混凝土结构原理与设计部分共计PPT课件

1、1张拉控制应力 张拉控制应力（controlling stress）是指张拉预应力钢筋时，张拉设备的测力仪表所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积得出的拉应力值。 con是施工时张拉预应力钢筋的依据，其取值应适当。若过大，则会产生如下问题：（1）个别钢筋可能被拉断；（2）施工阶段可能会引起构件某些部位受到拉力（称为预拉区）甚至开裂，还可能使后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏；（3）使开裂荷载与破坏荷载相近，一旦裂缝，将很快破坏，即可能产生无预兆的脆性破坏。另外，还会增大预应力钢筋的松弛损失。因而对张拉控制应力应规定上限值。 同时，为了保证构件中建立必要的有效预应力，张拉控制应力取值也不能过小

2、，即也应有下限值。 第1页/共280页钢筋种类钢筋种类张拉方法张拉方法先张法先张法后张法后张法消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线0.75 0.75热处理钢筋热处理钢筋0.70.65 混凝土规范规定预应力钢筋的张拉控制应力值超过下表规定的张拉控制应力限值，且小于0.4 fptk 。ptkfptkfptkfptkf张拉控制应力限值第2页/共280页2预应力损失 将预应力钢筋张拉到控制应力后，由于种种原因，其拉应力值将逐渐下降到一定程度，即存在（loss of prestress）。经损失后预应力钢筋的应力才会在混凝土中建立相应的（effective prestress）。 下面分项讨论引起预

3、应力损失的原因、损失值的计算以及减少预应力损失的措施。 第3页/共280页 无论先张法临时固定预应力钢筋还是后张法张拉完毕锚固预应力钢筋时，在张拉端由于锚具的压缩变形，锚具与垫板之间、垫板与垫板之间、垫板与构件之间的所有缝隙被挤紧，或由于钢筋、钢丝、钢绞线在锚具内的滑移，使得被拉紧的预应力钢筋松动缩短从而引起预应力损失。 预应力直线钢筋锚具变形损失应按下列公式计算： 1l s1Elal 为了减小锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失，应尽量少用垫板；先张法采用长线台座张拉时损失较小；而后张法中构件长度越大则损失越小。 第4页/共280页 2l dPd Fd(pA s d s)d xdAp sl2c

4、onx计算截面张拉端摩擦损失计算简图第5页/共280页 后张法由于孔道的制作偏差、孔道壁粗糙以及钢筋与孔壁的挤压等原因，张拉预应力筋时，钢筋将与孔壁发生摩擦（friction）。距离张拉端越远，摩擦阻力的累积值越大，从而使构件每一截面上预应力钢筋的拉应力值逐渐减小，这种预应力值差额称为。预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失的计算公式如下： xle11con2 为了减小摩擦损失，对于较长的构件可采用一端张拉另一端补拉，或两端同时张拉，也可采用超张拉。 超张拉程序为 。concon2con85. 01 . 10 分分钟钟第6页/共280页 制作先张法构件时，为了缩短生产周期，常采用蒸汽养护

5、，促使混凝土快硬。由于预应力钢筋与台座间形成温差，产生的预应力损失，按下式计算： 式中， 以N/mm2计，为预应力钢筋与台座间的温差，以 计。通常采用来减小温差损失：先升温2025 ，待混凝土强度达到7.510N/mm2后，混凝土与预应力钢筋之间已具有足够的粘结力而结成整体；当再次升温时，二者可共同变形，不再引起预应力损失。因此，计算时取。3l C3l 20 25 Ct Ctl 23 第7页/共280页 （stress relaxation）是指钢筋受力后，在长度不变的条件下，钢筋应力随时间的增长而降低的现象。 预应力钢丝、钢绞线： 普通松弛 低松弛 热处理钢筋： 可以采用的方法减小松弛损失。

6、4l , 5 . 04 . 0conptkcon4 fl 超超张张拉拉一一次次张张拉拉 9 . 0 1 conptkconl4ptkcon5 . 0125. 0 7 . 0 ff，时时当当conptkconl4ptkconptk755 . 02 . 0 8 . 07 . 0 fff，时时当当 超张拉超张拉一次张拉一次张拉 035. 0 05. 0concon4 l第8页/共280页 混凝土在空气中结硬时体积收缩（shrinkage），而在预压力作用下，混凝土沿压力方向又发生徐变（creep）。收缩、徐变都导致预应力混凝土构件的长度缩短，预应力钢筋也随之回缩，产生预应力损失。 混凝土收缩、徐变引

7、起受拉区和受压区纵向预应力钢筋的预应力损失值 、 （N/mm2）可按下列方法确定： 先张法：后张法：所有能减少混凝土收缩徐变的措施，相应地都将减少 。5l pc cu545280 1+15lf 15+128045 cu pc 5flpc cu535280 1+15lf cu pc 515+128035 fl5l 5l 5l 第9页/共280页 对水管、蓄水池等圆形结构物，可采用后张法施加预应力。把钢筋张拉完毕锚固后，由于张紧的预应力钢筋挤压混凝土，钢筋处构件的直径减小,一圈内钢筋的周长减小，预拉应力下降，即产生了预应力损失。规范规定：当构件直径d3m时， N/mm2； 当构件直径d3m时， 。

