楼盖结构设计.ppt

1、a,1,本章重点,第11章 楼盖结构设计,a,2,11.1.1 楼盖分类 组成：梁+板，可有板无梁。 形式：楼盖、屋盖、阳台、雨篷、楼梯、片筏基础等。,11.1,第11章 楼盖结构设计,a,3,密肋楼盖,井式楼盖,扁梁楼盖,第11章 楼盖结构设计,a,4,按施工方法分类 装配式：预制板+现浇（或预制）梁。 装配整体式：预制楼面上做刚性面层。 刚性面层： 40 mm混凝土层，内配钢筋网。 现浇式：板与梁钢筋交织，混凝土同时浇捣。这是本章学习的重点。 现浇式钢筋混凝土楼（屋）盖分类,第11章 楼盖结构设计,a,5,单向板肋形楼盖,l2 / l1 3时按单向板设计,第11章 楼盖结构设计,a,6,第

2、11章 楼盖结构设计,a,7,第11章 楼盖结构设计,a,8,井式,第11章 楼盖结构设计,a,9,无梁楼盖,无 梁 楼 盖,第11章 楼盖结构设计,a,10,11.1.2 楼盖结构布置,(a) 主梁横向布置,(b) 主梁纵向布置,(c) 只布置次梁,单向板肋梁楼盖布置方案,结构平面布置方案,第11章 楼盖结构设计,a,11,结构布置方法：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。根据工程实践，常用跨度为：,第11章 楼盖结构设计,a,12,11.1.3 楼盖设计中的注意事项 （1）楼盖结构体系的选择 建筑物的用途和要求，结构的平面尺寸（柱

3、网布置）是确定楼盖结构体系的主要依据。 （2）结构计算模型的确定 将实际的建筑结构抽象为可以进行分析计算的力学 模型，是结构设计的重要任务。 （3）梁板构件截面尺寸的确定 板的尺寸确定首先应满足规范规定的最小厚度要求，其次尚应满足一定的高跨比要求。,第11章 楼盖结构设计,a,13,（4）楼盖结构的设计步骤 结构布置 建立计算模型，画出计算简图 荷载分析计算 结构及构件内力分析计算 构件截面设计 施工图设计,第11章 楼盖结构设计,a,14,1 单向板与双向板的概念 对两边支承的板，应按单向板计算。 2 单向板肋梁楼盖的设计步骤 1）进行结构布置，并初步拟定板厚和主次梁的截面尺寸； 2）进行荷

4、载计算； 3）确定板梁的计算简图； 4）进行板、次梁、主梁的内力计算； 5）进行板、次梁、主梁的截面配筋计算； 6）按配筋计算和构造要求绘制结构施工图。,11.2.1连续梁，板按弹性理论的内力计算,第11章 楼盖结构设计,a,15,第11章 楼盖结构设计,a,16,现浇钢筋混凝土板的最小厚度（mm）,第11章 楼盖结构设计,a,17,结构平面布置方案,在进行楼盖结构的平面布置使，应注意以下问题： 1）梁格应尽可能布置得规整、统一，减少梁板跨度的变化，尽量统一梁、板的截面尺寸，以简化设计、方便施工，获得良好的经济效果和建筑效果。 2）受力合理。,第11章 楼盖结构设计,a,18,4 荷载,(1)

5、 恒载：自重、粉灰重等。,恒载标准值体积材料自重,常用的材料和构件自重见建筑结构荷载规范。,(2) 活荷载：人群、家具、风荷载、雪荷载、屋面活荷载等。,民用建筑楼面活载标准值见建筑结构荷载规范。 板和次梁一般以均布荷载为主。 承载力计算荷载用设计值，要将荷载标准值乘以荷载分项系数G 或Q 。 对于标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构，Q=1.3。,第11章 楼盖结构设计,a,19,5 计算简图,荷载分配时不考虑结构的连续性,第11章 楼盖结构设计,a,20,计算单元 支承条件,当板的支座为次梁，次梁的支座为主梁时，次梁对板、主梁对次梁具有一定的嵌固作用，为简化计算通常假定其为铰支座，由此引

