第4章混凝土结构-楼盖、预应力、变形与裂缝c

1、 建筑结构建筑结构 4.4 钢筋混凝土楼（屋）盖钢筋混凝土楼（屋）盖 楼（屋）盖是建筑结构的重要组成部分。在建楼（屋）盖是建筑结构的重要组成部分。在建 筑结构中，混凝土楼（屋）盖的自重和造价均筑结构中，混凝土楼（屋）盖的自重和造价均 占有较大比例。占有较大比例。 楼盖的功能：楼盖的功能： 把楼盖上的竖向荷载传递给竖向构件把楼盖上的竖向荷载传递给竖向构件 作为双向结构构件的水平联系和支撑作为双向结构构件的水平联系和支撑 把水平力传给竖向结构或非配给竖向结构把水平力传给竖向结构或非配给竖向结构 建筑结构建筑结构 优点：优点： 刚度大，整体性好刚度大，整体性好 防水性好防水性好 对不规则平面的适应对

2、不规则平面的适应 性强；性强； 钢筋混凝土楼盖按施工方法分类，可分为：钢筋混凝土楼盖按施工方法分类，可分为： 现浇式现浇式 装配式装配式 装配整体式装配整体式 缺点：缺点： 费工、费模板费工、费模板 施工工期长施工工期长 优点：优点： 施工进度快，节省模施工进度快，节省模 板，工业化程度高板，工业化程度高 缺点：缺点： 费工、费模板费工、费模板 施工工期长施工工期长 兼有现浇式和装配式的某些优缺点，主兼有现浇式和装配式的某些优缺点，主 要用于整体性要求较高的建筑要用于整体性要求较高的建筑 建筑结构建筑结构 按结构形式可分为按结构形式可分为 单向板肋形楼盖单向板肋形楼盖 双向板肋形楼盖双向板肋形

3、楼盖 井式楼盖井式楼盖 密肋楼盖密肋楼盖 无梁楼盖无梁楼盖 No Image No Image No Image No Image No Image 建筑结构建筑结构 现浇肋形楼盖现浇肋形楼盖 肋形楼盖由板、次梁、主梁组成肋形楼盖由板、次梁、主梁组成 每一区格的板一般四边均有支承，板上的荷载通过双每一区格的板一般四边均有支承，板上的荷载通过双 向受弯传到四边支承的构件上。向受弯传到四边支承的构件上。 建筑结构建筑结构 装配式楼盖装配式楼盖 （1 1）横墙承重）横墙承重 住宅、宿舍等建筑因其开间不大，横墙间距较小，可住宅、宿舍等建筑因其开间不大，横墙间距较小，可 采用横墙承重，将楼板直接搁置在横

4、墙上，这类布置采用横墙承重，将楼板直接搁置在横墙上，这类布置 方案楼盖横向刚度较大。方案楼盖横向刚度较大。 预制构件（板、梁）预制构件（板、梁） 建筑结构建筑结构 （2）纵墙承重）纵墙承重 教学楼、办公楼、食堂等建筑因内部空间要求较大，教学楼、办公楼、食堂等建筑因内部空间要求较大， 横墙间距较大，一般可采用纵墙承重，这类布置方案横墙间距较大，一般可采用纵墙承重，这类布置方案 结构平面布置灵活。结构平面布置灵活。 建筑结构建筑结构 （3 3）纵横墙承重）纵横墙承重 楼板一部分搁置在横墙上，一部分搁置在大梁上，而楼板一部分搁置在横墙上，一部分搁置在大梁上，而 大梁则搁置在纵墙上，这类布置方案称为纵

5、横墙承重大梁则搁置在纵墙上，这类布置方案称为纵横墙承重 方案。方案。 建筑结构建筑结构 （4 4）内框架承重）内框架承重 楼板沿纵向搁置在大梁上，大梁一端搁置在纵墙上，另楼板沿纵向搁置在大梁上，大梁一端搁置在纵墙上，另 一端则与柱整体相连，形成内框架。这类布置方案常用一端则与柱整体相连，形成内框架。这类布置方案常用 于仓库、商店等要求有较开阔平面的建筑。于仓库、商店等要求有较开阔平面的建筑。 建筑结构建筑结构 装配式楼盖的连接装配式楼盖的连接 预制板灌缝及面层 (a)预制板灌缝；（b）预制板面层 建筑结构建筑结构 板与支承墙（梁）的连接板与支承墙（梁）的连接 建筑结构建筑结构 现浇单向板肋形楼

