钢筋混凝土现浇楼盖设计.ppt
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1、建筑结构设计Design of Building Structure,侯炜华侨大学土木工程学院工程结构诊断与防灾研究所,第2章 楼盖和楼梯,主要内容:,受弯构件塑性铰和结构内力重分布单向板肋梁楼盖设计双向板肋梁楼盖设计,重点:,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单向板肋梁楼盖设计,2.1 概述,1 梁板结构,楼、屋盖,挡土墙,筏片基础,储液池的底、顶板,楼梯,阳台和雨蓬,城市高架道路的路面其中,以楼、屋盖最为典型,概念:由梁和板组成的结构,2.1 概述,2.1 概述,2.1 概述,2 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,(b)双向板肋梁楼盖,(c)无梁楼
2、盖,(d)密肋楼盖,2.1 概述,(e)井式楼盖,(f)扁梁楼盖,楼盖结构类型(types of floor systems),2 楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一,2.1 概述,3 楼盖结构选型,按施工方法,混凝土楼盖可分为:现浇混凝土楼盖 优点:刚度大,整体性好,抗震、抗冲击性好;缺点:模板量大、工期长,季节性装配式混凝土楼盖 优点:施工方便、快速,省工省时;缺点:刚度小,整体性差,抗震性能差装配整体式混凝土楼盖 介于现浇和装配式之间,2.1 概述,3 楼盖结构选型,按预应力施加,混凝土楼盖可分为:RC楼盖PC楼盖(优点:降低楼面结构的造价、施工更方便,速度更快)按结构形式,现浇混凝土楼
3、盖可分为:单向板肋梁楼盖 无梁楼盖井式楼盖,双向板肋梁楼盖密肋楼盖扁梁楼盖,2.1 概述,混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)规定:(1)对两边支承的板,应按单向板计算。(2)对于四边支承的板 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,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。注:长边长度;短边长度,4 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。,5 梁、板截面尺寸(承载力和刚度),梁、板截面的常用尺寸,2.1 概述,6 现浇
4、整体式楼盖结构内力分析方法,弹性理论 有较大的安全储备。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 主 梁: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。,现浇钢筋混凝土肋梁楼盖,2.2 单向板肋梁楼盖设计,1 结构设计一般流程和内容,概念是基础,方法是关键,实际操作是直接表现。,结构设计的三个阶段,(1)方案设计阶段;-整体把握,概念最重要,站在高处看问题,技术含量最高的阶段,决定设计成败的阶段。(2)初步设计阶段;-通过计算分析论证结构构思,概念+计算分析+规范。(3)施工图设计阶段。-细
5、节决定成败。主要是构件层次的设计,必须准确无误。,施工图设计一般步骤:平面布置、计算简图、内力分析(计算)、配筋及构造 和绘制施工图。,2.2 单向板肋梁楼盖设计,1 结构设计一般流程和内容,楼盖设计举例,某工程地上16层,以中庭划分为南北两个塔,两部分均为现浇混凝土内筒-外框架结构体系。中庭部分为南北两个塔之间19m跨度的无柱空间。,楼盖处理方案:6层、10层及顶层采用现浇钢筋混凝土楼盖结构将南北双塔连接成一体。同时,为了满足大跨度空间,考虑梁对变形的要求,采用后张预应力工艺,增加构件的承载力与刚度,减小挠度及裂缝宽度。在其他各层按建筑要求灵活设置轻型钢结构楼盖。,设计对井字梁、双向密肋梁、
6、无粘结预应力平板梁三种楼盖体系进行了技术经济比较,主要参数包括材料用量和“结构+管线总高度”经统计,井字梁的综合材料最小,无粘结预应力平板楼盖的“结构+管线 总高度”小于井字梁楼盖,但会降低整体结构的抗侧刚度。,2.2 单向板肋梁楼盖设计,2 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,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:单向板:(1.72.5)m 次 梁:(46)m 主 梁:(58)m,截面尺寸原则是不需要验算挠度(梁、板常用尺寸表)板:简支板 h板跨/35 连续板 h板跨/40 悬臂板 h板跨/12 次梁:h(1/18
7、1/12)梁跨,b/h=1/31/2 主梁:h(1/141/8)梁跨,b/h=1/31/2,刚度要求,单向板民用 h=60mm(最小)工业 h=70mm(最小),使用要求,2.2 单向板肋梁楼盖设计,2 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,1.柱网尺寸或承重墙间距:(1)考虑建筑使用要求(2)柱(墙)间距=梁的跨度。主梁:(58)米;次梁:(46)米,2.主梁的间距=次梁的跨度3.次梁的间距=板的跨度,2.2 单向板肋梁楼盖设计,2 单向板肋梁楼盖结构布置,结构平面布置方案,(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,4.主梁的
8、布置方向:类型:(1)主梁横向布置(a)-横向刚度大、可布 置较大门窗;(2)主梁纵向布置(b)-横向刚度小、但室内净高大;(3)无主梁布置(c)-适合砌体结构、中间可设走道。,荷载的传递路径:,单向板,次梁,主梁,柱,基础,墙体,荷载传递路径,3 荷载计算,2.2 单向板肋梁楼盖设计,3 荷载计算,计算模型,2.2 单向板肋梁楼盖设计,3 荷载计算,计算模型,板:以次梁为中间支座和以墙体为边支座的多跨连续梁(板宽为1米);次梁:以主梁为中间支座和以墙体为边支座的多跨连续梁;主梁:以柱为中间支座和以墙体为边支座的多跨连续梁;小结:单向板楼盖结构可简化为三种不同的多跨连续梁。,2.2 单向板肋梁