6、起的误差通过折算荷载的办法予以调整。,第11章 楼盖结构设计,a,21,次梁抗扭刚度对板的约束影响,考虑主梁对次梁、次梁的抗扭刚度对板的约束影响。,当梁板直接搁置在砖墙或砖柱上时，按实际恒载和实际活载计算。,第11章 楼盖结构设计,a,22,计算跨数 相邻两跨跨长相差10时，按等跨计算。五跨以上按五跨计算（刚度、荷载以及支承条件相同）。小于5跨按实际跨数考虑。,计算跨度,连续梁、板的计算跨度,第11章 楼盖结构设计,a,23,第11章 楼盖结构设计,a,24,6 按弹性理论方法计算内力,内力按结构力学方法计算。内力要根据荷载最不利布置组合计算。,恒载一次布置，活载分跨布置再组合,1. 活荷载的

7、最不利组合,第11章 楼盖结构设计,a,25,活荷载在不同跨间时的弯矩图和剪力图,第11章 楼盖结构设计,a,26,活荷载不利布置规律： （1）求某跨跨中 +Mmax ，该跨布置活荷载，然后隔跨布置； （2）求某跨跨中 +Mmin 或 -Mmax ，左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置； （3）求某支座 -Mmax ，该支座左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置； （4）求某支座 Vmax ，与（3）相同。,第11章 楼盖结构设计,a,27,2. 内力计算,连续梁在各种荷载作用下，可按一般结构力学方法计算内力。 对于等跨连续梁（或连续梁各跨跨度相差不超过10%），可由附表14查出相应的内力系数，利用下列

8、公式计算跨内或支座截面的最大内力。,在均布及三角形荷载作用下：,在集中荷载作用下：,第11章 楼盖结构设计,a,28,3. 内力包络图,由内力叠合图形的外包线构成，它反映出各截面可能产生的最大内力值，是设计时选择截面和布置钢筋的依据。,（a）弯矩包络图 （b）剪力包络图,第11章 楼盖结构设计,a,29,4. 支座截面内力的计算,配筋计算方法按混凝土结构设计原理有关章节进行。配筋时用的弯矩和剪力值按如下方法确定：,均布荷载作用,集中荷载作用,第11章 楼盖结构设计,a,30,11.2.2 连续梁，板考虑内力重分布的计算,计算单元及荷载 (1) 计算单元：与弹性方法相同。 (2) 计算跨度：,(

9、3) 荷载：用实际恒载与实际活载。,第11章 楼盖结构设计,a,31,1. 钢筋混凝土受弯构件的塑性铰,混凝土开裂后，截面的应力分布发生了变化，称应力发生了重分布。钢筋屈服后，在荷载无明显增加的情况下，截面的变形可以急剧增大，称出现了“塑性铰”。,第11章 楼盖结构设计,a,32,式中， 为极限曲率； 为屈服曲率；lp为塑性铰的 等效长度。,塑性铰与普通铰的区别是： (a) 塑性铰是单向铰，只能沿Mu方向转动； (b) 塑性铰可以传递弯矩, MMu ； (c)理想铰集中于一点，而塑性铰则有一定的长度。,塑性铰可分为拉铰（受拉钢筋屈服）和压铰（受拉 钢筋不屈服），拉铰转动量大于压铰。,第11章

10、楼盖结构设计,a,33,2. 超静定结构的塑性内力重分布,超静定结构中，某一截面由于裂缝出现、钢筋与混凝土粘结破坏、钢筋屈服等原因，使截面内力分布与按弹性理论分析时有所不同的现象，称为出现了内力重分布。,超静定结构才有内力重分布，静定结构只有应力重分布。,第11章 楼盖结构设计,a,34,塑性内力重分布的定义： 钢筋混凝土超静定结构在弹性工作阶段的内力分布是由各截面弹性刚度确定，而构件开裂之后，裂缝截面的刚度将小于未开裂截面，各截面间内力分布不同于弹性工作阶段，尤其当内力最大的截面出现塑性铰后，结构的计算简图也将改变，各截面内力间的关系改变得更大，即在钢筋混凝土超静定结构中，由于构件开裂以及塑

