整体式单向板梁板结构.ppt

混凝土结构设计1.11.2整体式单向板梁板结构,混凝土结构设计,第1章梁板结构设计,主页,上一章,下一章,目录,湖北工业大学工程技术学院土木工程系,HerecomesyourfooterPage3,第1章梁板结构设计,本单元重点,掌握整体式单向梁板结构的内力按弹性及考虑塑性内力重分布的计算方法；建立折算荷载、塑性铰、内力重分布、弯矩调幅等概念；掌握连续梁板截面设计特点及配筋构造要求。掌握整体式双向梁板结构的内力按弹性及按极限平衡法的设计方法；掌握其配筋构造要求。熟悉梁式楼梯和板式楼梯的受力特点、内力计算和配筋构造要求。了解雨篷梁的设计计算方法，特别是对其整体倾覆验算的要求。,主页,上一章,下一章,目录,湖北工业大学工程技术学院土木工程系,HerecomesyourfooterPage4,1.1概述,1.1概述,1、结构形式组成：梁+板，可有板无梁。形式：楼盖、屋盖、阳台、雨篷、楼梯、片筏基础等。,主页,上一章,下一章,目录,A、概述,定义,HerecomesyourfooterPage5,主页,上一章,下一章,目录,1.1概述,A、概述,定义,HerecomesyourfooterPage6,梁板结构还用于桥梁的桥面结构，特种结构中水池的顶盖、池壁和底板等。,楼盖和屋盖是最典型的梁板结构。,A、概述,定义,主页,上一章,下一章,目录,1.1概述,HerecomesyourfooterPage7,1.1概述,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：40mm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,主页,上一章,下一章,目录,A、概述,定义,分类,实际工程中究竟采用何种楼盖形式，应根据房屋的性质、用途、平面尺寸、荷载大小、采光以及技术和经济等因素进行综合考虑。,分类,HerecomesyourfooterPage8,(a)单向板肋梁楼盖,(b)双向板肋梁楼盖,(c)无梁楼盖,(d)井式楼盖,1.1概述,主页,上一章,下一章,目录,A、概述,分类,定义,HerecomesyourfooterPage9,1.1概述,单向板肋形楼盖,主页,上一章,下一章,目录,HerecomesyourfooterPage10,1.1概述,主页,上一章,下一章,目录,HerecomesyourfooterPage11,1.1概述,主页,上一章,下一章,目录,HerecomesyourfooterPage12,1.1概述,井式楼盖,主页,上一章,下一章,目录,HerecomesyourfooterPage13,1.1概述,密肋楼盖,主页,上一章,下一章,目录,HerecomesyourfooterPage14,HerecomesyourfooterPage15,1.1概述,无梁楼盖,主页,上一章,下一章,目录,HerecomesyourfooterPage16,HerecomesyourfooterPage17,1.2整体式单向梁板结构,单向板肋梁楼盖的设计步骤,主页,上一章,下一章,目录,（1）、结构平面布置，确定板厚和主、次梁的截面尺寸；（2）、确定板和主、次梁的结构计算简图；（3）、荷载及内力计算；（4）、截面承载力计算，配筋及构造，对跨度大或荷载大或情况特殊的梁、板还需进行变形和裂缝的验算；（5）、根据计算和构造的要求绘制楼盖结构施工图。,结构平面布置的内容,(1)确定柱网尺寸即确定主梁、次梁的计算跨度。(2)确定次梁的间距即确定板的跨度。(3)确定梁、板的截面尺寸。,1.2整体式单向板梁板结构,HerecomesyourfooterPage18,1.2整体式单向板梁板结构,结构布置方法,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage19,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage20,(1)主梁横向布置，次梁纵向布置。这种布置方案可以增加结构的横向刚度，结构受力合理，同时，便于在纵墙上开窗，高度可较大，对室内采光有利，故在实际工程中经常采用。,(2)主梁纵向布置，次梁横向布置。当横向柱距比纵向柱距大许多时，为减小主梁的高度，常采用这种布置方案。这种布置方案下的房屋横向刚度较差，且次梁要搁置在纵墙窗洞过梁上，使窗洞的高度受到限制，从结构受力上讲也不太合理。,B、单向板,结构布置,B、单向板,结构布置,几种常用的布置方案,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage21,(3)只布置次梁，不设主梁。当房屋有中间走廊时，如教学楼、宿舍楼等，常可利用内纵墙直接承重，次梁直接搁置在纵墙上。这种布置方案仅适用于有中间走道的楼盖。,B、单向板,结构布置,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage22,(1)受力合理。荷载传递要简捷，梁宜拉通；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。不封闭的阳台、厨房和卫生间的楼板面标高宜低于其他部位30mm50mm；当不做吊顶时，一个房间平面内不宜只放l根梁。(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。,B、单向板,结构布置,进行楼盖的结构平面布置时，应注意以下问题,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage23,荷载分配时不考虑结构的连续性,主页,上一章,下一章,目录,计算单元的确定,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage24,计算简图,主页,上一章,下一章,目录,对于单向板，可取1m宽度的板带作为其计算单元。