2020钢筋混凝土肋形结构及刚架结构ppt课件

1、 第九章第九章 肋形结构及钢架结构肋形结构及钢架结构 9.1 概述肋形板梁类型肋形板梁类型: 混凝土楼盖按施工方法可分为：现浇式楼盖混凝土楼盖按施工方法可分为：现浇式楼盖 装配式楼盖装配式楼盖 装配整体式楼盖装配整体式楼盖 混凝土楼盖按结构型式可分为混凝土楼盖按结构型式可分为 ：单向板肋梁楼盖：单向板肋梁楼盖 双向板肋双向板肋梁楼盖梁楼盖 井式楼盖井式楼盖 密肋楼盖密肋楼盖 无梁楼盖无梁楼盖 单向板肋梁楼盖单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖 井式楼盖井式楼盖 无梁楼盖无梁楼盖 密肋楼盖密肋楼盖 参见:录像钢筋混凝土楼盖” 结构设计中，当采用手算时，对空间结构一般分解简化为平面结构进行

2、内力计算： 由板和梁组成的肋形结构 和 由屋面大梁和柱组成的钢架结构分别进行计算。单向板和双向板单向板和双向板单向板单向板在荷载作用下，只在一个方向在荷载作用下，只在一个方向弯曲弯曲 或者主要在一个方向弯曲的板或者主要在一个方向弯曲的板双向板双向板在荷载作用下，在两个方向弯在荷载作用下，在两个方向弯曲，曲， 且不能忽略任一方向弯曲的板且不能忽略任一方向弯曲的板 规范规范规定：规定：1两对边支承的板和单边嵌固的悬臂板，应按单两对边支承的板和单边嵌固的悬臂板，应按单向板计算；向板计算； 2四边支承的板或邻边支承或三边支承应按四边支承的板或邻边支承或三边支承应按下列规定计算：下列规定计算： （1当长

3、边与短边长度之比大于或等于当长边与短边长度之比大于或等于2时，时， 可按沿短边方向受力的单向板计算；可按沿短边方向受力的单向板计算； （2当长边与短边长度之比小于或等于当长边与短边长度之比小于或等于2时，时， 应按双向板计算；应按双向板计算； 设计步骤为：设计步骤为： （1结构平面布置，并对梁板进行分类编号，结构平面布置，并对梁板进行分类编号， 初步确定板厚和主、次梁的截面尺寸；初步确定板厚和主、次梁的截面尺寸；（2确定板和主、次梁的计算简图；确定板和主、次梁的计算简图； （3梁、板的内力计算及内力组合；梁、板的内力计算及内力组合； （4截面配筋计算及构造措施；截面配筋计算及构造措施； （5绘

4、制施工图。绘制施工图。9.2 单向板肋形结构平面布置单向板肋形结构平面布置一般民用建筑，通常有以下三种方案：一般民用建筑，通常有以下三种方案： 主梁沿横向布置主梁沿横向布置 主梁沿纵向布置主梁沿纵向布置 有中间走道有中间走道 水电站中，要满足机组和孔洞的布置，水电站中，要满足机组和孔洞的布置，其梁格布置比较不规格。其梁格布置比较不规格。 计算简图计算简图板次梁主梁当主梁与柱的刚度之比小于4时，柱对梁的内力影响较大，应作为钢架考虑。计算跨度计算跨度9.3 单向板肋形结构按弹性理论的计算一、查表法计算梁、板内力一、查表法计算梁、板内力:承受均布荷载的等跨连续梁、板承受均布荷载的等跨连续梁、板: 附

5、录六附录六 两端带悬臂的梁、板两端带悬臂的梁、板: 叠加法附录七）叠加法附录七） 移动荷载下的梁、板移动荷载下的梁、板: 附录八附录八当连续板、梁跨度不相等时，如何？当连续板、梁的截面尺寸不相等时，如何？当跨度多于五跨时，如何？ 二、最不利活荷载的布置方式二、最不利活荷载的布置方式: 1、欲求某跨跨中最大正弯矩时，除在该跨布置活荷载外，再隔跨布置活荷载； 2、欲求某支座截面的最大负弯矩时，除在该支座左右布置活荷载处，向两边再隔跨布置活荷载； 3、欲求某支座截面的最大剪力时，活荷载的布置方式与求该支座最大负弯矩时相同。 为了计算方便，当均布荷载作用时，假定考虑活荷载在一跨内整跨布置，而不考虑在一