8、 06 l 306 l 6l 第10页/共280页 不同的施加预应力方法，产生的预应力损失也不相同。一般地，先张法构件的预应力损失有 ；而后张法构件有 （当为环形构件时还有 ）。 在实际计算中，以“预压”为界，把预应力损失分成两批。 各阶段预应力损失值的组合5431 , , , llll 5421 , , , llll 6l 预应力损失值的组合预应力损失值的组合先张法构件先张法构件后张法构件后张法构件混凝土预压前混凝土预压前(第一批第一批)的损失的损失混凝土预压后混凝土预压后(第二批第二批)的损失的损失431lll 5l 21ll 654lll 第11页/共280页 考虑到预应力损失计算值与实

9、际值的差异，并为了保证预应力混凝土构件具有足够的抗裂度，应对预应力总损失值做最低限值的规定。规范规定，当计算求得的预应力总损失值小于下列数值时，应按下列数值取用： 先张法构件 100N/mm2； 后张法构件 80N/mm2。 第12页/共280页 当混凝土受预应力作用而产生弹性压缩（或伸长）时，若钢筋（包括预应力钢筋和非预应力钢筋）与混凝土协调变形（即共同缩短或伸长），则钢筋的应力变化量为Ec 式中 为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值，即 EsEcEE 第13页/共280页 预应力混凝土轴心受拉构件从张拉钢筋开始到构件破坏为止，可分为：施工阶段和使用阶段。 构件内存在：内部预应力（施工制作时

10、施加的）和外荷载（使用阶段施加的）。 用Ap和As表示预应力钢筋和非预应力钢筋的截面面积，Ac为混凝土截面面积；以 、 及 表示预应力钢筋、非预应力钢筋及混凝土的应力。 规定： 以受拉为正， 及 以受压为正。 pespcpespc 第14页/共280页1先张法轴心受拉构件 施工制作阶段，应力图形如图所示。此阶段构件任一截面各部分应力均为自平衡体系。 ApsAAcs As pApepc 先张法构件截面预应力 平衡方程为peppccssAAA 第15页/共280页 放松预应力钢筋，压缩混凝土（完成第一批预应力损失） 代入平衡方程可得pcpcpeconEpcsEspcl conpconppccEss

11、Ep0()()llAAAAAA 此时的应力状态，可作为施工阶段对构件进行承载能力计算的依据。另外， 还用于计算 。 pc 5l 第16页/共280页 完成第二批预应力损失 pcpcpeconEpcsEspc5ll conp5spc0()llAAA 代入平衡方程解得 上式给出了先张法构件中最终建立的混凝土有效预压应力。 第17页/共280页 加荷至混凝土预压应力被抵消时 0NA pe Apss消压状态 pcpep0cons50ll 第18页/共280页 平衡条件为 代入可得0pepssNAA 0conp5spc0()llNAAA 此时，构件截面上混凝土的应力为零，相当于普通钢筋混凝土构件还没有受

12、到外荷载的作用，但预应力混凝土构件已能承担外荷载产生的轴向拉力，故称为“消压拉力”。 第19页/共280页 继续加荷至混凝土即将开裂 =tkpc-fs sA pApecrN截面即将开裂pctkpeconEtks5Estkllfff 第20页/共280页 平衡条件为 代入可得crpeppccssNAAA crconEtkptkc5Estksconp5stkcEpEsspc0tk00tk0pctk0()() ()() ()llllNfAf AfAAAfAAAAf ANf AfA 上式可作为使用阶段对构件进行抗裂验算的依据。 第21页/共280页 加荷直至构件破坏 贯通裂缝截面相应的轴向拉力极限值（

13、即极限承载力），如图所示。极限状态 由平衡条件可得上式可作为使用阶段对构件进行承载能力极限状态计算的依据。 upypysNfAf A 第22页/共280页 2 后张法轴心受拉构件 应力图形如图所示，构件任一截面各部分应力亦为自平衡体系。 s sA pApepcAcAsAp后张法构件截面预应力平衡方程为 peppccssAAA 第23页/共280页 在构件上张拉预应力钢筋至 ，同时压缩混凝土 con pcccpecon2sEsccl 代入平衡方程可解得 con2pcon2pcccEssn()()llAAAAA 当 （张拉端）时， 达最大值，即 20l cc conpccnAA 上式可作为施工阶段

14、对构件进行承载力验算的依据。第24页/共280页 完成第一批预应力损失 pcpcpeconsEspcl 代入平衡方程解得 conpconppccEssn()()llAAAAA 这里的 用于计算 。 pc 5l 第25页/共280页 完成第二批预应力损失 pcpcpeconsEspc5ll 代入平衡方程，可解得 conp5spcn()llAAA 即为后张法构件中最终建立的混凝土有效预压应力。 pc 第26页/共280页 相应时刻的应力图形与先张法构件的相同，外荷载产生的轴向拉力符号也相同。相应计算公式如下： 0pc0crpctk0upypys()NANfANf Af A ncEss0nEpcsA

