楼盖设计概述.ppt

1、梁板结构是土木工程中常见的结构形式,5.3 楼 盖设计,按施工方法，混凝土楼盖可分为： 现浇混凝土楼盖 装配式混凝土楼盖 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：单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖 无梁楼盖 密肋楼盖 井式楼盖 扁梁楼盖,一、楼盖的结构类型,按预加应力情况，钢筋混凝土楼盖可分为普通钢筋混凝土楼盖、预应力混凝土楼盖。,(a) 单向板肋梁楼盖,(b) 双向板肋梁楼盖,(c) 无梁楼盖,(d) 密肋楼盖,(e) 井式楼盖,(f) 扁梁楼盖,楼盖结构类型 (types of floor systems),（无梁）密肋楼盖,密肋楼盖,密肋楼盖由薄板和间距较小的肋梁组成。由于梁

2、肋的间距小，板厚很小，梁高也较肋梁楼盖小，所以结构自重较轻，造价也较低。近年来双向密肋楼盖采用预制塑料模壳，克服了支模复杂的缺点，因而其应用增加。,楼梯,雨蓬,地下室底板,挡土墙, 板宽 常用500、600、900、1200mm，当施工条件许可时，宜用宽板。,装配式楼盖,方孔空心板,长孔空心板,夹心板,正槽形板,倒槽形板,加气配筋板,实心平板,倒T形梁,十字形梁,花篮形梁,T形梁, 板厚 实心板：h = l / 30（l 为板跨），常用 6080mm； 空心板：h = l / 30 l / 35，常用120、180、240mm。, 标注尺寸与实际尺寸 板实宽比标宽略小，板间有1020mm缝隙；

3、板标 长取开间或进深尺寸，实长按具体搁置情况定。,二、 单向板与双向板,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。 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。,单向板和双向板划分的依据是什么？,单向板和双向板划分的依据是什么？,四边支承板,当板的长跨l2与短跨l1之比大于3时，板面荷载沿长跨方向的传递可以忽略，可按沿短跨方向传递考虑。 此时除四个板角和短边支座附近，板的大部分区域呈现单向弯曲。,在设计中，对l2/l13的板按单向板计算，而忽略长跨方向的弯矩，仅通过长跨方向配置必要的构造钢筋予以考虑； 对l2/l12的板按双向板计算； 当2l2/l13时，宜

4、按双向板计算，如按单向板计算，则需注意在长跨方向配置足够的构造钢筋。 两对边支承的板应按单向板计算。,（3）垂直于受力钢筋的方向应布置分布钢筋,作用：以便将荷载均匀地传递给受力钢筋，并便于在施工中固定受力钢筋的位置，同时也可抵抗温度变化和混凝土收缩等产生的应力 。,直径一般不小于6mm，间距不宜大于250mm；单位宽度上的配筋不宜小于受力钢筋的15%，且配筋率不宜小于0.15%。在温度、收缩应力较大的现浇板区域，应在板表面双向布置防裂钢筋，配筋率不宜小于0.10%，间距不宜大于200mm。,现浇单向板肋梁楼盖的设计步骤： （1）结构平面布置图，并初步确定板、梁的截面尺寸； （2）确定楼板、主次

5、梁的计算简图； （3）构件内力分析； （4）截面配筋和构造要求； （5）绘制（结构）施工图。,三、 现浇单向板肋梁楼盖的设计,（一） 结构平面布置,对结构平面进行合理的布置，即根据使用要求，在经济合理、施工方便前提下，合理地布置板与梁的位置、方向和尺寸，布置柱的位置和柱网尺寸等。,肋形楼盖的结构布置包括柱网布置、主梁布置、次梁布置,柱网布置决定了主梁的跨度 主梁布置决定了次梁的跨度 次梁布置决定了板的跨度。,根据经验，柱的合理间距即梁的跨度最好为： 次梁46m，主梁58m。 另外柱网的平面应布置成矩形或正方形为好。,梁、板截面的常用尺寸,单向板肋梁楼盖结构平面布置方案通常有以下三种:,(1)主

