结构工程梁板结构.ppt
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1、建筑结构系列电子教案,混凝土结构设计Design for Concrete Structures长春工程学院 土木学院主讲:张自荣 2012-9,上学期课程成绩总结(结构工程1),土木1046班(51人):优秀3,良好7,中等4,及格6,不及格31土木1047班(51人):优秀4,良好15,中等6,及格13,不及格13平均分:59.48(总评)最高分:1046班:轩雪彬 95(平时98 卷面94)吕晗玉 94(平时99 卷面93)苗珈瑜 90(平时98 卷面88)1047班:孙荟淇 96(平时100 卷面95)郝靖婷 90(平时80 卷面93)刘雪莹 90(平时95 卷面89)王雯娇 90(平
2、时90 卷面90),课程认识,课程名称:结构工程2 课程地位:土木工程主干专业课之一课程性质:考试课课程内容:混凝土结构设计(第1章 楼盖 20学时)砌体结构(砖石)(1-7章 28学时)学时与学分:48学时,周学时4,4学分课程特点:学时间长,难度大,作业量大考核方法:总评成绩中,30%平时成绩(考勤、课堂提问、作业)70%期末成绩,学习要求,课堂纪律:不允许迟到,不允许乱说话 学习资料:1本笔记本,1本作业 学习方法:课堂注意听讲,课后及时完成作业,广泛阅读,联系实际。土木工程:房屋建筑和路桥建筑房屋建筑:建筑设计、结构设计、工程施工,5次以上旷课,取消考试资格;3次以上不交作业,取消考试
3、资格。,第 1 章 现浇式楼盖(梁板结构),1.1 概述1.2 单向板肋梁楼盖1.3 双向板肋梁楼盖1.4 无梁楼盖1.5 板式楼梯,1.1 概述,梁板结构,1.按照施工方法的不同分类:整体式钢筋混凝土楼盖(现浇楼盖)特点:整体刚性好,适用于楼面设备荷载较大和有各种工艺要求的楼盖结构;如:布置不规则、开洞较多、在地震区的建筑也应优先采用。(整体刚性好,抗震性好)装配式钢筋混凝土楼盖特点:便于工业化生产、机械化施工,在住宅建筑中应用较多。但这种楼盖结构其整体性较差,用于地震区时一定要采取相应的抗震构造措施。(施工速度快,整体性差)装配整体式钢筋混凝土楼盖特点:介于二者之间,一、楼盖的分类,2.按
4、照结构形式的不同分类:5种 肋梁楼盖:肋梁楼盖由板、次梁、主梁(有时没有主梁)组成,肋梁楼盖是整体式钢筋混凝土楼盖结构中最常见的结构形式这种结构形式除用于楼(屋)盖外,也可以用于筏片基础、扶壁式挡土墙,公路桥面、储水池的顶板和底板等结构中。因此,肋梁楼盖的设计方法,在建筑工程中具有普遍意义。,一、楼盖的分类,图1-1-1肋梁楼盖,井式楼盖:当房间平面形状接近正方形,或当柱网在两个方向的尺寸接近相等时,由于建筑艺术的要求,常将楼盖两个方向的梁做成不分主次的等高梁,相互交叉形成井式楼盖,,2.按照结构形式的不同分类:5种,这种楼盖的板和梁在两个方向的受力比较均匀,常用于公共建筑的大厅等。,密肋楼盖
5、:密肋楼盖是由薄板和间距较小的肋梁组成(网格肋距小于1.5m)。密肋楼盖一般用于跨度大而且梁高受限制情况,当建筑的柱网尺寸为正方形或接近方形时,常采用双向密肋楼盖形式。单项密肋楼盖常用于长宽比大于1.5的楼盖,其跨度不易大于6m。,2.按照结构形式的不同分类:5种,密肋楼盖,无梁密肋楼盖,单向板密肋楼盖,无梁楼盖,无梁楼盖,故名思义是没有梁的楼盖,整个楼板直接支承在柱上。因而比肋梁楼盖和井式楼盖的房间净空高,通风采光条件好。这种楼盖可用于仓库、厂房等建筑。,2.按照结构形式的不同分类:5种 肋梁楼盖:(广泛应用)井式楼盖:密肋楼盖:无梁楼盖:扁梁楼盖:梁宽大于梁高,增加房屋净空,一、楼盖的分类
6、,二 单向板与双向板,1.肋梁楼盖的组成:板、次梁、主梁,2.单项板与双向板的定义:,=,二 单向板与双向板,荷载沿短跨方向的传递远大于沿长跨方向的传递,此即荷载按最短路径传递原则。当L2/L1大于3时,荷载沿长跨方向的传递可以忽略不计,此时可近似仅按短跨方向的梁进行受力分析;,荷载沿刚度大的方向传递大于沿刚度小的方向传递,传递比例与两个方向的抗弯刚度成正比,此即荷载按刚度分配原则。,二 单向板与双向板,四边支承板,二 单向板与双向板,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
