建筑结构第五章5.5-5.7

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1、5.5 梁柱节点,一、框架节点构造设计 二、节点的钢筋构造,螺栓球结点,建筑结构,钢结构接头,建筑结构,图15 名古屋穹顶的圆柱形带肋节点,图1-12 哈尔滨国际会展中心张弦桁架端部鼓形铸钢节点,框架节点构造,1.中间层梁柱节点的配筋构造,由于柱的纵向钢筋是贯穿中间层节点的，而且柱纵向钢筋的搭接区段也位于节点区以外，因此，中间层节点构造的主要问题是梁中纵向钢筋在节点内的锚固。梁的上部纵向钢筋通常在中间节点内是贯穿的；下部纵向钢筋伸入中间节点的锚固长度，当需要其发挥抗拉强度时(如在风荷载作用下)，不应小于la。框架梁上部纵向钢筋伸入边节点内的锚固长度不应小于la，并要伸过节点中心线；当纵向钢筋在

2、节点内的水平锚固长度不够时，应沿节点外侧向下弯折，但弯折前的水平段长度不应小于0.45la，弯折后的垂直段长度不应小于l0d，也不宜大于22d。在风荷载作用下，当下部纵向钢筋需要在柱边截面发挥其抗拉强度时，同样其伸入边节点内的锚固长度不应小于la；如水平段锚固长度不够时，其锚固要求与上部纵向钢筋相同，为了便于绑扎钢筋，下部纵向钢筋可向上弯折，如上图(b)所示。,顶层边节点的配筋构造,顶层边节点的配筋构造,顶层边节点与中间层边节点受力状态不同，由于不存在上层柱轴向压力的有利影响，因此要求梁中纵向钢筋在节点区的锚固长度要大于中间层节点的la。此外，梁与柱的钢筋在节点处必须采用搭接的传力方式，因此，

3、其总搭接长度不应小于第四章所述受拉钢筋的搭接长度l1=1.2la。一般非抗震设计框架的梁、柱配筋率不高，钢筋直径也不是很大，为了便于施工时绑扎钢筋和浇筑混凝土，顶层边节点可采用节点内搭接或梁内搭接两种构造方案：,(1)节点内搭接 如上图(a)所示，节点内搭接方案的构造做法是将全部柱外侧负弯矩钢筋沿节点外缘水平弯至柱内侧以后，再垂直下弯至少8d(d为柱钢筋直径)处截断；梁的上部纵向钢筋沿节点外缘下弯至梁底标高，再水平弯入节点8d后截断(此处，d为梁纵筋的直径)。梁纵筋与柱纵筋搭接段的长度不应小于l1。,(2)梁内搭接 如上图(b)所示，梁内搭接方案的构造做法是将梁的上部纵向钢筋沿节点外缘下弯至梁

4、底标高，柱中位于梁宽范围内的外侧负弯矩钢筋伸至柱顶后沿水平方向伸入梁内一段长度后截断。柱钢筋在梁内截断点到梁底标高的总长不应小于l1，同时截断点距柱内边的距离不应小于1.25hb(hb为梁高)，且不小于25d(d为柱钢筋直径)。 为了避免节点混凝土发生斜压破坏，或钢筋弯折处的局部压碎，钢筋的弯折弧度不能太小，弯折半径r与梁有效高度h0的比值不宜小于0.1，混凝土强度等级较低或梁的配筋率较高时，r/h0宜增大为0.3。非抗震设计的框架节点虽不需验算节点的受剪承载力，但仍有必要配置一定数量的箍筋，以控制裂缝的开展，加强节点的刚性。通常节点区可只配置柱的箍筋，箍筋的直径不宜小于8mm，间距不大于l0

5、0mm。节点内角处配置附加的斜向钢筋，可控制节点内角处的裂缝，并改善节点的受力性能，如上图(b)所示。 梁下部纵向钢筋在顶层边节点和中间节点的锚固要求，可参照中间层边节点和中间节点的构造做法。,5.6 墙,截面设计：墙截面常为矩形、T形、L形、形。,在竖向荷载和水平荷载作用下，墙承受弯矩、剪力和轴力。 大部分情况下墙是偏心受压构件，应进行正截面受压承载力和斜截面受剪承载力设计。 在集中荷载作用处还应验算局部受压承载力。 当轴向力为拉力时，墙属于偏心受拉构件，比较少见。,建筑结构,横墙,纵墙,窗间墙,窗下墙,建筑结构,5.7.1 施加预应力的方法和材料 5.7.2 预应力混凝土梁和板的构造 5.

6、7.3 预应力损失 5.7.4 预应力混凝土梁板设计,5.7 预应力混凝土梁和板,预应力混凝土(prestressed concrete)的发展,初期阶段 1886年前后，加利福尼亚旧金山工程师 P.H.Jackson 申请了在混凝土拱内张紧钢拉杆作楼板的专利 1988年，德国的C.E.W.Doehring 在混凝土楼板受荷前时拉力的钢筋来加强混凝土的专利 1908年，美国的C.R.Steiner 提出了二次张拉的建议 1925年 内布拉斯加州的R.E.Dill 试用无粘结的做法,建筑结构,工程实用阶段 法国的 弗莱西奈 E.Freyssinet 在 1928年考虑混凝土收缩和徐变产生的损失

7、，提出预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土 ，这是预应力混凝土在理论上关键的突破 直到1939 年，E.Freyssinet 发明了短部锚固用的锥形契等，在工艺上提供了切实可行的方法， 使预应力结构得到工程应用的真正推广 40 年代，弗莱西奈 E.Freyssinet 设计跨越法国马恩河 ，孔径为55 m 的 luzancy 桥，人们才接受预应力损失可以控制和计算的见解,建筑结构,迅速发展阶段 40年代 ：大规模的预应力混凝土的推广，是第二次世界大战结束后，由于西欧对工业 、交通 、城市建设急待恢复和重建 ，钢材供应十分紧张的情况下 ，原先钢结构的工程纷纷改为预应力混凝土结构 ，应用范围

