混凝土结构设计培训课件

1、混凝土结构设计培训课件受弯构件塑性铰和结构内力重分布受弯构件塑性铰和结构内力重分布单向板肋梁楼盖设计单向板肋梁楼盖设计双向板肋梁楼盖设计双向板肋梁楼盖设计单向板与双向板单向板与双向板受弯构件的塑性铰和超静定结构内力重分布受弯构件的塑性铰和超静定结构内力重分布单向板肋梁楼盖设计单向板肋梁楼盖设计1 1 楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一(a) 单向板肋梁楼盖单向板肋梁楼盖(b) 双向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖(c) 无梁楼盖无梁楼盖(d) 密肋楼盖密肋楼盖(e) 井式楼盖井式楼盖(f) 扁梁楼盖扁梁楼盖楼盖结构类型楼盖结构类型 (types of floor sy

2、stems)1 1 楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一2 2 楼盖结构选型楼盖结构选型 按施工方法，混凝土楼盖可分为：按施工方法，混凝土楼盖可分为： 现浇混凝土楼盖现浇混凝土楼盖 装配式混凝土楼盖装配式混凝土楼盖 装配整体式混凝土楼盖装配整体式混凝土楼盖 按结构形式，现浇混凝土楼盖可分为：按结构形式，现浇混凝土楼盖可分为：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 无梁楼盖无梁楼盖 密肋楼盖密肋楼盖 井式楼盖井式楼盖 扁梁楼盖扁梁楼盖混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)(GB 50010-2002)规定：规定：（1

3、） 对两边支承的板，应按单向板计算。对两边支承的板，应按单向板计算。（2） 对于四边支承的板对于四边支承的板 时，应按双向板计算；时，应按双向板计算； 时，宜按双向板计算；按沿短边方向受力的单向板计算时，宜按双向板计算；按沿短边方向受力的单向板计算 时，应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋；时，应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋； 时，可按沿短边方向受力的单向板计算。时，可按沿短边方向受力的单向板计算。 注：注： 长边长度；长边长度； 短边长度短边长度3 3 单向板与双向板单向板与双向板单向板：单向板：荷载作用下，只在一个方向或主要在一个方向弯曲的板。荷载作用下，只在一个方向或主要在一个方向弯曲

4、的板。双向板：双向板：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。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。/2l b 2/3l b/3l b lb4 4 梁、板截面尺寸梁、板截面尺寸 （承载力和刚度）（承载力和刚度） f f构件种类构件种类高跨比（高跨比（ ）备备 注注多跨连续次梁多跨连续次梁多跨连续主梁多跨连续主梁单跨简支梁单跨简支梁1/181/121/141/81/141/8梁的宽高比（梁的宽高比（ ）一般为）一般为1/31/2， 以以50mm为模数为模数单向板单向板简简 支支连连 续续1/351/40最小板厚：最小板厚： 屋屋 面面 板板 60mm 民用建筑楼

5、板民用建筑楼板 70mm 工业建筑楼板工业建筑楼板 80mm双向板双向板四边简支四边简支四边连续四边连续1/451/50高跨比高跨比 中的中的 取短向跨度取短向跨度板厚一般宜为板厚一般宜为80mm 160mm密肋板密肋板单跨简支单跨简支多跨连续多跨连续1/201/25高跨比高跨比 中的中的 为肋高为肋高 板厚：当肋间距板厚：当肋间距700mm， 40mm当肋间距当肋间距700mm， 50mm悬悬 臂臂 板板1/12板的悬臂长度板的悬臂长度500mm， 60mm板的悬臂长度板的悬臂长度500mm， 80mm无梁楼板无梁楼板无柱帽无柱帽有柱帽有柱帽1/301/35h150mm梁、板截面的常用尺寸梁

6、、板截面的常用尺寸 b/h l/h l/h l/b hhhhhhhhhhl5 5 现浇整体式楼盖结构内力分析方法现浇整体式楼盖结构内力分析方法 弹性理论弹性理论 有较大的安全储备。有较大的安全储备。 塑性理论塑性理论 内力分析与截面计算相协调，结果比较经济，但一般内力分析与截面计算相协调，结果比较经济，但一般 情况下结构的裂缝较宽，变形较大情况下结构的裂缝较宽，变形较大。 板和次梁：按塑性理论分析内力板和次梁：按塑性理论分析内力 主主 梁梁 ：按弹性理论分析内力：按弹性理论分析内力 主梁为楼盖中的主要构件，要保证使用中有较好的性能。主梁为楼盖中的主要构件，要保证使用中有较好的性能。现浇钢筋混凝