7、弯曲。,(1)对于四边支撑的板: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。,二 单向板与双向板,(a)两对边简支矩形板,(b)两对边简支矩形板的弯曲形状,(2)对于对边支撑的板:按单向板计算,二、单向板与双向板,(a)交叉梁,L1梁作为L2梁的中间支座,承担着由L2梁传来的荷载,一般L1梁将其称为主梁,L2梁称为次梁。,L2,L1,从以上分析可知,当满足一定条件时,可以将交叉梁系简化主梁和次梁分别进行计算。,主梁与次梁,
8、3、主梁与次梁的定义,4.单向板肋梁楼盖与双向板肋梁楼盖定义,肋梁楼盖的分类:单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖,1.2 单项板肋形楼盖,单项板肋形楼盖设计步骤:结构平面布置,并确定梁、板截面尺寸和材料确定梁、板的计算简图荷载计算及梁、板内力分析截面承载力计算、配筋及构造;变形和裂缝计算(必要时)绘制施工图,1.2 单向板肋形楼盖,1.布置内容:梁格布置(板、次梁、主梁跨度),并确定板、次梁、主梁截面尺寸2.梁格布置原则:满足使用要求,传力明确、受力合理,经济考虑建筑效果规则整齐,方便施工尽量减少板厚,一、单向板肋形楼盖的结构布置,1.2 单向板肋形楼盖,3.布置方案:主梁沿横向布置主梁沿纵向布置
9、只布置次梁主梁应尽可能沿柱网短跨方向布置主梁与柱形成框架作为抗侧力体系,一、单向板肋形楼盖的结构布置,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(板的混凝土用量占整个楼盖的5060,因此次梁间距一般不宜太大),4.经济跨度:板:1.72.5m 次梁:46m 主梁:58m,一、单向板肋形楼盖的结构布置,单向板:h1/30l 悬臂:h 1/12l 最小板厚,一般屋面60mm 一般楼面70mm 常用板厚:80160mm双向板:h 1/40l1连续次梁:h=(1/181/12)l,b=(1/21/3)h连续主梁或框架梁:h
10、=(1/151/10)l,b=(1/21/3)h,5.梁、板截面尺寸:,一、单向板肋形楼盖的结构布置,1.设计思路:分解:板、次梁、主梁单独计算2.荷载传递路径:单向板次梁主梁或框架梁柱或墙,二、单向板肋形楼盖的计算简图,3.计算简图:,二、单向板肋形楼盖的计算简图,板:取1m宽板带,看成是以次梁为铰支座的连续梁,自重+活荷载(线荷载),3.计算简图:,二、单向板肋形楼盖的计算简图,次梁:以主梁为铰支座的连续梁,次梁自重+板传来荷载(线荷载),3.计算简图:,二、单向板肋形楼盖的计算简图,主梁:当,以柱为铰支座的连续梁;,视主梁与柱刚接,按框架计算集中荷载,因忽略了实际支座次梁或主梁扭转刚度的
11、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而支座负弯矩计算值小于实际值,二、单向板肋形楼盖的计算简图,4.荷载调整:,板:折算恒载 折算活载,次梁:折算恒载 折算活载,4.荷载调整:,调整目的:减小计算简图与实际结构之间的差异调整方法:增加恒载,减小活载对于板:对于次梁:对于主梁:,4.荷载调整:,二、单向板肋形楼盖的计算简图,5.计算跨数的简化,图(a)所示的九跨连续梁(板),可按图(b)所示的五跨连续梁(板)进行计算,中间支座D、E的内力数值取与支座C相同;中间各跨(4、5跨)的跨中弯矩取与第3跨的跨中弯矩相同。但必须注意,梁(板)的配筋构造图则应按九跨(图c)绘制
12、。当连续梁(板)的实际跨数超过五跨时,可以按五跨计算;当实际跨数不足5跨时,按实际跨数计算。,二、单向板肋形楼盖的计算简图,钢筋混凝土楼盖结构通常为现浇整体,连续梁的计算跨度l0应根据支座实际尺寸和受力情况确定。从理论上来说,计算跨度l0是两端支座处转动点之间的距离计算连续梁内力时,几种支座情况下计算跨度l0的确定方法见表1-2(分为弹性法和塑性法)按塑性理论计算时,考虑到塑性铰位于支座边,计算跨度取净跨ln。,6.计算跨度,二、单向板肋形楼盖的计算简图,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
13、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。,三.单向板肋梁楼盖的内力计算-弹性法,1.活荷载不利布置原则:,求某跨跨中最大正弯矩时,应在该跨布置活荷载,然后隔跨布置,求某支座最大负弯矩及最大剪力时,在该支座左右两侧布置活荷载,然后隔跨布置。,三.单向板肋梁楼盖的内力计算-弹性法,求某跨跨中最小正弯矩时,应在该跨不布置活荷载,而在该跨左右临跨布置活荷载,然后隔跨布置,(1)均布荷载或三角形荷载作用下:,(2)集中荷载作用下:,按弹性理论计算连续梁的内力可采用结构力学方法(力矩分配法)对于工程中经常遇到的25跨等