8、，也从桥梁 、工厂扩大到土木 、建筑工程的各个领域 1950年国际上成立了预应力混凝土协会 （ 简称为FIP ） 1960年 ，预应力混凝土桥已经成为美国的标准做法,建筑结构,世界普及阶段 美国 ：大规模的预应力混凝土的推广，是第二次世界大战结束后，由于西欧对工业 、交通 、城市建设急待恢复和重建 ，钢材供应十分紧张的情况下 ，原先钢结构的工程纷纷改为预应力混凝土结构 ，应用范围 ，也从桥梁 、工厂扩大到土木 、建筑工程的各个领域 日本 德国 比利时,建筑结构,我国预应力的发展 50 、60 年代 ：预制构件 ，3 - 6 米的楼板，吊车梁 ， 大型屋面板，12 18 米的大梁 ，36米以内的

9、屋架 等 提倡工业化施工 70 年代 ，北京 和江、浙 一带建了不少的升板结构 ，和少量的预应力框架结构 80 年代：由于无粘结预应力混凝土的推广，多、高层 大开间的预应力平板体系 ，大量地采用预应力混凝土结构 ；桥梁，特种结构等大量采用预应力混凝土结构 90年代 ：高层房屋的楼板跨度大 ；采用预应力梁减少,建筑结构,一、基本概念,跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为200450mm2，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。挠度达到0.25mm,钢筋混凝土的缺欠,不足： 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环。

10、 如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制难以满足。,建筑结构,预应力混凝土,在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力，称为预应力混凝土构件。,预应力混凝土受弯构件在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力Np，而截面混凝土则一直主要承受压力C。 构件开裂后，钢筋拉力T 和压区混凝土的压力C 随弯矩增长而不断增大。,优点： 充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，减少用钢量，截面小，自重轻，适用于大跨结构。 在正常使用条件下，裂缝小，耐久性好。 预拱，使构件挠度减小，刚

11、度大。,建筑结构,1.施加预应力的方法,(1) 先张法 pretensioning method,预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递,5.7.1 施加预应力的方法和材料,建筑结构,(2) 后张法 post-tensioning method,预应力由构件两端锚具实现,锚环,契块,千斤顶,建筑结构,千斤顶 油泵 卷扬机,建筑结构,锚具,建筑结构,建筑结构,建筑结构,中石油桥施工,先张法构件采用工厂化的生产方式，工序少，工艺简单，质量容易保证，但它只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。 后张法施工程序和工艺复杂，需专用张拉设备，和特制锚具，用钢量大；但由于它不需要固定的张拉台座，可现场施工，应

12、用灵活。适用于不便于运输的大型构件。,目前最常见的预应力结构有无粘结预应力混凝土结构，属后张法一种。钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑。避免预留孔洞 ，穿筋，灌浆繁杂过程。适用于跨度大于6 m的楼板及大跨度梁。,无粘结预应力束,建筑结构,2. 张拉控制应力 scon,在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张拉力Np,con除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力scon。,张拉控制应力scon取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。 但scon取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。因此，规范规定了张拉控制

13、应力限值scon。,为避免scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定scon不应小于0.4 fptk。,建筑结构,3. 预应力混凝土材料,(1) 钢筋,预应力钢筋的强度越高越好。 而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。 对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能，通常采用刻痕或压波方法来提高与混凝土粘结强

14、度。 优先使用预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋,钢绞线,建筑结构,要求采用高强混凝土； 可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； 有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； 具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩； 徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； 与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度； 有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸； 强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用。 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不宜低于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时不宜低于C

15、40。,(2) 混凝土,建筑结构,1.截面形式和尺寸,对于预应力轴心受拉构件，通常采用正方形或矩形截面；对于预应力受弯构件，可采用T形、 L形、 I形、箱形等截面。,梁 高 度 腹板宽度 翼缘宽度 翼缘高度,5.7.2 预应力混凝土结构的构造,建筑结构,预应力钢筋配置形式,建筑结构,2. 钢筋设置,直线布置：,曲线布置：,折线布置：,适用于荷载和跨度不大时，施工时用先张法和后张法均可。,适用于荷载和跨度较大时，施工时一般用后张法。,适用于荷载和跨度较大时，施工时一般用先张法。,建筑结构,3. 一般构造,应有较大抗裂度和刚度，对受弯构件，宽高比宜小，翼缘和腹扳的厚度不宜过大。梁高取普通钢筋混凝土

16、构件的70%； 受弯构件的预拉区设非预应力钢筋；为控制裂缝宽度，计算确定受拉区预应力钢筋的配筋； 预应力屋面梁和吊车梁等构件，为防止由于施加预应力而产生预拉区裂缝，以及减少支座附近的主拉应力，支座处预应力钢筋弯起； 端部非对称布置的预应力钢筋应在端部0.2h范围用附加钢筋加强；对槽形板，为防止产生纵向裂缝，应在端部100mm范围附加不少于2根横向钢筋； 构件端部凹进，加构造钢筋；端部全部弯起的受弯构件，或只直线配筋的先张法构件，当端部焊接下部支撑，考虑收缩徐变等不利应吸纳，在端部设非预应力纵向构造钢筋。,建筑结构,应根据浇注混凝土、施加预应力及钢筋锚固等要求确定。,预应力钢筋的净距不应小于其直径，且不小于25mm，预应力钢丝的净距不宜小于15mm。,为防止放松预应力钢筋时，端部产生裂缝。,可在端部设置螺旋筋、钢筋网或在端部加密横向钢筋。,建筑