15、AAAAAAAAA 孔孔注意：后张法中 第27页/共280页 3 先、后张法计算公式的比较 无论先、后张法，非预应力钢筋任何相应时刻的应力公式形式均相同；预应力钢筋应力公式中，后张法比先张法的相应时刻应力多 。 施工阶段，两种张拉方法的 、 公式形式相似，差别在于：先张法公式中用构件的换算截面面积 ，而后张法用构件的净截面面积 。 Epc pc pc 0AnA第28页/共280页 使用阶段，构件在各特定时刻的轴向拉力 ， 及 的公式形式均相同。无论先、后张法，均采用构件的换算截面面积 计算。 由 可知，预应力混凝土构件比同条件的普通钢筋混凝土构件的开裂荷载提高了 。0NcrNuN0Acrpct

16、k00tk0()NfANf A 0N第29页/共280页 为了保证预应力混凝土轴心受拉构件（uniaxial tensile member of prestressed concrete）的可靠性（reliability），除要进行构件使用阶段的承载力（load-carrying capacity）计算和裂缝控制（crack control）验算外，还应进行施工阶段（制作、运输、安装）的承载力验算，以及后张法构件端部混凝土的局部受压验算。1使用阶段正截面承载力计算 目的是保证构件在使用阶段具有足够的安全性。因属于承载能力极限状态的计算，故荷载效应及材料强度均采用设计值。计算公式如下 upypy

17、sNNfAf A 第30页/共280页 2 使用阶段正截面裂缝控制验算 预应力混凝土轴心受拉构件，应按所处环境类别和结构类别选用相应的裂缝控制等级，并按下列规定进行混凝土拉应力或正截面裂缝宽度验算。由于属正常使用极限状态的验算，因而须采用荷载效应的标准组合或准永久组合，且材料强度采用标准值。 在荷载效应的标准组合下应符合下列规定：ckpc0 第31页/共280页 应同时满足如下两个条件：在荷载效应的标准组合下应符合下列规定：在荷载效应的准永久组合下宜符合下列规定： ckpctkf cqpc0 第32页/共280页 按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度，应符合下列规定：max

18、limeqskmaxcrstetktesk2speqtete 1.90.08 1.10.65 , iiiiiwwdwcEfAAn ddndA 第33页/共280页 3施工阶段混凝土压应力验算 为了保证预应力混凝土轴心受拉构件在施工阶段（主要是制作时）的安全性，应限制施加预应力过程中的混凝土法向压应力值，以免混凝土被压坏。混凝土法向压应力应符合下列规定： ccck0.8 f 对先张法构件对后张法构件 pconccpc0()lAA pconccnAA 第34页/共280页 4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算 AAlFlyxb-+y 后张法构件端部锚固区的应力状态 ccnb1.35 lll

19、llFf AAA 第35页/共280页 当配置方格网式或螺旋式间接钢筋且其核心（core）面积 时，局部受压承载力应按下列公式计算： corlAA ccvcoryn0.92lllFffA 当为方格网式配筋时，其体积配筋率应按下列公式计算：1s1 12s2 2vcorn A ln A lAs 当为螺旋式配筋时，其体积配筋率应按下列公式计算： ss1vcor4Ads 第36页/共280页 sh(sh)l1(a)lcord1FAlbAlscorAh(h)2(l1l2lcorAFbAllAs(b)cord/2 局部受压区的间接钢筋(a) 方格网式配筋 (b) 螺旋式配筋 第37页/共280页 1各阶段

20、应力分析 先张法后张法 分别加荷至受拉区和受压区预应力钢筋各自合力点处混凝土法向应力等于零时，受拉区和受压区的预应力钢筋 和 的应力为：先张法后张法预应力混凝土受弯构件截面内钢筋布置pcEconpellconpellconp0conp0pcEconp0pcEconp0llpApA 第38页/共280页 仿照轴心受拉构件，计算预应力混凝土中由预加力产生的混凝土法向应力 时，可看作将一个偏心压力 作用于构件截面上，然后按材料力学公式计算。计算时，先张法用构件的换算截面（ ， ），而后张法用构件的净截面（ ， ）。 pc pN0A0InAnI第39页/共280页 计算公式如下:先张法构件后张法构件

21、ppp0pc000NN eyAI pppn2pcnnnnnNN eMyyAII 第40页/共280页 无论先、后张法，偏心压力 均按下式计算： p Np Npconpconp5s5s()()llllNAAAA 先张法构件：后张法构件： conppconpp5ss5ssp0p()()llllA yA yA yA yeN conppnconppn5ssn5ssnpnp()()llllA yA yA yA yeN 第41页/共280页 先张法构件后张法构件0cEssEssEpEpcspAAAAAAAAAA ncEssEss0nEpEpcs AAAAAAAAAAAA孔孔第42页/共280页 施加预应力