11、性铰的出现，结构的内力分布状态与弹性阶段相比有较大的不同，这种现象称为塑性内力重分布。,第11章 楼盖结构设计,a,35,第11章 楼盖结构设计,a,36,关于塑性内力重分布的几点结论： 1）对弹塑性材料制成的超静定结构来说，到达承载力极限状态的标志并不是某一截面的内力达到其极限承载力，而是形成破坏机构。 2）在塑性铰出现之后的加载过程中，结构的内力经历了一个重新分布的过程，这个过程称为“塑性内力重分布”。（注意计算简图的改变） 3）弹塑性材料的超静定结构从出现塑性铰至形成破坏机构之间，其承载力还有相当的储备。如果在设计中利用这部分强度储备，就可以节省材料，提高经济效益。 4）塑性铰出现的位置

12、、次序及内力重分布程度可以根据需要人为地控制。 5）梁在产生塑性内力重分布以后，由于塑性铰截面转动，梁的变形及塑性铰区各截面的裂缝开展都较大，所以要控制塑性内力重分布的程度，应保证变形和裂缝宽度满足正常的使用。,第11章 楼盖结构设计,a,37,内力重分布使弹性计算中弯矩最大截面内力减少，弯矩较小截面的内力增大，相当于弯矩调幅。由于塑性铰的转动是有限的，因此调幅量也有限。,3. 连续梁、板按考虑塑性内力重分布的内力计算 (弯矩调幅法),钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程(CECS51:93)规定：调幅系数一般为0.2，且不宜超过0.25。,第11章 楼盖结构设计,a,38,截面弯矩调

13、整的幅度：,对结构的弹性弯矩值和剪力值进行适当的调整，用以考虑结构因非弹性变形所引起的内力重分布。,应用弯矩调幅法应遵循以下规定：,（1）纵筋：HPB300、HRB335、HRB400、RRB400；混凝土：C20C45 （2）一般不宜超过0.25 （3） 不应超过 ，不宜小于 （4）调整后的结构内力必须满足静力平衡条件： 连续梁、板各控制截面的弯矩值不宜小于简支梁弯矩值的1/3,弯矩调幅法的概念及注意事项：,第11章 楼盖结构设计,a,39,（5）应在可能产生塑性铰的区段适当增加箍筋数量 受剪配箍率：（防斜拉） （6）必须满足正常使用阶段变形及裂缝宽度的要求，在使用阶段不应出现塑性铰,弯矩调

14、幅法计算步骤,(1) 按弹性分析方法计算内力，按活载最不利分布进行内力组合得出最不利弯矩图； (2) 按CECS51:93要求对支座弯矩调幅； (3) 计算支座弯矩调幅后相应的跨中弯矩值，且比弯矩值不得小于弹性弯矩值。,第11章 楼盖结构设计,a,40,可按荷载最不利布置，根据调整后的支座弯矩用静力平衡条件计算；也可近似取用考虑荷载最不利布置按弹性方法算得的剪力值。,连续梁各控制截面的剪力设计值,等跨连续梁板内力计算,(1) 等跨连续梁,式中： 、 分别为等跨连续梁的弯矩系数和剪力系数,(2) 等跨连续板,式中： 为等跨连续板的弯矩系数,第11章 楼盖结构设计,a,41,表11.1 连续梁和连

15、续单向板的弯矩计算系数,第11章 楼盖结构设计,a,42,表11.2 连续梁的剪力计算系数,第11章 楼盖结构设计,a,43,按塑性理论计算内力中两个问题的说明： （1）荷载及内力 次梁对板、主梁对次梁的转动约束作用，以及活荷载的不利布置等因素，在按弯矩调幅法分析结构时均已考虑 。 （2）适用范围 塑性理论方法不适用于下列情况: 1）直接承受动力荷载作用的结构； 2）轻质混凝土结构及其他特种混凝土结构； 3）受侵蚀性气体或液体严重作用的结构（使用阶段不允 许出现裂缝或对裂缝开展有严格限制的结构）； 4）预应力混凝土结构和二次受力的叠合结构； 5）处于重要部位而又要求有较大强度储备的构件。,第1

