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1、钢筋混凝土结构设计,教师：冯云平 适用专业：土木工程 攀枝花学院土木工程学院结构教研室,绪论,结构的定义 广义定义：房屋建筑和土木工程的建筑物、构筑物及其相关组成部分的实体。 狭义定义：工程实体的承重骨架。 具体关系：结构和荷载的相互转化。 结构的种类： 钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构等。,结构的分类,1.水平承重结构：水平布置，主要承受水平荷载。 2.竖向承重结构：竖向布置，主要承受水平承重结构传来荷载的集合。 3.底部承重结构：水平布置，主要承受竖向承重结构传来荷载的集合。 *注意：水平承重结构, 竖向承重结构, 底部承重结构是一个整体，它们相互作用、相互影响，构件可能有交叉，影
2、响可能反向作用。,结构的选型和布置原则,结构选型的基本原则： 1).满足使用要求； 2).受力性能好； 3).施工简便； 4).经济合理。,结构的选型和布置原则,结构布置原则： 1).在满足使用要求的条件下，沿结构的平面和竖向应尽可能地简单、规则、均匀、对称，避免发生突变； 2).荷载传递路线明确，结构计算简图简单并易于确定； 3).结构的整体性好，受力可靠； 4).施工简便； 5).经济合理。,混凝土结构的分析方法：,基本原则： 按照国家规范、规定执行； 确定最不利状况； 计算模式和计算图形符合实际； 采用合理的计算方法； 不轻信计算机计算结果。 附：现中国主要采用的计算机结构计算软件：PK
3、PM系列、TBSA系列、SAP系列,混凝土结构的分析方法：,各种分析方法： 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： 实验分析方法：,第一章 梁板结构,【教学要求】 1、熟练掌握整体式单向梁板结构的内力按弹性及考虑塑性内力重分布的计算方法和构造要求； 2、熟练掌握整体式双向梁板结构的内力弹性计算方法和构造要求； 3、掌握整体式楼梯和雨篷的设计方法； 4、掌握预制板的布置与连接方法和内力计算要点； 5、熟悉折算荷载、塑性铰、内力重分布、弯矩调幅等概念； 6、了解无梁楼盖的设计方法和构造要求。 【难点】 1、内力重分布概念的建立和应用； 2、板上最不利
4、荷载布置。,有关的概念,1、梁板结构： 简单地说，梁板结构指由梁和板共同组成的受力体系（骨架），广泛应用于屋盖、楼盖、楼梯和雨篷等处。 2、屋盖：建筑上也叫屋顶，通常由防水层、（找坡层）、保温层、（找平层）和结构层组成，在结构概念上特指结构层。 3、楼盖：建筑上也叫楼层，通常由面层、（找平层）、结构层、顶棚共同组成，在结构概念上特指结构层。 4、小结：楼盖和屋盖在建筑概念上有所不同，而在结构概念上基本相同，因此可以通称为楼（屋）盖体系。,楼（屋）盖的主要作用： 1、承受楼面上的竖向荷载并传到竖向结构上； 2、将水平荷载传递或分配到竖向结构； 3、作为竖向结构的水平联系构件或支撑点。 对楼盖的结
5、构设计要求： 1、强度：足以抵抗荷载作用下产生的内力。 2、刚度：足以抵抗在荷载作用下产生的竖向和水平变形。 3、连接可靠：通过构造要求和梁柱节点设计来予以保证。,楼盖结构的分类： （一）、按施工方法分： 可分为：现浇钢筋混凝土楼盖、预制装配式钢筋混凝土楼盖和装配整体式楼盖。而现浇钢筋混凝土楼盖按支承受力条件不同可分为：肋形楼盖（单向和双向）、井字楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖四类。 （二）、按预应力施加情况分： 可以分为：钢筋混凝土楼盖和预应力钢筋混凝土楼盖。,梁板结构形式,按结构形式： 单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖,如图所示，在承受均布荷载的四边支承板跨中截出两个相互垂直的宽度为1m的板带。假
