全套电子课件：混凝土结构设计

1、混凝土结构设计第一章 概 论第一节 概述 一、建筑结构的概念及其基本形式 （一）工程结构 第一章 概论 工程结构：房屋的承重骨架体系 组成：竖向承重结构体系 水平承重结构体系 下部结构二、混凝土建筑结构的形式（一）结构是以混凝土为主要材料的建筑结构。 1、素混凝土结构：用于主要承受压力的结构2、钢筋混凝土结构：应用广泛3、预应力混凝土结构：抗裂抗渗、大跨度等4、纤维混凝土结构第一章 概论（二）混凝土建筑结构的结构形式第一章 概论层数单层结构和多高层结构用途工业厂房结构和民用建筑结构一般为单层结构一般为多高层结构 我国高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）规定10层及10层以上或房屋高

2、度超过28m的民用建筑为高层混凝土建筑结构。第一章 概论 上海环球金融中心 101层，492m，2008年9月建成。第一章 概论第一章 概论上海金茂大厦88层，总高421米 第二节 建筑结构设计的程序和内容结构设计基本任务： 在可靠和经济之间选择一种合理的平衡。一、基本建设工作程序第一章 概论 二、房屋建筑工程的设计阶段 1. 方案设计阶段 此阶段需完成的设计文件有设计说明书、设计图纸、投资估算及效果透视图等内容，应在调查研究和设计基础资料的基础上分专业编制。 2. 初步设计阶段 此阶段的任务是根据中标方案、设计任务书和设计基础资料，对设计对象进行总体安排和控制性结构计算，同时对工程工期和投资

3、总额进行总体安排和控制性结构计算，同时对工程工期和投资总额进行深入分析，编制设计总概算。应提交的设计文件有设计说明书、设计图纸、主要设备和材料清单等。 第一章 概论 3. 技术设计阶段 技术设计是专门对技术复杂或有特殊要求的大中型项目增加的一个设计阶段。它是对初步设计方案进行调整和深化，其设计依据为已批准的初步设计文件。 4. 施工图设计阶段 施工图设计是项目施工前最重要的一个设计阶段，要求以图纸和文字的形式解决工程建设中预期的全部技术问题，并编制相应的对施工过程起指导作用的施工预算。 注： 对重要和复杂的大中型工程建设项目要求上述四个设计阶段；对普通大中型项目可将第二和第三设计阶段合并为一个

4、扩大技术设计阶段；对简单的小型建设项目也可只进行第一和第四两个设计阶段。第一章 概论 三、结构方案的确定 结构方案包括确定结构形式和结构体系两个方面的内容。 在方案设计阶段，一般须提出两种以上不同的结构方案，然后进行方案比较，综合考虑，选择较优的方案。对钢筋混凝土建筑，结构方案包括确定上部主要承重结构，楼（屋）盖结构和基础的形式及结构的布置，并对结构主要构造措施和特殊部位进行处理。第一章 概论第三节 混凝土建筑结构的分析方法第一章 概论结构分析：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 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

5、安全可靠的重要环节。一、基本原则（1）按建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)及建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)等国家标准规定的作用（荷载）及其组合，进行作用效应分析；第一章 概论（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。三、各种分

6、析方法第一章 概论（一）弹性分析方法 线弹性分析方法假定结构材料为理想的弹性体，是最基本最成熟的结构分析法，也是其他分析法的基础和特例，可用于各种形式结构的承载能力极限状态及正常使用极限状态下作用效应的分析。（二）塑性内力重分布的分析方法（三）极限分析方法 混凝土结构（板、连续梁、框架等）的承载能力极限状态设计可采用塑性极限分析方法（又称为塑性分析方法或极限平衡法）。（四）非线性分析方法 适用于任意形式和受力复杂的结构分析。（五）试验分析方法 对形体复杂或受力状况特殊的结构或其部分可适用 第一章 概论第四节 本课程的主要内容及特点第一章 概论一、主要内容（一）楼盖结构 单向板肋梁楼盖、双向板肋

7、梁楼盖、无梁楼盖、装配式楼盖、楼梯等。（二）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。（三）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。 第二章 概论第一章 概论二、本课程特点（一）实践性（二）综合性（三）创造性（四）结构方案和布置及构造措施在结构设计中应予重视第一章 概论本章小结：1、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

8、部分组成。2、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。3、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。4、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。本讲结束第三章 单层厂房结构设计第一节 概 述 单层厂房特点 1、形成高大的使用空间，容易满足生产工艺流程要求，内部交通运输组织方便； 2、有利于较重生产设备和产品放置，可