6、梁横向布置,次梁纵向布置,如图11-3(a)所示；,(2)主梁纵向布置,次梁横向布置,如图11-3(b)所示；,(3)只布置次梁,不设主梁,如图113(c)所示。,图11-4梁的布置,(a) 主梁沿横向布置；(b) 主梁沿纵向布置；(c) 有中间走廊,框架结构中 梁的布置,单向板肋梁楼盖,单向板肋梁楼盖,井字梁楼盖,双向板肋梁楼盖,在进行楼盖的结构平面布置时,应注意以下问题: (1)受力合理。 荷载传递要简捷,梁宜拉通,避免凌乱；主梁跨间最好不要只布置1根次梁,以减小主梁跨间弯矩的不均匀；尽量避免把梁,特别是主梁搁置在门、窗过梁上；在楼、屋面上有机器设备、冷却塔、悬挂装置等荷载比较大的地方,宜

7、设次梁；楼板上开有较大尺寸(大于800mm）的洞口时,应在洞口周边设置加劲的小梁。 (2)满足建筑要求。 (3)方便施工。 梁的截面种类不宜过多,梁的布置尽可能规则,梁截面尺寸应考虑设置模板的方便,特别是采用钢模板时。,1、简化假定和计算模型 板、次梁、主梁的计算模型为连续板或连续梁,其中,次梁是板的支座,主梁是次梁的支座,柱或墙是主梁的支座。 为了简化计算,通常作如下简化假定: (1)支座可以自由转动,但没有竖向位移; (2)不考虑薄膜效应对板内力的影响; (3)在确定板传给次梁的荷载以及次梁传给主梁的荷载时,分别忽略板、次梁的连续性,按简支构件计算支座竖向反力; (4)跨数超过五跨的连续梁

8、、板,当各跨荷载相同,且跨度相差不超过10%时,可按五跨的等跨连续梁、板计算。,计算简图,（二） 连续梁、板按弹性理论计算,假定支痤处没有竖向位移,实际上忽略了次梁、主梁、柱的竖向变形对板、次梁、主梁的影响。 柱子的竖向位移主要由轴向变形引起,在通常的内力分析中都是可以忽略的。 忽略主梁变形,将导致次梁跨中弯矩偏小、主梁跨中弯矩偏大。当主梁的线刚度比次梁的线刚度大得多时,主梁变形对次梁内力的影响才比较小。次梁变形对板内力的影响也是这样。如要考虑这种影响,内力分析就相当复杂。,通常，板的刚度远小于次梁的刚度，次梁可作为单位板宽板带的不动支座，故可单位板宽板带简化为连续梁计算。 对于次梁和主梁组成

9、交叉梁系，当主次梁线刚度比大于8时，主梁可作为次梁的不动支座，次梁可简化为支承于主梁和墙上的连续梁。,当主梁与柱形成框架结构时，则按框架计算。 当主梁线刚度与柱线刚度之比大于5时，主梁的转动受柱端的约束可忽略，而柱的受压变形通常很小，则此时柱可作为主梁的不动铰支座，主梁也可简化为连续梁。,简化假定和计算模型讨论： (2)不考虑薄膜效应对板内力的影响;,四周与梁整体连接的低配筋率板,临近破坏时其中和轴非常接近板的表面。因此,在纯弯矩作用下,板的中平面位于受拉区,因周边变形受到约束,板内将存在轴向压力,这种轴向力一般称为薄膜力.轴向压力的存在将提高正截面的受弯承载力。特别是在受拉混凝土开裂后,实际

10、中和轴成拱形(图11-5),板的周边支承构件提供的水平推力将减少板在竖向荷载下的截面弯矩。但是,为了简化计算,在内力分析时,一般不考虑板的薄膜效应。在截面设计时，根据支座的约束情况，对板的内力进行折减。,等跨连续梁,当其跨数超过五跨时,中间各跨的内力与第三跨非常接近,为了减少计算工作量,所有中间跨的内力和配筋都可以按第三跨来处理。等跨连续梁的内力有现成的图表可以利用,非常方便。对于非等跨,但跨度相差不超过10%的连续梁也可借用等跨连续梁的内力图表,以简化计算。,简化假定和计算模型讨论： (3) 忽略板、次梁的连续性,按简支构件计算支座竖向反力; (4) 跨度相差不超过10%的五跨的连续梁、板，

