《建筑结构第二版课件 41修改》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构第二版课件 41修改（160页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章钢筋混凝土基本构件 本章介绍受弯构件 受压构件 受拉构件 受扭构件截面承载力计算方法和构造要求 以及钢筋混凝土构件裂缝及变形验算方法 4 1 1构造要求1 截面形式梁 主要有矩形 形 倒 形 形 形 十字形 花篮形等 4 1受弯构件 图4 2 a 梁的截面形式 梁 板的截面尺寸 梁 板的截面尺寸必须满足承载力 刚度和裂缝控制要求 同时还应满足模数 以利模板定型化 板 一般为矩形 空心板 槽形板等 图4 2b 图4 2 b 梁的截面形式 1 按刚度要求梁 板的截面高度不宜小于规范所列数值 2 按模数要求梁的截面高度h一般可取250 300 800 900 1000 等 h 800mm时以5
2、0mm为模数 h 800mm时以100mm为模数 矩形梁的截面宽度和T形截面的肋宽b宜采用100 120 150 180 200 220 250mm 大于250mm时以50mm为模数 梁适宜的截面高宽比h b 矩形截面为2 3 5 T形截面为2 5 4 3 按构造要求现浇板的厚度不应小于规范所列的数值 现浇板的厚度一般取为10mm的倍数 工程中现浇板的常用厚度为60 70 80 100 120mm 2 梁 板的配筋 1 梁的配筋梁中通常配置纵向受力钢筋 弯起钢筋 箍筋 架立钢筋等 构成钢筋骨架 图4 3梁的配筋 梁钢筋图 一 钢筋骨架 梁钢筋骨架 梁钢筋骨架 梁钢筋骨架 纵向受力钢筋作用 配置
3、在受拉区的纵向受力钢筋主要用来承受由弯矩在梁内产生的拉力 配置在受压区的纵向受力钢筋则是用来补充混凝土受压能力的不足 直径 直径应当适中 太粗不便于加工 与混凝土的粘结力也差 太细则根数增加 在截面内不好布置 甚至降低受弯承载力 梁纵向受力钢筋的常用直径d 12 25mm 当h 300mm时 d 8mm 当h 300mm时 d 10mm 根数 梁中受拉钢筋的根数不应少于2根 最好不少于3 4根 纵向受力钢筋应尽量布置成一层 当一层排不下时 可布置成两层 但应尽量避免出现两层以上的受力钢筋 以免过多地影响截面受弯承载力 图4 4受力钢筋的排列 架立钢筋位置 设置在受压区外缘两侧 并平行于纵向受力
4、钢筋 作用 一是固定箍筋位置以形成梁的钢筋骨架 二是承受因温度变化和混凝土收缩而产生的拉应力 防止发生裂缝 受压区配置的纵向受压钢筋可兼作架立钢筋 弯起钢筋作用 弯起钢筋在跨中是纵向受力钢筋的一部分 在靠近支座的弯起段弯矩较小处则用来承受弯矩和剪力共同产生的主拉应力 即作为受剪钢筋的一部分 弯起角 钢筋的弯起角度一般为45 梁高h 800mm时可采用60 弯起钢筋位置 图4 5弯起钢筋的布置 箍筋作用 承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力 并通过绑扎或焊接把其他钢筋联系在一起 形成空间骨架 设置范围 按计算不需要箍筋的梁 当梁的截面高度h 300mm 应沿梁全长按构造配置箍筋 当h 150 3
5、00mm时 可仅在梁的端部各1 4跨度范围内设置箍筋 但当梁的中部1 2跨度范围内有集中荷载作用时 仍应沿梁的全长设置箍筋 若h 150mm 可不设箍筋 钢筋级别 梁内箍筋宜采用HRB400 HRBF400 HPB300 HRB500 HRBF500级钢筋 也可采用HRB335 HRBF335 直径 当梁截面高度h 800mm时 不宜小于6mm 当h 800mm时 不宜小于8mm 当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时 箍筋直径还不应小于纵向受压钢筋最大直径的1 4 为了便于加工 箍筋直径一般不宜大于12mm 箍筋的常用直径为6 8 10mm 间距 应符合规范的规定 当梁中配有计算需要的纵向受压钢
6、筋时 箍筋的间距不应大于15d d为纵向受 压钢筋的最小直径 同时不应大于400mm 当一层内的纵向受压钢筋多于5根且直径大于18mm时 箍筋间距不应大于10d 箍筋形式 图4 6箍筋的形式和肢数 端部构造 应采用135 弯钩 弯钩端头直段长度不小于50mm 且不小于5d 纵向构造钢筋及拉筋作用 当梁的截面高度较大时 为了防止在梁的侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝 同时也为了增强钢筋骨架的刚度 增强梁的抗扭作用 梁钢筋图 二 梁板钢筋关系 设置条件 梁的腹板高度hw 450mm 图4 8腰筋及拉筋 图4 9hw的取值 2 板的配筋板通常只配置纵向受力钢筋和分布钢筋 图4 10板的配筋图 受力钢筋