16、1章 楼盖结构设计,a,44,按照混凝土结构设计原理所介绍的方法计算受力纵筋，受力纵筋沿短跨方向布置。 一般不验算斜截面承载力。 四周与梁整体连接的单向板，由于拱效应使板中 各计算截面弯矩减少，中间跨的跨中截面和中间支座计算弯矩都按减少20计算，其他截面不减少。,11.2.3 截面设计与构造,(1) 配筋计算特点,1. 板,第11章 楼盖结构设计,a,45,(2) 构造要求,板厚宜尽量薄一些，但不得小于最小厚度。 板的支承长度应满足受力钢筋在支座内的锚固要求，且一般不小于板厚，同时在砌体上的支承长度不应小于120 mm，在混凝土构件上的支承长度不应小于100mm。 受力钢筋一般用HPB300或

17、HRB335级钢筋，直径常用8 mm、10mm，12mm，而且板面负筋得直径一般不小于8mm，70 mm 间距200 mm。 受力钢筋可用弯起式或分离式。当板中承受较大的动荷载作用时不宜采用分离式配筋。,第11章 楼盖结构设计,a,46,分布筋与受力筋方向垂直，每米不小于4根，直径常为8 mm，且截面面积不小于受力钢筋截面面积的15。 嵌入墙内的板，其板面应配附加钢筋。 垂直于主梁的板面应设附加钢筋。,第11章 楼盖结构设计,a,47,板中受力钢筋配筋构造,第11章 楼盖结构设计,a,48,连续板受力钢筋两种配置方式,第11章 楼盖结构设计,a,49,构造钢筋: 包括分布钢筋、嵌入承重墙内的板

18、面构造钢筋、 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,第11章 楼盖结构设计,a,50,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,板嵌入承重墙时的板面裂缝分布,第11章 楼盖结构设计,a,51,板的配筋图,第11章 楼盖结构设计,a,52,2. 次梁,(1) 配筋计算特点 可采用考虑塑性内力重分布的方法计算。 跨中按T形截面计算，支座按矩形截面计算。 正截面、斜截面按混凝土结构设计原理计算。 当考虑塑性内力重分布时，为防止过早出现斜截面破坏，可将计算得到的箍筋用量提高20%。,(2) 构造要求 受力钢筋的弯起和切断原则上应按弯矩包络图确定。 对于跨度相差不

19、超过20、承受均布荷载的次梁，当q/g 3时，可按等跨连续梁计算。,第11章 楼盖结构设计,a,53,次梁的配筋构造,锚固长度：钢筋伸进支座或在连续梁中承担负弯矩的上部钢筋在跨中截断时，需要延伸一定的长度，即锚固长度。,第11章 楼盖结构设计,a,54,次梁斜截面强度计算,第11章 楼盖结构设计,a,55,3. 主梁,(1) 计算特点 一般不考虑塑性内力重分布。 主梁以承受次梁传来的集中荷载为主，为简化计算，可将自重也折算成集中荷载计算。,跨中按T形截面计算，支座按矩形截面计算。 主梁支座处截面有效高度按下图确定。,第11章 楼盖结构设计,a,56,(2) 构造要求 主梁受力钢筋的切断位置要按

20、弯矩包络图确定。 次梁与主梁相交处应设附加钢箍或吊筋。,第11章 楼盖结构设计,a,57,第11章 楼盖结构设计,a,58,受弯构件受压区有效翼缘计算宽度,第11章 楼盖结构设计,a,59,第11章 楼盖结构设计,a,60,11.3.1 双向板的受力特点,双向板破坏时的裂缝分布,第11章 楼盖结构设计,a,61,11.3.2 双向板按弹性理论的内力计算,第11章 楼盖结构设计,a,62,式中，弯矩系数和挠度系数的取值对常见的六种情况 可查教材附表，对其他支承情况可查设计手册。,单位板宽内弯矩和挠度计算方法：,第11章 楼盖结构设计,a,63,式中， mx和my仍按表计算。,2、多区格双向板的内

