建筑力学与建筑结构 (新下篇).ppt

建筑力学与建筑结构,第三章钢筋混凝土结构,3-1钢筋混凝土结构的材料性能,一、钢筋的品种和级别,混凝土结构中的钢材按化学成分，可分为碳素钢及普通低合金钢两大类。预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。,热轧钢筋,二、钢筋的强度与变形,1、有明显屈服点的钢筋对于有屈服台阶的热轧钢筋来说，有两个屈服点，即屈服上限和屈服下限。一般取屈服下限作为屈服强度。,2、没有明显屈服点的钢筋,强度设计指标条件屈服点：残余应变为0.2%所对应的应力。规范取0.2=0.85fu,3、钢筋的塑性变形能力通常用伸长率和冷弯性能两个指标衡量钢筋的塑性。伸长率：冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度后无裂纹断裂及起层现象，则表示合格。,三、混凝土的组成结构,1、立方体抗压强度标准值fcu,k：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。,混凝土强度等级：规范是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的：从C15C80共划分为14个强度等级。（C30表示fcu,k=30N/mm2），级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土。,2、轴心抗压强度fc：棱柱体试件的抗压强度比立方体试件的强度低，棱柱体试件的高度与截面边长之比越大，则强度越低。我国采用混凝土棱柱体标准试件：b=150mm；h=300mm,3、轴心抗拉强度ft：混凝土试件在轴向拉伸情况下的极限强度称为轴心抗拉强度。混凝土轴心抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的1/181/8。,4、混凝土的收缩和徐变收缩：混凝土在凝结硬化的过程中体积减小的现象。徐变：混凝土在长期不变荷载作用下，应变随着时间的增加而增长的现象。防止徐变措施：适当的水灰比；增加混凝土骨料的含量，徐变将变小；养护条件好，水泥水化作用充分，徐变就小；混凝土加荷前，混凝土强度愈高，徐变就愈小；控制截面应力。,受力性能同素混凝土梁,四、钢筋与混凝土的共同工作,有粘结梁受荷前,粘结锚固作用由胶结力、摩阻力、咬合力和机械锚固力组成。影响粘结强度的因素混凝土强度、浇注位置、保护层厚度及钢筋净间距等。,3-2钢筋混凝土基本构件的基本计算,一、钢筋混凝土受弯构件承载力计算,适筋梁加载全过程：第阶段（弹性工作阶段）第阶段（带裂缝工作阶段）第阶段（破坏阶段）,受弯构件正截面的破坏形式：适筋梁超筋梁少筋梁,1、受弯构件正截面承载力计算以等效矩形应力分布图来代替曲线应力分布图，等效原则：等效前后合力C的大小、作用点位置保持不变。,基本计算公式,基本计算公式适用条件,意义：为了防止发生超筋的脆性破坏。,意义：为了防止发生少筋的脆性破坏。,2),2、斜截面的破坏形式,斜压破坏剪压破坏斜拉破坏,钢筋混凝土受压构件按其轴向力作用线与构件截面形心轴线之间相互位置的不同，可分为轴心受压构件和偏心受压构件。,二、钢筋混凝土受压构件承载力,1、偏心受压构件的类型与判别,钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态可分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两类。b为大偏心受压b为小偏心受压,承受轴向拉力，且轴向拉力起控制作用的构件；或受轴心拉力和弯矩共同作用的构件。,三、钢筋混凝土受拉构件承载力,1、大偏心受拉构件,轴向拉力N不作用在As与As之间。截面虽开裂，但截面不会裂通，还有受压区。,2、小偏心受拉构件,轴向拉力N作用在As与As之间。临破坏前，一般情况是截面全裂通，拉力完全由钢筋承担。,3-3钢筋混凝土基本构件的构造要求,一、梁的构造,1、梁的截面尺寸：一般根据刚度条件由设计经验决定，根据跨度的1/101/15确定梁的高度。