯矩产生的水平挠度又加大了初始偏心距 较大的初始偏心距将导致承截能力的降低 破坏时首先在凹边出现纵向裂缝 接着混凝土被压碎 纵向钢筋被压弯向外凸出 侧向挠度急速发展 最终柱子失去平衡并将凸边混凝土拉裂而破坏 2 长细比较大时 可能发生 失稳破坏 由上述试验可知 在同等条件下 即截面相同 配筋相同 材料相同的条件下 长柱承载力低于短柱承载力 在确定轴心受压构件承截力计算公式时 规范采用构件的稳定系数来表示长柱承截力降低的程度 长细比l0 b越大 值越小 当l0 b 8时 1 稳定系数可按下式计算 4 2 1 式中 柱的计算长度 矩形截面的短边尺寸 圆形截面可取 为截面直径 对任意截面可取 为截面最小回转半径 构件的计算长度l0与构件两端支承情况有关 对于一般的多层房屋的框架柱 梁柱为刚接的框架各层柱段 现浇楼盖 底层柱l0 1 0H 其余各层柱段l0 1 25H 装配式楼盖 底层柱l0 1 25H 其余各层柱段l0 1 5H 4 2 2普通箍筋柱的正截面承截力计算 1 基本公式钢筋混凝土轴心受压柱的正截面承载力由混凝土承载力及钢筋承载力两部分组成 如图4 2 4所示 As 全部纵向钢筋的截面面积 式中系数0 9 是考虑到初始偏心的影响 以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性 引入的承载力折减系数 2 计算方法 1 截面设计已知 构件截面尺寸b h 轴向力设计值 构件的计算长度 材料强度等级 求 纵向钢筋截面面积计算步骤如图4 2 5 教学情境一 钢筋混凝土结构设计 任务3钢筋混凝土楼盖设计 7 1现浇钢筋混凝土整体式肋形楼盖 整体式肋形楼盖 由板 次梁 主梁组成 是常见的梁板结构 板 单向板 长短比值大于等于3 在荷载作用下 只在一个方向弯曲或者主要在一个方向弯曲的板 也叫梁式板 双向板 长短比值小于等于2 在荷载作用下 在两个方向弯曲 且不能忽略任一方向弯曲的板 也叫四边支撑板 一 平面布置要求 单向板 次梁和主梁的经济跨度为 单向板 1 7 2 5 m次梁 4 6 m主梁 5 8 m2 受力合理3 满足建筑要求4 方便施工 三 板的计算与构造 板的计算特点 单向板的板厚 对简支板和连续板 取l0 35 l0 40 悬臂板取l0 10 l0 12 支撑长度不小于板厚 同时不小于120mm 计算步骤 沿长边取1m板宽 按塑性内力重分布方法计算连续板内力 对四周与梁连接的板 板跨中下部和支座上部将出现裂缝 轴线呈拱形 板不必进行抗剪计算 选配钢筋应使相邻跨和支座钢筋的直径及间距相互协调 图10 4板梁的荷载计算范围及计算简图 3 为避免支座处钢筋间距紊乱 通常跨中和支座的钢筋采用 相同间距或成倍间距 图10 13板中受力钢筋的布置 b 弯起式配筋 a 分离式配筋 3 2 构造钢筋a 分布钢筋 直径不宜小于6mm 间距不宜大于250mm 返回 b 嵌固于墙内板的板面附加钢筋为避免沿墙边产生板面裂缝 应在支承周边配置上部构造钢筋 其直径不宜小于8mm 间距不宜大于200mm 沿板的受力方向配置的上部构造钢筋 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 沿非受力方向配置的上部构造钢筋 可根据经验适当减少 c 板周边与混凝土梁或混凝土墙整体浇筑的单向板或双向板 板上部构造钢筋截面面积不宜小于板跨中相应方向纵向钢筋的截面面积的1 3 其直径不宜小于8mm 间距不宜大于200mm 该钢筋自梁边或墙边伸入板内的长度 在单向板中不宜小于ll 5 ll为板计算跨度 在双向板中不宜小于ll 4 ll为短跨方向计算跨度 在板角处该钢筋应沿两个垂直方向布置或按放射状布置 d 嵌固在砌体墙内的板 见7 1 18图 e 与主梁肋垂直的板面构造钢筋 当板的受力钢筋与主梁平行时 