6、跨内局部布置的情况。三、内力包络图三、内力包络图:原理：原理：实际应用：查表，见书上实际应用：查表，见书上P.194倒数第二段倒数第二段四、支座弯矩和剪力设计值四、支座弯矩和剪力设计值 弯矩设计值：弯矩设计值： 220bVMbVMMccc剪力设计值：剪力设计值：2bqgVVccVV 均布荷载均布荷载集中荷载集中荷载五、折算荷载五、折算荷载 ：板和次梁现浇在一起时考虑：板和次梁现浇在一起时考虑连续板连续板 2qgg2qq 连续次梁连续次梁 4qgg43qq 主梁不调整主梁不调整 主梁与柱整体连接，计算时不需考虑折算主梁与柱整体连接，计算时不需考虑折算荷载，这时因为当柱刚度较小时，柱对主梁的约束作

7、用很小，可荷载，这时因为当柱刚度较小时，柱对主梁的约束作用很小，可按忽略其影响；若柱刚度较大时，则应按框架计算结构内力。按忽略其影响；若柱刚度较大时，则应按框架计算结构内力。 END(看第六节例题)9.4 单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算 弹性理论对于静定结构是完全合理的，但对于弹塑性的钢筋混凝土超静定结构来说，由于塑性变形的存在结构并不破坏 (发生内力重分布)，还可以承担继续增加的荷载。 这说明按弹性理论设计结果是安全的。 目前，在民用建筑的单向板肋梁楼盖的连续板和连续次梁的设计中，已普遍采用了考虑塑性内力重分布的方法计算内力。但在连续主梁的设计中仍采用按弹性理论。1、塑性铰的概念、塑

8、性铰的概念一、基本原理一、基本原理塑性铰与理想铰的区别：塑性铰与理想铰的区别：理想铰不能承受任何弯矩，而塑性铰则能承受一理想铰不能承受任何弯矩，而塑性铰则能承受一 定的弯矩定的弯矩Mu；理想铰集中于一点，塑性铰则有一定的长度理想铰集中于一点，塑性铰则有一定的长度理想铰在两个方向都可产生无限的转动，而塑性理想铰在两个方向都可产生无限的转动，而塑性铰铰 则是有限转动的单向铰，只能在弯矩作用方向则是有限转动的单向铰，只能在弯矩作用方向作有限作有限 的转动。的转动。2、钢筋混凝土超静定梁的塑性内力重分布、钢筋混凝土超静定梁的塑性内力重分布 在超静定结构中，直到塑性铰陆在超静定结构中，直到塑性铰陆续出现

9、，使结构变成破坏机构时，结续出现，使结构变成破坏机构时，结构才破坏。构才破坏。 可见可见,自支座形成塑性铰自支座形成塑性铰,该梁尚有该梁尚有承受承受4 kN/m均布荷载的潜力，充分利均布荷载的潜力，充分利用这部分材料的潜力，取得更为经济的用这部分材料的潜力，取得更为经济的效果。效果。 在支座截面形成塑性铰以前，支座在支座截面形成塑性铰以前，支座弯矩与跨中弯矩之比为弯矩与跨中弯矩之比为2:1，到支座截，到支座截面形成塑性铰后，变成面形成塑性铰后，变成1:1。这说明，。这说明，由于材料的塑性变形引起了内力的重新由于材料的塑性变形引起了内力的重新分布。分布。3、弯矩调幅方法、弯矩调幅方法 弯矩调幅法

10、是考虑塑性内力重分布确定连续梁设计弯矩的一种实用计算方法。 通常对那些弯矩绝对值较大的截面进行弯矩调整如支座，可以减少支座配筋的密度，有利于施工）。 截面弯矩调整的幅度用调幅系数表示 ：eaeMMM eaMM)1 (弯矩调幅时一般应遵守以下原则：弯矩调幅时一般应遵守以下原则： （1为保证先形成的塑性铰具有足够的转动能力，必须限制截为保证先形成的塑性铰具有足够的转动能力，必须限制截面的配筋率，即要求调幅截面的相对受压区高度满足面的配筋率，即要求调幅截面的相对受压区高度满足 的条的条件，同时宜采用件，同时宜采用、级热轧钢筋；级热轧钢筋； （2截面的弯矩调幅系数截面的弯矩调幅系数 不宜超过不宜超过0