7、作用 用来承受弯矩产生的拉力 直径 常用直径为6 8 10 12mm 间距 当h 150mm时 不宜大于200mm 当h 150mm时 不宜大于1 5h 且不宜大于300mm 板的受力钢筋间距通常不宜小于70mm 分布钢筋作用 一是固定受力钢筋的位置 形成钢筋网 二是将板上荷载有效地传到受力钢筋上去 三是防止温度或混凝土收缩等原因沿跨度方向的裂缝 数量 梁式板中单位长度上分布钢筋的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 分布钢筋的直径不宜小于6mm 常用直径为6 8mm 间距 不宜大于250mm 当集中荷载较大时 分布钢筋截面面积应适当增加 间距
8、不宜大于200mm 分布钢筋应沿受力钢筋直线段均匀布置 并且受力钢筋所有转折处的内侧也应配置 3 混凝土保护层厚度作用 一是保护钢筋不致锈蚀 保证结构的耐久性 二是保证钢筋与混凝土间的粘结 三是在火灾等情况下 避免钢筋过早软化 大小 纵向受力钢筋的混凝土保护层不应小于钢筋的公称直径 并符合规范的规定 实际工程中 一类环境中梁 板的混凝土保护层厚度一般取为 混凝土强度等级 C20时 梁30mm 板20mm 混凝土强度等级 C25时 梁25mm 板15mm 现浇板保护层做法 4 钢筋的连接 绑扎搭接 机械连接 钢筋连接形式 焊接连接 1 绑扎搭接接头工作原理 通过钢筋与混凝土之间的粘结强度来传递钢
9、筋的内力 1 受拉钢筋搭接纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度ll应根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率按下式计算 且在任何情况下均不应小于300mm 适用范围 轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头 直径大于28mm的受拉钢筋及直径大于32mm的受压钢筋不宜绑扎搭接接头 ll la 300mm 4 1 式中la 受拉钢筋的锚固长度 受拉钢筋搭接长度修正系数 按表4 7采用 受拉钢筋搭接长度修正系数表4 7 搭接接头的要求 接头率 钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1 3倍搭接长度 凡搭接接头中点位于该长度范围内的搭接接头均属同一连接区段 位于同一连接区段内的受拉钢筋
10、搭接接头面积百分率 即有接头的纵向受力钢筋截面面积占全部纵向受力钢筋截面面积的百分率 对于梁类 板类和墙类构件 不宜大于25 对柱类构件 不宜大于50 当工程中却有必要增大受拉钢筋搭接接头面积百分率时 对梁类构件不应大于50 对板类 墙类及柱类构件 可根据实际情况放宽 l同一构件中相邻纵向的绑扎搭接接头宜相互错开 在纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋 其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0 25倍 当钢筋受拉时 箍筋间距s不应大于搭接钢筋较小直径的5倍 且不应大于100mm 当钢筋受压时 箍筋间距s不应大于搭接钢筋较小直径的10倍 且不应大于200mm 当受压钢筋直径大于25mm时 还应在搭接接
11、头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋 架立钢筋与受力钢筋的搭接长度应符合下列规定 架立钢筋直径 10mm时 搭接长度为100mm 架立钢筋直径 10mm时 搭接长度为150mm 2 机械连接接头纵向受力钢筋机械连接接头宜相互错开 钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d d为纵向受力钢筋的较大直径 在受力较大处设置机械连接接头时 位于同 一连接区段内纵向受拉钢筋机械连接接头面积百分率不宜大于50 纵向受压钢筋可不受限制 在直接承受动力荷载的结构构件中不应大于50 3 焊接接头纵向受力钢筋的焊接接头应相互错开 钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d d为纵向受力钢筋的较大直径 且不小于500