11、可按五跨的等跨连续梁、板计算。,几何尺寸？ 支撑情况？ 荷载情况？数值和传递？,1、计算简图,几何尺寸？,支座？,荷载？,计算简图确定板,对于次梁和主梁组成交叉梁系，当主次梁线刚度比大于8 时，主梁可作为次梁的不动支座，次梁可简化为支承于主梁 和墙上的连续梁。,计算简图确定-次梁,几何尺寸？,支座？,荷载？,当主梁与柱形成框架结构时，则按框架计算。 当主梁线刚度与柱线刚度之比大于5时，主梁的转动受柱端的约束可忽略，而柱的受压变形通常很小，则此时柱可作为主梁的不动铰支座，主梁也可简化为连续梁。,计算简图确定主梁,几何尺寸？,支座？,荷载？,计算简图,简化假定和计算模型讨论： 1、支座可以自由转动

12、,但没有竖向位移;,由此假定带来的误差将通过折算荷载的方式来弥补,见下述。,假定支座可自由转动,实际上忽略了次梁对板、主梁对次梁、柱对主梁的转动约束能力。在现浇混凝土楼盖中，梁、板是整浇在一起的，当板发生弯曲转动时,支承它的次梁将产生扭转，次梁的抗扭刚度将约束板的弯曲转动，使板在支承处的实际转角比理想铰支承时的转角小，如图11-4所示。同样的情况发生在次梁和主梁之间。,次梁抗扭刚度对板的影响,忽略了实际支座次梁或主梁扭转刚度的影响：计算支座转角大于实际支座转角 导致：边跨跨中正弯矩计算值大于实际值；支座负弯矩计算值小于实际值；,板：折算恒载 折算活载,次梁：折算恒载 折算活载,为了考虑次梁或主

13、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：,2.计算跨度,（三） 连续梁、板按弹性理论计算,1、活荷载不利布置,连续梁上荷载包括恒荷载和活荷载 恒荷载保持不变,而活荷载由于其空间位置的随机性，在各跨的布置具有不确定性,为确定各跨各个截面可能产生的最大内力，就需要确定针对某一指定截面内力的活荷载最不利布置，并与恒荷载作用下产生的内力组合，得到该截面的内力设计值。,图11-8不同跨布置活荷载时的内力图,活荷载不利布置规律： （1）求某跨跨中 ，该跨布置活荷载，然后隔跨布置 （2）求某跨跨中 或 ，左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置 （3）求某支座 ，该支座左、右跨布置活荷载，然后隔

14、跨布置 （4）求某支座 ，与（3）相同,2、内力计算 按弹性理论计算连续梁的内力可采用结构力学方法 对于工程中经常遇到的25跨等跨连续梁，在不同荷载布置下的内力已编制表格供查用。 5跨以上的等跨连续梁可简化为5跨计算，即所有中间跨的内力均取与第3跨相同。,均布荷载或三角形荷载作用下：,集中荷载作用下：,将所有活荷载不利布置情况的内力图与恒载的内力图叠加，并将这些内力图全部叠画在一起，其外包线就是内力包络图。 内力包络图给出了连续梁各个截面可能出现的内力的上、下限，是连续梁截面承载力设计计算的依据 弯矩包络图是计算和布置纵筋的依据，也即抵抗弯矩图应包住弯矩包络图； 剪力包络图是计算和布置腹筋的依

15、据，也即抵抗剪力图应包住剪力包络图。,内力包络图,分析以下两跨连续梁的弯矩包络图,G=30kN,Q=30kN,2m,2m,2m,2m,2m,2m,（四） 超静定结构塑性内力重分布的概念,（1）弹性理论不能反映材料的实际工作状况； （2）按内力包络图进行配筋，钢筋配置过多； （3）弹性理论计算的支座弯矩较大，使得支座配筋过 多，施工不便；,问题的提出,考虑超静定结构塑性内力重分布的设计方法？,1. 应力重分布与内力重分布 适筋梁正截面受弯的全过程分为三个阶段:未裂阶段、裂缝阶段、破坏阶段。,试验,M-f,适筋梁正截面受弯三个受力阶段,由于钢筋混凝土的非弹性性质,使截面上应力的分布不再服从线弹性分