7、土肋梁楼盖现浇钢筋混凝土肋梁楼盖1 受弯构件的塑性铰受弯构件的塑性铰 （plastic hinge） 塑性铰的形成塑性铰的形成 在钢筋屈服截在钢筋屈服截面，从钢筋屈服面，从钢筋屈服到达到极限承载到达到极限承载力，截面在外弯力，截面在外弯矩增加很小的情矩增加很小的情况下产生很大转况下产生很大转动，表现得犹如动，表现得犹如一个能够转动的一个能够转动的铰，称为铰，称为“塑性塑性铰铰” 。钢筋混凝土受弯构件的钢筋混凝土受弯构件的塑性铰塑性铰1 1 受弯构件的塑性铰受弯构件的塑性铰 塑性转角及塑性铰的转动能力塑性转角及塑性铰的转动能力（plastic rotation capacity）塑性铰转角：塑性

8、铰转角： pypp)(l 塑性铰的转动能力塑性铰的转动能力 ：pyumaxp)(l影响塑性铰转动能力的因素：影响塑性铰转动能力的因素：（1 1）钢筋种类。受拉纵筋采用软钢（）钢筋种类。受拉纵筋采用软钢（HPB235，HRB335，HRB400， RRB400级钢筋）时，级钢筋）时， 较大。较大。（2）受拉纵筋配筋率。受拉纵筋配筋率。 较低时，较低时， 较大。较大。 值直接与塑性铰转动能力值直接与塑性铰转动能力 有关。有关。 （3）混凝土的极限压缩变形。极限压缩变形大，混凝土的极限压缩变形。极限压缩变形大， 较大。混凝土的强度较大。混凝土的强度 等级低，箍筋用量多或受压区纵筋较多时，都能增加混凝

9、土的极限等级低，箍筋用量多或受压区纵筋较多时，都能增加混凝土的极限 压缩变形。压缩变形。pmaxpmaxpmax1 1 受弯构件的塑性铰受弯构件的塑性铰 塑性铰的特点塑性铰的特点 （1） 塑性铰实际上具有一定长度，分析时可认为是一个截面；塑性铰实际上具有一定长度，分析时可认为是一个截面；（2） 塑性铰能承受定值弯矩，即截面的屈服弯矩；塑性铰能承受定值弯矩，即截面的屈服弯矩；（3 3） 对于单筋受弯构件，塑性铰只能单向转动；对于单筋受弯构件，塑性铰只能单向转动；（4 4） 塑性铰的转动能力有限。塑性铰的转动能力有限。 2 2 超静定结构的塑性内力重分布超静定结构的塑性内力重分布塑性内力重分布的过

10、程塑性内力重分布的过程 （以（以矩形等截面两跨连续梁为例）矩形等截面两跨连续梁为例） 两跨连续梁内力变化过程两跨连续梁内力变化过程 2 2 超静定结构的塑性内力重分布超静定结构的塑性内力重分布 两跨连续梁内力变化图两跨连续梁内力变化图第一过程：裂缝出现塑性铰形成以前，原因为裂缝的形成和开展。第一过程：裂缝出现塑性铰形成以前，原因为裂缝的形成和开展。第二过程：第二过程：塑性铰形成以后，原因为塑性铰的转动。塑性铰形成以后，原因为塑性铰的转动。 条件：条件：（1）（2）适筋梁）适筋梁（3）达）达 之前不之前不 发生剪切破坏发生剪切破坏ByBCyAByMMMuM塑性内力重分布的幅度塑性内力重分布的幅度

