混凝土结构设计原理第三章作业及参考资料

第三章 受弯构件正截面承载力计算习题及作业一、思考题1、 试述少筋梁、适筋梁和超筋梁的破坏特征，在设计中如何控制梁的破坏形态。2、 什么是有效截面高度、相对受压区高度、界限相对受压区高度、最小配筋率和最大配筋率？3、 梁的截面高度、截面宽度与哪些因素有关，设计中通常如何选取？4、 梁中共有几种钢筋，其作用分别是什么？5、 受弯构件计算中采用了几个基本假定，这些基本假定是什么？如何理解？6、 单筋矩形截面梁的计算方法是什么？对矩形截面受弯构件而言，为提高其受弯承载力，可采取的措施有多少种？其中最有效的是哪种？7、 何时采用双筋截面梁？双筋截面梁的计算方法是什么？双筋截面梁有少筋或超筋问题吗？如何在设计中进行控制？8、 T形截面形成的原因？如何计算T形截面最小配筋率，为什么？9、 T形截面的计算方法是什么？工程中何时采用T形截面进行计算？10、翼缘在受拉区的T形截面对承载力有无影响？工程中还有无应用价值？若有价值何时采用？二、作业题1、某办公楼一钢筋混凝土简支梁，梁的计算跨度，承受均布线荷载，其中可变荷载标准值为8，永久荷载标准值为9.5（不包括梁的自重），拟采用C30混凝土和HRB335级钢筋，结构安全等级为二级，环境类别为一类。钢筋混凝土容重为253。试设计该构件所需的纵向钢筋面积，并选配钢筋。 2、某办公楼一矩形截面简支梁，截面尺寸为200X450mm2，计算跨度4.5m，承受均布荷载设计值为79kN/m（含自重）。结构安全等级为二级，环境类别为一类。混凝土强度等级C30，钢筋采用HRB500级。A、试设计该梁？B、若该梁已经配有HRB500级受压钢筋320，受拉钢筋需要多少？ 3、已知梁截面尺寸为bh250500mm，混凝土强度等级C30，纵向钢筋级别为HRB335，受压区配有216钢筋，受拉区配有625钢筋，试求该梁能够承受的极限弯矩是多少？4、一T形截面梁，截面尺寸如图，混凝土强度等级C30，钢筋级别为HRB400，结构安全等级为二级，环境类别为一类。试按以下三种弯矩设计值M，分别设计纵向受拉钢筋面积。（1）M=300kNm(as=40mm)（2）M=500kNm(as=65mm)（1）M=600kNm(as=65mm)以下为参考资料一、混凝土结构的极限状态设计应包括：1 承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形，或结构的连续倒塌；2 正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 二、 混凝土结构的承载能力极限状态计算应包括下列内容：1 结构构件应进行承载力（包括失稳）计算；2 直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算；3 有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算；4 必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算；5 对于可能遭受偶然作用，且倒塌可引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。三、 对持久设计状况、暂短设计状况和地震设计状况，当用内力的形式表达时，结构构件应采用下列承载能力极限状态设计表达式： 式中：结构重要性系数：在持久设计状况和短暂设计状况下，对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1，对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0，对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9；对地震设计状况下不应小于1.0；S承载能力极限状态下作用组合的效应设计值：对持久设计状况和暂短设计状况按作用的基本组合计算；对地震设计状况按作用的地震组合计算；R结构构件的抗力设计值； R ()结构构件的抗力力函数； 结构构件的抗力模型不定性系数：静力设计取1.0，对不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于1.0的数值；对抗震设计，采用承载力抗震调整系数代替的表达形式；fc、fs混凝土、钢筋的强度设计值； ak几何参数的标准值；当几何参数的变异性对结构性能有明显的不利影响时，另增减一个附加值。公式中的为内力设计值，用内力值N、M、V、T等表达；四、混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求，进行正常使用极限状态的验算。混凝土结构构件正常使用极限状态的验算应包括下列内容：1 对需要控制变形的构件，应进行变形验算；2 对使用上限制出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；3 对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算；4 对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。五、对于正常使用极限状态，结构构件应应分别按荷载的准永久组合、标准组合、准永久组合并考虑长期作用的影响或标准组合并考虑长期作用的影响，采用下列极限状态设计表达式进行验算： 式中S正常使用极限状态荷载组合的效应设计值；C结构构件达到正常使用要求所规定的变形、应力、裂缝宽度和自振频率等的限值。受弯构件的挠度限值构件类型挠度限值吊车梁手动吊车l0/500电动吊车l0/600屋盖、楼盖及楼梯构件当l0 7m时l0/200 (l0/250)当7m l0 9m时l0/250 (l0/300)当l0 9m时l0/300 (l0/400)注：1 表中l0为构件的计算跨度；计算悬臂构件的挠度限值时，其计算跨度l0按实际悬臂长度的2倍取用； 2 表中括号内的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；3 如果构件制作时预先起拱，且使用上也允许，则在验算挠度时，可将计算所得的挠度值减去起拱值；对预应力混凝土构件，尚可减去预加力所产生的反拱值；4 构件制作时的起拱值和预加力所产生的反拱值，不宜超过构件在相应荷载组合作用下的计算挠度值；5 当构件对使用功能和外观有较高要求时，设计可对挠度限值适当加严。