高层建筑混凝土结构技术规程规定框架结构主梁的高跨比为1/101/18。矩形截面梁高宽比取23.5，T形截面梁取2.54.0。,2、梁的配筋：由纵向钢筋、弯起钢筋、纵向构造钢筋（腰筋）、架立钢筋和箍筋组成。,纵向钢筋：纵向钢筋的强度等级一般宜采用HRB400或RRB400级和HRB335级钢筋，根数一般不少于3根。箍筋：梁中箍筋加密区的间距一般是100mm，且应做成封闭式。,二、板的构造,1、板的厚度：混凝土结构设计规范规定了现浇钢筋混凝土板的最小厚度为60mm。2、板的配筋：板中一般配置有两种钢筋受力钢筋和分布钢筋。板内分布钢筋不仅可使主筋定位，分担局部荷载，还可承受收缩和温度应力。,分布钢筋,三、柱的构造,1、轴心受压构件的纵向受力钢筋要求：沿截面的四周均匀放置，根数不得少于4根。直径不宜小于12mm，通常为1632mm宜采用较粗的钢筋。全部纵筋配筋率5%。,2、偏心受压构件的纵向受力钢筋放置在偏心方向截面的两边。当截面高度h600mm时，在侧面应设置直径为1016mm的纵向构造钢筋，并相应地设置附加箍筋或拉筋。,四、混凝土保护层,1、混凝土保护层的作用：保护纵向钢筋不被锈蚀（防锈）。在火灾等情况下，使钢筋的温度上升缓慢（防火）。使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结（粘结力）。,五、钢筋的锚固,1、基本锚固长度应按下列公式计算：,当锚固钢筋保护层厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置横向构造筋，其直径不应小于d/4。当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的60%。混凝土结构中的纵向受压钢筋，当计算中充分利用其抗压强度时，锚固长度不应小于相应受拉锚固长度的70%。,3-4预应力混凝土结构,一、预应力混凝土的概念,预应力混凝土是为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早的出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土。混凝土结构设计规范规定，预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C30。,二、施加预应力的方法,1、先张法：,先张法是指先在台座上或钢模内张拉钢筋，然后浇筑混凝土的一种施工方法。当混凝土达到设计强度的75%及以上时切断钢筋。先张法预应力的传递依靠钢筋和混凝土之间的粘结强度完成。,2、后张法：后张法是指先浇筑混凝土构件，然后直接在构件上张拉预应力筋的一种施工方法。,3、预应力损失：l1锚具变形和钢筋回缩所引起的预应力损失。l2预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。l3加热养护时预应力钢筋与台座之间温差引起的预应力损失。l4预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失。l5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。l6混凝土的局部挤压引起的预应力损失。,3-5钢筋混凝土楼盖、楼梯和雨篷,一、钢筋混凝土楼盖的分类,钢筋混凝土楼盖按施工方法可分为现浇式、装配式和装配整体式三种形式。整体现浇式楼盖结构按楼板受力和支承条件的不同，又分为肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖。,二、现浇单向板肋梁楼盖,肋梁楼盖由板、次梁和主梁组成。单向板：四边支承板，当板的长边L2与短边L1之比L2/L12时。双向板：四边支承板，当板的长边L2与短边L1之比L2/L12时。,1、结构平面布置：主梁的跨度一般为5m8m，次梁为4m6m。为增强房屋横向刚度，主梁一般沿房屋的横向布置，并与柱构成平面内框架或平面框架，这样可使整个结构具有较大的侧向刚度，这就是通常所说的“短主梁、长次梁”。