16、布规律的现象,称为应力重分布。,超静定结构的内力不仅与荷载有关，而且与结构各部分刚度比有关。 按弹性理论计算连续梁内力时，假定梁等刚度，且在加载过程中刚度始终不变；,静定结构中,各截面内力是与荷载成正比的,各截面内力之间的关系是不会改变的。 超静定钢筋混凝土结构在裂缝阶段，裂缝截面的刚度随裂缝的开展发生变化，致使各截面内力间的关系改变得更大。这种由于超静定钢筋混凝土结构的非弹性性质而引起的各截面内力之间的关系不再遵循线弹性关系的现象,称为内力重分布或塑性内力重分布。,塑性铰,2、 凝土受弯构件的塑性铰,塑性铰： 受拉钢筋达到屈服,塑性应变增大而钢筋应力维持不变。随着截面受压区高度的减小,内力臂

17、略有增大,截面的弯矩也有所增加,但弯矩的增量(Mu My)不大,而截面曲率的增值(u-y)却很大,在M-图上大致是一条水平线。这样,在弯矩基本维持不变的情况下,截面曲率激增,形成了一个能转动的“铰”,这种铰称为塑性铰。,RC塑性铰概念,塑性铰与理想铰区别: 能承受一定的弯矩， 仅能单向转动； 有一定长度区域； 转动能力有限度。,4、塑性内力重分布的过程 看实例：,4、塑性内力重分布的过程,按弹性理论计算,按塑性理论计算,塑性铰的人为控制,4、塑性内力重分布的过程,按弹性理论计算,按塑性理论计算,塑性铰的人为控制,但人为调整设计弯矩不是任意的； 调整幅度越大，支座塑性铰出现就越早，达到极限承载力

18、时所需要的塑性铰转动也越大； 如果转动需求超过塑性铰的转动能力，塑性内力重分布就无法实现,(1)能更正确地估计结构的承载力和使用阶段的变形、裂缝; (2)合理调整钢筋布置,可以克服支座钢筋拥挤现象,简化配筋构造,方便混凝土浇捣,从而提高施工效率和质量; (3)根据结构塑性内力重分布规律,在一定条件和范围内可以人为控制结构中的弯矩分布,从而使设计得以简化; (4)可以使结构在破坏时有较多的截面达到其承载力,从而充分发挥结构的潜力,有效地节约材料。,5、考虑塑性内力重分布的意义和适用范围,（五）连续梁、板按调幅法的内力计算,弯矩调幅法简称调幅法：在弹性弯矩的基础上，根据需要，适当调整某些截面弯矩值

19、。 通常对那些弯矩绝对值较大的截面进行弯矩调整，然后按调整后的内力进行截面设计和配筋构造，是一种实用的设计方法。,截面弯矩调整的幅度用调幅系数表示,弹性计算弯矩,调幅后弯矩,1、调幅的概念和原则,按弹性理论计算,弯矩调幅,2、用弯矩调幅法计算等跨连续梁、板内力,(1) 等跨连续梁各跨跨中及支座截面的弯矩设计值,均布荷载：,间距相同、大小相等的集中荷载：,按塑性理论计算内力中几个问题的说明,（1） 计算跨度 (两支座塑性铰之间的距离),注：表中 为板的厚度； 为梁或板在砌体墙上的支承长度。,梁、板计算跨度,（2）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

20、调幅法分析结构时均已考虑 。 （3）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 4）预应力混凝土结构和二次受力的叠合结构,(1)弯矩调幅后引起结构内力图形和正常使用状态的变化,应进行验算,或有构造措施加以保证; (2)受力钢筋宜采用HRB335级、HRB4OO级热轧钢筋,混凝土强度等级宜在C20-C45范围内;截面的相对受压区高度应满足：0.100.35。,综合考虑影响塑性内力重分布的影响因素后,我国混凝土结构设计规范提出了下列设计原则:,（3）结构的跨中弯矩，应取弹性分析所得的最不利弯

