混凝土结构和砌体结构设计培训ppt课件.ppt

授课教师：李亚琼,混凝土结构与砌体结构设计,1、建筑结构设计的一般原则 水平结构体系：各层的楼盖和顶层的屋盖。一方面，承受楼、屋面的竖向荷载，并把竖向荷载传递给竖向结构体系；另一方面把作用在各层处得水平力传递和分配给竖向结构体系(楼板、梁等）。竖向结构体系：承受由楼、屋盖传来的竖向力和水平力并将其传给下部结构（墙、柱等），也叫抗侧力结构体系。地下室和基础的作用：将上部荷载传递给地基。,10.混凝土结构设计的一般原则和方法,建筑物的结构类型按结构材料分类：砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合结构和混合结构。（区分组合结构和混合结构）按竖向结构体系：排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构。（排架、框架、剪力墙最常用的抗侧力构件）建筑设计的阶段和内容初步设计阶段 技术设计阶段 施工图设计阶段建筑结构设计的一般原则安全、适用、耐久和经济合理,结构上的作用与荷载作用：使结构产生内力或变形的原因。直接作用：又被称为荷载。间接作用：如地基变形、混凝土的收缩、焊接变形、温度变化或地震作用等引起的作用。作用效应或荷载效应：结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等。,2.建筑结构荷载,荷载的分类永久荷载：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限制的荷载，又称恒荷载。可变荷载：在结构设计基准期内，其值随时间而变化，其变化与平均值相比，不可忽略的荷载。偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。设计基准期：为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。（建筑结构荷载规范（GB500092012）3.1.3确定可变荷载代表值应采用50年设计基准期）设计使用年限：设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。,荷载代表值设计中用以验算极限状态所采用的荷载限量值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。极限状态可分为下列两类 1、承载能力极限状态：这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。1）整个结构或结构的一部分做为刚体失去平衡（倾覆）2）结构构件或连接因超过材料强度而破坏，（如疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载。3）结构转变为机动体系。4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈）5）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）,2、正常使用极限状态：这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。1）影响正常使用或外观的变形。2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如裂缝）3）影响正常使用的振动。4）影响正常使用的其他特定状态。荷载标准值：荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值。组合值：对可变荷载，使组合后的荷载应在设计基准期内超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使用组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。,频遇值：对于可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。竖向荷载1.楼、屋面的荷载竖向恒荷载：包括结构自重和附加在结构上的恒荷载。