21、力计算 (1) 计算跨中最大弯矩 求区格A时：A区格活载满布，然后跨区格布置活载。,第11章 楼盖结构设计,a,64,棋盘式荷载布置,对称荷载,反对称荷载,第11章 楼盖结构设计,a,65,活载最不利布置方法 当求某一区格跨中最大弯矩时，在该区格及其前后左 右每隔一区格应布置活荷载，即呈棋盘式布置。,支承条件 g+q/2荷载作用下，各中间支座可视为固支。若A区格为 边区格，则边支座有边梁时为固支，无边梁时为简支。 在q/2荷载作用下，中间各支座可视为简支。若A区格为 边区格，则边支座有边梁时为固支，无边梁时为简支。,内力计算 a. 先求A区格在g+q/2荷载作用下的跨中弯矩，按四边固支条件查单

22、区格板的表。,第11章 楼盖结构设计,a,66,b. 在求A区格在q/2荷载作用下的跨中弯矩，按四边铰支条件查单区格板的表。 c. 将a 、b计算结果叠加得最后结构。 跨中最大挠度也按上述方法计算。,(2) 计算支座最大弯矩 活载最不利布置方法 为简化计算，假定各区格均布满活载。 支承条件 中间支座均为固支，边支座按实际支座情况而定。 内力计算 a. 根据支承情况和g+q的荷载查单区格板的表格 计算相应的支座弯矩。,第11章 楼盖结构设计,a,67,b. 由以上讨论可见，虽然是多区格双向板，计算时仍是 一个区格、一个区格地单独计算。 c. 计算可从较大的区格开始，当相邻两跨所求得的同一支座的弯

23、矩不等时，选较大者配筋。,(3) 支座梁内力计算,荷载分配 由每区格四角按45对角线将区格划分为四块，每块上的恒载和活载传递给相邻的支承梁。不考虑板的连续性。,第11章 楼盖结构设计,a,68,内力 a. 三角形荷载作用下的内力化为等效均布荷载计算。 b. 梯形荷载作用下的内力可先按固端弯矩相等的条件换算成等效均布荷载。 c. 三角形荷载也可换算成等效均布荷载计算。,梯形荷载,三角形荷载,第11章 楼盖结构设计,a,69,按塑性理论计算双向板内力的常用方法有塑性铰线法和板带法两种 (1)塑性铰线的确定 1)将破坏时，塑性铰线发生在弯矩最大处； 2)分布荷载下，塑性铰线是直线； 3)双向板被塑性

24、铰线分成若干节板，节板的变形远小于塑性铰线的变形，故可将节板视为 刚性板，整个板的变形都集中在塑性铰线上。 4)板的破坏图式可能不止一个，在所有的可能破坏图式中，最危险的是相应于极限荷载为最小的塑性铰线。 5)负塑性铰线发生在固定边界即负弯矩处，两相邻节板间的正塑性铰线通过它们旋转轴的交点。 6)塑性铰线上的扭矩与剪力均极小，可认为等于零。,11.3.3按塑性理论计算双向板内力,第11章 楼盖结构设计,a,70,（2）常见的双向板的破坏图式,第11章 楼盖结构设计,a,71,（3）均布荷载下连续双向板按塑性铰线法的设计,1）基本计算公式 2）设计方法 计算出短跨和长跨的计算跨度。 取总的均布荷

25、载。 计算首先从中间区格板开始，即根据上节的方法由基本公式求出，再根据指定的关系求出其它各弯矩设计值。中间区格板计算中求出的各支座弯矩值，作为计算相邻区格板的已知支座弯矩值。,第11章 楼盖结构设计,a,72,（4）其他破坏图式的防止,避免倒幕式破坏图式,第11章 楼盖结构设计,a,73,避免正幕式破坏图式,第11章 楼盖结构设计,a,74,11.3.4 双向板的截面设计与构造要求,1. 截面设计,(1) 对四边都与梁整体浇接的板，考虑拱效应，其弯矩设计值可按下列情况予以减少： 中间区格板的支座及跨内截面减少20。 边区格板的跨内截面及第一内支座处截面：当lb / l 1.5时，减少20；当1

