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1、第九章 肋形结构及钢架结构,9.1 概述,2,肋形板梁类型:,混凝土楼盖按施工方法可分为：现浇式楼盖 装配式楼盖 装配整体式楼盖 混凝土楼盖按结构型式可分为 ：单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖 井式楼盖 密肋楼盖 无梁楼盖,3,单向板肋梁楼盖,双向板肋梁楼盖,井式楼盖,无梁楼盖,密肋楼盖,参见:录像”钢筋混凝土楼盖”,4,结构设计中，当采用手算时，对空间结构一般分解简化为平面结构进行内力计算： 由板和梁组成的肋形结构 和 由屋面大梁和柱组成的钢架结构分别进行计算。,5,单向板和双向板,单向板在荷载作用下，只在一个方向弯曲 或者主要在一个方向弯曲的板 双向板在荷载作用下，在两个方向弯曲， 且不能忽
2、略任一方向弯曲的板,6,7,8,规范规定： 1两对边支承的板和单边嵌固的悬臂板，应按单向板计算； 2四边支承的板（或邻边支承或三边支承）应按下列规定计算： （1）当长边与短边长度之比大于或等于2时， 可按沿短边方向受力的单向板计算； （2）当长边与短边长度之比小于或等于2时， 应按双向板计算；,9,设计步骤为： （1）结构平面布置，并对梁板进行分类编号， 初步确定板厚和主、次梁的截面尺寸； （2）确定板和主、次梁的计算简图； （3）梁、板的内力计算及内力组合； （4）截面配筋计算及构造措施； （5）绘制施工图。,10,9.2 单向板肋形结构平面布置,一般民用建筑，通常有以下三种方案：,主梁沿横
3、向布置,主梁沿纵向布置,有中间走道,水电站中，要满足机组和孔洞的布置，其梁格布置比较不规格。,11,计算简图,板,次梁,主梁,当主梁与柱的刚度之比小于4时，柱对梁的内力影响较大，应作为钢架考虑。,计算跨度,12,9.3 单向板肋形结构按弹性理论的计算,一、查表法计算梁、板内力:,承受均布荷载的等跨连续梁、板: 附录六,两端带悬臂的梁、板: 叠加法（附录七）,移动荷载下的梁、板: 附录八,当连续板、梁跨度不相等时，如何？ 当连续板、梁的截面尺寸不相等时，如何？ 当跨度多于五跨时，如何？,13,14,二、最不利活荷载的布置方式:,1、欲求某跨跨中最大正弯矩时，除在该跨布置活荷载外，再隔跨布置活荷载
4、； 2、欲求某支座截面的最大负弯矩时，除在该支座左右布置活荷载处，向两边再隔跨布置活荷载； 3、欲求某支座截面的最大剪力时，活荷载的布置方式与求该支座最大负弯矩时相同。 为了计算方便，当均布荷载作用时，假定考虑活荷载在一跨内整跨布置，而不考虑在一跨内局部布置的情况。,15,三、内力包络图:,16,原理：,实际应用：查表，见书上P.194倒数第二段,17,四、支座弯矩和剪力设计值,弯矩设计值：,剪力设计值：,均布荷载,集中荷载,18,五、折算荷载 ：板和次梁现浇在一起时考虑,连续板,连续次梁,主梁不调整 主梁与柱整体连接，计算时不需考虑折算荷载，这时因为当柱刚度较小时，柱对主梁的约束作用很小，可
5、按忽略其影响；若柱刚度较大时，则应按框架计算结构内力。,19,20,21,22,23,END (看第六节例题),24,9.4 单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算,弹性理论对于静定结构是完全合理的，但对于弹塑性的钢筋混凝土超静定结构来说，由于塑性变形的存在结构并不破坏 (发生内力重分布)，还可以承担继续增加的荷载。 这说明按弹性理论设计结果是安全的。 目前，在民用建筑的单向板肋梁楼盖的连续板和连续次梁的设计中，已普遍采用了考虑塑性内力重分布的方法计算内力。但在连续主梁的设计中仍采用按弹性理论。,25,1、塑性铰的概念,一、基本原理,26,塑性铰与理想铰的区别： 理想铰不能承受任何弯矩，而塑性
6、铰则能承受一 定的弯矩Mu； 理想铰集中于一点，塑性铰则有一定的长度 理想铰在两个方向都可产生无限的转动，而塑性铰 则是有限转动的单向铰，只能在弯矩作用方向作有限 的转动。,27,2、钢筋混凝土超静定梁的塑性内力重分布,在超静定结构中，直到塑性铰陆续出现，使结构变成破坏机构时，结构才破坏。,可见,自支座形成塑性铰,该梁尚有承受4 kN/m均布荷载的潜力，充分利用这部分材料的潜力，取得更为经济的效果。 在支座截面形成塑性铰以前，支座弯矩与跨中弯矩之比为2:1，到支座截面形成塑性铰后，变成1:1。这说明，由于材料的塑性变形引起了内力的重新分布。,28,3、弯矩调幅方法,弯矩调幅法是考虑塑性内力重分
7、布确定连续梁设计弯矩的一种实用计算方法。,通常对那些弯矩绝对值较大的截面进行弯矩调整（如支座，可以减少支座配筋的密度，有利于施工）。,29,截面弯矩调整的幅度用调幅系数表示 ：,弯矩调幅时一般应遵守以下原则： （1）为保证先形成的塑性铰具有足够的转动能力，必须限制截面的配筋率，即要求调幅截面的相对受压区高度满足 的条件，同时宜采用、级热轧钢筋； （2）截面的弯矩调幅系数 不宜超过0.25，即调整后的截面弯矩不宜小于弹性弯矩的75%； （3）保证各跨的平衡和安全，调整后的两支座弯矩的平均值加跨中的弯矩值应不小于按简支梁计算的跨中最大弯矩 。,30,适用范围，下列情况不宜采用 （1）在使用阶段不允