（1）民用建筑楼面均布活荷载,从属面积：在就算梁柱构件时采用，它是指所计算构件负荷的楼面面积，它应由楼板的剪力零线划分，在实际应用中可用适当简化。例；某住宅用户进行二次装修，地面采用20mm水泥砂浆，然后在上面铺10mm厚大理石；而在下家顶棚为V形钢龙骨吊顶，二层9mm纸面石膏板，无保温层，则增加楼面自重与楼面活荷载标准值的比值。例：住宅建筑中，挑出阳台的活荷载取值比室内楼面的活荷载取值（A）A、大 B、小 C、相同 D、如阳台临街侧大，否则相同。,例：某多层钢筋混凝土结构，其楼面上设置可灵活布置的轻钢龙骨隔墙，按墙面积计算，该隔墙的自重为0.49kN/，隔墙高度为3.6m，该隔墙的楼面活荷载附加标准值为多少？例：下列民用建筑中有关资料、阅览等房间的楼面活荷载标准值，何项最大？D A、阅览室 B、一般资料档案室 C、书库、档案室 D、密集柜书库例：一地下二层停放客车的车库，采用9mx9m柱网的有柱帽无梁楼盖，确定该楼盖的楼面均布活荷载标准值为多少？,例：一栋16层高的住宅楼，一梯两户，且设置了电梯。该楼内的楼梯活荷载标准值为多少？楼面活荷载的折减例：对于6层住宅建筑结构的墙、柱和基础设计时，其楼面活荷载按何项取值？,例：设计楼面梁、墙、柱及基础时，对楼面活荷载标准值的折减，下列何项不正确？A、设计办公室的楼面梁时，只有当楼面梁的服务面积超过25才考虑降低楼面活荷载标准值10%。B、设计办公楼的墙、柱及基础时，按计算截面以上的层数多少确定折减系数值。C、设计商场大楼的墙、柱及基础时，当该墙、柱及基础各自的服务面积超过50时，可降低楼面活荷载标准值10%。D、设计商场大楼的电梯厅楼面大梁，由于人群密集，所以不论该楼面大梁的服务面积多少，可一律不降低楼面活荷载标准值。,例：一餐厅的楼面简支梁，其计算跨度L=18m,梁间距S=4m，该简支梁上由均布活荷载标准值产生的均布线荷载为多少？例：某存放一般资料的档案馆，总共3层，为现浇钢筋混凝土无梁楼盖板柱体系，柱网尺寸为7.8mx7.8m，求中间柱在基础顶部截面处由楼面活荷载标准值产生的轴向力标准值？,工业建筑活荷载,屋面活荷载例：以下论述哪项符合荷载规范？CA、不上人屋面均布活荷载标准值为0.7kN/B、上人屋面均布活荷载标准值为1.5kN/C、斜屋面活荷载标准值是沿水平投影的数值D、屋顶花园活荷载标准值包括花圃土石等材料自重。,2.雪荷载,例：基本雪压是以当地一般空旷平坦地面上统计所得多少年一遇最大积雪自重确定？C 例：设计屋面板的承重构件，下列何项规定不正确？A、屋面板和檀条按积雪不均匀分布的最不利情况采用。B、屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。C、屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况和半跨的均匀分布情况采用。D、框架和柱可按积雪全跨的均匀分布情况采用。,例：某单跨门式框架，间距为6m。该刚架的斜梁与水平线的夹角25，斜梁上铺设檀条。檀条间距为1.5m，计算跨度为6m。该地区的基本血压S0=0.5kN/。檀条上由屋面积雪荷载产生沿檀条跨度的线荷载标准值为多少？,风荷载,8.1.2 基本风压应采用按本规范规定的方法确定的50 年重现期的风压，但不得小于0.3kN/m2。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本凤压的取值应适当提高，并应符合有关结构设计规范的规定。8.1.3 全国各城市的基本风压值应按本规范附录E 中表E.5 重8.1.4 风荷载的组合值系数、频遇值系数和准永久值系数可分别取O.6、O.4 和0.0。,确定基本风压的方法包括对观测场地、风速仪的类型和高度以及统计方法的规定，重现期为50 年的风压即为传统意义上的50 年一遇的最大风压。基本风压Wo 是根据当地气象台站历年来的最大风速记录，按基本风速的标准要求，将不同风速仪高度和时次时距的年最大风速，统一换算为离地10m 高，自记10min 平均年最大风速数据，经统计分析确定重现期为50 年的最大风速，作为当地的基本风速v0，再按以下贝努利公式计算得到,风压高度变化系数 见新荷载规范例：风压高度变化系数与哪些因素有关？例：在其他条件相同的情况下，下列地区中哪一个设计风荷载最大？a.田野 b.湖岸 c.丛林 d.有密集建筑群的大城市市区例：风荷载标准值与风压高度变化系数、基本风压存在一定关系，以下几种说法哪个是正确的（）A.