11、.25，即调整后的截面弯，即调整后的截面弯矩不宜小于弹性弯矩的矩不宜小于弹性弯矩的75%； （3保证各跨的平衡和安全，调整后的两支座弯矩的平均值加保证各跨的平衡和安全，调整后的两支座弯矩的平均值加跨中的弯矩值应不小于按简支梁计算的跨中最大弯矩跨中的弯矩值应不小于按简支梁计算的跨中最大弯矩 。 适用范围，下列情况不宜采用适用范围，下列情况不宜采用 （1在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展控制较严的混凝土在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展控制较严的混凝土结构，一级和二级裂缝控制构件；结构，一级和二级裂缝控制构件；（2处于严重侵蚀性环境中的混凝土结构；处于严重侵蚀性环境中的混凝土结构； （3直接承

12、受动力和重复荷载的混凝土结构直接承受动力和重复荷载的混凝土结构（4要求有较高承载力储备的混凝土结构，如主梁；要求有较高承载力储备的混凝土结构，如主梁； （5配置延性较差的受力钢筋的混凝土结构。配置延性较差的受力钢筋的混凝土结构。 计算方法和步骤书上没讲）： eaMM)1 (考虑塑性内力重分布的意义书上没讲）考虑塑性内力重分布的意义书上没讲） ：（1内力按弹性理论计算，截面则按极限状态设计，两者相矛盾。内力按弹性理论计算，截面则按极限状态设计，两者相矛盾。而塑性内力重分布方法使两者相协调；而塑性内力重分布方法使两者相协调；（2可以人为地调整截面的内力分布情况，更合适地布置钢筋，可以人为地调整截面

13、的内力分布情况，更合适地布置钢筋，减小弯矩大的区域的配筋密度，简化配筋构造，方便混凝土的浇减小弯矩大的区域的配筋密度，简化配筋构造，方便混凝土的浇捣；捣；（3充分利用结构的承载力，取得一定的经济效益。充分利用结构的承载力，取得一定的经济效益。二用调幅法计算等跨连续梁、板二用调幅法计算等跨连续梁、板等跨连续梁等跨连续梁 承受均布荷载时承受均布荷载时 ： 20lqgMmbnvblqgV 承受间距相同、大小相等的集中荷载时承受间距相同、大小相等的集中荷载时 ： 0lQGMmbQGnVvb 等跨连续板 20lqgMmp板次梁 对四周与梁整体连接的单向板对四周与梁整体连接的单向板 (现浇连续板的内区格就

14、属于现浇连续板的内区格就属于这种情况这种情况)，其中间跨的跨中截面及中间支座截面的计算弯，其中间跨的跨中截面及中间支座截面的计算弯矩可减少矩可减少20，其它截面则不予降低如板的角区格、边，其它截面则不予降低如板的角区格、边跨的跨中截面及第一内支座截面的计算弯矩则不折减）。跨的跨中截面及第一内支座截面的计算弯矩则不折减）。END1. 单向板的截面设计与构造要求单向板的截面设计与构造要求（1截面设计要点截面设计要点1板的计算单元通常取为板的计算单元通常取为1m，按单筋矩形截面设计；，按单筋矩形截面设计； 2由于板宽较大且承受荷载较小，故连续板一般不由于板宽较大且承受荷载较小，故连续板一般不需进行斜

15、截面受剪承载力计算需进行斜截面受剪承载力计算 ；9.5 单向板肋形结构的截面设计和构造要求 3整体式肋形结构中次梁和主梁是以板为翼缘的连整体式肋形结构中次梁和主梁是以板为翼缘的连续续T形梁。跨中按形梁。跨中按T形截面计算，支座处按矩形截面形截面计算，支座处按矩形截面计算。计算。（2构造要求构造要求 1板的厚度板的厚度2板的支承长度板的支承长度 3板中受力钢筋板中受力钢筋钢筋的直径钢筋的直径 钢筋的间距钢筋的间距 配筋方式配筋方式 分离式配筋分离式配筋 弯起式配筋弯起式配筋 钢筋的弯起和截断钢筋的弯起和截断 当当q / g3时，时，a=ln /4 当当q / g3时，时，a=ln /34板中构造

16、钢筋板中构造钢筋分布钢筋分布钢筋 垂直于主梁的板面构造钢筋垂直于主梁的板面构造钢筋 板中留洞时的加强措施板中留洞时的加强措施 例一：例一：例二：例二：2. 连续梁连续梁END9.7 双向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖一、试验研究一、试验研究四边搁置无约束四边搁置无约束肋形楼盖肋形楼盖二、弹性理论计算方法二、弹性理论计算方法 （一单块双向板的内力计算（一单块双向板的内力计算四边支承的板四边支承的板,有六种边界条件有六种边界条件:(1)四边简支；四边简支； (2)一边固定，三边简支；一边固定，三边简支； (3)两对边固定，两对边简支；两对边固定，两对边简支； (4)四边固定；四边固定； (5)两邻边固定