9、楼盖设计,简化假定:(1)梁在支座处可以自由转动,支座无竖向位移;(2)不考虑薄膜效应(即假定为薄板);(3)按简支构件计算支座竖向反力;(4)实际跨数小于和等于五跨时,按实际跨数计算;实际跨数大 于五跨且跨差小于10%时,按五跨计算。上述假定的物理意义:对于(1):忽略了次梁对板、主梁对次梁和柱对主梁的扭转刚度;忽略了次梁、主梁和柱的相对竖向变形;由此带来的误差通过“折算荷载”加以消除。,3 荷载计算,2.2 单向板肋梁楼盖设计,对于(2):由于支座约束作用将在板内产生轴向压力,称为薄膜力或薄膜效应,它将减少竖向荷载产生的弯矩,这种有利作用在计算内力时忽略,但在配筋计算时通过折减计算弯矩加以
10、调整。对于(3):主要为计算简单。对于(4):方便查表计算,可由结构力学证明。2.计算单元和从属面积(1)计算单元:板取1米宽板带;(见附图)次梁和主梁取具有代表性的一根梁。(2)从属面积:板取1米宽板带的矩形计算均布荷载;(见附图)次梁和主梁取相应的矩形计算均布和集中荷载。,3 荷载计算,2.2 单向板肋梁楼盖设计,计算跨度 次梁的间距就是板的跨长;主梁的间距就是次梁的跨长;跨长不一定等于计算跨度;计算跨度是指用于内力计算的长度。计算跨度的取值原则:(1)中间跨取支承中心线之间的距离;(2)边跨与支承情况有关。荷载取值(1)楼盖荷载类型:恒载(自重)和活载(人群、设备),3 荷载计算,2.2
11、 单向板肋梁楼盖设计,荷载计算的依据:建筑结构荷载规范,恒载分项系数:1.2,1.35(以重力荷载为主),活载分项系数:1.4,1.3(标准值4kN/m2时),荷载取值,3 荷载计算,2.2 单向板肋梁楼盖设计,注意!,若楼面梁的从属面积较大,计算梁所受的荷载时,应在标准值前乘以一0.61.0的折减系数。,确定梁板的荷载传递时忽略梁、板的连续性,按简支考虑。,荷载取值,3 荷载计算,折算意义:消除由于前述假定(1)所带来的计算误差;折算原则:保持总的荷载大小不变,增大恒载,减小活载;板或梁搁置在砖墙或钢结构上时不折算;,注意:主梁不作折减,2.2 单向板肋梁楼盖设计,2.2 单向板肋梁楼盖设计
12、,计算简图,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,(1)板,1)计算单元:1m宽板带2)荷 载:均布荷载3)连 续 梁:次梁、墙作为板的不动铰支座 4)计算跨度:中间跨:边跨(边支座为砌体墙):通常a为120mm,(2)次梁,1)荷载范围:次梁左右各半跨板 2)荷 载:均布荷载 恒载:次梁左右各半跨板自重、次梁自重 活载:次梁左右各半跨板上活载,2.2 单向板肋梁楼盖设计,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,主要取决于支座反力的位置,3)连 续 梁:时,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 4)计算跨度:中间跨:边跨(边支座为砌体墙):通常a为240mm,(3
13、)主梁,1)荷载范围:主梁左右各半个主梁间距,次梁左右各半个次梁间距 2)荷 载:集中荷载 3)连 续 梁:当 较小,可将柱作为主梁的不动铰支座 框 架:时,应考虑柱对主梁的转动约束作用 4)计算跨度:与次梁相同,通常a为370mm,2.2 单向板肋梁楼盖设计,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,2.2 单向板肋梁楼盖设计,4 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,(a)边跨,(a)中间跨,2.2 单向板肋梁楼盖设计,次梁抗扭刚度对板的影响,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,2.2 单向板肋梁楼盖设计,活荷载不利布置规律:(1)求某跨跨中,该跨布
14、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,然后隔跨布置(4)求某支座,与(3)相同,连续梁的实际跨数 5跨时:按5跨计算 实际跨数 5跨时:按实际跨数考虑,活荷载不利布置(等跨或跨度差 10%且各跨受荷相同的连续梁),4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,2.2 单向板肋梁楼盖设计,活荷载在不同跨间时的弯矩图和剪力图,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,2.2 单向板肋梁楼盖设计,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(弯矩分配法)计算内力。对于等跨连续梁(或连续梁各跨跨度相差不超过1
15、0%),可由附表13查出相应的内力系数,利用下列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:,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,2.2 单向板肋梁楼盖设计,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。,均布荷载作用下五跨连续梁的内力叠合图和内力包络图,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,例题,2.2 单向板肋梁楼盖设计,2.2 单向板肋梁楼盖设计,2.2 单向板肋梁楼盖设计,控制截面及其内力,控制截面:对受力钢筋计算起控制作用的截面 梁跨以内:包络图中正弯矩最大值(配正
16、钢筋)负弯矩绝对值最大值(配负钢筋)支 座:支座边缘处负弯矩最大值,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,2.2 单向板肋梁楼盖设计,单向板肋梁楼盖按弹性理论设计步骤,(1)平面布置(2)计算简图(3)内力计算,内力组合(内力包络图)(4)截面设计(5)施工图,按弹性理论计算内力存在的问题,(1)内力计算与截面设计不协调(2)浪费材料(3)支座钢筋过密,施工质量不易保证,4 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力,5 受弯构件的塑性铰(plastic hinge),塑性铰的形成,在钢筋屈服截面,从钢筋屈服到达到极限承载力,截面在外弯矩增加很小的情况下产生很大转动,表现得犹如一个能够转
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