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1、第十章 梁板结构,一、概述 二、整体现浇式单向板肋形楼盖 三、双向板肋形楼盖 四、楼梯,一、概述,钢筋混凝土梁板结构是土木工程中应用最为广泛的一种结构，例如房屋中的楼（屋）盖、桥梁的桥面，水池的底板和顶板等都是梁板结构。在混合结构房屋中，楼盖的造价约占房屋总造价的30%40%，因此，楼盖结构造型和布置的合理性，以及结构计算和构造的正确性，对建筑物的安全使用和技术经济指标有着非常重要的意义。混凝土楼盖按其施工方法分为整体现浇式，装配式和装配整体式三种型式。 整体现浇式楼盖具有整体性好，适应性强，防水性好的优点，适用于下列情况： （）楼面荷载较大，平面形状复杂或布置上有特殊要求的建筑物； （）对于
2、防渗、防漏或抗震要求较高的建筑物； （）高层建筑。,一、概述,它的缺点是模板耗用量多，施工现场作业量大，施工进度受到限制。随着施工技术的不断革新和多次重复使用的工具式模板的推广，整体现浇式楼盖结构的应用有日益增多的趋势。 整体现浇式楼盖结构按楼板受力和支承条件的不同，又分为肋梁楼盖(图10-1)井式楼盖(图10-2)和无梁楼盖(图10-3)。无梁楼盖适用于柱网尺寸不超过6m的图书馆、仓库等。井式楼盖可少设或不设内柱，能跨越较大的空间，获得美观的天花板，适用于接近方形的公共建筑门厅及中、小礼堂等，但用钢量大且造价高。肋形楼盖又分为双向板肋梁楼盖和单向板肋梁楼盖，双向板肋梁楼盖多用于公共建筑和高层
3、建筑。单向板肋梁楼盖广泛用于多层厂房和公共建筑。,一、概述,装配式钢筋混凝土楼盖，楼板采用钢筋混凝土预制构件，便于工业化生产，在多层民用建筑和厂房中应用较广。但是这种楼面整体性、抗震性、防水性较差，不便于开设孔洞，因此对于高层建筑及有抗震要求的建筑以及使用上要求防水和开设洞口的楼面，均不宜采用。 装配整体式钢筋混凝土楼盖，是将楼板中的部分构件预制，在现场安装后，再通过现浇的部分连成整体。其整体性较装配式好又较现浇式节省模板。但这种楼盖要进行混凝土二次浇灌，有时还需增加焊接工作量。故多用于荷载较大的多层工业厂房，高层民用建筑及有抗震设防要求的建筑。近几年我国较大城市住宅中多采用装配整体式，一个房
4、间整面墙、整块楼板均为一块板，生产比较工业化。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,结构布置 单向板肋梁楼盖的结构布置一般取决于建筑功能要求，在结构上应力求简单、整齐、经济适用。柱网尽量布置成长方形或正方形。主梁有沿横向和纵向两种布置方案（图10-6a、b、d)。前者抵抗水平荷载的侧向刚度较大，房屋整体刚度好。此外，由于主梁与外墙面垂直，可开较大的窗口，对室内采光有利。后者适用于横向柱距大于纵向柱距较多时，或房屋有集中通风要求的情况，因主梁沿纵向布置，可使房屋层高降低，但房屋横向刚度较差，而且常由于次梁支承在窗过梁上，而限制了窗洞的高度。对于有中间走廊的房屋、常可利用中间纵墙承重，这时可仅布置次梁而
5、不设主梁（图10-6c）。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,从图10-6中可以看出，板的跨度即为次梁的间距，次梁的跨度即为主梁的间距，主梁的跨度即为柱距。因此，从经济效果上考虑，在单向板楼盖的平面布置中，板、梁的适宜跨度可参考下列数值确定： 板1.83.0m 次梁4.07.0m 主梁6.09.0m 同时，由于板的混凝土用量占整个楼盖的50%70%，因此，应使板厚尽可能接近构造要求的最小板厚：工业楼面为80mm，民用楼面为70mm，屋面为60mm。此外，按刚度要求，板厚还不小于其跨长约l/40。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,柱网及梁格的布置除考虑上述因素外，梁格布置应尽可能是等跨的，且最好边跨比