11、 指截面弹性弯矩与该截面塑性铰所能负担弯矩的差值，通常以指截面弹性弯矩与该截面塑性铰所能负担弯矩的差值，通常以相对值表达相对值表达 ：1yeyyeeeMMMMMMM 塑性内力重分布的设计考虑塑性内力重分布的设计考虑 （1） “充分的内力重分布充分的内力重分布” （2）“不充分的内力重分布不充分的内力重分布”（3）一个截面的屈服并不意味着结构破坏一个截面的屈服并不意味着结构破坏（4） 塑性铰截面不必考虑满足变形连续条件，必须满足平衡条件塑性铰截面不必考虑满足变形连续条件，必须满足平衡条件（5） 一般调整幅度不应超过一般调整幅度不应超过25%25% 2 2 超静定结构的塑性内力重分布超静定结构的塑

12、性内力重分布1 1 单向板肋梁楼盖结构布置单向板肋梁楼盖结构布置 结构布置包括柱网、承重墙、梁和板的布置结构布置包括柱网、承重墙、梁和板的布置 应综合考虑建筑功能、造价及施工条件等，合理确定结构的平面布置。应综合考虑建筑功能、造价及施工条件等，合理确定结构的平面布置。根据工程实践，常用跨度为：根据工程实践，常用跨度为：单向板单向板 ：（：（1.72.5）m 次次 梁梁 ：（：（46）m 主主 梁梁 ：（：（58）m结构平面布置方案结构平面布置方案 (a) 主梁横向布置主梁横向布置(b) 主梁纵向布置主梁纵向布置(c) 只布置次梁只布置次梁单向板肋梁楼盖布置方案单向板肋梁楼盖布置方案计算简图计算

13、简图2 2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力（1） 板板1）计算单元：）计算单元：1m宽板带宽板带2） 荷荷 载载 ：均布荷载：均布荷载3） 连连 续续 梁梁 ：次梁、墙作为板的不动铰支座次梁、墙作为板的不动铰支座 4）计算跨度：）计算跨度：中间跨中间跨 ： 边跨（边支座为砌体墙）：边跨（边支座为砌体墙）： 通常通常a a为为120mm c0ll 2222nn0balbhll（2） 次梁次梁 1）荷载范围）荷载范围 ：次梁左右各半跨板次梁左右各半跨板 2） 荷荷 载载 ：均布荷载：均布荷载 恒载：次梁左右各半跨板自重、次梁自重恒载：次梁左右各半跨

14、板自重、次梁自重 活载：次梁左右各半跨板上活载活载：次梁左右各半跨板上活载 2 2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力 3） 连连 续续 梁梁 ： 时，时，认为主梁是次梁的不动铰支座，否则认为主梁是次梁的不动铰支座，否则应取交叉梁系进行分析应取交叉梁系进行分析 4）计算跨度：）计算跨度：中间跨中间跨 ： 边跨（边支座为砌体墙）：边跨（边支座为砌体墙）： 通常通常a a为为240mm8ii主次（3） 主梁主梁222025. 1nn0balbllc0ll 1）荷载范围）荷载范围 ：主梁左右各半个主梁间距：主梁左右各半个主梁间距，次梁左右各半个次梁间距，

15、次梁左右各半个次梁间距 2） 荷荷 载载 ：集中集中荷载荷载 3） 连连 续续 梁梁 ：当：当 较小，可将柱作为主梁的不动铰支座较小，可将柱作为主梁的不动铰支座 框框 架架 ： 时，时，应考虑柱对主梁的转动约束作用应考虑柱对主梁的转动约束作用 4）计算跨度）计算跨度 ：与次梁相同，通常与次梁相同，通常a a为为370mm 柱i()()3iiii左梁右梁上柱下柱)2 2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力2 2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力连续梁、板的计算跨度连续梁、板的计算跨度(a) 边跨边跨(a

16、) 中间跨中间跨板和次梁的折算荷载板和次梁的折算荷载 为了考虑次梁或主梁的抗扭刚度对内力的影响，采用增大恒载，减为了考虑次梁或主梁的抗扭刚度对内力的影响，采用增大恒载，减小活载的办法，即：小活载的办法，即： 板板次梁次梁qgg21qq2114ggq 34qq 次梁次梁抗扭刚度对板的影响抗扭刚度对板的影响2 2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力活荷载不利布置规律：活荷载不利布置规律：（1 1）求某跨跨中）求某跨跨中 ，该跨布置活荷载，然后隔跨布置，该跨布置活荷载，然后隔跨布置（2 2）求某跨跨中）求某跨跨中 或或 ，左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置