9、实现厂房建筑构配件生产工业化以及现场施工机械化等特点.第三章 单层厂房结构设计 一、排架结构 由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，柱顶与屋架（或屋面梁）铰接，柱底与基础刚接。 排架结构是单层厂房常用的结构形式。第三章 单层厂房结构设计排架结构的形式第三章 单层厂房结构设计屋架与柱铰接二、刚架结构第三章 单层厂房结构设计 刚架结构通常由钢筋混凝土的横梁、柱和基础组成。刚架柱与横梁为刚接，与基础常为铰接。刚架结构的形式第二节 排架结构的组成与布置第三章 单层厂房结构设计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

10、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 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，可分为屋盖结构、横向平面排架、纵向平面排架和围护结构四大部分。一、排架结构的组成第三章 单层厂房结构设计（一）屋盖结构屋盖结构 有檩体系 无檩体系 由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成由大型屋面板、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 （二）横向排架结构第三章 单层厂房结构设计由横梁、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

11、地基横向平面排架组成及荷载图（三）纵向排架结构第三章 单层厂房结构设计由连系梁、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纵向平面排架组成及荷载图（三）围护结构第三章 单层厂房结构设计围护结构 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。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载第三章 单层厂房结构设计二、排架结构的布置（一）柱网布置 厂房承重柱的纵向和横向定位轴线，在平面上形成的网格

12、，称为柱网。柱网布置就是确定纵向定位轴线之间（跨度）和横向定位轴线之间（柱距）的尺寸。柱网布置既是确定柱的位置，也是确定屋面板、屋架和吊车梁等构件跨度的依据，并涉及到厂房结构构件的布置。柱网布置恰当与否，将直接影响厂房结构的经济合理性和技术先进性。第三章 单层厂房结构设计（一）柱网布置 柱网布置的一般原则是：符合生产工艺和使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；符合建筑模数等规范规定要求；适应生产发展和技术革新的要求。 厂房跨度在18m及以下时，应采用扩大模数30 M数列；在18m以上时，采用扩大模数60M数列；厂房柱距应采用扩大模数60M数列。当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，厂房柱距也可

13、采用扩大模数30M数列或其它数值。第三章 单层厂房结构设计 （二）变形缝的设置 1、伸缩缝 混凝土结构设计规范规定：装配式单层厂房排架结构伸缩缝的最大间距，室内或土中时为100m；露天时为70m。超过上述规定或对厂房有特殊要求时，应适当减少伸缩缝的间距或进行温度应力验算。 伸缩缝应从基础顶面开始，将两个温度区段的上部结构完全分开，并留出一定宽度的缝隙，使得温度变化时上部结构可自由伸缩，从而减少温度应力，不致引起房屋开裂。 第三章 单层厂房结构设计温度区段气温升高时T气温升高时温度区段温度区段伸缩缝T T第三章 单层厂房结构设计第三章 单层厂房结构设计纵向伸缩缝500500FEDC1011121

14、314横向伸缩缝60006000600060002、沉降缝 为避免厂房因地基不均匀沉降引起开裂和破坏，设沉降缝使相邻单元可以自由沉降。 沉降缝一般在下列情况下设置：厂房相邻两部分高差很大；地基承载力或下卧层有巨大差别；两跨间吊车起重量相差悬殊；厂房各部分施工时间先后相差较长；地基土的压缩程度不同等。 沉降缝应将建筑物从基础到屋顶全部分开，以致在缝两边发生不同沉降时不致损坏整个建筑物。第三章 单层厂房结构设计第三章 单层厂房结构设计 3、防震缝 在地震区建造厂房，应考虑地震的影响。当厂房体型复杂，结构高度或刚度相差很大，以及在厂房侧边贴建建筑物和构筑物时，应设置防震缝将相邻两部分分开。地震区的伸

15、缩缝和沉降缝均应符合防震缝的要求。防震缝的构造要求及做法参见建筑抗震设计规范(GB50011-2010)。 在设计中，尽量做到三缝合一。 （三）厂房高度的确定 第三章 单层厂房结构设计h7h6h5最高设备吊车屋架重物h8h2h4h3h2h1H2H1超越高度500mm安全行驶高度220mm厂房的高度还应考虑统一的模数第三章 单层厂房结构设计第三节 排架结构的构件选型一、屋盖构件 （一）屋面板 （二）天窗架 单层厂房中常用钢筋混凝土三铰刚架式天窗架由两个三角形刚架在顶节点处及底部与屋架焊接而成。 （三）屋面梁和屋架 （四）托架 第三章 单层厂房结构设计二、吊车梁及柱 （一）吊车梁 吊车梁除直接承受