17、，两邻边简支；两邻边固定，两邻边简支； (6)三边固定，一边简支。三边固定，一边简支。单位板宽内的弯矩设计值为单位板宽内的弯矩设计值为:2lqmm跨中或支座单位板宽内的弯矩设计值跨中或支座单位板宽内的弯矩设计值(kNmm)；q板上作用的均布荷载设计值板上作用的均布荷载设计值(kNm2), l短跨方向的计算跨度短跨方向的计算跨度(m) 弯矩系数，查附录十。 （二连续双向板的内力计算（二连续双向板的内力计算 (1)跨中最大弯矩的计算跨中最大弯矩的计算活荷载的不利布置如图活荷载的不利布置如图所示：所示： (2)支座最大弯矩的计算 假定永久荷载和可变荷载都满布连假定永久荷载和可变荷载都满布连续双向板所

18、有区格时，支座弯矩出续双向板所有区格时，支座弯矩出现最大值现最大值 即在正对称荷载即在正对称荷载 (g+q) 作作用下：用下：中间区格均可视为四边固定的双向中间区格均可视为四边固定的双向板板 对于边、角区格，外边界条件应按对于边、角区格，外边界条件应按实际情况考虑。实际情况考虑。三、双向板的截面设计与构造要求三、双向板的截面设计与构造要求 取取1m板带，按单筋矩形截面设计板带，按单筋矩形截面设计 跨中钢筋的配置：跨中钢筋的配置： 弯起式和分离式如单向板，参见叶列弯起式和分离式如单向板，参见叶列平平P.78）支座钢筋的配置：沿板边均匀配置，不得分带减小。支座钢筋的配置：沿板边均匀配置，不得分带减

19、小。四、双向板支承梁的设计四、双向板支承梁的设计由附录11折算成等效均布荷载梁的设计方法和构造要求同单向板肋梁楼盖梁的设计方法和构造要求同单向板肋梁楼盖由附录6算出最不利荷载下的支座弯矩再由平衡条件求出跨中弯矩END 刚架结构也称：框架结构是由梁和柱连接而成的。梁柱连接处为刚节点，柱底支座一般为固定约束。 如梁与柱为铰接，就称为排架结构。9.8 刚架结构刚架结构排架结构排架结构 门式刚架结构门式刚架结构 刚架结构的计算简图： 按结构力学计算内力进行配筋。 梁按受弯构件，柱按偏心受压构件。 刚架结构的节点构造： 节点是框架梁与柱的连接部位，其设计极为重要，只有节点可靠，才可能保证结构整体安全。在

20、非地震区，框架节点的可靠性是通过采取适当的构造措施来保证的。 对现浇框架，其构造要求为： 1节点区的混凝土强度等级，不应低于框架柱的混凝土强度等级； 2对于顶层横梁与边柱的交节点，应保证梁端顶部负弯矩钢筋伸入柱中可靠锚固，根据偏心距 e0的大小分三种情况处理。 3对于柱中节点的钢筋布置。 4节点的箍筋可作扇形布置。END9.9 牛腿设计牛腿设计 牛腿牛腿为支承吊车梁或连系梁等构件，在厂房柱侧面伸出的为支承吊车梁或连系梁等构件，在厂房柱侧面伸出的悬臂部分。悬臂部分。 分为两类：分为两类： 时为短牛腿时为短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。，是一个变截面短悬臂深梁。 时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；时

21、为长牛腿，按悬臂梁进行设计； 0ah0ah（1牛腿的受力特点和破坏形态弹性阶段、裂缝出现与开展阶段、破坏阶段。裂缝的出现与开展：20%-40%极限荷载，出现裂缝1；40%-60%极限荷载，出现裂缝2；80%极限荷载，出现裂缝3；破坏形态：压弯破坏：见图a）斜压破坏：见图b, c）剪切破坏：见图d）175. 001ha75. 01 . 001ha1 . 001ha（2 2牛腿截面尺寸的确定牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿的截面宽度与柱宽相同。 牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件。设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件。设计时以下列经验公式