6、盖的计算现浇单向板肋形楼盖的计算 n 结构布置结构布置 n 荷载及计算单元荷载及计算单元 n 计算简图计算简图 n 结构的控制截面结构的控制截面 n 荷载的最不利布置荷载的最不利布置 n 塑性计算理论塑性计算理论塑性铰的概念塑性铰的概念 建筑结构建筑结构 结构布置结构布置 n 柱网和梁格规整柱网和梁格规整 n 梁板跨度合理梁板跨度合理 n 主梁横向布置，提高房屋的整体横向刚度主梁横向布置，提高房屋的整体横向刚度 次梁次梁 主梁主梁 柱柱 板板 板板次梁次梁主梁主梁 跨度跨度23m46m58m 建筑结构建筑结构 计算单元计算单元 板板 u支承条件支承条件 u荷载传递方式荷载传递方式 u计算单元计

7、算单元 u计算简图计算简图 建筑结构建筑结构 计算单元计算单元 计算简图计算简图 板板 次梁次梁 主梁主梁 u支承条件支承条件 u板传荷载板传荷载 u计算简图计算简图 建筑结构建筑结构 计算单元计算单元 计算简图计算简图 板板 次梁次梁 主梁主梁 u支承条件支承条件 u所受荷载所受荷载 u计算简图计算简图 建筑结构建筑结构 双向板的荷载传递双向板的荷载传递 建筑结构建筑结构 双向板的荷载传递双向板的荷载传递 建筑结构建筑结构 结构的控制截面结构的控制截面 建筑结构建筑结构 活荷载的最不利布置活荷载的最不利布置 通常在高层结构里采用的是近似方法通常在高层结构里采用的是近似方法 满跨布置，再对控制

8、截面内力进行调整满跨布置，再对控制截面内力进行调整 建筑结构建筑结构 塑性计算理论塑性计算理论塑性铰塑性铰 1 1、塑性铰的概念、塑性铰的概念 2 2、塑性铰的特点、塑性铰的特点 只能单向转动，转动范围有限；只能单向转动，转动范围有限； 在转动时能够传递一定的弯矩，即截面的极限弯矩在转动时能够传递一定的弯矩，即截面的极限弯矩Mu， 不能传递大于不能传递大于Mu的弯矩；的弯矩； u q Mu A B C C 0.4 0.6 0.8 1.0 Mcr My Mu 0 M/Mu cr y u 建筑结构建筑结构 塑性计算理论塑性计算理论内力重分布内力重分布 由于塑性铰的出现，钢筋混凝土结构出现内力重分布

9、由于塑性铰的出现，钢筋混凝土结构出现内力重分布 支座负弯矩降低，跨中正弯矩增大支座负弯矩降低，跨中正弯矩增大 q 内力重分布可减少梁的支座处负筋配置，内力重分布可减少梁的支座处负筋配置， 有利于改善支座处负筋拥挤的状况。有利于改善支座处负筋拥挤的状况。 建筑结构建筑结构 附加横向钢筋布置附加横向钢筋布置 次梁与主梁连接的配筋构造要求次梁与主梁连接的配筋构造要求 建筑结构建筑结构 主次梁节点处钢筋布置主次梁节点处钢筋布置 次梁与主梁连接的配筋构造要求次梁与主梁连接的配筋构造要求 建筑结构建筑结构 钢筋混凝土楼梯钢筋混凝土楼梯 n 按施工方法：按施工方法： 现浇整体式：现浇整体式：结构设计较灵活，

10、整体性好结构设计较灵活，整体性好 装配式：装配式：制造工业化程度高，施工速度快制造工业化程度高，施工速度快 n 按其结构形式：按其结构形式： 板式楼梯板式楼梯 梁式楼梯梁式楼梯 特种楼梯（螺旋板式楼梯和悬挑板式楼梯）特种楼梯（螺旋板式楼梯和悬挑板式楼梯） 建筑结构建筑结构 图7.25 现浇楼梯形式 (a)板式楼梯；（b）梁式楼梯；（c）螺旋板式楼梯；（d）悬挑板式楼梯 No Image 建筑结构建筑结构 梁式整体预制楼梯 建筑结构建筑结构 装配式悬臂楼梯 建筑结构建筑结构 斜板：斜板：承受均布面荷载作用，承受均布面荷载作用， 两端支承在平台梁上两端支承在平台梁上 平台板：平台板： 平台梁：平台