16、吊车起重、运行和制动时产生的各种往复移动荷载外，它还具有将厂房的纵向荷载传递至纵向柱列、加强厂房纵向刚度等作用。 吊车梁一般根据吊车的起重量、工作级别、台数、厂房的跨度和柱距等因素选用。第三章 单层厂房结构设计 （二）柱主要有排架柱和抗风柱两类 1.排架柱 钢筋混凝土排架柱一般由上柱、下柱和牛腿组成，其结构常用型式有矩形截面柱、I形截面柱、双肢柱等几类。(（a) 矩形截面柱 (b) 工字形截面柱 (c) 双肢柱第三章 单层厂房结构设计 2.抗风柱 钢筋混凝土抗风柱一般由上柱和下柱组成，无牛腿，上柱为矩形截面，下柱一般为 I形截面。(a) 抗风柱、屋架与山墙 (b) 抗风柱与屋架的连接 (c)

17、计算简图第三章 单层厂房结构设计 （三）圈梁、连系梁及基础梁 1.圈梁 是设置于墙体内并与柱子连接的现浇钢筋混凝土构件，其作用是将墙体与排架柱、抗风柱等箍在一起，以增强厂房的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。 圈梁为非承重的现浇钢筋混凝土构件，在墙体的同一水平面上连续设置，构成封闭状，并和柱中伸出的预埋拉筋连接。第三章 单层厂房结构设计 2.连系梁 作用是除承受墙体荷载外，还具有连系纵向柱列、增强厂房的纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。 3.基础梁 作用是来支承围护墙，并将围护墙的重力传给基础。基础梁第三章 单层厂房结构设计 （四）基础 单层厂房的柱下基础一

18、般采用单独基础。 当柱传来的荷载较大，或地基承载力较小，可采用柱下条形基础。柱传来的荷载很大，而基础的持力层又很深，则应考虑采用桩基础。第三章 单层厂房结构设计第四节 排架结构的内力分析与内力组合一、确定计算简图 （一）计算单元 可在结构平面图上由相邻柱距的中线截出一个典型的区段，作为排架的计算单元。第三章 单层厂房结构设计 （二）基本假定柱下端与基础顶面为刚接；柱顶与排架横梁（屋架或屋面梁）为铰接；横梁（即屋架或屋面梁）为轴向刚度很大的刚性连杆。 （三）计算简图如前图；注：上柱高为牛腿顶面至柱顶的高度；下柱高为基础顶面至牛腿顶面的高度；上、下柱的截面抗弯刚度 可按所选用的混凝土强度等级和预先

19、设定的截面形状与尺寸确定。第三章 单层厂房结构设计二、荷载计算 （一）恒荷载1.屋盖自重G1第三章 单层厂房结构设计2.柱自重G2和G3(a) G2、G3、G4作用位置 (b) G2、G3作用计算简图 (c) G4作用计算简图3.吊车梁与轨道连接件等自重G4第三章 单层厂房结构设计 （二）屋面活荷载1.屋面均布活荷载 ：屋面水平投影面上的屋面均布活荷载标准值，按下列情况取：不上人的屋面为0.5kN/m2；上人的屋面为2.0kN/m2。2.屋面雪荷载 ：屋面水平投影面上的雪荷载标准值 (kN/m2) 式中: 为基本雪压 (kN/m2)； 为屋面积雪分布系数。 3.屋面积灰荷载 ：对设计生产中有大

20、量排灰的厂房及其临近建筑时，应考虑屋面积灰荷载的影响。屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值；当有屋面积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。第三章 单层厂房结构设计 （三）吊车荷载桥式吊车的组成 桥式吊车由大车和小车组成，大车在吊车梁的轨道上沿着厂房纵向运行，小车在大车的轨道上沿着厂房横向行驶，小车上设有滑轮和吊索用来起吊物件。第三章 单层厂房结构设计 1.吊车竖向荷载Dmax与Dmin式中 、 表示第 台吊车的最大轮压和最小轮压； 与吊车轮压相对应的支座反力影响线的竖向坐标值。 注：计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，对单跨厂房的每个排架，参与

21、组合的吊车台数不宜多于2台；对多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。第三章 单层厂房结构设计 吊车的最不利布置和吊车梁的支座反力影响线第三章 单层厂房结构设计(a) 吊车竖向荷载作用位置 (b) 吊车竖向荷载作用下的计算简图 吊车竖向荷载Dmax、Dmin沿吊车梁的中心线作用在牛腿顶面，对下柱截面中心线的偏心距为e4，相应的力矩MDmax、MDmin为 MDmax=Dmax e4 MDmin=Dmin e4 吊车总的横向水平荷载可按下式取值：式中 吊车的额定起重量； 小车重量； 重力加速度； 横向水平荷载系数。 对于一般四轮桥式吊车，大车每一轮子传递给吊车梁的横向水平制动力 为： 式中 为第 个大