22、后，构件在正常使用时可能不开裂甚至不出现拉应力，因而可以视混凝土为理想弹性材料。仿照轴心受拉构件，在外荷载作用下，无论先、后张法，均采用构件的换算截面，按材料力学公式计算混凝土应力。例如，正截面抗裂验算时，加荷至构件受拉边缘混凝土应力为零时，设外弯矩为，则有加荷至受拉边缘混凝土即将开裂时，则开裂弯矩为 0M0pc0MW crpctk0()MfW 第43页/共280页 2使用阶段计算 sAsApApAbah0hxapaasMuapaas1fcAsyfp0pyf -Ap()fyAspApyf矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算 第44页/共280页 两个独立平衡方程：公式的适用条件为： u1c0y

23、s0sp0pyp0p1cysyspypp0pyp()()()()2()xMMf bx hf A hafA haf bxf Af AfAfA b0 2xhxa 第45页/共280页 只需考虑施加预应力对受剪承载力的影响。矩形、T形和I形截面的预应力混凝土受弯构件，当配置箍筋和弯起钢筋时，其斜截面受剪承载力应按下列公式计算：（略） cspysbspypbpPP0 p0p0pp0p5s5s0.8sin0.8sin 0.05 llVVVf AfAVNNAAAA 第46页/共280页 ckpc 0 ckpctkcqpc 0f maxlim ww 第47页/共280页 （1）一级严格要求不出现裂缝的构件

24、（2）二级一般要求不出现裂缝的构件对严格要求和一般要求不出现裂缝的构件，均应符合下列规定：tptk0.85 f tktp95. 0ftptk0.95 f cpck0.6 f 第48页/共280页 与普通混凝土受弯构件不同，预应力混凝土受弯构件的挠度由两部分组成。第一部分是外荷载产生的向下挠度 fl ；另一部分是预应力产生的向上变形 fp ，称为反拱。预应力混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度验算公式为： plim lfff 第49页/共280页 施工阶段验算 第50页/共280页 对预拉区不允许出现裂缝的构件或预压时全截面受压的构件，在预加力、自重及施工荷载 (必要时应考虑动力系数) 作用

25、下，其截面边缘的混凝土法向应力应符合下列规定： 截面边缘的混凝土法向应力可按下列公式计算： cttk ccck 0.8ff kkccctpc00 NMAW 或或第51页/共280页 对施工阶段预拉区允许出现裂缝而在预拉区不配置纵向预应力钢筋的构件，除应进行承载能力极限状态验算外，其截面边缘的混凝土法向应力应符合下列规定：注：后张法预应力混凝土受弯构件的端部局部受压计算内容与轴心受拉构件相同，不赘述。 cttk ccck2 0.8ff 第52页/共280页 1先张法构件 并筋的等效直径，对双并筋应取为单筋直径的1.4倍，对三并筋应取为单筋直径的1.7倍。并筋的保护层厚度、锚固长度、预应力传递长度

26、及正常使用极限状态验算均应按等效直径考虑。当预应力钢绞线、热处理钢筋采用并筋方式时，应有可靠的构造措施。不应小于其公称直径或等效直径的1.5倍，且应符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝，不应小于15mm；对三股钢绞线，不应小于20mm；对七股钢绞线，不应小于25mm。 第53页/共280页 （1）对单根配置的预应力钢筋，其端部宜设置长度不小于150mm且不少于4圈的螺旋筋；当有可靠经验时，亦可利用支座垫板上的插筋代替螺旋筋，但插筋数量不应少于4根，其长度不宜小于120mm；（2）对分散布置的多根预应力钢筋，在构件端部10（为预应力钢筋的公称直径）范围内应设置35片与预应力钢筋垂直的钢筋网；（3）对

27、采用预应力钢丝配筋的薄板，在板端100mm范围内应适当加密横向钢筋。第54页/共280页 ，应在构件端部100mm范围内沿构件板面设置附加横向钢筋，其数量不应少于2根。，宜设置加强其整体性和横向刚度的横肋。端横肋的受力钢筋应弯入纵肋内。当采用先张长线法生产有端横肋的预应力混凝土肋形板时，应在设计和制作上采取防止放张预应力时端横肋产生裂缝的有效措施。,当构件端部与下部支承结构焊接时,应考虑混凝土收缩、徐变及温度变化所产生的不利影响，宜在构件端部可能产生裂缝的部位设置足够的非预应力纵向构造钢筋。 第55页/共280页 2后张法构件 应符合下列规定：对预制构件，孔道之间的水平净间距不宜小于50mm；

28、孔道至构件边缘的净间距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直径的一半。在框架梁中，预留孔道在竖直方向的净间距不应小于孔道外径,水平方向的净间距不应小于1.5倍孔道外径；从孔壁算起的混凝土保护层厚度，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm。预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及需穿过孔道的连接器外径大1015mm。在构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，其孔距不宜大于12m。凡制作时需要预先起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。 第56页/共280页 ，除进行局部受压承载力计算外，其体积配筋率不应小于0.5%。为了防止沿孔道产生劈裂，在局部受压间接钢筋配置区以外，在构件端部长度不小于3但不