8、许出现裂缝或对裂缝开展控制较严的混凝土结构，一级和二级裂缝控制构件； （2）处于严重侵蚀性环境中的混凝土结构； （3）直接承受动力和重复荷载的混凝土结构 （4）要求有较高承载力储备的混凝土结构，如主梁； （5）配置延性较差的受力钢筋的混凝土结构。,31,计算方法和步骤（书上没讲）：,考虑塑性内力重分布的意义（书上没讲） ： （1）内力按弹性理论计算，截面则按极限状态设计，两者相矛盾。而塑性内力重分布方法使两者相协调； （2）可以人为地调整截面的内力分布情况，更合适地布置钢筋，减小弯矩大的区域的配筋密度，简化配筋构造，方便混凝土的浇捣； （3）充分利用结构的承载力，取得一定的经济效益。,32,二
9、用调幅法计算等跨连续梁、板,等跨连续梁 承受均布荷载时 ：,承受间距相同、大小相等的集中荷载时 ：,等跨连续板,33,板,次梁,34,对四周与梁整体连接的单向板 (现浇连续板的内区格就属于这种情况)，其中间跨的跨中截面及中间支座截面的计算弯矩可减少20，其它截面则不予降低（如板的角区格、边跨的跨中截面及第一内支座截面的计算弯矩则不折减）。,35,END,36,1. 单向板的截面设计与构造要求,（1）截面设计要点,1）板的计算单元通常取为1m，按单筋矩形截面设计；,2）由于板宽较大且承受荷载较小，故连续板一般不需进行斜截面受剪承载力计算 ；,9.5 单向板肋形结构的截面设计和构造要求,3）整体式
10、肋形结构中次梁和主梁是以板为翼缘的连续T形梁。跨中按T形截面计算，支座处按矩形截面计算。,37,（2）构造要求,1）板的厚度,2）板的支承长度,3）板中受力钢筋,钢筋的直径,钢筋的间距,配筋方式,分离式配筋,弯起式配筋,钢筋的弯起和截断,38,当q / g3时，a=ln /4 当q / g3时，a=ln /3,39,4）板中构造钢筋,分布钢筋,垂直于主梁的板面构造钢筋,板中留洞时的加强措施,40,例一：,41,例二：,42,2. 连续梁,43,END,44,9.7 双向板肋梁楼盖,一、试验研究,45,四边搁置无约束,肋形楼盖,46,47,二、弹性理论计算方法 （一）单块双向板的内力计算 四边支
11、承的板,有六种边界条件: (1)四边简支； (2)一边固定，三边简支； (3)两对边固定，两对边简支； (4)四边固定； (5)两邻边固定，两邻边简支； (6)三边固定，一边简支。,48,单位板宽内的弯矩设计值为:,m跨中或支座单位板宽内的弯矩设计值(kNmm)；,q板上作用的均布荷载设计值(kNm2),l短跨方向的计算跨度(m),弯矩系数，查附录十。,49,（二）连续双向板的内力计算,(1)跨中最大弯矩的计算活荷载的不利布置如图所示：,(2)支座最大弯矩的计算,假定永久荷载和可变荷载都满布连续双向板所有区格时，支座弯矩出现最大值 即在正对称荷载 (g+q) 作用下： 中间区格均可视为四边固定
12、的双向板 对于边、角区格，外边界条件应按实际情况考虑。,50,三、双向板的截面设计与构造要求,取1m板带，按单筋矩形截面设计,跨中钢筋的配置：,弯起式和分离式（如单向板，参见叶列平P.78）,支座钢筋的配置：沿板边均匀配置，不得分带减小。,51,四、双向板支承梁的设计,由附录11折算成等效均布荷载,梁的设计方法和构造要求同单向板肋梁楼盖,由附录6算出最不利荷载下的支座弯矩,再由平衡条件求出跨中弯矩,52,END,53,刚架结构（也称：框架结构）是由梁和柱连接而成的。梁柱连接处为刚节点，柱底支座一般为固定约束。 如梁与柱为铰接，就称为排架结构。,9.8 刚架结构,54,排架结构,门式刚架结构,5
13、5,刚架结构的计算简图： 按结构力学计算内力进行配筋。 梁按受弯构件，柱按偏心受压构件。,56,刚架结构的节点构造：,节点是框架梁与柱的连接部位，其设计极为重要，只有节点可靠，才可能保证结构整体安全。在非地震区，框架节点的可靠性是通过采取适当的构造措施来保证的。 对现浇框架，其构造要求为： 1）节点区的混凝土强度等级，不应低于框架柱的混凝土强度等级； 2）对于顶层横梁与边柱的交节点，应保证梁端顶部负弯矩钢筋伸入柱中可靠锚固，根据偏心距 e0的大小分三种情况处理。,57,58,3）对于柱中节点的钢筋布置。,4）节点的箍筋可作扇形布置。,59,END,60,9.9 牛腿设计,牛腿为支承吊车梁或连系
14、梁等构件，在厂房柱侧面伸出的悬臂部分。 分为两类： 时为短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。 时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；,61,（1）牛腿的受力特点和破坏形态,弹性阶段、裂缝出现与开展阶段、破坏阶段。 裂缝的出现与开展：20%-40%极限荷载，出现裂缝1；40%-60%极限荷载，出现裂缝2；80%极限荷载，出现裂缝3；,62,破坏形态：,压弯破坏：见图（a） 斜压破坏：见图（b, c） 剪切破坏：见图（d）,63,（2）牛腿截面尺寸的确定 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Fvs、Fbs分别