6、中间跨稍小（约在10%以内），因边跨弯矩较中间跨大些；在主梁跨间的次梁根数宜多于一根，以使主梁弯矩变化较为平缓，对梁的受力有利。 结构内力计算 钢筋混凝土梁（板）的计算简图 楼盖结构布置完毕以后，即可确定结构的计算简图，以便对板、次梁、主梁分别进行计算。在确定计算简图时，除了应考虑现浇楼盖中板和梁往往是多跨连续这个特点以外，尚应对荷载计算、支座影响以及板梁计算跨度和跨数作简化处理。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,1.荷载计算 当楼面承受均布荷载时，板所承受的荷载即为板带（b=1m）自重（包括面层及顶棚抹灰等）及板带上的均布活荷载。在确定板传递给次梁的荷载和次梁传递给主梁的荷载时，一般均忽略结构
7、的连续性而按简支进行计算。所以对于次梁，取相邻跨中线所分割出来的面积作为它的受荷面积，次梁所承受的荷载为次梁自重及其受荷面积上板传来的荷载。对于主梁，则承受主梁自重及由次梁传来的集中荷载，但由于主梁自重与次梁传来的荷载相比往往较小，故为了简化计算，一般可将主梁均布自重简化为若干集中荷载，加上次梁传来的集中荷载合并计算。荷载计算单元见图10-7a，板梁计算简图见10-7b。 当楼面承受集中（或局部）荷载时，可将楼面的集中荷载换算成等效均布荷载进行计算。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,2.支座及折算荷载 在单向板肋形楼盖中，板、梁的支座通常有两种构造形式，一种是直接搁置在砖墙、砖柱上；一种是与梁、
8、柱整体连接。前者由于不是整体连接，支座对板、梁的嵌固作用不大，故在计算中可视为铰支座。后者由于支座对板梁的转动有一定的约束作用，也把它当作铰支座，由此而引起一定的误差。 以板和次梁为例，当板受荷发生弯曲转动时，将带动作为其支座的次梁产生扭转，而次梁的抗扭作用则会约束板的自由转动。对于等跨连续板，当作用连续分布的恒荷载时，由于荷载对称，板在支座处的转角本身很小，所以次梁的这种约束作用可以忽略；当板上作用活,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,荷载时，由于活荷载分布的随机性，各跨的荷载分布不再对称，所以板在支座处的转动较大，次梁的转动约束就较大，使其实际转角(图10-8b)小于计算简图中简化为理想铰支座
9、时的转角（图10-8（a）。其效果相当于降低了板的弯矩值。这说明，当考虑支承梁的转动约束时，将减小活荷载对内力的不利影响。类似的情况也发生在次梁和主梁之间。为了减少上述误差，一般在荷载计算时加以调整。即用折算荷载代替实际荷载： 对于板 g=g+q/2 q=q/2 （10-1） 对于次梁 g=g+q/4 q=3q/4 （10-2） 对于主梁 g=g q=q （10-3） 式中 g、q实际恒荷载、活荷载； g、q折算恒荷载、活荷载。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,应当指明，上述调整是在按弹性方法计算时才进行的。 采取上述调整措施，意味着可减少板、梁在支座处的转动，以此来反映由于忽略支座对板、梁的约
10、束作用而引起的误差。在上述调整中，对板和次梁的调整幅度不一样，是由于次梁对板的约束作用较主梁对次梁的约束作用大。主梁和柱之间，在一定程度上也有类似的约束作用发生，为偏于安全起见对主梁不予调整。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,3.跨数与跨度 当连续板、梁的某跨受到荷载作用时，它的相邻各跨也会受到影响，并产生变形和内力，但这种影响是距该跨愈远愈小，当超过两跨以上时，影响已很小。正因为如此，对于多跨连续板、梁（跨度相等或相差不超过10%）时，若跨数超过五跨时，可按五跨来计算。此时，除连续板、梁两边的第一、二跨外，其余的中间跨度和中间支座的内力值均按五跨连续板、梁的中间跨度和中间支座采用。例如在图10
11、-7中，板实际为六跨，但计算时可只按五跨考虑。如果跨数未超过五跨，则计算时应按实际跨数考虑。 连续板、梁各跨的计算跨度，与支座的构造形式、构件的截面尺寸以及内力计算方法有关，通常可按本章附表10-1采用。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,弹性理论计算方法 弹性理论计算方法即按结构力学的方法分析内力，一般采用的是力矩分配法求解等跨或不等跨连续梁弯矩。为简化起见，对于常用荷载下等截面等跨连续梁，可利用表格（见附表10-2）计算内力。对于跨度相差在10%以内的不等跨连续梁，其内力也可近似地按该附表计算。 .荷载的最不利组合 连续梁承受的荷载包括恒载和活载两部分。恒荷载经常作用在梁上，并布满各跨；而活荷