楼盖中部的主、次梁截面形状都是两侧带翼缘(板)的T形截面，楼盖周边处的主、次梁则是一侧带翼缘的。每侧翼缘板的计算宽度取与相邻梁中心距的一半。次梁承受板传来的均布线荷载、主梁承受次梁传来的集中荷载。,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage25,计算跨度（按弹性理论）,中间跨,对多跨连续梁板,边跨,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage26,计算跨度（按塑性理论）,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage27,当连续梁、板各跨跨度不等时，如各跨计算跨度相差不超过10%，为简化计算，可按等跨连续梁、板计算结构内力。对于各跨荷载相同，跨数超过5跨的等跨、等截面连续梁、板的计算表明，除两边第1、2跨外，所有中间各跨的内力十分接近，因此，设计中将所有中间跨均以第3跨来代表，即所有中间跨的内力和配筋均按第3跨处理。,B、单向板,结构布置,结构计算单元,计算简图,计算跨度,计算跨数,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage28,荷载,主页,上一章,下一章,目录,荷载,计算跨数,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage29,当板支承在次梁上、次梁支承在主梁上时，由于次梁对板、主梁对次梁的约束作用，将使支座负弯矩增大、跨中正弯矩减小；处理方法：采用折算荷载，增大恒荷载（沿所有跨布置），减小活荷载（按最不利位置布置），以获得增大支座负弯矩、减小跨中正弯矩的效果。即计算连续次梁及板的内力时，采用折算恒载g和折算活载q进行偏差修正。连续板：，次梁：，主梁不进行荷载的折算。,荷载,B、单向板,结构布置,结构计算单元,计算简图,计算跨度,计算跨数,(3)折算恒载与折算活载,当梁板直接搁置在砖墙或钢梁上时，按实际恒载和实际活载计算。,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage30,内力计算及组合,恒载一次布置，活载分跨布置再组合,主页,上一章,下一章,目录,该连续梁活荷载最不利布置方式的种类：情况1：g+q(1，3，5)产生M1max、M3max、M5max、M2min、M4min、VARmax、VFLmax;情况2：g+q(2，4)产生M2max、M4max、M1min、M3min、M5min;情况3：g+q(1，2，4)产生MBmax、VBLmax、VBRmax情况4：g+q(2，3，5)产生MCmax、VCLmax、VCRmax情况5：g+q(1，3，4)产生MDmax、VDLmax、VDRmax情况6：g+q(2，4，5)产生MEmax、VELmax、VERmax,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage31,（1）求某跨跨内最大正弯矩时，应在本跨布置活荷载，然后隔跨布置；（2）求某跨跨内最大负弯矩时，本跨不布置活荷载，而在其左右邻跨布置，然后隔跨布置；（3）求某支座最大负弯矩或支座左、右截面最大剪力时，应在该支座左右两跨布置活荷载，然后隔跨布置。,连续梁各截面活荷载最不利布置的原则：,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,2019/12/13,32,可编辑,HerecomesyourfooterPage33,(1)直接承受动力荷载和疲劳荷载作用的楼盖；(2)在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较高要求的楼盖；(3)处于侵蚀性环境及负温下的楼盖。,按塑性理论计算方法是要考虑钢筋混凝土连续梁、板的塑性变形的一种计算方法。,主页,上一章,下一章,目录,梁板内力计算方法,按弹性理论计算是将钢筋混凝土连续梁、板看成是由均匀的弹性材料所构成的构件，构件的内力可用结构力学的方法来计算。下例情况下按弹性理论方法计算：,计算方法,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage34,将同一结构在各种荷载的最不利组合作用下的内力图(弯矩图或剪力图)叠画在同一张图上，其外包线所形成的图形称为内力包络图，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。,弹性理论,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage35,弹性理论分析时注意：1、从附表7中直接查内力系数，计算出结构各控制截面的弯矩和剪力；2、荷载按折算后的荷载值进行内力计算；3、跨度相对差值小于10%的不等跨连续梁、板，其内力可近似按等跨结构进行分析；4、计算支座截面弯矩时，采用相邻两跨计算跨度的平均值；计算跨内截面弯矩时，采用各自的计算跨度；5、结构材料图必须在每一截面处都大于或等于结构内力包络图；6、结构满足一定构造要求。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,弹性理论,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage36,支座宽度的影响弯矩和剪力设计值按弹性理论计算连续梁、板内力时，中间跨的计算跨度取支座中心线间的距离。当梁、板与支座整浇时，支座边缘处的截面高度比支座中心处的小得多，因此控制截面应在支座边缘处。