17、，左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置（3 3）求某支座）求某支座 ，该支座左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置，该支座左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置（4 4）求某支座）求某支座 ，与（，与（3 3）相同）相同 maxMminMmaxMmaxMmaxV连续梁的实际跨数连续梁的实际跨数 5跨时：按跨时：按5跨计算跨计算 实际跨数实际跨数150mm时，不宜大于时，不宜大于1.5h，且不宜大于，且不宜大于250mm 弯弯 起起 式式锚固好锚固好 ，整体性好，整体性好 ，节约钢筋，施工复杂，节约钢筋，施工复杂分分 离离 式式锚固较差锚固较差 ，用钢量稍高，但施工方便，用钢量稍高，但施工方便钢筋弯钩钢筋弯钩板

18、底钢筋：半圆弯钩，上部负弯矩钢筋：直钩板底钢筋：半圆弯钩，上部负弯矩钢筋：直钩弯起、截断弯起、截断一般按构造处理一般按构造处理板相邻跨度相差超过板相邻跨度相差超过20%或各跨荷载相差较大时，应按或各跨荷载相差较大时，应按弯矩包络图确定弯矩包络图确定 4 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求板中受力钢筋配筋构造板中受力钢筋配筋构造连续板受力钢筋两种配置方式连续板受力钢筋两种配置方式4 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求2）构造钢筋构造钢筋: : 包括包括分布钢筋、嵌入承重墙内的板面构造钢筋、分布钢筋、嵌入承重墙内的板面构造钢筋、

19、垂直于梁肋的板面构造钢筋、板的温度收缩钢筋垂直于梁肋的板面构造钢筋、板的温度收缩钢筋 板中分布钢筋构造要求板中分布钢筋构造要求 位位 置置与受力钢筋垂直，均匀布置于受力钢筋的内侧与受力钢筋垂直，均匀布置于受力钢筋的内侧作作 用用浇筑混凝土时固定受力钢筋的位置浇筑混凝土时固定受力钢筋的位置抵抗收缩和温度变化产生的内力抵抗收缩和温度变化产生的内力承担并分布板上局部荷载产生的内力承担并分布板上局部荷载产生的内力 直直 径径不宜小于不宜小于6mm间间 距距不宜大于不宜大于250mm数数 量量单向板中单位长度上的分布钢筋，截面面积不单向板中单位长度上的分布钢筋，截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积

20、的宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%，且不宜小于该方向板截面面积的且不宜小于该方向板截面面积的0.15% 4 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求嵌入承重墙内的板面构造钢筋嵌入承重墙内的板面构造钢筋垂直于梁肋的板面构造钢筋垂直于梁肋的板面构造钢筋板嵌入承重墙时的板面裂缝分布板嵌入承重墙时的板面裂缝分布4 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求次梁次梁 （1）正截面受弯承载力计算）正截面受弯承载力计算 （2）斜截面受剪承载力计算斜截面受剪承载力计算 （3）受力钢筋的弯起和截断受力钢筋的弯起和截断 次梁的配筋构造次梁的配筋构造4

21、4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求主梁主梁 （1）正截面受弯承载力计算）正截面受弯承载力计算 （2）斜截面受剪承载力计算斜截面受剪承载力计算 （3）受力钢筋的弯起和截断受力钢筋的弯起和截断 （按弯矩包络图确定）（按弯矩包络图确定） （4）附加横向钢筋附加横向钢筋附加箍筋（优先采用）或附加箍筋（优先采用）或 附加吊筋附加吊筋 主梁支座处的截面有效高度主梁支座处的截面有效高度sinyvsvfFA 4 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求附加横向钢筋布置附加横向钢筋布置4 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求单向板肋梁楼盖配筋计算及构