21、矩Me和下式计算值的较大值：,支座弯矩调小，跨中弯矩调大,（4）调幅后，支座和跨中截面的弯矩值均不应小于M0的1/3； （5）各控制截面的剪力设计值按荷载最不利布置和调幅后的支座弯矩由静力平衡确定。,（6）应采取措施保证在塑性内力重分布的过程中不发生其他脆性破坏，如斜截面受剪破坏、锚固破坏等。,（六） 单向板肋梁楼盖的截面设计与构造,1.单向板的截面设计与构造,现浇板在砌体墙上的支承长度不宜小于120mm。 由于板的跨高比远比梁小,对于一般工业与民用建筑楼盖,仅混凝土就足以承担剪力,可不必进行斜截面受剪承载力计算。,（1）配筋计算 考虑板的拱作用效应，四周与梁整体连接的板区格，计算所得的弯矩值

22、，可根据下列情况予以减少： 1）中间跨的跨中及中间支座截面 : 20% 2）边跨的跨中及从楼板边缘算起的第二支座截面: 3）角区格不应减少,（2） 配筋构造 1）受力钢筋,板中受力钢筋配筋构造,伸入支座的钢筋，其间距不宜大于400mm，且截面面积不得少于受力钢筋的1/3，简支板或连续板下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度不应小于钢筋直径的5倍，且宜伸过支座中心线。,一端弯起式：,两端弯起式：,连续单向板的配筋方式,当q / g3时，a=l0 /4 当q / g3时，a=l0 /3,连续单向板的配筋方式,分离式,当q / g3时，a=l0 /4 当q / g3时，a=l0 /3,2）构造钢筋: 包

23、括分布钢筋、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、板的温度收缩钢筋,板中分布钢筋构造要求,板中构造钢筋,分布钢筋,直径；间距？,作用？,垂直于主梁的板面构造钢筋, 板角附加短钢筋,嵌入承重墙内的板面构造钢筋,按塑性内力重分布的方法计算内力，但不考虑内拱作用。 次梁与板整浇，配筋计算时： 跨中截面按T形截面考虑，翼缘计算宽度bf 按表-取值； 支座截面按矩形考虑。？,2、次梁的计算要点,次梁的计算要点,按斜截面抗剪确定横向钢筋 ； 当次梁考虑塑性内力重分布时，调幅适中。 避免因出现剪切破坏而影响其内力重分布，在下列区段内应将计算所需的箍筋面积增大20%： 集中荷载，取支座边至最

24、近一个集中荷载之间的区段； 均布荷载，取支座边至距支座边为1.05h0的区段，其中h0为梁 截面有效高度。 箍筋的配箍率不应小于0.3 ft / fyv 。 钢筋的弯起，截断，锚固符合规定,当次梁截面尺寸满足下表要求时，可不作使用阶段的挠 度和裂缝宽度验算：,梁的构造要求,对于次梁，当各跨跨度相差不超过20，且活荷载与恒荷载 的比值小于等于3时，可不必画材料图，按构造规定确定钢 筋的切断和弯起。,有弯起钢筋,次梁的钢筋布置,无弯起钢筋,次梁的钢筋布置,按弹性理论计算 承受次梁传递来的集中荷载，自重也可简化为集中荷载。 受力钢筋的弯起和截断 （按弯矩包络图确定） 跨中按T形截面计算，支座按矩形截面计算；,3、主梁的计算要点,按弹性理论计算连续梁、板内力时，实际支座有一定的宽度，按计算跨度得到支座截面的弯矩和剪力值比实际支座边缘处的弯矩和剪力值要大； 截面设计应以支座边缘处的梁截面进行。,1）支座弯矩和剪力设计值,m附加箍筋排数 n附加箍筋肢数,只采用附加箍筋，附加钢筋的面积：,附加箍,2）附加箍筋和吊筋,m附加箍筋排数 n附加箍筋肢数,只采用附加箍筋，