15、为作用于牛腿顶部按荷载短期效应标准组合计算的竖向力和水平拉力值； 裂缝控制系数； a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离,b牛腿宽度；,h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。,64,（3）纵向受力钢筋计算,近似取 ， ，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积As为,通过对 A 点取力矩平衡可得：,65,（4）水平箍筋及弯起钢筋 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
16、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。,66,牛腿配筋构造,67,END,68,9.10 柱下基础,主要形式有：杯形基础、条形基础、高杯基础、十字交叉基础、筏板基础、预制桩基础等。 杯形基础设计的主要内容包括：确定持力层及埋置深度（该项内容参见“土力学及地基基础“课程）；确定基础底面积；确定基础高度；计算底板配筋；构造处理及绘制施工图。,69,1、构造要求,基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于2。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。,底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，也不宜
17、小于100mm。当基础底面边长大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长的0.9倍，并宜交错布置。,混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于C15。垫层的混凝土强度等级应为C10。,杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mm。为了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度h1；h1还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑吊装安装时柱的稳定性。,70,杯口尺寸：杯口应大于柱截面边长，其顶部每边留出75mm，底部每边留出50mm，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝土。,杯底厚度：杯底应具有足够的厚度a1，以防预制柱在安装时发生杯底冲切破坏。,锥形基础的
18、边缘高度:一般取a2200mm，且a2a1和a2hc/4（hc为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，坡度角不宜大于250，最大不得大于350。,71,独立基础外形尺寸和配筋构造,72,对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形或稳定性验算；,当独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。,73,2、设计计算 （一）轴心荷载作用下的基础 ：在轴心荷载作用下，基础底面的压力为均匀分布，设计时应满足：,轴心受压基础压力分布,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：,（9-17）,74,3
19、 基础高度验算,基础高度按构造要求和抗冲切承载力确定 。,基础冲切破坏示意图,75,对于阶梯形基础，除验算柱边外，在变阶处也应做冲切强度验算。,76,4 基础底板配筋,底板配筋计算的控制截面一般选在柱与基础交接处，如图中-及-截面。分别计算两个方向的弯矩，作为配筋的依据。,77,计算弯矩时，将基础简化为固定在柱子上的四块悬挑板，板的划分如图中虚线所示。,设M为地基净反力 沿长边方向在-截面处产生的弯矩设计值， M为-截面处的弯矩设计值，则 M等于作用在梯形面积ABCD上的地基净反力pn的合力p与该面积形心到柱边的距离e的乘积。,78,配筋时，长边受力筋在下，短边受力筋在上，垂直布置成钢筋网。
20、此处若假定b方向为长边，故沿长边b方向的受力钢筋截面面积，可近似按下式计算：,计算配筋时，将内力臂系数近似地取为0.9。,79,（二）偏心荷载作用下的基础 ：在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布。,偏心受压基础压力分布,80,偏心受压基础底面尺寸的确定一般采用试算法，先按轴心受压基础估算底面积，再参考弯矩的大小，适当放大10%40%，即,根据A初定边长a与b；将a，b代入应力计算式求出 pmax 及pmin； 验算是否满足上述2条要求（公式9-29和9-30）。 如不满足或富余过多，应调整底边尺寸，直至合理为止。,（9-26）,81,基础边缘处的应力值按材料力学公式计算：,取 ，并将 代入，可将基础底面边缘的压力值写成如下形式：,（9-27）,在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：,（9-29）,（9-30）,地基所受的平均压应力不超过地基承载力设计值,地基所受的最大压应力不超过地基承载力设计值的1.2倍,82,END,83,