22、造要求 单块矩形双向板（单区格双向板）单块矩形双向板（单区格双向板） 均布荷载作用下，按附表均布荷载作用下，按附表2计算板的弯矩：计算板的弯矩： m = 表中弯矩系数表中弯矩系数pl2 多跨连续双向板（多区格双向板）多跨连续双向板（多区格双向板） （1）板跨中最大正弯矩计算（活荷载板跨中最大正弯矩计算（活荷载棋盘式布置棋盘式布置 ） 分为两种荷载情况：满布同向荷载分为两种荷载情况：满布同向荷载 满布反向荷载满布反向荷载 （2）支座处板最大负弯矩计算（活荷载近似按满布）支座处板最大负弯矩计算（活荷载近似按满布）1 1 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力棋盘式

23、荷载布置棋盘式荷载布置1 1 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力 双向板楼盖支承梁内力计算双向板楼盖支承梁内力计算 连续双向板支承梁计算简图连续双向板支承梁计算简图1 1 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力2 2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析钢筋混凝土双向板极限承载力分析 试验研究试验研究 弹性弹性 开裂开裂 与裂缝相交的钢筋屈服与裂缝相交的钢筋屈服 形成机构形成机构 双向板破坏时的裂缝分布双向板破坏时的裂缝分布 塑性铰线及其确定塑性铰线及其确定 板中连续的一些截面均出现塑性铰，连在一起称为塑性铰线板中连续的一些截面

24、均出现塑性铰，连在一起称为塑性铰线 板的极限荷载：当板中出现足够数量的塑性铰线后，板成为机板的极限荷载：当板中出现足够数量的塑性铰线后，板成为机 动体系，达到其承载能力极限状态而破坏，这时板所承受的荷动体系，达到其承载能力极限状态而破坏，这时板所承受的荷 载为板的极限荷载载为板的极限荷载 板中塑性铰线的分布形式与以下因素有关：板中塑性铰线的分布形式与以下因素有关：板的平面形状板的平面形状周边支承条件周边支承条件两方向跨中、支座的配筋量两方向跨中、支座的配筋量荷载类型等荷载类型等2 2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析钢筋混凝土双向板极限承载力分析均匀受荷双向板破坏机构示例均匀受荷双向板破坏机构示

25、例2 2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析钢筋混凝土双向板极限承载力分析 结构极限承载力分析的基本原理结构极限承载力分析的基本原理 （1）极限分析须满足的三个条件）极限分析须满足的三个条件 : 极限条件极限条件 机动条件机动条件 平衡条件平衡条件 （2）极限分析的具体解法极限分析的具体解法 : 上限解法（满足机动条件及平衡条件）：上限解法（满足机动条件及平衡条件）： 1） 机动法或功能法机动法或功能法利用功能方程求解利用功能方程求解 2） 极限平衡法极限平衡法直接建立平衡方程求解直接建立平衡方程求解 下限解法（满足极限条件及平衡条件下限解法（满足极限条件及平衡条件）：）： 1）直接选取弯矩分布方

26、程）直接选取弯矩分布方程 2）板带法）板带法 2 2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析钢筋混凝土双向板极限承载力分析（3）极限分析：结构构件的截面尺寸、材料强度等已定，求结构极限分析：结构构件的截面尺寸、材料强度等已定，求结构 所能负担的极限荷载值所能负担的极限荷载值 极限设计：结构上所作用的荷载值已知，根据荷载作用下的结极限设计：结构上所作用的荷载值已知，根据荷载作用下的结 构内力值，确定结构构件的截面尺寸及材料强度等构内力值，确定结构构件的截面尺寸及材料强度等 极限条件极限条件 平衡条件平衡条件 机动条件机动条件 下限解法下限解法 真实解真实解 上限解法上限解法找多种内力场，取其中最大荷载找多种内力场，取其中最大荷载 找多种破坏机构，取其中最小荷载找多种破坏机构，取其中最小荷载（不满足极限条件）（不满足极限条件）（未破坏）（未破坏）2 2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析钢筋混凝土双向板极限承载力分析3 3 双向板肋梁楼盖按塑性理论计算双向板肋梁楼盖按塑性理论计算 （1）将楼盖划分为不同的双向板曲格）将楼盖划分为不同的双向板曲格（2）从中央区格开始，确定荷载）从中央区格开始，确定荷载 ，选定，选定 和和 各值，求出各值，求出 该区格板的跨中弯矩该区格板的跨中弯矩 、 以及支座弯矩以及支座弯矩（3）将支座弯矩值作为相邻区格板的共界弯矩值，