14、跨连续梁,在不同荷载布置下的内力已编制表格供查用见附表A,P252。,2.内力计算-查表法,(1)均布荷载或三角形荷载作用下:,(2)集中荷载作用下:,2.内力计算,适用条件:等截面(若不等,I1/I21.5也可)等跨(若不等,也可),3.内力包络图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。目的:能合理地确定钢筋弯起和切断的位置,有时也可以检查构件截面强度是否可靠,材料用量是否节省。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
15、图;剪力包络图是计算和布置腹筋的依据,也即抵抗剪力图应包住剪力包络图。,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,3.内力包络图,3.内力包络图,3.内力包络图,支座弯矩和剪力设计值按弹性理论计算连续梁、板内力时,由于实际支座有一定的宽度,因此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,而截面设计应以支座边缘处的梁截面进行。,梁板结构形式荷载传递原则单向板、双向板肋形楼盖结构分析模型简化条件主梁、次梁等效荷载计算跨度活荷载不利布置内力包络图,阶段小结,实验研究指出,当钢筋混凝土梁的某一截面矩达到其极限弯矩 时,只
16、要截面配筋率 不过大,钢筋不是用的高强钢筋,则截面中的受拉钢筋将首先达到屈服强度,截面开始进入屈服阶段,梁就会围绕该截面发生相对转动,好像存在一个铰一样,如图(a)承受均布荷载简支梁的跨中区,我们把这铰称为塑性铰。,1、塑性铰的概念,四.单向板肋梁楼盖的内力计算-塑性法,定义:由于钢筋和混凝土塑性变形,截面破坏时发生转动,此种转动所集中的区域相当一个“铰”,成为“塑性铰”,(1)理想铰能自由转动但不能传递弯矩;而塑性铰则能承担一定的弯矩(即极限弯矩Mu);而且在Mu作用下才开始相对转动,在相对转动过程中仍能继续传递弯矩。(2)塑性铰不是一个点,而是有一个塑性铰区,塑性铰有一定的长度(3)塑性铰
17、不能像理想铰那样反向转动,塑性铰不能无限制地转动,当截面受压区混凝土被压碎时,转动幅度也就达到极限。塑性铰是单向微转动。,1、塑性铰的概念,特点:塑性铰与理想铰的区别有以下几点:,在静定结构中,只要有一个截面形成塑性铰,继续加载便不再可能,因为此时静定结构已变成破坏机构,如图(c)所示。在超静定结构中,在某个截面出现一个塑性铰,一般情况下,结构并不会破坏,因为每出现一个塑性铰仅意味着减少一次超静定次数,荷载仍可继续增加,直到塑性铰陆续出现,使结构变成破坏机构时,结构才破坏。,1、塑性铰的概念,塑性铰对结构稳定性的影响:,出现塑性铰之前,跨中和支座弯矩共同按比例增长,出现塑性铰之后,支座弯矩不增
18、长,而是发生塑性转动,但跨中弯矩可以继续增长。定义:由于钢筋和砼塑性变形,梁内力与荷载之间相对于线性分布而发生的非线性变化,此种现象称为塑性内力重新分布。塑性铰的转动过程就是塑性内力重新分布的过程。,2.塑性内力重分布的概念,四.单向板肋梁楼盖的内力计算-塑性法,3、弯矩调幅法,(1)定义:对于结构按弹性理论计算所得的弯矩和剪力值进行适当调整,以考虑结构塑性内力重新分布的影响,然后按调整以后的内力进行配筋计算。调幅系数:,四.单向板肋梁楼盖的内力计算-塑性法,Me-按照弹性理论计算的弯矩值,MP-调幅后的弯矩值(塑性法的弯矩值)。,3.弯矩调幅法,弯矩的调整也不能是随意的,如果指定的支座弯矩比
19、按弹性方法计算的支座弯矩小的太多,则该截面塑性铰出现的太早,内力重分布的过程太长,也就是塑性铰的转动幅度过大,裂缝开展过宽,将不能满足使用要求,甚至截面受压区混凝土被压坏,形不成完全的塑性内力重分布。所以,采用弯矩调幅法计算钢筋混凝土连续板、梁的内力时,可以对按弹性方法计算的弯矩值进行适当的调整,但应遵守一定的原则。,四.单向板肋梁楼盖的内力计算-塑性法,调幅系数:,3、弯矩调幅法,(2)调幅原则:材料要有一定的塑性:砼:C2045,钢筋:HPB300,HRB335,HRB400满足变形和裂缝要求:调幅系数不能太大,出现塑性铰并有一定的转动能力:塑性铰区段箍筋用量加大:跨中截面弯矩应满足静力平
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