建筑物受到风荷载的大小与高度无关 B.建筑物越高，受到的风荷载越小 C.建筑物所受风压与建筑体型无关 D.建筑物越高，受到的风荷载越大，但超过550m后趋于稳定。,风荷载体型系数 见教材 表105风阵系数见新的荷载规范,结构的功能要求和极限状态结构的功能要求1.结构的安全等级,2.结构的设计使用年限,3.建筑结构的功能（1）安全性（2）适用性（3）耐久性结构功能极限状态1、承载力极限状态2、正常使用极限状态,结构的可靠度：结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。结构的可靠性：结构在规定的时间内，在规定条件下，完成预定功能的能力。失效概率：结构不能完成预定功能的概率可靠指标：,按近似概率的极限状态设计法,例：下列说法，哪些不正确？A.结构的可靠度与结构的使用年限有关B.建筑物中各类构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同，但可对部分构件的安全等级进行调整，但不得低于三级C.我国建筑结构设计规范采用的一般结构的设计基准期为50年D.结构安全等级为三级的建筑，当柱承受恒载为主时，其安全等级应提高一级。,例：设计使用年限是设计规定的结构或结构构件（）A.使用寿命 B.耐久寿命C.可按预定目的使用的时期D.不需要大修即可按预定目的使用的时期,荷载效应组合,例：结构重要性系数应按结构构件的安全等级、和（）确定。A.设计使用年限并考虑工程经验B.设计使用年限C.结构物的破坏状态D.施工、使用、维护的要求,3.2.5 可变荷载考虑设计使用年限的调整系数几应按下列规定采用:1 楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数几应按表3.2.5 采用。,例：对于永久荷载效应对结构或结构构件的承载能力不利的情况，若永久荷载效应在极限状态设计表达式中起控制作用，荷载分项系数为下列何种？A.rG=1.2,rQ=1.4 B.rG=1.35,rQ=1.4 C.rG=1.35,rQ=1.3 D.rG=1.2,rQ=1.3例：对于承载力极限状态设计，应考虑结构作用效应的最不利结合，及下列何项组合？A.基本组合和标准组合 C.标准组合和偶然组合B.基本组合和偶然组合 D.持久状态和偶然状态,例：当永久荷载效应对结构有利时，其荷载分项系数取下列哪一数值（）A.0 B.0.5 C.1.0 D.1.2例：荷载效应的基本组合是指下列哪种组合？A.永久荷载效应与可变荷载效应、偶然荷载效应的组合B.永久荷载效应与可变荷载效应组合C.永久荷载效应与偶然荷载效应组合D.仅考虑永久荷载效应,例：一档案馆，设计使用年限为50年，楼面悬挑梁的悬挑计算跨度l0=5m，该梁上永久荷载标准值产生的线荷载gk=30kN/m,由楼面活荷载标准值产生的线荷载qk=2.0kN/m,该梁的两端的弯矩设计值为多少？,例：一办公楼，设计使用年限为50年，楼面上有活动的双面抹灰板条隔墙一条，重0.9kN/，高3.9米，楼面为厚150mm的钢筋混凝土无梁楼盖及20mm厚的抹灰层。计算该楼面承载能力时的楼面荷载设计值为多少？,例：一单层平面框架，设计使用年限为50年,由屋顶永久荷载标准值产生的D点柱顶弯矩标准值MDgk=50kN.m,由屋顶活荷载标准值产生的弯矩标准值MDqk=30kN.m.D点的弯矩设计值应为多少？例：同上，除MDgk=50kN.m和MDqk=30kN.m外，现尚需及算由风荷载产生的弯矩标准值MDwk=25kN.m,则D点组合后的弯矩设计值为多少?,例：若对一位于非地震区的大楼横梁进行内力分析，设计使用年限为50年，已求得在永久荷载标准、楼面活荷载标准值、风荷载标准值的风别作用下，其弯矩标准值分别为MGK=10kN.m.MQ1K=12kN.m，M,Q2K=4kN.m确定该横梁在按承载力极限状态基本组合时，两端弯矩设计为多少？,正常使用极限状态设计表达式3.2.7 对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，并应按下列设计表达式进行设计,例：今有一在非地震区的办公楼屋顶柱，进计算，已知在永久荷载标准值、屋面（上人）活荷载标准值、风荷载标准值及雪荷载标准值分别作用下其柱的轴向力为NGk=40kN、NQ1K=12kN,NQ2K=4kNNQ3K=1kN问题一：确定该柱在按承载能力极限状态基本组合时的轴向压力设计值。