12、mm 位于同一连接区段内纵向受拉钢筋的焊接接头面积百分率不应大于50 纵向受压钢筋可不受限制 钢筋焊接连接 闪光对焊 钢筋焊接连接 电渣压力焊 钢筋机械连接 镦粗钢筋直螺纹连接 连接套筒 机械连接 机械连接 机械连接 1 受弯构件正截面的受力性能1 单筋截面受弯构件沿正截面的破坏特征根据梁纵向钢筋配筋率的不同 钢筋混凝土梁可分为适筋梁 超筋梁和少筋梁三种类型 不同类型梁的具有不同破坏特征 4 1 2受弯构件正截面承载力计算 适筋梁应力变化阶段 图4 17适筋梁工作的三个阶段 第I阶段 弹性工作阶段 荷载很小时 混凝土的压应力及拉应力都很小 应力和应变几乎成直线关系 截面达到将裂未裂的极限状态时
13、 即第 阶段末 用 a表示 a阶段的应力状态是抗裂验算的依据 第 阶段 带裂缝工作阶段 第 阶段的应力状态是裂缝宽度和变形验算的依据 钢筋应力达到屈服强度fy时 标志截面进入第 阶段末 以 a表示 第 阶段 破坏阶段 到本阶段末 即 a阶段 受压边缘混凝土压应变达到极限压应变 受压区混凝土产生近乎水平的裂缝 混凝土被压碎 甚至崩脱 截面宣告破坏 此时截面所承担的弯矩即为破坏弯矩Mu a阶段的应力状态作为构件承载力计算的依据 破坏特征 延性破坏 破坏特征 受压区混凝土在钢筋屈服前即达到极限压应变被压碎而破坏 破坏时钢筋的应力还未达到屈服强度 因而裂缝宽度均较小 且形不成一根开展宽度较大的主裂缝
14、梁的挠度也较小 破坏特征 脆性破坏 超筋梁 少筋梁 破坏特征 梁破坏时 裂缝往往集中出现一条 不但开展宽度大 而且沿梁高延伸较高 一旦出现裂缝 钢筋的应力就会迅速增大并超过屈服强度而进入强化阶段 甚至被拉断 破坏性质 脆性破坏 结论 适筋梁的材料强度能得到充分发挥 安全经济 是正截面承载力计算的依据 而少筋梁 超筋梁都应避免 2 受弯构件正截面承载力计算基本理论 1 计算原则1 基本假定 平截面假定 钢筋的应力等于钢筋应变与其弹性模量的乘积 但不得大于其强度设计值 即 不考虑截面受拉区混凝土的抗拉强度 受压混凝土采用理想化的应力 应变关系 当混凝土强度等级为C50及以下时 混凝土极限压应变 0
15、 0033 2 等效矩形应力图简化原则 受压区混凝土的合力大小不变 受压区混凝土的合力作用点不变 等效矩形应力图形的混凝土受压区高 等效矩形应力图形的应力值为 表4 7值 是否超筋破坏的判断 若 构件破坏时受拉钢筋不能屈服 表明构件超筋破坏 若 构件破坏时受拉钢筋已经达到屈服强度 表明发生的破坏为适筋破坏或少筋破坏 表4 8相对界限受压区高度值 注 表中空格表示高强度混凝土不宜配置低强度钢筋 4 适筋梁与少筋梁的界限 截面最小配筋率 最小配筋率的确定原则 配筋率为的钢筋混凝土受弯构件 按 a阶段计算的正截面受弯承载力应等于同截面素混凝土梁所能承受的弯矩Mcr Mcr为按 a阶段计算的开裂弯矩
16、对于受弯构件 按下式计算 4 3 3 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算1 基本公式及其适用条件 4 4 4 5 式中 M 弯矩设计值 fc 混凝土轴心抗压强度设计值 fy 钢筋抗拉强度设计值 x 混凝土受压区高度 适用条件 l为防止发生超筋破坏 需满足 或x h0 l防止发生少筋破坏 应满足 min或As As min minbh 在式 4 5 中 取x bh0 即得到单筋矩形截面所能承受的最大弯矩的表达式 2 计算方法 1 截面设计己知 弯矩设计值M 混凝土强度等级 钢筋级别 构件截面尺寸b h求 所需受拉钢筋截面面积As计算步骤 确定截面有效高度h0h0 h as 式中h 梁的截面高度 as 受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离 承载力计算时 室内正常环境下的梁 板 as可近似按表4 10取用 表4 10室内正常环境下的梁 板as的近似值 计算混凝土受压区高度x 并判断是否属超筋梁若x bh0 则不属超筋梁 否则为超筋梁 应加大截面尺寸 或提高混凝土强度等级 或改用双筋截面 计算钢筋截面面积As 并判断是否属少筋梁若As minbh 则不属少筋梁 否则为少筋梁 应As minbh