12、载则可能是随机作用。为了保证结构在各种荷载下作用都安全可靠，就需要研究活荷载如何布置将使梁截面产生最大内力的问题，即活荷载的最不利组合问题。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,图10-9为五跨连续梁当活荷载布置在不同跨间时的弯矩图和剪力图，分析其变化规律和不同组合后的效果，不难得出如下确定截面最不利活荷载布置的原则： 图10-9 活荷载在不同跨间布置时的弯距剪力图 （）当求其跨跨中最大正弯矩时，应在该跨布置活荷载，然后隔跨布置活荷载； （）求某跨跨中最大负弯矩（即最小弯矩）时，应在该跨不布置活荷载，而在两相邻跨布置活荷载，然后每隔一跨布置； （）求某支座最大负弯矩时，应在该支座左右两跨布置活荷载，
13、然后每隔一跨布置； （）求某支座左、右截面的最大剪力时，其活荷载布置与该支座最大负弯距的布置相同。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,内力包络图 将所算得的恒荷载和最不利布置的活荷载在连续梁各截面内产生的最大正负内力值（弯矩、剪力）标在图上，并联成曲线，这个图就叫内力包络图（图10-10） 图10-10 弯距包络图与剪力包络图a) 弯距包络图 b) 剪力包络图10.2.2.3 塑性理论计算方法 弹性理论法计算梁、板的内力实际上是将钢筋混凝土梁、板作为匀质弹性材料梁来考虑的，完全不考虑材料的塑性性质。这在受荷较小，混凝土开裂的初始阶段是适用的。但随着荷载的增加，由于混凝土受拉区裂缝的出现和开展，受压
14、区混凝土的塑性变形，特别是受拉钢筋屈服后的塑性变形，钢筋混凝土连续梁的内力与荷载的关系已不再是线性的，而是非线性的，连续梁的内力发生重分布，这就是通常所称的塑性内力重分布。塑性理论计算方法就是从实际出发，考虑塑性变形内力重分布来计算连续梁的内力。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,塑性理论计算方法的基本概念 下面以图10-11所示的两跨连续梁为例，说明塑性变形内力重分布的概念。梁承受均布恒荷载g及均布活荷载q，根据三种最不利荷载组合，可画出它的弯矩包络图。若按弹性体系计算，支座截面将按MBmax=-67.5kNm配筋，跨中截面将按M1max=46.8kNm配筋。为了节约材料，现将支座截面的配筋减少
15、些，假设减少后按支座弯矩MB=47.25kNm（约为0.7MBmax）来配筋，跨中截面则仍按M1max来配筋，这样调整内力，是否会影响连续梁的承载能力，现分析如下： 图10-11 两跨连续梁的弯距图（考虑塑性内力重分布）a)恒+活1+活2 b)恒+活1 c)恒+活2 （）当荷载布置为“恒活1”时，跨中和支座产生的弯矩分别为46.8kNm和45.18kNm。由于跨中钢筋未减少，而支座钢筋又是按弯矩为47.25kNm配置的，大于45.18kNm，所以此时连续梁的承载能力是安全可靠的。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,但能自由转动。塑性铰出现后，支座B所承受的弯矩维持在47.25kNm不变，由于截面并
16、未破坏，整个连续梁仍能继续增加荷载，而梁则象简支梁一样工作，增加的荷载可由跨中截面来负担。于是跨中弯矩将随荷载增加而逐渐增加，这就引起了结构内力重分布，当荷载增至最大值15.0kN/m（恒荷载g=5.0KN/m，活荷载10.0KN/m）时，跨中弯矩达到45.90kNm（见图10.14），此值仍小于跨中钢筋所能负担的弯矩46.8kNm。连续梁承载能力仍是可靠的. 通过以上分析可知,采用塑性内力重分布理论设计可减少超静定结构的用钢量。同时支座负弯矩钢筋数量的减少会缓解支座截面钢筋数量太多而造成过分密集，有利于施工中混凝土浇灌。,二、整体现浇式单向板肋形楼盖,.按塑性内力重分布方法设计的基本原则 按塑性按内力重分布方法设计多跨连续梁、板结构时应遵循下列原则： （）为能节约较多的钢筋，同时使支座配筋简单，一般常使它等于或接近于跨中弯矩。这样，从支座两边跨中弯起的钢筋基本上能满足支座配筋的需要，使钢筋构造简单、方便施工； （）为了防止塑性铰出现过早和内力重分布的过程较大而使裂缝过宽，支座截面弯