22、车轮子的横向水平制动力。考虑多台吊车水平荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台。注：第三章 单层厂房结构设计 2.吊车横向水平荷载Tmax第三章 单层厂房结构设计吊车横向水平荷载作用位置吊车最大横向水平荷载的计算吊车横向水平荷载作用下的计算简图 吊车纵向水平荷载标准值Te，按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用，即式中，n为施加在一边轨道上所有刹车轮数之和，对于一般的四轮吊车，n=1。无论单跨或多跨厂房，在计算吊车纵向水平荷载时，一侧的整个纵向排架上最多只能考虑2台吊车。注：第三章 单层厂房结构设计 3.吊车纵向水平荷载Te第三章 单层厂房结构设计

23、（四）风荷载式中 基本风压值（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离 离 高度z处的风振系数； 风压高度变化系数； 风荷载体型系数。 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值 （kN/m2）按下式计算： 地10m高处统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值；第三章 单层厂房结构设计 为简化计算，可以假定作用在柱顶以下墙面上的风荷载为均布，迎风面为q1，背风面为q2，其风压高度变化系数按柱顶标高取值；柱顶以上的风载按作用于柱顶的水平集中力Fw计算，这时风压高度变化系数为：无天窗时，按厂房檐口标高取值；有天窗时，按天窗檐口标高取值。排架风荷载体型系数和风荷载第三章 单层厂房结构设计三

24、、内力分析 排架在各种单独作用的荷载情况下的内力均可用结构力学的方法进行计算。在计算时，如不考虑厂房的整体空间作用，其计算简图可归结为柱顶不动铰支排架和柱顶有侧移的铰接排架两种。 (a) 柱顶不动铰支排架 (b) 柱顶有侧移铰接排架第三章 单层厂房结构设计 （一）柱顶不动铰支排架 单跨等高排架在恒荷载(如G1、G2、G3、G4等)以及屋面活荷载(如Q1)作用下，可按柱顶为无侧移的不动铰支排架计算内力。恒荷载及屋面活荷载作用下的单根柱计算简图M1、M2作用下的计算简图第三章 单层厂房结构设计(a) M1作用下的柱顶反力R1 (b) M2作用下的柱顶反力R2第三章 单层厂房结构设计 （二）柱顶有侧

25、移铰接排架 排架在吊车荷载及风荷载作用下，一般可按柱顶为有侧移的铰接排架进行内力计算1) 吊车竖向荷载作用的排架内力计算(a) Dmax作用在A柱 (b) Dmin作用在B柱第三章 单层厂房结构设计MDmax作用在A柱的内力计算第三章 单层厂房结构设计2) 吊车水平荷载作用的排架内力计算两跨等高排架Tmax作用下的内力计算Ri=C3Tmax C3吊车水平荷载Tmax作用下的柱顶反力系数。RT=Ri第三章 单层厂房结构设计3) 风荷载作用下的排架内力计算单跨排架风荷载作用下的内力计算 在风荷载Fw、q1、q2作用下，等高排架柱的内力仍可用柱顶附加不动铰支座和剪力分配法进行计算。单跨排架柱在风荷载

26、作用下的内力，可由下面两种内力状态叠加求得。第三章 单层厂房结构设计3) 风荷载作用下的排架内力计算Fw，q1和q2分别作用的受力情况RFW=FWRq1=C4H2q1 Rq2=C4H2q2 第三章 单层厂房结构设计四、内力组合 所谓内力组合，就是将排架柱在各单项荷载作用下的内力，按照它们在使用过程中同时出现的可能性，求出在某些荷载共同作用下，柱控制截面可能产生的最不利内力，作为柱和基础配筋计算的依据。 （一）柱的控制截面排架柱的控制截面是指对柱的各区段配筋起控制作用的截面。第三章 单层厂房结构设计 （二）荷载效应组合(1) 1.2SGK+0.91.4(SQLK+SQWK+SQHK)；(2) 1

27、.2SGK+0.91.4(SQWK +SQHK)；(3) 1.2SGK+0.91.4(SQLK+SQWK)； (4) 1.2SGK+1.4(SQLK+ SQHK)；(5) 1.2SGK+1.4SQWK；(6) 1.2SGK+1.4SQHK。 式中的SGK、SQLK、SQWK、SQHK分别为按恒荷载、屋面活荷载、风荷载、吊车荷载的标准值计算的荷载效应值。 以上六种组合中的最不利值，即为控制截面的内力。第三章 单层厂房结构设计 （三）内力组合的项目 单层厂房的排架柱为偏心受压构件。一般采用对称配筋。对于矩形、工字形截面柱的每一个控制截面，可考虑以下四项不利内力组合：(1) +Mmax与相应的N和V