11、梁：承受楼梯斜板和平承受楼梯斜板和平 台板传来的均布线荷载作用台板传来的均布线荷载作用 现浇板式楼梯的构造现浇板式楼梯的构造 No Image 建筑结构建筑结构 板式楼梯的配筋板式楼梯的配筋 No Image 建筑结构建筑结构 平台板的两种支承方式平台板的两种支承方式 建筑结构建筑结构 平台板配筋平台板配筋 建筑结构建筑结构 踏步板：踏步板：两端支承在斜两端支承在斜 梁上，按两端简支的单梁上，按两端简支的单 向板计算向板计算 斜梁：斜梁：两端支承在平台两端支承在平台 梁上，按两端简支的梁梁上，按两端简支的梁 计算计算 平台梁：平台梁：两端支承在墙两端支承在墙 体或框架梁上，按两端体或框架梁上，

12、按两端 简支梁计算简支梁计算 平台板：平台板： 现浇梁式楼梯的构造现浇梁式楼梯的构造 No Image 建筑结构建筑结构 斜梁的配筋斜梁的配筋 建筑结构建筑结构 梁式楼梯平台梁的计算简图 （a）有双边梁时；（b）有单边梁时 建筑结构建筑结构 一、基本原理一、基本原理 1. 1. 钢筋砼的欠缺钢筋砼的欠缺 qk=10kN/m L0 跨度跨度5.2m简支梁，截面简支梁，截面 200450mm2，qk=10kN/m， gk=5kN/m。挠度达到。挠度达到0.25mm 开裂早（仅在自重下就会开裂）；开裂早（仅在自重下就会开裂）； 不宜采用高强材料（裂缝宽度受限）；不宜采用高强材料（裂缝宽度受限）； 不

13、适应现代化大跨度的需要。不适应现代化大跨度的需要。 4.4 4.4 预应力钢筋混凝土的基本知识预应力钢筋混凝土的基本知识 建筑结构建筑结构 2. 2. 预应力混凝土预应力混凝土 在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力。在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力。 优点：优点： 充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土 抗压强度高特性，减少用钢量，截抗压强度高特性，减少用钢量，截 面小，自重轻，适用于大跨结构面小，自重轻，适用于大跨结构 在正常使用条件下，裂缝小，耐久在正常使用条件下，裂缝小，耐久 性好性好 预拱，使构件挠度减小，刚度大。预拱，使构件挠度减小，刚度

14、大。 建筑结构建筑结构 二、预加应力的方法二、预加应力的方法 a.a.先张法先张法 张拉钢筋张拉钢筋浇筑混凝土浇筑混凝土切断钢筋，混凝土预压切断钢筋，混凝土预压 预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递 建筑结构建筑结构 二、预加应力的方法二、预加应力的方法 b.b.后张法后张法 预应力由构件两端锚具实现预应力由构件两端锚具实现 浇筑混凝土构件浇筑混凝土构件穿预应力钢筋穿预应力钢筋锚固钢筋，孔道灌浆锚固钢筋，孔道灌浆 建筑结构建筑结构 先张法优缺点：先张法优缺点： 构件采用工厂化的生产方式；构件采用工厂化的生产方式； 工序少，工艺简单，质量容易保证；工序少，工艺

15、简单，质量容易保证； 但只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。但只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。 后张法优缺点：后张法优缺点： 施工程序和工艺复杂；施工程序和工艺复杂； 需专用张拉设备，和特制锚具，用钢量大；需专用张拉设备，和特制锚具，用钢量大； 但由于不需要固定的张拉台座，可现场施工，应用灵但由于不需要固定的张拉台座，可现场施工，应用灵 活；活； 适用于不便于运输的大型构件。适用于不便于运输的大型构件。 无粘结预应力束无粘结预应力束 建筑结构建筑结构 三、预应力损失三、预应力损失 锚固损失锚固损失s s11 11 摩擦损失摩擦损失s s12 12 温差损失温差损失s s13 13

16、应力松弛损失应力松弛损失s s 14 14 混凝土收缩混凝土收缩、徐变引起的损失徐变引起的损失s s 15 15 凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失，凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失， 主要有：主要有： 锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移 在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道 壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及 折点处的摩擦，造成损失。折点处的摩擦，造成损失。 先张法中的热养护引起的温差损失先张法中的热养护引起的温差损失 长度不变的预

17、应力筋，在高应力的长期作用长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用 下会产生松弛，会引起预应力损失。下会产生松弛，会引起预应力损失。 建筑结构建筑结构 四、预应力砼材料及锚夹具四、预应力砼材料及锚夹具 钢筋钢筋 预应力钢筋的强度越高越好。预应力钢筋的强度越高越好。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一 定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能。定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能。 对钢丝类预应力筋，要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘对钢丝类预应力筋，要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘 结性能，通常采用结性能，通常采用刻痕刻痕或