结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值（mm）环境类别钢筋混凝土结构预应力混凝土结构裂缝控制等级wlim裂缝控制等级wlim一三级0.30（0.40）三级0.20二a0.200.10二b二级三a、三b一级 注：1 表中的规定适用于采用热轧钢筋的钢筋混凝土构件和采用预应力钢丝、钢绞线及预应力螺纹钢筋的预应力混凝土构件；当采用其他类别的钢丝或钢筋时，其裂缝控制要求可按专门标准确定；2 对处于年平均相对湿度小于60%地区一级环境下的受弯构件，其最大裂缝宽度限值可采用括号内的数值；3 在一类环境下，对钢筋混凝土屋架、托架及需作疲劳验算的吊车梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.20mm；对钢筋混凝土屋面梁和托梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.30mm；4 在一类环境下，对预应力混凝土屋架、托架及双向板体系，应按二级裂缝控制等级进行验算；对一类环境下的预应力混凝土屋面梁、托梁、单向板，按表中二a级环境的要求进行验算；在一类和二类环境下的需作疲劳验算的预应力混凝土吊车梁，应按一级裂缝控制等级进行验算；6 表中规定的预应力混凝土构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值仅适用于正截面的验算；预应力混凝土构件的斜截面裂缝控制验算应符合本规范第7章的要求；7 对于烟囱、筒仓和处于液体压力下的结构构件，其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定；8 对于处于四、五类环境下的结构构件，其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定。9 混凝土保护层厚度较大的构件，可根据实践经验对表中最大裂缝宽度限值适当放宽。对大跨度混凝土楼盖结构自振频率限值：1 住宅和公寓不宜低于5Hz；2 办公楼和旅馆不宜低于4Hz；3 大跨度公共建筑不宜3Hz；4 工业建筑及有特殊要求的建筑应根据使用功能提出要求。六、混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计，耐久性设计包括下列内容： 1 确定结构所处的环境类别；2 提出材料的耐久性质量要求；3 确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；4 满足耐久性要求相应的技术措施；5 在不利的环境条件下应采取的防护措施；6 提出结构使用阶段检测与维护的要求。注：对临时性的混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。 混凝土结构的环境类别环境类别条 件一室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境二a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境二b干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三a严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境三b盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境注：1 室内潮湿环境是指构件表面经常处于结露或湿润状态的环境；2 严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准民用建筑热工设计规范GB 50176的有关规定；3 海岸环境和海风环境宜根据当地情况，考虑主导风向及结构所处迎风、背风部位等因素的影响，由调查研究和工程经验确定；4 受除冰盐影响环境为受到除冰盐盐雾影响的环境；受除冰盐作用环境指被除冰盐溶液溅射的环境以及使用除冰盐地区的洗车房、停车楼等建筑。七、混凝土保护层 结构构件中钢筋外边缘至构件表面范围用于保护钢筋的混凝土，简称保护层。构件中普通钢筋及预应力筋的混凝土保护层厚度应满足下列要求。 为了保证握裹层混凝土对受力钢筋的锚固。混凝土保护层厚度不小于受力钢筋直径。 从耐久性角度考虑，混凝土保护层厚度的计算不再以纵向受力钢筋的外缘，而以最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）的外缘计算混凝土保护层厚度。 表中列出设计使用年限为50年的混凝土结构，混凝土强度等级C30以上混凝土保护层厚度取值，而对于C25及以下均增加5mm。混凝土保护层的最小厚度c（mm）环境等级板 墙 壳梁 柱一1520二a2025二b2535三a3040三b4050注：1 混凝土强度等级不大于C25时，表中保护层厚度数值应增加5mm；2钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层，其受力钢筋的混凝土保护层厚度应从垫层顶面算起，且不应小于40mm。八、钢筋的力学性能普通钢筋强度标准值牌号符 号公称直径d（mm）屈服强度标准值（N/mm2）极限强度标准值（N/mm2）HPB300622300420HRB335HRBF335F650335455HRB400HRBF400RRB400F R650400540HRB500HRBF500F650500630预应力筋强度标准值（N/mm2）种类符号公称直径d（mm）屈服强度标准值极限强度标准值中强度预应力钢丝光面螺旋肋fPMfHM5、7、9 6208007809709801270预应力螺纹钢筋螺纹fT18、25、32、40、50785980930108010801230消除应力钢丝光面螺旋肋fPfH5138015701640186071380157091290147013801570钢绞线13(三股)fS8.6、10.8、12.914101570167018601760196017(七股)9.5、12.7、15.2、17.815401720167018601760196021.61590177016701860 注： 强度为1960MPa级的钢绞线作后张预应力配筋时，应有可靠的工程经验； 普通钢筋强度设计值（N/mm2）牌号抗拉强度设计值抗压强度设计值HPB300270270HRB335、HRBF335300300HRB400、HRBF400、RRB400360360HRB500、HRBF500435435 预应力筋强度设计值（N/mm2）种类抗拉强度设计值抗压强度设计值中强度预应力钢丝8005104109706501270810消除应力钢丝147010404101570111018601320钢绞线15701110390172012201860132019601390预应力螺纹钢筋98065043510807701230900注：当预应力筋的强度标准值不符合表4.2.3-2的规定时，其强度设计值应进行相应的比例换算。普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值gt钢筋品种普通钢筋预应力筋HPB300HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、 HRB500、HRBF500gt（%）10.07.53.5 钢筋的弹性模量Es (105 N/mm2)牌号或种类弹性模量EsHPB300钢筋2.10HRB335、HRB400、HRB500钢筋HRBF335、HRBF400、HRBF500钢筋RRB400钢筋预应力螺纹钢筋、中强度预应力钢丝2.00消除应力钢丝2.05钢绞线1.95注：必要时可采用实测的弹性模量。九、混凝土二轴应力的强度包络图 混凝土在二轴拉-压应力状态下的抗拉强度f3/fc0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0