,2、计算简图：计算时对于板和次梁不论其支座是墙还是梁，均将其支座视为铰支座。由此引起的误差可在计算时所取的荷载、跨度和弯矩值加以调整。折算荷载：采用调整荷载（即加大恒载、减少活载）的方法加以考虑铰支座引起的误差反映在支座处的转角比铰接支座的转角小，其实际效果是减少了跨中的最大正弯矩和支座的最大负弯矩（绝对值），即减弱了活载的不利影响。计算跨度与跨数：对于多跨连续板、梁（跨度相等或相差不超过10%），若跨数超过五跨时，可按五跨来计算。,3、截面设计与构造要求：单向板短向布置受力筋，在长向布置分布筋。受力钢筋的间距：一般不小于70mm。当h150mm时，不应大于200mm，当h150mm时，不应大于250mm，且不应大于1.5h。连续板的钢筋布置可采用弯起式（一端弯起式和两端弯起式）、分离式。单向板中单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力筋截面面积的15%，间距不宜大于250mm，直径不宜小于6mm。在主梁与次梁交接处设置附加箍筋或附加吊筋。,三、双向板肋梁楼盖,板的配筋形式类似于单向板，有弯起式与分离式。,四、装配式混凝土楼盖,预制铺板以空心板应用最为广泛。,装配式混凝土楼盖板与板的连接：一般采用强度不低于C20的细石混凝土或砂浆灌缝。当楼面有振动荷载或房屋有抗震设防要求时，板缝内应设置拉接钢筋。此时，板间缝应适当加宽。,板与墙和板与梁的连接：板与其支承墙和梁的连接，一般采用在支座上坐浆（厚度为1020mm）。板在砖墙上支承宽应不小于100mm在钢筋混凝土梁上支承宽应不小于6080mm。,五、楼梯的结构形式及构造幻灯片50,1、板式楼梯：由梯段板、休息平台和平台梁组成2、梁式楼梯：由踏步板、斜梁和平台板、平台梁组成。,六、雨篷,1、雨篷计算：雨篷板的正截面承载力计算。雨篷梁在弯矩、剪力、扭矩共同作用下的承载力计算。雨篷抗倾覆验算。,第四章砌体结构,4-1砌体结构材料,1、砖：普通砖的尺寸为24011553mm，其强度等级为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10。2、砌块：强度等级为MU20、MU15、MU10、MU7.5MU5。3、石材：强度等级为MU100、MU80、MU60、MU50MU40、MU30、MU20。,一、块材,粘土多孔砖,粘土实心砖,粘土空心砖,陶粒混凝土空心砖,加气混凝土砌块,二、砂浆,1、分类：纯水泥砂浆、混合砂浆、非水泥砂浆2、强度等级：M15、M10、M7.5、M5和M2.5；砌块专用砂浆强度等级用符号Mb表示。,4-2砌体的种类及力学性能,1、砌体的受压性能：砌体的抗压强度一般都低于单块块材的抗压强度。2、影响砌体抗压强度的因素：块体与砂浆的强度等级；块体的尺寸与形状；砂浆的流动性、保水性及弹性模量的影响；砌筑质量与灰缝的厚度。,一、砌体的力学性能,3、砌体的受拉：破坏形态：砌体沿齿状灰缝截面轴心受拉破坏、砌体沿块体（及灰缝）截面的轴心受拉破坏、砌体沿水平通缝截面轴心受拉破坏。砌体抗拉强度主要取决于块材与砂浆连接面的黏结强度。即砌体的轴心抗拉强度可由砂浆的强度等级来确定。,4-3砌体结构墙、柱,1、纵墙承重体系荷载传递路线：楼（屋）面荷载纵墙基础地基。,一、混合结构房屋的结构布置方案,2、横墙承重体系荷载传递路线：楼（屋）面荷载横墙基础地基。,3、纵横墙承重体系,4、内框架承重体系荷载传递路线：板梁外纵墙外纵墙基础地基或板梁柱柱基础地基。,砌体规范规定：房屋的静力计算，根据房屋的空间工作性能分为刚性方案、刚弹性方案和弹性方案。,二、房屋的静力计算方案,三、受压构件的计算,：高厚比和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数。,A：截面面积，对各类砌体均按毛截面计算。,四、无筋砌体局部受压承载力计算,1、破坏形态因纵向裂缝发展而引起的破坏；劈裂破坏；与垫板直接接触的砌体局部破坏。,五、墙、柱的高厚比,墙、柱的高厚比验算是保证砌体房屋施工阶段和使用阶段稳定性与刚度的一项重要构造措施。