29、大于1.2、高度为2的附加配筋区范围内，应均匀配置附加箍筋或网片，其体积配筋率不应小于0.5%（下图）。 3e1pN2el2防止沿孔道劈裂的配筋范围1局部受压间接钢筋配置区；2附加配筋区；3构件端面第57页/共280页 规定：（1）宜将一部分预应力钢筋在靠近支座处弯起，弯起的预应力钢筋宜沿构件端部均匀布置；（2）当构件端部预应力钢筋需集中布置在截面下部或集中布置在上部和下部时，应在构件端部0.2范围内设置附加竖向焊接钢筋网、封闭式箍筋或其它形式的构造钢筋；（3）附加竖向钢筋宜采用带肋钢筋 。当端部截面上部和下部均有预应力钢筋时，附加竖向钢筋的总截面面积应按上部和下部的预应力合力分别计算的数值叠

30、加后采用。构件端部尺寸应考虑锚具的布置、张拉设备的尺寸和局部受压的要求，必要时应适当加大。 第58页/共280页 当构件在端部有局部凹进时，应增设或其它有效的构造钢筋。 12端部凹进处构造配筋1折线构造钢筋；2竖向构造钢筋第59页/共280页 后张法预应力混凝土构件中，不宜小于4m；对折线配筋的构件，在预应力钢筋弯折处的曲率半径可适当减小。在后张法预应力混凝土构件的预拉区和预压区中，应设置；在预应力钢筋弯折处，应加密箍筋或沿弯折处内侧设置钢筋网片。对外露金属锚具，应采取可靠的防锈措施。第60页/共280页 梁兴文 史庆轩 编著科 学 出 版 社 2004年2月第61页/共280页房屋建筑工程中

31、混凝土结构的设计方法，主要包括： 概论 楼盖和楼梯 单层工业厂房 框架结构设计课程内容侧重于结构整体设计： 结构方案和结构体系的选择，进行结构布置 确定计算简图 选择合适的结构分析方法 计算作用、作用效应，进行作用效应组合 构件截面设计及构件间的连接构造设计第62页/共280页 教材作者教材作者课件制作课件制作课件审查课件审查第第1章章 概论概论史庆轩史庆轩丁怡洁丁怡洁梁兴文梁兴文第第2章章 楼盖和楼梯楼盖和楼梯梁兴文梁兴文丁怡洁丁怡洁梁兴文梁兴文第第3章章 单层厂房结构单层厂房结构史庆轩史庆轩谢启芳谢启芳李晓文李晓文第第4章章 框架结构框架结构梁兴文梁兴文王王 威威周铁钢周铁钢第63页/共2

32、80页 教材作者：史庆轩课件制作：丁怡洁课件审查：梁兴文第64页/共280页建筑结构的概念及其基本形式混凝土建筑结构的形式建筑结构设计的程序和内容混凝土建筑结构的分析方法本课程的主要内容及特点混凝土建筑结构的形式基本建设工作程序及房屋建筑工程的设计阶段结构分析方法第65页/共280页建筑结构：房屋建筑的空间受力骨架体系，由竖向承重结构、水 平承重结构和下部结构组成。建筑结构的功能：满足使用和美观的需求，并且抵御自然界 的各种作用 建筑结构的分类：（1）按用途：工业厂房结构和民用建筑结构；（2）按体型和高度：单层结构、多层结构、高层结构和大跨结构；（3）按材料：钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构、

33、木结构、薄膜 充气结构；（4）按主要结构型式：墙体结构、框架结构、筒体结构、拱结构、 网架结构、空间薄壁结构。 第66页/共280页混凝土结构：素混凝土结构 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 钢-混凝土组合结构 钢骨混凝土结构 钢管混凝土结构 FRP混凝土结构常用的混凝土建筑结构形式：单层混凝土建筑结构 多高层混凝土建筑结构 大跨结构第67页/共280页1 基本建设工作程序 介入质监和监理工作设计任务书技术设计阶段投资控制选址项目立项建议书竣工验收付诸施工过程施工图审查阶段施工图设计阶段初步设计阶段方案设计阶段可行性研究报告交付使用确定设计计划决算编制施工图预算修正概算编制概算造价估算基本建设

34、工作程序和内容第68页/共280页2 房屋建筑工程的设计阶段（1）方案设计阶（scheme design）（2）初步设计阶段（preliminary design）（3）技术设计阶段（technical design）（4）施工图设计阶段（working drawing design）结构方案的确定：确定结构形式 确定结构体系 是结构设计中最重要的一项工作，关系着结构设计成败的关键。第69页/共280页结构分析：确定计算简图和分析方法 进行荷载（作用）计算 结构内力分析 配筋计算，构造措施1 基本原则对混凝土结构，合理地确定力学模型和选择分析方法是提高设计质量、确保结构安全可靠的重要环节。基本

35、原则： （1）按建筑结构荷载规范(GB 50009-2002)及建筑抗震设 计规范(GB 50011-2002)等国家标准规定的作用（荷载） 及其组合，进行作用效应分析；第70页/共280页1 基本原则（2）结构在施工和使用期的不同阶段有多种受力状况时，应分 别进行结构分析；（3）结构分析所采用的计算图形、边界条件、荷载的取值与组 合、材料性能的计算指标、初始应力和变形状况等，应符 合实际情况并有相应的构造措施；（4）结构分析方法基于三类基本方程：平衡方程、变形协调方 程和材料本构方程；（5）宜根据结构类型、构件布置、材料性能和受力特点选择合 理的分析方法；（6）电算结果应经判断和校核。第71