28、。(2) -Mmax与相应的N和V。(3) Nmax与相应的M和V。(4) Nmin与相应的M和V。 在上述四项不利内力组合中，其前两项和第四项可能为大偏心受压情况，而第三项可能发生小偏心受压情况。第三章 单层厂房结构设计 （四）组合时注意的问题 (1) 恒荷载参与每一种组合。 (2) 吊车竖向荷载Dmax作用于A柱和Dmin作用于A柱，只能选 其中一种参与组合。 (3) 吊车水平荷载Tmax作用方向向右与向左只能选其中一种参与组合。 (4) 有吊车竖向荷载Dmax(Dmin)应同时考虑吊车水平荷载Tmax作用的可能。 (5) 风荷载作用方向向右与向左只能选其中一种参与组合。 (6) 组合Nm

29、ax或Nmin项时，对于轴向力为零，而弯矩不为零的荷载(如风荷载)也应考虑参与组合。第三章 单层厂房结构设计第五节 排架柱的设计一、柱的计算长度 刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度柱的类型排 架 方 向垂直排架方向有柱间支撑无柱间撑无吊车厂房柱单 跨1.5H1.0H1.2H两跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊车厂房柱上 柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下 柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊车柱和栈桥柱2.0Hl1.0Hl 柱的计算长度l0与柱的支承条件和高度有关。计算偏心受压构件的偏心增大系数时，对单层厂房排架柱，根据理论分析和工程经验，其计算长度l0可按下表取值。

30、 柱在其自重作用下为受弯构件，其计算简图和弯矩图如图所示，一般取上柱柱底、牛腿根部和下柱跨中三个控制截面。 柱的吊装方式及计算简图二、柱的吊装验算第三章 单层厂房结构设计 在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿。 牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同分为两类： 时为长牛腿，按悬臂梁进行设计； 时为短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。三、牛腿的设计第三章 单层厂房结构设计 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性、裂缝出现与开展和最后破坏三个阶段。 弹性阶段 ：通过 环氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了主应

31、力迹线。牛腿的应力状态 （一）牛腿的受力特点及破坏形态 第三章 单层厂房结构设计裂缝出现与开展阶段 ： 试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉应力集中现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大； 当荷载达到极限荷载的40%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。 第三章 单层厂房结构设计破坏阶段 ：随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态： 弯压破坏 剪切破坏 牛腿的破坏形态斜压破坏第三章 单层厂房结构设计 牛腿的截面宽度与柱宽相同。 牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制

32、条件。设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸： 式中Fvk、Fhk分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖 裂缝控制系数； a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离向力和水平拉力值；b牛腿宽度； h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。 （二）牛腿截面尺寸的确定 第三章 单层厂房结构设计 牛腿尺寸及配筋 为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏，垫板下的局部压应力应满足式中：A为局部受压面积；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。第三章 单层厂房结构设计计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜向受压混

33、凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。 牛腿的计算简图 （三）纵向受力钢筋计算与构造第三章 单层厂房结构设计纵向受力钢筋计算 ：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值Fh共同作用下，通过对 A 点取力矩平衡可得：近似取 ， ，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积As为式中 Fv、Fh分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值； a意义同前，当a0.3h0时，取a=0.3h0； fy为纵向受拉钢筋强度设计值。 第三章 单层厂房结构设计牛腿配筋构造构造要求 ：第三章 单层厂房结构设计 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。 水

34、平箍筋的直径应取6-12mm，间距100-150mm，且在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2。 当牛腿的剪跨比a/h00.3时，宜设置弯起钢筋。 纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。 弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。 （四）水平箍筋及弯起钢筋第三章 单层厂房结构设计第三章 单层厂房结构设计四、预埋件的设计 单层厂房中的屋面板、屋架(屋面梁)、吊车梁、柱等预制构件之间的连接常采用预埋件。(a) 由锚板和直锚筋组成 (b) 由锚板和弯折锚筋及直锚筋组成第三章 单层厂房结构设计 （一）锚板和对称配置的直锚筋组成 当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时，可按如下两