应沿主梁方向配置与主梁垂直的上部构造钢筋 间距不大于200mm 直径不宜小于8mm 且单位长度内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 伸入板中的长度从梁边算起 每边不宜小于ll 4 ll为板的计算跨度 图10 15板中与梁肋垂直的构造钢筋 b楼板孔洞边配筋要求 a 见图7 2 20 a 当b 或d 300mm时 b 见图7 1 20 b 当300mm b 或d 1000mm时 c 见图7 1 20 c 当b 或d 1000mm时 或孔洞周边有较大集中荷载时 应在洞边设肋梁 2 次梁1 次梁的计算特点1 次梁的计算步骤选择截面尺寸 荷载计算 按塑性方法计算内力 按正截面承载力条件计算纵筋 按斜截面承载力条件计算箍筋及弯起钢筋 确定构造钢筋 2 截面尺寸 满足此高跨比 1 18 1 12 宽高比 1 3 1 2 的要求可不必验算挠度和裂缝宽度 3 次梁的荷载包括次梁的自重及由板传来的荷载 计算由板传来的荷载时 假定次梁两侧板跨上的荷载各有1 2传给次梁 4 由于次梁与板整体浇筑 正截面计算时 对跨中按T形截面计算 对支座按矩形截面计算 返回 2 次梁的构造要求 1 主梁的计算特点 1 主梁一般按弹性理论计算 计算步骤同次梁 2 主梁除承受次梁传来的集中荷载外 还承受主梁的自重等荷载 一般为简化计算 可把主梁自重等荷载折算成集中荷载作用于次梁所对应的位置处 3 配筋计算时 主梁跨中截面也按T形截面 而支座截面仍为矩形截面 3主梁的计算特点与构造要求 4 在支座处 主 次梁的负弯矩钢筋相互交叉 如图7 1 23所示 因此计算主梁支座截面负弯矩钢筋时 主梁截面的有效高度近似按下式计算 当负弯矩钢筋为一排布置时 h0 h 50 60 mm 当负弯矩钢筋为两排布置时 h0 h 70 80 mm 图7 1 23 主梁支座截面纵筋位置 2 主梁的构造要求 1 主梁的截面 主梁的截面尺寸 满足此高跨比 1 14 1 8 和高宽比 1 3 1 2 2 伸入墙内的长度一般不应小于370mm 3 主梁纵向受力钢筋的弯起点和截断点应按照弯矩包络图和材料抵抗弯矩图来确定 4 附加横向钢筋 附加横向钢筋的布置如图7 1 27 5 鸭筋 当主梁支座处的箍筋 弯起钢筋仍不能共同承担全部剪力时 可设鸭筋 见图7 1 25 鸭筋的两端应固定在受压区内 图7 1 27 附加横向钢筋的布置 7 3 1钢筋砼楼梯的类型楼梯是房屋的竖向通道 一般由梯段 平台 组成 平面布置 梯段踏步尺寸以及栏杆等由建筑设计确定 按所用材料分为 木楼梯 钢楼梯和钢筋砼楼梯 按施工方法分为 现浇整体式楼梯和预制装配式楼梯 按构件受力不同 分为板式楼梯 梁式楼梯 剪刀式 悬挑式 楼梯和螺旋式楼梯 7 3钢筋混凝土楼梯 1 板式楼梯板式楼梯由梯段 横梯梁和平台组成 梯板是一块斜板 板的两端支承在平台梁上 最下端的梯段可支承在横梁上 也可单独做基础 优点 下表面平整 施工支模方便 缺点 斜板较厚 当跨度较大时 材料用量较多 板式楼梯外观美观 多用于住宅 办公楼 教学楼等建筑 目前跨度较大的公共建筑也多受用 2 梁式楼梯在楼梯斜板侧面设置斜梁 斜梁两端支承在横梯梁上 横梯梁支承在梯间墙上或柱上 就构成了梁式楼梯 特点 梯段较长时比较经济 但支模及施工都比板式楼梯复杂 外观也显得笨重 3 剪刀式楼梯如图7 3 1c为剪刀式楼梯 整个楼梯由主体结构的边梁上挑出 其优点是首层休息平台和踏步下的空间可以较好的利用 外形美观轻巧 缺点是受力复杂 如下图为螺旋式楼梯 楼梯支模复杂 施工比较困难 材料用量较多 造价高 多在美观要求较高的公共建筑中采用 7 3 2现浇楼梯的计算与构造1 现浇板式楼梯的计算与构造 1 梯段板 螺旋式楼梯 2 构造要求梯段斜板配筋可采用弯起式或分离式 采用弯起式配筋时 