36、页/共280页线弹性分析方法考虑塑性内力重分布的分析方法塑性极限分析方法非线性分析方法试验分析方法2 各种分析方法第72页/共280页1 主要内容楼盖结构 单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、无粘结预应力混凝土楼盖、楼梯等。单层厂房结构 单层厂房的组成和布置，构件选型，排架结构内力分析、内力组合，排架柱、牛腿、柱下独立基础的受力性能和设计方法，抗风柱、屋架和吊车梁的设计要点，节点的连接及预埋件的设计方法等。第73页/共280页框架结构 混凝土框架结构的承重方案，结构布置，构件截面尺寸估算，计算简图，结构内力分析方法，梁柱构件配筋与构造，柱下条形基础的设计等。2 本课程的特点实践性综合性创造性结构方

37、案和布置及构造措施在结构设计中应予重视第74页/共280页建筑结构是房屋建筑的空间受力骨架体系，由竖向承重结构、水平承重结构和下部结构三部分组成。混凝土结构是指以普通混凝土为主制作的结构，是土木建筑中应用最多的一种结构形式。建筑结构设计是在可靠与经济之间选择一种平衡，房屋建筑工程可分为方案设计、初步设计、技术设计和施工图设计四个阶段。混凝土结构设计中常用的计算方法有线弹性分析方法、考虑塑性内力重分布的分析方法、塑性极限分析方法、非线性分析方法和试验分析方法，应根据结构的重要性和使用要求、结构体系的特点、荷载（作用）状况、要求的计算精度等合理选择。第75页/共280页教材作者：梁兴文课件制作：丁

38、怡洁课件审查：梁兴文 第76页/共280页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第77页/共280页1 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) 无梁楼盖(d) 密肋楼盖第78页/共280页(e) 井式楼盖(f) 扁梁楼盖楼盖结构类型 (types of floor systems)1 楼盖是房屋建筑中的主要承重结构之一第79页/共280页2 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 装配式混凝土楼盖 装配整体式混凝土楼盖 按结构形式

39、，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 扁梁楼盖第80页/共280页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3 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。/2l b 2/3l b/3l b lb第81页

40、/共280页4 梁、板截面尺寸 （承载力和刚度） f f构件种类构件种类高跨比（高跨比（ ）备备 注注多跨连续次梁多跨连续次梁多跨连续主梁多跨连续主梁单跨简支梁单跨简支梁1/181/121/141/81/141/8梁的宽高比（梁的宽高比（ ）一般为）一般为1/31/2， 以以50mm为模数为模数单向板单向板简简 支支连连 续续1/351/40最小板厚：最小板厚： 屋屋 面面 板板 60mm 民用建筑楼板民用建筑楼板 70mm 工业建筑楼板工业建筑楼板 80mm双向板双向板四边简支四边简支四边连续四边连续1/451/50高跨比高跨比 中的中的 取短向跨度取短向跨度板厚一般宜为板厚一般宜为80mm

41、 160mm密肋板密肋板单跨简支单跨简支多跨连续多跨连续1/201/25高跨比高跨比 中的中的 为肋高为肋高 板厚：当肋间距板厚：当肋间距700mm， 40mm当肋间距当肋间距700mm， 50mm悬悬 臂臂 板板1/12板的悬臂长度板的悬臂长度500mm， 60mm板的悬臂长度板的悬臂长度500mm， 80mm无梁楼板无梁楼板无柱帽无柱帽有柱帽有柱帽1/301/35h150mm梁、板截面的常用尺寸 b/h l/h l/h l/b hhhhhhhhhhl第82页/共280页5 现浇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

42、 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第83页/共280页1 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动的铰，称为“塑性铰” 。钢筋混凝土受弯构件的塑性铰第84页/共280页1 受弯构件的塑性铰 塑性转角及塑性铰的转动能力（plastic rotation capacity）塑性铰转角： pypp)(l 塑性铰的转动能力 ：pyumaxp

43、)(l影响塑性铰转动能力的因素：（1）钢筋种类。受拉纵筋采用软钢（HPB235，HRB335，HRB400， RRB400级钢筋）时， 较大。（2）受拉纵筋配筋率。 较低时， 较大。 值直接与塑性铰转动能力 有关。 （3）混凝土的极限压缩变形。极限压缩变形大， 较大。混凝土的强度 等级低，箍筋用量多或受压区纵筋较多时，都能增加混凝土的极限 压缩变形。pmaxpmaxpmax第85页/共280页1 受弯构件的塑性铰 塑性铰的特点 （1） 塑性铰实际上具有一定长度，分析时可认为是一个截面；（2） 塑性铰能承受定值弯矩，即截面的屈服弯矩；（3） 对于单筋受弯构件，塑性铰只能单向转动；（4） 塑性铰的