,式中不同砌体材料的高厚比修正系数；H0墙、柱计算高度；h矩形截面轴向力偏心方向的边长，当轴心受压时为截面较小边长；hTT形截面的折算厚度；,1、高厚比验算：,六、墙、柱的一般构造要求,跨度大于6m的屋架，跨度大于4.8m（对砖砌体）、4.2m（对砌块和料石砌体）以及3.9m（对毛石砌体）的梁，其支承面下的砌体应设置混凝土或钢筋混凝土垫块，当墙中设有圈梁时，垫块与圈梁宜浇成整体。,4-4过梁、挑梁与圈梁,1、圈梁的设置：钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同，当墙厚240mm时，其宽度不宜小于2h/3其高度应等于每皮砖厚度的倍数，并不应小于120mm。纵向钢筋不应少于410，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距不应大于300mm。,一、圈梁,2、圈梁作用：增强房屋的空间刚度和整体性，加强纵横墙的联系。防止由于基础的不均匀沉降、振动荷载等引起的墙体开裂。过门窗洞口的圈梁，若配筋不少于过梁时，可兼做过梁。,1、砖砌过梁钢筋砖过梁的跨度不宜超过1.5m，砂浆强度等级不宜低于M5。砖砌平拱过梁的跨度不宜超过1.2m，砂浆强度等级不宜低于M5。砖砌弧拱过梁竖砖砌筑的高度不应小于115mm弧拱最大跨度一般为2.54m。2、钢筋混凝土过梁其截面高度一般不小于180mm，截面宽度与墙体厚度相同，端部支承长度不应小于240mm。,二、过梁,3、过梁的破坏形式过梁跨中正截面的受弯承载力不足而破坏；过梁支座附近截面受剪承载力不足沿灰缝产生45方向的阶梯形斜裂缝不断扩展而破坏；过梁支座端部墙体长度不够，引起水平灰缝的受剪承载力不足发生支座滑动而破坏。,挑梁埋入墙体的长度l1与挑出长度l之比宜大于1.2；当挑梁上无砌体时，l1与l之比宜大于2。,三、挑梁,第五章多层与高层房屋结构简介,5-1多层与高层房屋结构的类型,高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010规定10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑为高层建筑结构。民用建筑设计通则规定，10层及10层以上的住宅建筑以及高度超过24m的公共建筑和综合性建筑为高层建筑。,多高层建筑的结构体系：框架结构体系：按照框架布置方向的不同，框架结构体系可分为横向布置、纵向布置和双向布置三种。在有抗震要求的房屋设计中，要求框架必须纵横向布置，形成双向框架结构形式。剪力墙结构体系框架-剪力墙结构体系：框架往往只承受并传递竖向荷载，而水平荷载及地震作用主要由剪力墙承担。筒体结构体系、混合结构体系,5-2多高层建筑结构体系的总体布置原则,10层以下的建筑通常采用框架结构，10层以上的建筑常选择框架-剪力墙结构形式，而30层以上的建筑宜选择框筒结构体系等。变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。,第六章钢结构,强度高，自重轻；结构安全可靠（材质均匀、接近于各向同性，弹性模量大，具有良好的塑性和韧性）；工业化程度高；密封性好；耐热性较好，耐火性差；耐腐蚀性差，易于锈蚀。,一、钢结构的特点,6-1钢结构的特点及应用范围,6-2钢结构材料,钢结构因其所使用的钢材具有良好的吸能能力和延性而具有良好的抗震性能。钢材的机械性能主要指屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能及冲击韧性等。,一、钢材的机械性能,钢材在各种荷载作用下发生两种性质完全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏,二、钢材的破坏形式,1、化学成分：碳：含量提高，钢材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。锰、硅、钒有益元素。硫、氧能使钢热脆；磷、氮能使钢冷脆,三、影响钢材力学性能的各种因素,2、冶炼、浇注及轧制：浇注过程中因脱氧程度不同，分为镇静钢、半镇静钢和沸腾钢。