问题二：对办公楼顶层柱做正常使用极限状态准永久组合时，其轴压力设计值为多少？,例10-1 见教材P22,按极限状态设计时材料强度和荷载的取值 1、钢筋抗拉强度标准值2、混凝土立方体抗压强度标准值,11.1 概述一、正确合理设计楼盖的重要性 楼盖是由梁、楼板组成，它是房屋建筑的重要组成部分，楼盖布置是否受力合理、是否经济，对工程有很大影响。,第11章 楼盖,二、单向板与双向板的定义,单向板：只在一个方向弯曲或者主要一个方向弯曲的板。双向板：在两个方向弯曲，且不能忽略任一方向弯曲的板称为双向板。1、两对边支承的板应按单向板计算2、四边支持的板应按下列规定计算 1）当长边与短边之比不大于2.0时，应按双向板计。2）当长边与短边之比大于2.0，但小于3.0时，宜按双向板计算。3）当长边与短边之比不小于3.0时，宜按沿短边受力的单向板计算，并沿长边方向布置构造钢筋。,二、楼盖的结构类型1、按结构形式分类：单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、无梁楼盖2、按预加应力情况分类：钢筋混凝土楼盖、预应力混凝土楼盖,3、按施工方法分类,设计步骤：结构平面布置，拟定板厚和主次梁的截面尺寸确定梁、板的计算简图梁、板的内力分析截面配筋及构造措施绘制施工图,11.2 现浇单向板肋梁楼盖,单向板肋梁楼盖荷载情况,11.2.1 结构平面布置单向板常用跨度：1.7-2.5m，荷载较大时取较小值，一般不宜超过3m次梁：4-6m主梁：5-8m,11.2.2 计算简图1.简化假定和计算模型2.计算单元及从属面积,4、荷载取值,11.2.3 连续梁、板按弹性理论的内力计算,11.2.4 超静定结构塑性内力重分布的概念,5、哪些情况不宜采用塑性内力重分布（1）使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较严格限制的结构（2）直接承受动力和重复荷载的结构（3）预应力结构和二次受力叠合结构（4）要求有较高安全储备的结构,11.2.5 连续梁、板按调幅法的内力计算,2.用调幅法计算等跨连续梁、板,11.2.6 单向板肋梁楼盖的截面设计与构造,11.2.7 单向板肋梁楼盖设计例题,11.3.1 四边支承双向板的受力特点和主要实验结果1.四边支承板弹性工作阶段的受力特点,1、单块双向板,11.3.2 双向板按弹性理论的内力计算,2、多跨连续双向板将连续双向板简化成单跨双向板后，查表计算内力,11.3.3 双向板按塑性铰线法的计算塑性绞线,2.破坏机构的确定对称结构具有对称的塑性绞线分布。正弯矩部位出现正塑性绞线，负塑性绞线则出现在负弯矩区域塑性铰线应满足转动要求，每一条塑性绞线都是相邻刚性板块的公共边界，应能随两相邻板块一起转动，因而塑性绞线必须通过相邻板块转动轴的交点。塑性绞线的数量应使整块板成为一个几何可变体系。,11.3.4 双向板的截面设计与构造要求1、截面设计2、构造要求,11.3.5 双向板支承梁的设计,11.3.6 双向板设计例题,11.4 无梁楼盖,13.1.1 多层框架结构的组成,第三章 多层框架结构,1、柱网布置（1）柱网布置应满足生产工艺的要求（2）柱网布置应满足建筑平面布置的要求（3）柱网布置要使结构受力合理（4）柱网布置应方便施工,13.1.2 框架结构布置,3、变形缝的设置变形缝：伸缩缝、沉降缝、防震缝,6.1.4条规定：高层钢筋混凝土房屋宜避免采用本规范第3.4节规定的不规则建筑结构方案，不设防震缝；当需要设置防震缝时，应符合下列规定：,1 防震缝最小宽度应符合下列要求：1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用100mm；超过15m时，6度、7度、8度、9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。2）框架-剪力墙结构房屋的防震缝宽度可采用1）项规定数值的70%，剪力墙结构房屋的防震缝宽度可采用1）项规定数值的50%；且均不宜小于100mm。3）防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。,砌体建筑，应优先采用横墙承重或是纵横墙混合承重的结构体系。