35、式计算，并取其中的较大值：AsAs 当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，可按如下两式计算，并取其中的较大值：AsAs第三章 单层厂房结构设计 （二）锚板和对称配置弯折锚筋和直锚筋共同承受剪力的预埋件其弯折锚筋的截面面积AsbAsb弯折筋与锚板之间的夹角不宜小于150，也不宜大于450 预埋件的受力直锚筋不宜少于4根，且不宜多于4层；其直径不宜小于8 mm，且不宜大于25 mm。受剪预埋件的直锚筋可采用2根。预埋件的锚筋应位于构件的外层主筋内侧。第三章 单层厂房结构设计第六节 柱下单独基础的设计单层厂房预制钢筋混凝土柱下常采用单独的杯形基础。柱下杯形基础的设计应包括如下几方面的内容：底面尺寸的确

36、定。基础高度的确定。基础配筋计算。第三章 单层厂房结构设计一、轴心受压基础 （一）基础底面尺寸的确定轴心受压基础在荷载作用下，基础底面处的压力为均匀分布 若基础的埋置深度为d，基础及其上填土的平均重度为 ,则 ，可得基础底面面积为： 第三章 单层厂房结构设计 （二）基础高度的确定 柱下杯形基础的高度应满足有关尺寸构造要求和受冲切承载力要求。1) 有关尺寸构造要求矩形或工字形柱双肢柱h500500h 800800h 1000h1000h1.2h h0.9 h且8000.8h 且1000(1/32/3) h(1.51.8) h柱的插入深度h1第三章 单层厂房结构设计 为防止在柱的吊装过程中，柱冲击

37、杯底底板造成底板破坏及受水平推力时杯壁具有足够的承载力，基础的杯底厚度a1及杯口顶部壁厚t应符合下表要求：柱截面长边尺寸h 杯底厚度a1 杯壁厚度t h500150150200500 h800200200800h10002003001000 h15002503501500 h2000300400 独立基础的高度除应满足构造要求外，还应根据柱与基础交接处以及基础变阶处混凝土的受冲切承载力计算确定。基础冲切破坏示意图2)受冲切承载力验算 第三章 单层厂房结构设计第三章 单层厂房结构设计第三章 单层厂房结构设计 上部结构传至基础顶面的竖向压力设计值N在基础底面产生的地基净反力Pn为 当不能满足承载力

38、公式的要求时，应考虑增大柱与基础交接处的基础高度以及基础变阶处下阶基础的高度。第三章 单层厂房结构设计 （三）基础的配筋计算第三章 单层厂房结构设计二、偏心受压基础 （一）基础底面尺寸的确定第三章 单层厂房结构设计在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求： 在确定偏心荷载作用下基础的底面尺寸时，一般采用试算法。首先按轴心荷载作用下初步估算基础的底面面积；再考虑基础底面弯矩的影响，将基础底面积适当增加（20-40）%，初步选定基础底面的边长a和b（a/b=1.5-2.0），计算偏心荷载作用下基础底面的压力值，然后验算是否满足要求；如不满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。 第三

39、章 单层厂房结构设计第三章 单层厂房结构设计 （二）基础高度的确定 确定偏心受压基础高度的方法与前述的轴心受压基础相同。基础的受冲切承载力仍按下式进行验算。 计算冲切荷载设计值F1时，考虑地基净反力分布不均匀的影响，Fl按下式计算第三章 单层厂房结构设计 （三）基础的配筋计算 偏心受压基础的配筋计算方法与前述的轴心受压基础相同。第三章 单层厂房结构设计三、基础的构造要求(1) 基础的混凝土强度等级不应该低于C20；基础下垫层的混凝土强度等级应为C10，及厚度不宜小于70 mm；(2) 基础受力钢筋的最小直径不宜小于10 mm，间距不宜大于200 mm，也不宜小于100 mm。当有垫层时，钢筋的

40、保护层厚度不小于40 mm；无垫层时不小于70 mm。(3) 当基础的边长大于或等于2.5 m时，沿该边长方向的受力钢筋长度可取边长的0.9倍，并应交错布置。第三章 单层厂房结构设计(4) 当柱为轴心受压或小偏心受压，且杯壁厚度t与杯壁高度h2之比t/h20.65时，或柱为大偏心受压且t/h20.75时，杯壁内一般可不配筋；当柱为轴心受压或小偏心受压，且0.5t/h20.65时，杯壁内可按下表构造配筋，钢筋位于杯口顶部，每边两根(如图所示)。 柱截面长边尺寸h10001000h15001500h2000钢筋直径8-1010121216杯口构造配筋(mm)第三章 单层厂房结构设计(5) 对厂房伸

