【学习课件】第2章_钢筋混凝土现浇楼盖设计

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) 无梁楼盖(d) 密肋楼盖

2、 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，现浇混凝土楼盖可分为：单向板肋梁楼盖

3、 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） 构件种类高跨比（ ）备 注多跨连续次梁多跨连续主梁单跨简支梁1

4、/181/121/141/81/141/8梁的宽高比（ ）一般为1/31/2， 以50mm为模数单向板简 支连 续1/351/40最小板厚： 屋 面 板 60mm 民用建筑楼板 70mm 工业建筑楼板 80mm双向板四边简支四边连续1/451/50高跨比 中的 取短向跨度板厚一般宜为80mm 160mm密肋板单跨简支多跨连续1/201/25高跨比 中的 为肋高 板厚：当肋间距 700mm， 40mm当肋间距 700mm， 50mm悬 臂 板1/12板的悬臂长度500mm， 60mm板的悬臂长度500mm， 80mm无梁楼板无柱帽有柱帽1/301/35 h 150mm梁、板截面的常用尺寸 2.1

5、 概述6 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

6、。-细节决定成败。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、无粘结

7、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（1/1

8、81/12）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. 主梁的布置

9、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次梁板主梁此力分析梁时不要，设计柱时不能丢！板的负荷面积主梁集中荷载的负荷面积次梁的负荷面积次梁主梁柱1m次梁的间距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

10、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，

11、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）

12、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 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

13、；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

14、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） 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板和次梁的折算荷载 为了考虑次梁或

15、主梁的抗扭刚度对内力的影响，采用增大恒载，减小活载的办法，即： 板次梁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，但施工方便钢筋弯钩板底钢筋：半圆弯钩，上部

16、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8 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 2.2 单向板肋梁楼盖设计连续板受力钢筋两种配置方式8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求 2.2 单向板肋梁楼盖设计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 距不宜大于250mm数 量单向

17、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% 8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求 2.2 单向板肋梁楼盖设计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8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求 2.2 单向板肋梁楼盖设计次梁 （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8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求次梁的设计要点纵向钢筋的配筋率：0.6%1.5%截面：支座-矩形；跨中-T形（bf取法已讲过） 0.35 (考虑内力重分布)箍筋面积增大

18、20% (考虑内力重分布)次梁 8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求次梁的设计要点配筋（q/g 3，相邻跨度相差20%，按图，其他情况按包罗图处理 ）lnln/3ln/3ln/5+20dln/5+20dAs/4不少于两根As/2la次梁 8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求 2.2 单向板肋梁楼盖设计主梁 （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8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构造要求 2.2 单向板肋梁楼盖设计附加横向钢筋布置8 单向板肋梁楼盖配筋计算及构

19、造要求1 双向板的受力特点和主要试验结果 2.3 双向板肋梁楼盖设计 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1 双向板的受力特点和主要试验结果理论依据：弹性力学薄板理论；主要结论：相邻板带之间存在剪力，构成扭矩；主弯矩作用 下板底部将产 生45度方向的裂缝。特点：板底部裂缝沿45度方向；板顶裂缝沿支承边发展呈椭 圆形。1 双向板的受力特点和主要试验结果 四边支承板弹性工作阶段的受力特点 四边支承板的主要试验结果 2.3 双向板肋梁楼盖设计 单块矩形双向板（单区格双向板） 均布荷载作用下，按附表14计算板的弯矩： m = 表中弯矩系数pl2 几点说明（1）上

20、式中各符号的意义见附表14；（2）表中系数的数值与板的四边支承条件和所求弯矩的位置有关（3）上式未考虑泊松比的影响，实际计算时必须考虑，此时混凝 土的泊松比近似取0.2；（4）上式所求弯矩是单位长度的弯矩。2 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力 2.3 双向板肋梁楼盖设计 2.3 双向板肋梁楼盖设计棋盘式荷载布置2 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力b 产生的内力 = c 产生的内力+ d 产生的内力。中间的板块，按四边固定荷载为g+q/2的情况查表；端、角区的板块，根据实际情况，可按三边固定一边简支以 及四边固定，荷载为g+q/2的情况 查表； 多跨连续双向板（多区格双向板） （1）板跨

21、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）2 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力 2.3 双向板肋梁楼盖设计正弯矩计算 最不利活荷载的布置形式为全部楼盖满布。中间板块按四边固定的情况查表；端部板块按三边固定一边简支（若搁置在砖墙上）查表；角部板块按二边固定二边简支（若搁置在砖墙上）查表；相邻支承边上的负弯矩取其平均值或绝对值较大者。2 双向板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力 2.3 双向板肋梁楼盖设计支座处负弯矩计算 2.3 双向板肋梁楼盖设计 双向板楼盖支承梁内力计算 连续双向板支承梁计算简图2 双向

22、板肋梁楼盖按弹性理论计算结构内力3 双向板肋梁楼盖的配筋计算与构造要求 2.3 双向板肋梁楼盖设计（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（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 2.3 双向板肋梁楼盖设计中间板带与边板带的正弯矩钢筋配置3 双向板肋梁楼盖的配筋计算与构造要求 2.3 双向板肋梁楼盖设计4 压型钢板1 楼梯的结构形式板式楼梯与梁式楼梯 2.4 楼梯和雨篷设计1 楼梯的结构形式螺旋式楼梯与悬挑式楼梯 2.4 楼梯和雨篷设计2 板式楼梯平台板平台梁楼梯段平台板楼梯板平台梁墙或柱支承于支承于同一般梁板厚为板斜长的1/251/30，水平跨度一般不超过3m结构形式 2.4 楼梯和雨篷设计2 板式楼梯楼梯板的内力分析px lnlnp=pcospy p pln2/8plncos /2pqg 2.4 楼梯和雨篷设计2 板式楼梯楼梯板的内力分析结论*斜梁的最大弯矩，同p作用下跨度为ln的简支梁相同*斜梁的最大剪力，同p作用下跨度为ln的简支梁的最大剪力乘以cos*楼梯板一般同平台梁整浇，考虑到梁的约束作用，跨中最大正弯矩亦可取为pln2/10 2.4 楼梯和雨篷设计2 板式楼