为了使梁、板结构的设计更加合理，可取支座边缘的内力作为设计依据,剪力设计值：均布荷载,集中荷载,M、V支座边缘处的弯矩、剪力设计值；Mc、Vc支座中心处的弯矩、剪力设计值;V0按简支梁计算的支座中心处的剪力设计值，取绝对值b支座宽度。,当梁、板的支座为钢梁或砖墙时，或搁置在钢筋混凝土构件上时，弯矩均不需作此调整。,弯矩设计值：,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,弹性理论,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage37,由前所述，按弹性理论方法计算连续梁、板的内力时，假定结构是均质的弹性体，而进行截面承载力计算时，又充分考虑了截面的塑性性能，两者之间是不协调的。实际上，在钢筋混凝土连续梁、板受有荷载后，随着荷载的增加，由于钢筋混凝土梁各截面的塑性变形，截面的刚度不断发生变化，使得连续梁、板各个截面的内力产生内力重分布。这种考虑梁、板塑性性能的内力计算方法称为按塑性内力重分布的计算方法，用这种方法计算出的连续梁、板的内力更接近于实际结构的内力。,最不利荷载组合,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage38,塑性理论,B、单向板,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,弹性理论,结构布置,塑性理论分析方法：1、结构塑性铰；2、承载能力极限状态；3、塑性内力重分布；4、内力重分布影响因素；5、弯矩调幅法；6、调幅法计算。,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage39,1.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”。,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage40,1.塑性铰,主页,上一章,下一章,目录,塑性铰的形成主要是由于纵筋屈服后的塑性变形，而塑性铰的转动能力则取决于混凝土的变形能力。当增加到使混凝土受压边缘的应变达到其极限压应变u,混凝土压坏，截面到达其极限弯矩Mu，这时的截面曲率为u。塑性铰形成于截面应力状态的第a阶段，转动终止于第a阶段。,跨中截面弯矩M与曲率的关系曲线：在裂缝出现前，M关系呈直线；随着裂缝出现，M关系渐呈曲线；当受拉纵筋达到屈服后，M曲线的斜率急剧减小，形成截面受弯“屈服”现象。构件中塑性变形较集中的区域表现得犹如一个能够转动的“铰”，称为塑性铰,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage41,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。,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,MyMMu；(c)理想铰集中于一点，塑性铰则有一定的长度；(d)塑性铰的转动是有限的：,式中，为极限曲率；为屈服曲率；lp为塑性铰的等效长度。,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage42,对于静定结构来说，当截面出现一个塑性铰以后，结构就变成了机动体系，即达到承载力极限状态。但对于超静定结构，截面出现一个塑性铰，结构只是减少了一次超静定次数，结构不会变成机动体系，仍然可以继续加载，只有当再次出现塑性铰，而是结构局部或整体成为可变体系，结构才达到承载力极限状态。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,2.承载能力极限状态,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage43,3.内力重分布,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage44,若按弹性理论计算结构的内力，则弯矩如图实线所示，支座、跨中弯矩设计值为MB、M1。由于MBMuB，所以结构将在支座截面产生塑性铰，支座截面实际所能承担的弯矩仅为MB=MuB=116.3kNm，而跨中截面的弯矩设计值M1变为,截面的实际弯矩图如图虚线所示，同按弹性理论的计算结果比较，可以看出，由于支座的塑性变形，支座弯矩降低了，而跨中截面的弯矩却增加了，说明结构产生了塑性内力重分布。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,3.内力重分布,图示为两跨连续梁承受均布荷载，截面尺寸为200mm500mm，混凝土C20，截面配筋如图示，可以得到支座截面抗弯承载力为MuB=116.3kNm，跨中截面的承载力为Mu1=97.3kNm。,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage45,在实际中，塑性内力重分布的大小可以人为调整。如上例可首先按弹性理论计算出结构的内力，然后将某些截面的弯矩进行调整，例如：将支座截面的弯矩下调30%，则MB=0.7MB=94.4KN.m，跨中弯矩则为M1=87.75KN.m,根据调整后的弯矩MB、M1对截面进行配筋，支座及跨中均配3%18的钢筋。从上例的计算可以看出，若按弹性理论的计算方法对截面进行配筋，支座截面的配筋必将远大于跨中配筋，导致支座截面的钢筋拥挤，不便施工。若考虑梁的塑性内力重分布，支座截面的弯矩大大降低，截面的配筋减少，有利于改善支座截面的钢筋拥挤状况，方便施工。,结论：超静定混凝土结构的内力重分布可概括为两个过程：第一过程发生在受拉区混凝土开裂到第一个塑性铰形成以前，主要是由于结构各部分抗弯刚度比值的改变而引起内力重分布，称为弹塑性内力重分布；第二过程发生于第一个塑性铰形成以后直到形成几何可变体系结构破坏，由于结构计算简图的改变而引起的内力重分布，称为塑性内力重分布。