6、设不考虑平行板带间的相互影响，则各板带根据跨中变形协调条件进行分配： 由上式可见，由于板带支承条件和板厚相同，则；两个方向分配的荷载仅与其跨度比有关或与其线刚度比有关。,这种分析方法应用的前提条件：1）弹性薄板2）全截面内按照最大位置计算量配筋,规范规定： l2/l1=3时，按单向板设计； l2/l1 2时，按双向板设计; 2 l2/l1 3时，宜按双向板设计；若按单向板设计时，规范规定的单向板长边方向的分布钢筋尚不足以承担该方向弯矩，故应适当增加配筋量。,整体式单向板梁板结构设计,一、结构设计的内容 从总体来说，结构设计本身包括结构概念设计和结构数值设计两个大的方面。简单地说，概念设计就是抗
7、震构造设计，从地震震害角度对结构构件的基本尺寸作出有关的规定，同时提出有关的构造要求；而数值设计就是进行结构内力分析，并根据内力配置钢筋。 二、设计步骤： 1、结构布置； 2、确定结构上的荷载及计算单元； 3、确定计算简图； 4、结构内力计算； 5、配筋计算； 6、根据构造要求配置钢筋； 7、绘制结构施工图。,结构布置及梁板基本尺寸确定 梁板结构主要由板、次梁、主梁组成，而该结构必须支撑在柱或墙上，因此结构的布置就是确定柱网尺寸和主、次梁的位置。由此可见，整体式梁板结构中，合理的柱网（墙体）布置、梁格划分及基本尺寸确定是结构设计的首要问题，它对建筑物的使用、经济和美观的要求有直接的影响。 （一
8、）、梁板结构布置 根据主梁、次梁的不同位置通常有三种不同的单向板肋梁楼盖结构布置形式：主梁横向布置、次梁横向布置和没有主梁，只布置次梁,如图所示。但不论何种结构布置形式，在布置时应该注意以下的要求： 1、柱间距与承重墙的布置，首先应满足使用要求； 2、在满足使用要求的前提下，柱网和梁格划分尽可能规 结构布置越简单、整齐、统一，越能符合经济和美观的要求；,3、主梁应布置在整体结构的主要受力方向上。对于框架结构，为加强结构的侧向刚度，主梁一般应沿房屋横向布置。在混合结构中，梁的支座应设置在窗间墙或壁柱处，避开门窗洞口，否则洞口上的过梁就要加强以承受梁传来的荷载； 4、梁的布置尽可能整齐、贯通； 5
9、、梁板结构尽可能划分为等跨度，以便于设计和施工； 6、主梁跨度范围内次梁根数宜为偶数，以便主梁受力合理； 7、在楼板上有固定的集中荷载时，如隔墙或较重设备等，则必须在它下面专门布置承重梁； 8、当楼盖中开有较大的洞口时，沿洞口周边需布置梁。 9、不封闭的阳台、厨房和卫生间的板面标高宜低于相邻板面。,（二）、梁、板构件的最小尺寸 梁、板结构基本尺寸应根据结构承载力、刚度和裂缝控制等要求确定。单向板梁板结构尺寸建议如下： 1、单向板的经济跨度一般为2-3m；次梁的经济跨度一般为4-6m；主梁的经济跨度一般为5-8m。 2、梁、板一般不做刚度验算的最小截面尺寸为： 板：h=(1/301/40)l1板
10、 次梁：h=(1/121/18)l次梁 主梁：h=(1/81/14)l主梁,结构的荷载及计算单元,（一）作用在梁板结构上的荷载 作用在梁板结构上的荷载包括： 1、永久荷载：包括结构自重、地面及天棚（抹灰）、隔墙及永久性设备等荷载； 2、可变荷载：包括人群、货物以及雪荷载、屋面积灰和施工活荷载等； 可变荷载的分布通常是不规则的，在工程设计中一般折算成等效均布荷载；作用在板、梁上的活荷载在一跨内均按满跨布置，不考虑半跨内活荷载作用的可能性。 各项荷载的分项系数和取值详见荷载规范。,结构的荷载及计算单元,（二）计算单元 1、单向板：除承受结构自重、抹灰荷载外，还要承受作用在其上的使用活荷载；通常取1
11、m宽度作为荷载计算单元； 2、次梁：除承受结构自重、抹灰荷载外，还要承受板传来的荷载，计算板传来的荷载时，为简化计算，不考虑板的连续性，通常将连续板视为简支板，取宽度为板跨度的荷载带作为荷载计算单元； 3、主梁：除承受结构自重、抹灰荷载外，还要承受次梁传来的集中荷载，为简化计算，不考虑次梁的连续性，通常将连续梁视为简支梁，以两侧次梁的支座反力作为主梁荷载；一般说来，主梁自重及抹灰荷载较次梁传递的集中荷载小得多，故主梁结构自重及抹灰荷载也可以简化为集中荷载。,结构的计算简图,【提问】什么叫结构的计算简图？其简化内容包括哪些？ 对实际结构进行力学计算以前，必须加以简化，略去次要的细节，显示其基本特