26、.5 lb / l 2.0时，减少10。 式中l为垂直于楼板边缘方向板的计算跨度； lb为沿楼板边缘方向板的计算跨度。 角区格板截面弯矩值不予折减。,第11章 楼盖结构设计,a,75,(2) 截面有效高度,(3) 配筋计算：单位宽度内所需钢筋，,第11章 楼盖结构设计,a,76,（1）板厚 80160 mm，简支板h/l01 1/45；连续梁h/l01 1/50（ l01为短跨跨长 ）。,2. 构造要求,（2）钢筋的配置 短跨方向钢筋放在外边，长跨方向放在里面。 可将每一方向分成板带，两个方向的边缘板带宽度均为l01 /4 。边缘板带单位宽度范围内的配筋等于中间板带单位宽度范围的一半。 支座上

27、承受负弯矩的钢筋按计算确定，沿支座均匀配置，伸入支座长不小于l01 /4 。,第11章 楼盖结构设计,a,77,中间板带与边板带的正弯矩钢筋配置,第11章 楼盖结构设计,a,78,11.4,无梁楼盖,11.4.1 无梁楼盖的受力特点和实验结果,无梁楼板及板的划分,第11章 楼盖结构设计,a,79,受力特点 无梁楼盖为四点支承的双向板，在均布荷载作用下，它 的弹性变形曲线如图 无梁楼板的弹性变形曲线,实验结果 在均布荷载作用下，无梁楼板在开裂前，处于弹性工作阶段 随着荷载增加，裂缝首先在柱帽顶部出现，随后不断发展 在跨中中部1/3跨度处，相继出现成批的板底裂缝，这些裂缝相互正交，且平行于柱列轴线

28、,第11章 楼盖结构设计,a,80,无梁楼盖按弹性理论计算有精确计算法、经验系数法和等代框架法等 经验系数法 无梁楼盖的布置必须满足下列条件： 每个方向至少应有三个连续跨； 同一方向各跨跨度相差不超过20%；边跨的跨度不大于其相邻的内跨； 区格为矩形，任一区格板的长边与短边之比值lx/ly2； 可变荷载和永久荷载之比值q/g3。 为保证无梁楼盖结构体系不承受水平荷载（如风力、地震作用），应在该结构体系中设置抗侧力支撑或剪力墙。,11.4.2 无梁楼盖的内力计算 无梁楼盖计算方法有按弹性理论和塑性铰线法两种计算方法,第11章 楼盖结构设计,a,81,按塑性理论计算,无梁楼板的塑性绞线分布,第11

29、章 楼盖结构设计,a,82,不同类型柱帽的配筋构造要求,第11章 楼盖结构设计,a,83,11.4.3 柱帽设计,柱帽的主要形式,第11章 楼盖结构设计,a,84,板受冲切承载力计算,冲切破坏时，形成破坏锥体的锥面与平板面大致成45倾角； 受冲切承载力与混凝土轴向抗拉强度、局部荷载的周边长度（柱或柱帽周长）及板纵横两个方向的配筋率（仅对不太高的配筋率而言），均大体呈线性关系；与板厚大体呈抛物线关系； 具有弯起钢筋和箍筋的平板，可以大大提高受冲切承载力。,第11章 楼盖结构设计,a,85,冲切承载力计算公式,柱配筋构造要求,第11章 楼盖结构设计,a,86,截面的弯矩设计值 当竖向荷载作用时，有柱帽的无梁楼板内跨，具有明显的拱作用，截面的弯矩设计值可以适当折减。除边跨及边支座外，所有其余部位截面的弯矩设计值均可按内力分析得到的弯矩乘以0.8。 板的厚度 板的厚度不应小于150mm。 有帽顶板时，h/l021/35； 无帽顶板时，h/l021/32；无柱帽时，柱上板带可适当加厚，加厚部分的宽度可取相应跨度的0.3倍。,11.4.4无梁楼盖的截面设计与构造,第11章 楼盖结构设计,a,87,板的配筋,无梁楼板的配筋构造