3、钢材硬化：硬化有时效硬化和冷作硬化两种。,6-3钢结构连接,钢结构的连接通常有焊接、铆接和螺栓连接三种方式。1、焊接连接：焊接连接有气焊、接触焊和电弧焊等方法。当焊件厚度t10mm时可采用直边焊；t=1020mm时可采用带钝边单边V形缝或带钝边V形缝；t20mm时应采用U形缝、K形缝和X形缝。,一、连接方法种类和特点,1、焊接连接：焊缝符号由基本符号、辅助符号和引出线组成，必要时还可以加上补充符号和焊接尺寸符号。钢结构设计规范对焊缝的质量要求分为一级、二级和三级，其中一级质量最好。,2、螺栓连接：螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。高强度螺栓连接可分为摩擦型和承压型两种。摩擦型连接：外力仅依靠部件接触面的摩擦力来传递。主要用于直接承受动力荷载的结构、构件的连接。承压型连接：仅适用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构、构件的连接。,2、螺栓连接：按构造要求的螺栓数目不宜少于2个。螺栓排列有并列和错列式，并满足受力、构造、施工三方面的要求。,6-4钢结构基本构件,1、截面形式：轴心受力构件的截面形式主要有实腹式及格构式两类。格构式又分为缀板式和缀条式。受压柱由柱头、柱身、柱脚三部分组成。柱身截面有实腹式、缀板式和缀条式三种。,一、轴心受力构件,受弯构件可能会发生整体失稳与局部失稳，其中的整体失稳是弯扭屈曲。实腹式钢梁按材料和制作方法可分为型钢梁和组合梁两大类。,二、受弯构件,第七章地基与基础,土的三相，即土粒为固相；土中的水为水相；土中的气为气相。主要指标有：比重、天然密度、含水率（这三个指标需用实验室实测）和由它们三位计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。,一、土的组成,7-1土的工程性质及分类,实测指标土的密度-土的单位体积质量(g/cm3或t/m3)测定方法:环刀法,土的含水率-土中水的质量与土颗粒质量之比，用百分比表示(%),土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。,测定方法：烘干法，亦可用酒精燃烧法,土粒比重Gs-土粒质量与同体积4时纯水的质量之比,由于=1.0g/cm3,故土粒比重在数值上等于土粒的密度但无量纲。,测定方法：比重瓶法,其它指标孔隙比e-土中孔隙体积与土颗粒体积之比孔隙度n-指土体中空隙体积占土体总体积之比,用百分数表示，土的饱和度Sr-表示土空隙中被水充满的程度,也即土中水的体积与空隙体积之比,用百分数表示，,粘性土的物理状态指标,液限L：土由可塑状态转到流动状态的界限含水量（或塑性上限）。塑限p：土由半固态转到可塑状态的界限含水量（或塑性下限）。缩限s：土由半固体状态不断蒸发水分，则体积继续逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对应土的界限含水量叫缩限。,液限测试-圆锥液限仪法,76g,5s下沉10mm或17mm,塑限测试-搓条法,直径约3mm,粘性土的塑性指数-塑性指数是指液限和塑限的差值，即土处在可塑状态的含水量变化范围。Ip=L-p,Ip越大土的可塑范围越广，土中含有的结合水越多，土与水之间的作用越强。土中粘粒含量越大，塑性指数Ip越大。,粘性土的液性指数-指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。,IL值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬,根据建筑地基基础设计规范，作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。按我国“土的分类标准”，碎石土和砂土属于粗粒土，粉土和粘性土属于细粒土。粗粒土按粒径级配分类，细粒土则按塑性指数分类。,二、地基土（岩）的工程分类,按颗粒级配与塑性指数分类的分类标准,a.岩石