12、点，用一个简化的图形代替实际结构，我们把这种图形叫结构的计算简图。 其简化内容包括：结构体系的简化、支座的简化、连接的简化、荷载的简化等。,结构计算单元,1、板：整体式单向板梁板结构中，板结构计算单元与板荷载计算单元相同取1m宽的矩形截面板带作为板结构计算单元； 2、次梁：取宽度为板标志跨度l1的T形截面带作为次梁结构的计算单元； 3、主梁：取宽度为次梁标志跨度l2的T形截面带作为主梁结构的计算单元，如图3所示。,计算单元示意图,结构的支承条件及折算荷载,1、支承在砖墙上 当整体式梁板结构的板、次梁或主梁支承在砖柱或墙上时，结构之间均可视为铰支座，砖柱、墙对它们的嵌固作用比较小，可以在构造设计
13、中予以考虑。 2、支承在柱上 对于整体式梁板结构，当板、梁和柱整体现浇时，板支承在次梁上，次梁支承在主梁上，主梁支承在柱上。则次梁对板，主梁对次梁，柱对主梁将有一定的约束作用，该约束作用在结构内力分析时必须予以考虑，如图4所示。,结构的支承条件及折算荷载,折算荷载是为了减少由于支撑条件的假定产生的与实际条件的偏差而对恒、活载进行调整后所采用的楼面荷载。 在均布荷载作用下，板和次梁的内力按折算荷载设计值进行计算。 板与次梁整浇在一起，板的转动将引起次梁扭转。由于次梁抗扭作用，板在支承处不能自由转动，不符合“自由转动的链杆支座”的假设，板的转角变小，减小了板的内力。为使板的内力计算值更接近于实际，
14、需进行适当的调整。这种方法也适用于主梁上的次梁。,结构的支承条件及折算荷载,恒载（均布）在整个楼面和次梁上满布，连续板或连续梁在支坐处产生的转角为零或者很小可以不计 因此，板或次梁在支承处的转动主要是由活荷载的不均匀布置产生。自然，可以减小活荷载来减小板和次梁的转角，要保证连续板和连续梁的弯矩不减小，将减小的活荷载加到恒载中。 在计算板和次梁的内力时，采用折算荷载： 连续板 g=g+ q/2 , q=q/2 连续梁 g=g+ q/4, q=3q/4 式中 q,g-实际作用于结构上的恒载和活荷载设计值； q ,g结构分析时采用的折算荷载设计值。,荷载的数值确定,标准值设计值折算荷载 【提问】：当
15、只有一项恒荷载和一项活荷载时，恒荷载和活荷载设计值的组合系数（分项系数）是如何确定的？,结构计算跨度（l）,1、定义：整体式梁板结构中，梁、板计算跨度是指单跨梁、板支座反力的合力作用线间的距离。 2、按弹性理论计算时，结构计算跨度按下述规定取用： 对于单跨板和梁： 两端搁支在砖墙上的板 两端与梁整体连接的板 单跨梁,结构计算跨度（l）,对于多跨连续板和梁： 边跨 对于板而言 对于梁而言 中间跨 对于板 对于梁,结构计算跨度（l）,按塑性理论计算时，多跨连续板、梁计算跨度应由塑性铰的位置确定： 边跨 对于板 对于梁 中间跨 式中 lc支座中心线间的距离； l梁、板的计算跨度； l0梁、板的净跨度
16、； h板的厚度； a梁、板在墙体上的支承长度； b梁、板的中间支座宽度。,结构的计算跨数,结构计算中对于等跨度、等刚度、荷载和支承条件相同的多跨连续梁、板，经结构内力分析表明：除端部两跨内力外，其他所有中间跨的内力都较为接近，内力相差很小，在工程结构设计中可以忽略不计。因此，所有中间跨内力可以由一跨代表。 1、当结构实际跨数多于五跨时，可以按五跨进行内力计算； 2、对于多跨连续梁、板的跨数小于五跨的按实际跨数计算； 3、对于跨度、刚度、荷载及支承条件不同的多跨连续梁、板，应按实际跨数进行结构分析，如下图所示。,建筑平面,结构平面,次梁计算简图,结构内力计算,(一)、结构最不利荷载组合 1、结构控制截面 结构控制截面的确定取决于结构截面的内力与抗力的比值（M/Mu），截面的比值最大者即为控制截面。 对于等截面的连续梁板结构，若结构截面配筋相同，梁、板的控制截面在支座处和跨中处。包括跨中最大正弯矩、跨中最大负弯矩（绝对值）、支座最大负弯矩（绝对值）、支座最