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage46,若超静定结构中各塑性铰都具有足够的转动能力，保证结构加载后能按照预期的顺序，先后形成足够数目的塑性铰，以致最后形成机动体系而破坏，这种情况称为充分的内力重分布。塑性铰的转动能力受到截面配筋率和材料极限应变值的限制是有限的。如果完成充分的内力重分布过程所需要的转角超过了塑性铰的转动能力，则在尚未形成预期的破坏机构以前，早出现的塑性铰已经因为受压区混凝土达到极限压应变值而“过早”被压碎，这种情况属于不充分的内力重分布。除此之外，设计中既要考虑承载能力极限状态，还要考虑正常使用极限状态。结构在正常使用阶段，裂缝宽度和挠度也不宜过大。,因此，内力重分布需要考虑塑性铰的转动能力、斜截面的承载能力和正常使用条件等三方面的因素。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage47,塑性铰的转动能力：塑性铰的转动能力主要取决于纵向钢筋的配筋率、钢材的品种和混凝土的极限压应变。截面的极限曲率u=u/x。,斜截面承载能力：要想实现预期的内力重分布，其前提条件之一是在破坏机构形成前，不能发生因斜截面承载力不足而引起的破坏，否则将阻碍内力重分布继续进行。,正常使用条件：如果最初出现的塑性铰转动幅度过大，塑性铰附近截面的裂缝就可能开展过宽，结构的挠度过大，不能满足正常使用的要求。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,4.内力重分布影响因素,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage48,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。,5.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。,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage49,弯矩调幅法简称调幅法，它是在弹性弯矩的基础上，根据需要，适当调整某些截面弯矩值。对于连续梁、板首先出现塑性铰的位置宜设计在支座截面，对其截面进行弯矩调整，然后按调整后的内力进行截面设计和配筋构造。,其中调幅系数Me按弹性方法计算的弯矩值Ma调幅后的弯矩值,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,5.弯矩调幅法,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage50,弯矩调幅法应遵循以下原则：受力钢筋：宜采用HRB400级、HRB335级热轧钢筋，混凝土强度等级宜在C20C45范围；截面的相对受压区高度应满足0.10.35；为避免塑性铰出现过早、转动幅度过大，应控制弯矩调整幅度，调幅系数不宜超过20%；连续梁、板各跨中截面的弯矩不宜调整，其弯矩设计值M可取考虑荷载最不利布置并按弹性方法计算的结构的弯矩设计值和按下列公式计算的弯矩设计值的较大者,调幅后支座和跨中截面的弯矩值均不宜小于M0的1/3；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条件计算确定；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，并有构造措施加以保证。,M0按简支梁计算的跨中弯矩设计值；Ml、Mr连续梁、板的左、右支座截面弯矩调幅后的设计值。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage51,弯距调幅法计算步骤1、用弹性方法计算在荷载最不利布置条件下结构支座截面的弯矩最大值Me；2、采用调幅系数(一般不宜超过0.2)降低各支座截面弯矩，即弯距设计值M=(1)Me；3、按调幅降低后的支座弯矩值计算跨中弯矩值；4、校核调幅以后支座和跨中弯矩值应不小于某个限值，以控制调幅程度；5、按最不利荷载布置和调幅后的支座弯矩，由平衡条件求得控制截面的剪力设计值。,B、单向板,结构布置,最不利荷载组合,计算方法,结构计算单元,塑性理论,弹性理论,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage52,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage53,表1.2.1连续梁和连续单向板的弯矩计算系数,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage54,表1.2.2连续梁的剪力计算系数,主页,上一章,下一章,目录,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage55,支座处控制截面与内力值的确定由于结构支座有一定的长度，对于以混凝土梁和柱为支座的连续梁板结构，一般取支座边缘截面为控制截面。结构控制截面计算弯矩和剪力按下式近似计算：均布荷载集中荷载当支座为墙体时，结构控制截面计算内力取值，弯矩计算时取支座中心线处截面为控制截面；剪力计算时取支座边缘处截面为控制截面。控制截面计算弯矩和剪力按下式取值：均布荷载集中荷载式中V0按简支梁计算的支座边缘处剪力设计值，；g,q作用于结构上的恒载和活荷载的设计值；,1.2整体式单向梁板结构,HerecomesyourfooterPage56,按照混凝土结构设计原理(第三版)第4、5章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