41、缩缝处的双杯口基础，当两个杯口之间的宽度a3400 mm时，宜按下图所示的要求在中间杯壁内配筋。杯壁配筋 双杯口基础中间杯壁配筋本讲结束第4章 框架结构 混凝土结构设计第 4 章 混凝土框架结构设计第4章 框架结构结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算荷载效应组合和构件设计框架结构的构造要求主要内容：重点：结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 反弯点法，值法第4章 框架结构 4.1 多高层建筑混凝土结构概述 4.1.1结构类型 框架结构（frame structure）由梁、柱构件通过节点连接构成，如

42、整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。 目前多、高层建筑混凝土结构类型主要有钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和混合结构等。 第4章 框架结构4.1.2 结构体系多高层房屋结构体系包括水平结构体系(楼、屋盖系统)和竖向结构体系(墙、柱)。其中水平结构体系中的楼(屋)盖结构承受并传递竖向荷载给竖向构件。并作为刚性楼盖利用其平面内的无限刚度协调各抗侧构件的变形和位移；竖向构件承受并传递竖向荷载。竖向结构体系的墙、柱与水平结构体系中的梁板共同组成房屋的抗侧空间结构，共同抵抗侧向力作用。 第4章 框架结构1框架结构 由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构称

43、为框架结构（如图所示）。框架结构体系的最大特点是承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙只起围护、分隔作用。框架结构建筑平面布置灵活，空间划分方便，易于满足生产工艺和使用要求，构件便于标准化，具有较高的承载力和较好的整体性。 第4章 框架结构2. 剪力墙体系 利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构称为剪力墙结构体系。所谓剪力墙，实质上是固结于基础的钢筋混凝土墙片，具有很高的抗侧移能力。因其既承担竖向荷载，又承担水平荷载剪力，故名剪力墙。 第4章 框架结构3框架-剪力墙体系 为了弥补框架结构随房屋层数增加，水平荷载迅速增大而抗侧移刚度不足的缺点，可在框架结构中增设钢筋混凝土剪力墙，形成框架和剪

44、力墙结合在一起共同承受竖向和水平力的体系框架-剪力墙体系，简称框-剪体系。剪力墙可以是单片墙体，也可以是电梯井、楼梯井、管道井组成的封闭式井筒。 第4章 框架结构4筒体体系 由筒体为主组成的承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构体系。筒体是由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构，其受力与一个固定于基础上的筒形悬臂构件相似。根据开孔的多少，筒体有空腹筒和实腹筒之分。实腹筒一般由电梯井、楼梯间、管道井等形成，开孔少，因其常位于房屋中部，故又称核心筒。空腹筒又称框筒，由布置在房屋四周的密排立柱和截面高度很大的横梁组成。外筒-内框结构 成束筒结构 筒中筒结构第4章 框架结构 4.1.3 结构设计要求一般

45、建筑结构应满足承载力、刚度和延性的要求，对高层建筑结构尚应满足整体稳定性和抗倾覆要求。 第4章 框架结构4.2 框架结构的结构布置 结构布置包括结构平面和竖向布置。对于质量和侧向刚度沿高度分布比较均匀的结构，只需进行结构平面布置。否则和应该进行结构竖向布置。 框架结构平面布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均应满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理、施工简单。 第4章 框架结构（2）框架结构体系的优缺点建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等），也可按需要做成小房间； 建筑立面容易处理；结构自重较轻； 计算理论比较成熟； 在一定高度范围内

46、造价较低。 框架结构的侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较严重。 因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。第4章 框架结构2结构布置（structural configuration） 框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。民用建筑柱网布置第4章 框架结构框架结构的承重方案 1）横向框架承重。 主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。 2）纵向框架承重。 主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁

47、沿房屋横向布置。 3）纵、横向框架承重。 房屋的纵、横向都布置承重框架 ，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼 盖。第4章 框架结构框架结构的承重方案第4章 框架结构4.3 框架结构的计算简图及荷载 梁、柱截面尺寸框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。 梁截面尺寸确定 框架结构中框架梁的截面高度hb可根据梁的计算跨度lb、活荷载大等，按hb = (1/181/10)lb确定。为了防止梁发生剪切脆性破坏，hb不宜大于1/4净跨。主梁截面宽度可取bb = (1/31/2)hb，且不宜小于200m

48、m。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于4。 第4章 框架结构为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按 (1/181/15)lb估算。扁梁的截面宽度b（肋宽）与其高度h的比值b/h不宜超过3。加腋梁梁截面惯性矩第4章 框架结构 柱截面尺寸 柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即式中 Ac为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；Nv为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；1.25为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按

49、（1214）kN/m2计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。 Ac (1.11.2)N / fc N = 1.25Nv第4章 框架结构框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于3。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。梁截面惯性矩 在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍；装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍；无现浇面层的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。 设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩I：第4章 框架结构2框架结构的计算简