在设防烈度为八度和九度地区，有下列情况之一时，建筑宜设防震缝：,1建筑立面高差在6m以上。2建筑有错层且错层楼板高差较。3建筑各相邻部分结构刚度、质量截然不同。此时防震缝宽度可采用50-100mm。缝两侧均需设置墙体，一加强防震缝两侧房屋刚度。防震缝要沿着建筑全高设置，缝两侧应布置双墙或者双柱，或一墙一柱，使各部分结构都有较好的刚度。防震缝应与伸缩缝、沉降缝统一布置，并满足防震缝的要求。一般情况下，设防震缝时，基础可以不分开。,13.2.1 框架结构的计算简图 1.计算单元,第13章 多层框架结构,2.节点3.跨度与层高,第13章 多层框架结构,4.框架梁的截面惯性矩,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,5.荷载计算13.2.2 竖向荷载作用下的分层法分层法的计算假定,第十三章 多层框架结构,计算步骤,13.2.3 水平荷载作用下的反弯点法,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,13.2.4 水平荷载作用下的D值法,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,13.2.5 框架结构侧移计算及限制,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,13.3 多层框架内力组合13.3.1 控制截面,第十三章 多层框架结构,13.3.2 荷载效应组合13.3.3 最不利组合,第十三章 多层框架结构,13.3.4 竖向活荷载的最不利布置1、分跨计算组合2、最不利荷载位置法3、分层组合法4、满布荷载法,第十三章 多层框架结构,13.3.5 梁端弯矩调幅,第十三章 多层框架结构,13.4.1 柱的计算长度,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,第十三章 多层框架结构,14.1.1 高层建筑的定义,第14章 高层建筑结构,第14章 高层建筑结构,第14章 高层建筑结构,14.1.2 高层建筑的发展状况14.1.3 高层建筑结构受力特点,第14章 高层建筑结构,14.1.4高层建筑的优缺点,第14章 高层建筑结构,14.1.5 高层建筑水平位移和加速度的限值,14.2 高层建筑结构体系与布置原则1.框架结构体系,剪力墙结构体系,3、框架剪力墙结构体系,4、筒体结构体系,14.2.2高层建筑的水平结构体系1、高层建筑结构分析时，假定楼盖结构在其自身平面内的刚度为无穷大。因此，高层建筑楼盖形式的选择与布置，首先应考虑到使结构的整体性好，楼盖平面刚度大，是楼盖在实际结构中的作用与计算简图相一致。2、楼盖一般选用现浇楼盖。3、选型尽量使结构高度小、重量轻。4、还要考虑建筑使用要求、建筑装饰要求、设备布置要求和技术条件等。,14.2.3 高层建筑结构的其他形式14.2.4 高层建筑结构布置的一般原则1.高层建筑的结构平面布置,1.高层建筑的结构平面布置,3.4.1在高层建筑的一个独立结构单元内，结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。3.4.2高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。3.4.3抗震设计的混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列规定：1平面宜简单、规则、对称，减少偏心；2平面长度不宜过长（图 3.4.3），L/B宜 符合表 3.4.3 的要求；,2.高层建筑的竖向布置,2.高层建筑的竖向布置,3.建筑高宽比的限值,4、变形缝的设置5.基础埋置和深度 14.3 高层建筑结构上的作用（自己学习了解）,14.4.4 剪力墙的截面设计与构造1、墙肢正截面承载力计算,大偏心受压极限状态,计算假定,求名义受压高度,小偏心受压,大偏心受拉,斜截面承载力计算偏心受压时,偏心受拉时,连梁设计连梁受弯承载力计算连梁受剪承载力计算截面验算,抗剪承载力计算,构造边缘构件,墙肢配筋构造连梁配筋构造14.6 框架剪力墙概念,结构变形特点,框架剪力墙结构中的剪力墙数量及布置,14.7筒体结构,框筒结构,筒体结构受力特点,