18、或压波压波方法来提高与混凝土方法来提高与混凝土 粘结强度。粘结强度。 刻痕钢丝刻痕钢丝 螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝 钢绞线钢绞线 建筑结构建筑结构 要求采用高强混凝土要求采用高强混凝土 l可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； l有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； l具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度， 减少预压时的弹性回缩；减少预压时的弹性回缩； l徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； 一般预应力混凝土构

19、件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30C30， 当采用高强钢丝时不低于当采用高强钢丝时不低于C40C40。 2. 2. 混凝土混凝土 建筑结构建筑结构 3. 3. 锚具和夹具锚具和夹具 建筑结构建筑结构 张拉端锚具张拉端锚具 建筑结构建筑结构 集中固定端锚具集中固定端锚具 分散固定端锚具分散固定端锚具 建筑结构建筑结构 夹片式锚具夹片式锚具 建筑结构建筑结构 外观感觉外观感觉 裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低， 影响使用寿命影响使用寿命耐久性耐久性 心理承受：不安全感，振动噪声心理承受：不安全感，振动噪声 对非结构构件的影响：

20、门窗开关，隔墙开裂等对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等 振动、变形过大振动、变形过大 对其它结构构件的影响对其它结构构件的影响 影响正常使用：如吊车、精密仪器影响正常使用：如吊车、精密仪器 适用性适用性 承载能力极限状态承载能力极限状态安全性安全性 结构的结构的 功能功能 钢筋混凝土构件的变形和裂缝宽度验算钢筋混凝土构件的变形和裂缝宽度验算 建筑结构建筑结构 耐久性耐久性 适用性适用性 承载能力极限状态承载能力极限状态安全性安全性 结构的结构的 功能功能 钢筋混凝土构件的变形和裂缝宽度验算钢筋混凝土构件的变形和裂缝宽度验算 正常使用极限状态正常使用极限状态 kk RS 0S R 挠度、裂

21、缝挠度、裂缝 建筑结构建筑结构 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算 42 55 38448 qlMl f EIEI f q 对于弹性均质材料截面，对于弹性均质材料截面，EI 为常数，为常数，M-f 关系为直线。关系为直线。 My EcI0 Bs M f Mcr Msk 对于钢筋混凝土构件，对于钢筋混凝土构件， 由于混凝土开裂、弹塑性由于混凝土开裂、弹塑性 应力应力-应变关系和钢筋屈服应变关系和钢筋屈服 等影响，钢筋混凝土适筋等影响，钢筋混凝土适筋 梁的梁的M-f 关系不再是直线，关系不再是直线， 而是随弯矩增大，截面曲而是随弯矩增大，截面曲 率呈曲线变化。率呈曲线变化。 建筑结构建筑结构 受

22、弯构件的挠度变形验算受弯构件的挠度变形验算 由于挠度计算仅考虑弯曲由于挠度计算仅考虑弯曲 变形的影响，实际上还存变形的影响，实际上还存 在一些剪切变形，因此按在一些剪切变形，因此按 最小刚度计算的结果与实最小刚度计算的结果与实 测结果的误差很小。测结果的误差很小。 最大弯矩截面处最大弯矩截面处 的最小刚度的最小刚度Bmin计算原计算原 则则 建筑结构建筑结构 GkQk1ciQik 2 n i SSSS 标准组合标准组合 频遇组合频遇组合 Gkf1Qk1qiQik 2 n i SSSS GkqiQik 1 n i SSS 准永久组合准永久组合 用于正常使用极限状态的设计验算用于正常使用极限状态的

23、设计验算 ci 可变荷载组合系数可变荷载组合系数 f1 可变荷载的准永久值系数可变荷载的准永久值系数 qi 可变荷载的频遇值系数可变荷载的频遇值系数 建筑结构建筑结构 受弯构件的裂缝宽度验算受弯构件的裂缝宽度验算 在裂缝出现前，混凝土和钢在裂缝出现前，混凝土和钢 筋的应变沿构件的长度基本上筋的应变沿构件的长度基本上 是均匀分布的。是均匀分布的。 当混凝土的拉应力达到抗拉当混凝土的拉应力达到抗拉 强度时，首先会在构件最薄弱强度时，首先会在构件最薄弱 截面位置出现第一条（批）裂截面位置出现第一条（批）裂 缝。缝。 裂缝出现瞬间，裂缝截面位裂缝出现瞬间，裂缝截面位 置的混凝土退出受拉工作，应置的混凝土