50、图计算单元 框架结构的计算单元及计算模型第4章 框架结构框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。 就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。第4章 框架结构框架结构计算简图第章 框架结构在框架结构的计算简图中

51、，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点（beam-column joints）表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，由图可见，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构的顶板处。第章 框架结构变截面柱框架结构的计算简图第章 框架结构装配式框架的铰节点框架柱与基础的连接第章 框架结构框

52、架结构上的荷载 作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。楼面活荷载 作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按荷载规范取用。应该指出，荷载规范规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载（equivalent uniform live load）标准值，且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载。第章 框架结构4.4 竖向荷载作用下框架结构的内力分析 在竖向荷载（vertical load）作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程设计中，如采用手

53、算，可采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法计算。分层法竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：（1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；（2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。 应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。第章 框架结构竖向荷载作用下分层计算示意图第章 框架结构（2）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数0.

54、9。 分层法计算要点（1）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同。第章 框架结构（3）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。 如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和

55、各层梁的传递系数均取1/2，其他各层柱的传递系数改用1/3。（4）在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。第章 框架结构弯矩二次分配法具体计算步骤：（1）根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。 （2）计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配（其间不进行弯矩传递）。（3）将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接框架，传递系数均取1/2）。 （4）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节

56、点处于平衡状态。 至此，整个弯矩分配和传递过程即告结束。 （5）将各杆端的固端弯矩（fixed-end moment）、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端弯矩。第章 框架结构4.5 水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算 框架结构在风荷载和水平地震力的作用下，可以简化为框架受节点水平集中力的作用，这时框架的侧移是主要变形因素。各杆的弯矩图都是直线，每根杆件有一个反弯点，该点弯矩为零，剪力不为零。如果能够求出各柱的剪力和反弯点的位置，就可以很方便地算出柱端弯矩，进而可算出梁、柱内力。因此，水平荷载作用下框架结构近似计算的关键是确定各柱间的剪力分配和各柱的反弯点高度。 水平荷载作用下框架结构的

57、内力和侧移可用结构力学方法计算，常用的近似算法有反弯点法、D值法和门架法等。第四章 框架结构2反弯点法 D值法考虑了柱两端节点转动对其侧向刚度和反弯点位置的影响，因此，此法是一种合理且计算精度较高的近似计算方法，适用于一般多、高层框架结构在水平荷载作用下的内力和侧移计算。在确定柱的侧向刚度时，反弯点法假定各柱上、下端都不产生转动，即认为梁柱线刚度比为无限大。将趋近于无限大代入D值法的公式，可得=1。因此，由式可得反弯点法的柱侧向刚度，并用D0表示为： 第章 框架结构因柱的上、下端都不转动，故除底层柱外，其他各层柱的反弯点均在柱中点（h/2）；底层柱由于实际是下端固定，柱上端的约束刚度相对较小，

58、因此反弯点向上移动，一般取离柱下端2/3柱高处为反弯点位置，即取yh=用反弯点法计算框架结构内力的要点与D值法相同。第章 框架结构3D值法（ 1）层间剪力在各柱间的分配该式即为层间剪力Vi在各柱间的分配公式，它适用于整个框架结构同层各柱之间的剪力分配。可见，每根柱分配到的剪力值与其侧向刚度成比例。第章 框架结构框架第2层脱离体图（2）框架柱的侧向刚度D值：一般规则框架中的柱第章 框架结构框架柱侧向刚度计算公式第章 框架结构称为柱的侧向刚度修正系数，它反映了节点转动降低了柱的侧向刚度，而节点转动的大小则取决于梁对节点转动的约束程度。，这表明梁线刚度越大，对节点的约束能力越强，节点转动越小，柱的侧

59、向刚度越大。 现讨论底层柱的D值。 同理，当底层柱的下端为铰接时，可得 第章 框架结构底层柱D值计算图式第章 框架结构第章 框架结构柱高不等及有夹层的柱 不等高柱夹层柱第章 框架结构柱的反弯点高度yh框架各柱的反弯点高度比y可用下式表示： 式中：yn表示标准反弯点高度比；y1表示上、下层横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值；y2、y3表示上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。反弯点高度示意图y = yn + y1 + y2 + y3第章 框架结构（1）标准反弯点高度比yn。 yn是指规则框架的反弯点高度比。标准反弯点位置简化求解第章 框架结构第章 框架结构梁刚度变化时反弯点的修正第章 框架结构5框架结构侧移的近似计算水平荷载作用下框架结构的侧移（lateral displacement）如图所示，它可以看作由梁、柱弯曲变形（flexural def