44、转动能力有限。 第86页/共280页2 超静定结构的塑性内力重分布塑性内力重分布的过程 （以矩形等截面两跨连续梁为例） 两跨连续梁内力变化过程 第87页/共280页2 超静定结构的塑性内力重分布 两跨连续梁内力变化图第一过程：裂缝出现塑性铰形成以前，原因为裂缝的形成和开展。第二过程：塑性铰形成以后，原因为塑性铰的转动。 条件：（1）（2）适筋梁（3）达 之前不 发生剪切破坏ByBCyAByMMMuM第88页/共280页塑性内力重分布的幅度 指截面弹性弯矩与该截面塑性铰所能负担弯矩的差值，通常以相对值表达 ：1yeyyeeeMMMMMMM 塑性内力重分布的设计考虑 （1） “充分的内力重分布”

45、（2）“不充分的内力重分布”（3）一个截面的屈服并不意味着结构破坏（4） 塑性铰截面不必考虑满足变形连续条件，必须满足平衡条件（5） 一般调整幅度不应超过25% 2 超静定结构的塑性内力重分布第89页/共280页1 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第90页/共280页计算简图2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计

46、算结构内力第91页/共280页（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 c0ll 2222nn0balbhll（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 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第92页/共280页 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240

47、mm8ii主次（3） 主梁222025. 1nn0balbllc0ll 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 柱i()()3iiii左梁右梁上柱下柱)2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第93页/共280页2 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) 中间跨第94页/共280页板和次梁的折算荷载 为了考虑次梁或主梁的抗扭刚度对内力的影响，采用增大恒

48、载，减小活载的办法，即： 板次梁qgg21qq2114ggq 34qq 次梁抗扭刚度对板的影响2 单向板肋梁楼盖按弹性理论方法计算结构内力第95页/共280页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，然后隔跨布置（4）求某支座 ，与（3）相同 maxMminMmaxMmaxMmaxV连续梁的实际跨数 5跨时：按5跨计算 实际跨数150mm时，不宜大于1.5h，且不宜大于250mm 弯 起 式锚固好 ，整体性好 ，节约钢筋，施工复杂分 离 式锚固较差 ，用钢量稍高，但施工

49、方便钢筋弯钩板底钢筋：半圆弯钩，上部负弯矩钢筋：直钩弯起、截断一般按构造处理板相邻跨度相差超过20%或各跨荷载相差较大时，应按弯矩包络图确定 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求板中受力钢筋配筋构造第109页/共280页连续板受力钢筋两种配置方式4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求第110页/共280页2）构造钢筋: 包括分布钢筋、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 位 置与受力钢筋垂直，均匀布置于受力钢筋的内侧作 用浇筑混凝土时固定受力钢筋的位置抵抗收缩和温度变化产生的内力承担并分布板上局部荷载产生的内力 直 径不宜小于6mm间 距

50、不宜大于250mm数 量单向板中单位长度上的分布钢筋，截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%，且不宜小于该方向板截面面积的0.15% 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求第111页/共280页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嵌入承重墙时的板面裂缝分布4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求第112页/共280页次梁 （1）正截面受弯承载力计算 （2）斜截面受剪承载力计算 （3）受力钢筋的弯起和截断 次梁的配筋构造4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求第113页/共280页主梁 （1）正截面受弯承载力计算 （2）斜截面受剪承载力计算 （3）受力钢筋的弯起和截断 （按弯矩

51、包络图确定） （4）附加横向钢筋附加箍筋（优先采用）或 附加吊筋 主梁支座处的截面有效高度sinyvsvfFA 4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求第114页/共280页附加横向钢筋布置4 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求第115页/共280页 单块矩形双向板（单区格双向板） 均布荷载作用下，按附表2计算板的弯矩： m = 表中弯矩系数pl2 多跨连续双向板（多区格双向板） （1）板跨中最大正弯矩计算（活荷载棋盘式布置 ） 分为两种荷载情况：满布同向荷载 满布反向荷载 （2）支座处板最大负弯矩计算（活荷载近似按满布）1 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力第116页/共280页棋盘式荷载布置1

52、 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力第117页/共280页 双向板楼盖支承梁内力计算 连续双向板支承梁计算简图1 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力第118页/共280页2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析 试验研究 弹性 开裂 与裂缝相交的钢筋屈服 形成机构 双向板破坏时的裂缝分布第119页/共280页 塑性铰线及其确定 板中连续的一些截面均出现塑性铰，连在一起称为塑性铰线 板的极限荷载：当板中出现足够数量的塑性铰线后，板成为机 动体系，达到其承载能力极限状态而破坏，这时板所承受的荷 载为板的极限荷载 板中塑性铰线的分布形式与以下因素有关：板的平面形状周边支承条件两方向跨中、支座的配筋量荷

53、载类型等2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析第120页/共280页均匀受荷双向板破坏机构示例2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析第121页/共280页 结构极限承载力分析的基本原理 （1）极限分析须满足的三个条件 : 极限条件 机动条件 平衡条件 （2）极限分析的具体解法 : 上限解法（满足机动条件及平衡条件）： 1） 机动法或功能法利用功能方程求解 2） 极限平衡法直接建立平衡方程求解 下限解法（满足极限条件及平衡条件）： 1）直接选取弯矩分布方程 2）板带法 2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析第122页/共280页（3）极限分析：结构构件的截面尺寸、材料强度等已定，求结构 所能负担的极限荷载值