一半钢筋伸入支座 一半靠近支座处弯起 支座截面负筋的用量一般可取与跨中截面相同 受力钢筋的弯起点位置见图7 3 3 在垂直受力钢筋方向仍应按构造配置分布钢筋 6 250 并要求每一个踏步下至少放置一根钢筋 2 平台板与平台梁 平台板一般都是一块一端与平台梁整体连接 另一端支承于砖墙上或钢筋混凝土过梁上的单向板 当平台板两端都与梁整体连接时 跨中弯矩按1 10pl02计算 当平台板一端简支时 跨中弯矩按1 8pl02计算 梁式楼梯的计算包括踏步板 斜梁 平台板 平台梁的计算 1 踏步板 一般梁式楼梯的斜梁设置在踏步板的两侧 因此踏步板可以按两端简支于斜梁上的简支板计算 其计算单元可取一个踏步 板的高度可按折算高度 即h c 2 cos 取用 为板厚 一般取 30 40mm 7 3 3现浇梁式楼梯的计算与构造 图10 64踏步板钢筋弯折 图7 63楼梯结构布置图 2 斜梁梯段斜梁通常支承于上 下平台梁上 底层支承于地垄墙上 一般按简支梁计算 当平台梁内移 如图10 59 时 斜梁应从倾斜梯段部分延伸到平台部分 这就形成了折线形斜梁 斜梁上所承受的荷载包括由踏步传来的恒荷载与活荷载 斜梁自重与粉刷层等重量 如图10 62 1 计算要点1 平台梁支承在两侧楼梯间的横墙上 按简支梁计算 平台梁承受斜边梁传来的集中荷载 平台板传来的均布荷载以及平台梁自重 计算简图见7 3 11图所示 2 平台梁的计算截面按倒L形截面计算 3 平台梁横截两侧荷载不同 因此平台梁受有一定的扭距作用 一般不需计算 但应适当增加配箍量 平台梁受有斜边梁的集中荷载 所以在平台梁中位于斜边梁支座两侧处 应设置附加横向箍筋 图平台梁计算简图 2 构造要求平台梁一般构造要求与简支受弯构件相同 平台梁的高度应保证斜边梁的主筋能放在平台梁的主筋上 即平台梁的底面应低于斜边梁的底面 或与斜边梁底面齐平 教学情境一 钢筋混凝土结构设计 任务4高层钢筋混凝土房屋设计 结构体系 结构构件受力与传力的结构组成方式称为结构体系 目前 钢筋混凝土多层及高层房屋常用的结构体系有框架体系 框架 剪力墙体系 剪力墙体系和筒体体系等 8 1 1框架结构1 概念 由梁和柱为主要承重构件组成的承受竖向和水平作用的结构称为框架结构 8 1常用结构体系 图8 1 2框架结构图 a 平面图 b 剖面图 2 特点 将承重结构和围护 分隔构件完全分开 墙只起围护 分隔作用 框架结构在水平荷载下表现出抗侧移刚度小 水平位移大的特点 属于柔性结构 3 应用广泛应用于多层工业厂房及多高层办公楼 医院 旅馆 教学楼 住宅等 框架结构的适用高度为6 15层 非地震区也可建到15 20层 4 异形柱框架的概念柱截面为L形 T形 Z型或十字形 图8 1 2 的框架结构称为异形柱框架 其柱截面厚度与墙厚相同 一般为180 300mm 异形柱框架的优点 柱截面宽度等于墙厚 室内墙面平整 便于布置 缺点 但其抗震性能较差 适用范围 一般用于非抗震设计或按6 7度抗震设计的12层以下的建筑 8 1 2剪力墙体系1 概念 利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构称为剪力墙结构 剪力墙实质上是固结于基础的钢筋混凝土墙片 具有很高的抗侧移能力 因其既承担竖向荷载 又承担水平荷载 剪力 故名剪力墙 一般情况下 剪力墙结构楼盖内不设梁 楼板直接支承在墙上 墙体既是承重构件 又起围护 分隔作用 剪力墙 2 特点钢筋混凝土剪力墙结构横墙多 侧向刚度大 整体性好 对承受水平力有利 无凸出墙面的梁柱 整齐美观 特别适合居住建筑 并可使用大模板 隧道模 桌模 滑升模板等先进施工方法 利于缩短工期 节省人力 但剪力墙体系的房间划分受到较大限制 3 应用一般用于住宅 旅馆等开间要求较小的建筑 适用高度为15 50层 框支剪力墙体系 当高层