22、作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：控制条件来确定牛腿的截面尺寸： bstk0vsvs01 0.50.5Ff bhFaFh式中式中FvsFvs、FbsFbs分别为作用于牛腿顶部按荷载短期效应标准组合计算分别为作用于牛腿顶部按荷载短期效应标准组合计算的竖向力和水平拉力值；的竖向力和水平拉力值； 裂缝控制系数；裂缝控制系数； aa竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离b牛腿宽度； h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。（3 3纵向受力钢筋计算纵向受力钢筋计算 近似近似取取 ， ，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积AsAs为为vhs

23、0syss0F aFhaf Ahs0.85s0ss0/1.2hahvhsy0y1.20.85F aFAf hf通过对通过对 A 点取力矩平衡可得：点取力矩平衡可得：（4 4水平箍筋及弯起钢筋水平箍筋及弯起钢筋 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。钢筋。 水平箍筋的直径应取水平箍筋的直径应取6-12mm6-12mm，间，间距距100-150mm100-150mm，且在上部，且在上部2h0/32h0/3范围内的水范围内的水

24、平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的受拉钢筋截面面积的1/21/2。 当牛腿的剪跨比当牛腿的剪跨比a/h00.3a/h00.3时，宜设置时，宜设置弯起钢筋。弯起钢筋。 纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。 弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。 牛腿配筋构造牛腿配筋构造END9.10 柱下基础柱下基础 主要形式有：杯形基础、条形基础、高杯基础、十字交叉基础、筏板基础、预制桩基础等。 杯形基础设计的主要内容包括：确定持力层及埋置深度该项内容参见土力学及地基基础课程）；确定基础底面积；确定基础高度；

25、计算底板配筋；构造处理及绘制施工图。 1 1、构造要求、构造要求基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于2 2。基础的。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于8mm8mm，间距不宜，间距不宜大于大于200mm200mm，也不宜小于，也不宜小于100mm100mm。当基础底面边长大于或等于。当基础底面边长大于或等于2.5m2.5m时，时，底板受力钢筋的长度可取边长的底板受力钢筋的长度可取边长的0.90.9倍，并

26、宜交错布置。倍，并宜交错布置。混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于C15C15。垫层的混。垫层的混凝土强度等级应为凝土强度等级应为C10C10。 杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mmh1+50mm。为了保证预制。为了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度h1h1；h1h1还应满足柱还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑吊装安装时柱的稳定性。内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑吊装安装时柱的稳定性。杯口尺寸：杯口应大于柱截面边长，其顶部每

27、边留出杯口尺寸：杯口应大于柱截面边长，其顶部每边留出75mm75mm，底部每边，底部每边留出留出50mm50mm，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝土。土。杯底厚度：杯底应具有足够的厚度杯底厚度：杯底应具有足够的厚度a1a1，以防预制柱在安装时发生杯，以防预制柱在安装时发生杯底冲切破坏。底冲切破坏。 锥形基础的边缘高度锥形基础的边缘高度: :一般取一般取a2200mma2200mm，且，且a2a1a2a1和和a2hc/4a2hc/4hchc为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，坡为预制柱的截面高度）；当锥形基

28、础的斜坡处为非支模制作时，坡度角不宜大于度角不宜大于250250，最大不得大于，最大不得大于350350。独立基础外形尺寸和配筋构造独立基础外形尺寸和配筋构造对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形或稳定性验算；进行变形或稳定性验算； 当独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度当独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承等级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。载力。 2 2、设计计算、设计计算（一轴心荷载作用下的基础（一轴心荷载作用下的基础 ：在轴心荷载作用下，：在轴心荷载作用下，基

29、础底面的压力为均匀分布，设计时应满足：基础底面的压力为均匀分布，设计时应满足： 轴心受压基础压力分布轴心受压基础压力分布kkkaNGpfA 若基础的埋置深度为若基础的埋置深度为d d，基础及其上填土的平均重基础及其上填土的平均重度为度为 , ,那么那么 ，可得基础底面面积为：可得基础底面面积为： 0k0GdAka0NAfd（9-17）3 3 基础高度验算基础高度验算基础高度按构造要求和抗冲切承载力确定基础高度按构造要求和抗冲切承载力确定 。基础冲切破坏示意图基础冲切破坏示意图)7 . 0(10hbfFmtdl2btmbbbApFsl 对于阶梯形基础，除验算柱边外，在变阶处也应做冲切强度验算。4 4 基础底板配筋基础底板配筋 底板配筋计算的