54、 极限设计：结构上所作用的荷载值已知，根据荷载作用下的结 构内力值，确定结构构件的截面尺寸及材料强度等 极限条件 平衡条件 机动条件 下限解法 真实解 上限解法找多种内力场，取其中最大荷载 找多种破坏机构，取其中最小荷载（不满足极限条件）（未破坏）2 钢筋混凝土双向板极限承载力分析第123页/共280页3 双向板肋梁楼盖按塑性理论计算 （1）将楼盖划分为不同的双向板曲格（2）从中央区格开始，确定荷载 ，选定 和 各值，求出 该区格板的跨中弯矩 、 以及支座弯矩（3）将支座弯矩值作为相邻区格板的共界弯矩值，依次向外计算各 区格板，直至楼盖的边区格板和角区格板 pgqxmym 计算步骤 计算公式x

55、ymmxxxmmxxxmm yyymmyyymm )3(24121yx2yyyxxyxllplMMMMMM 第124页/共280页4 双向板肋梁楼盖的配筋计算与构造要求（1） 弯矩设计值：可考虑拱作用，使板内力有所降低（2） 截面有效高度：短跨： 方向 长跨： 方向（3） 配筋计算： 板的配筋计算 板的配筋构造ylxl020yhhmm030 xhhmmy0ssfhrmA （1）按弹性理论计算时：正弯矩钢筋（中间板带，边板带） 负弯矩钢筋（沿支座均匀配置）（2）按塑性理论计算时：配筋应符合内力计算的假定第125页/共280页中间板带与边板带的正弯矩钢筋配置4 双向板肋梁楼盖的配筋计算与构造要求第

56、126页/共280页楼盖、楼梯都属于梁板结构，其设计步骤包括： （1）结构选型和结构布置； （2）结构计算（确定计算简图、荷载计算、内力分析、内力 组合、截面配筋计算）； （3） 结构构造设计及绘制施工图。在荷载作用下，如果板是双向弯曲双向受力，为双向板；否则为单向板。设计中可按板的支承情况和两个方向跨度比值来区分 。对单向板肋梁楼盖，主梁按弹性理论计算内力，板和次梁按塑性理论计算。 第127页/共280页按塑性理论计算时要满足： （1）平衡条件 （2）塑性条件： 即要求塑性铰有足够的转动能力（ ）， 同时塑性铰转动幅度不过大（ ） （3）适用性条件 ：满足正常使用阶段的变形和裂缝宽度限 值双

57、向板可按弹性理论和塑性理论计算。按塑性理论计算时，有上限解法（机动法、极限平衡法）和下限解法（板带法）pp0.10.3525%第128页/共280页 教材作者：史庆轩课件制作：谢启芳课件审查：李晓文第129页/共280页概述 结构组成 结构布置 构件选型与截面设计 横向排架结构内力分析 柱的设计 柱下独立基础设计 横向排架结构内力分析柱的设计 柱下独立基础设计 第130页/共280页1 工业厂房的分类 工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类，可分为：单层厂房多层厂房层数混合的厂房如精密仪表、电子、食品等工业如化学工业、热电厂等如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金

58、工、装配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房 第131页/共280页混合结构 钢筋混凝土结构 2 单层厂房的分类 对无吊车或吊车吨位不超过5t、跨度在15m以内、柱顶标高不超过8m且无特殊工艺要求的小型厂房，可采用混合结构 对有重型吊车、跨度大于36m或有特殊工艺要求的大型厂房，可采用全钢结构或由钢筋混凝土柱与钢屋架组成的结构 （1）按生产规模可分为：大型、中型和小型 ； （2）按主要承重材料可分为： 钢结构 除上述情况以外的单层厂房均可采用混凝土结构。而且除特殊情况之外，一般均采用装配式钢筋混凝土结构第132页/共280页2 单层厂房

59、的分类 排架结构 门式刚架结构 （3）按承重结构体系可分为：排架结构和刚架结构 第133页/共280页1 结构组成 单层厂房结构是由一些构件组成的一个复杂的空间受力体系，可将结构整体分为以下几个子结构体系:单层厂房结构1. 屋面板2. 天沟板 3. 天窗架 4. 屋架 5. 托架 6. 吊车梁 7.排架柱 8. 抗风柱 9. 基 础 10. 连系梁 11. 基础梁12. 天窗架垂直支撑 13. 屋架下弦横向水平支撑14.屋架端部垂直支撑 15. 柱间支撑第134页/共280页屋盖结构 有檩体系 无檩体系 由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件 由小型屋面板、檩

60、条、屋架及屋盖支撑所组成 屋盖结构1 结构组成 第135页/共280页横向排架 结 构 由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基横向平面排架组成及荷载图1 结构组成 第136页/共280页纵向排架 结 构 由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等围护结构 位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。这些构件所承