河南理工大学课件：梁板结构设计

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1、河南理工大学土木工程学院梁板结构设计梁板结构设计河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院主要内容单向板与双向板受弯构件的塑性铰和超静定结构内力重分布单向板、双向板肋梁楼盖设计河南理工大学土木工程学院一、概述梁板结构是常用的水平结构体系，由梁+板组成， 亦可有板无梁 。形式：楼盖、屋盖、阳台、雨篷、楼梯、片筏基础等。河南理工大学土木工程学院楼盖的主要结构功能 （1）结构的水平承重体系，把楼盖上的竖向力传给竖向结构； （2）把水平力传给竖向结构或分配给竖向结构； （3）作为竖向结构构件的水平联系和支撑。楼盖的结构设计要求 （1）在竖向荷载作用下，满足承载力和竖向刚度的要求； （2）在楼盖自

2、身水平面内要有足够的水平刚度和整体性； （3）与竖向构件有可靠的连接，以保证竖向力和水平力的传递河南理工大学土木工程学院分类施工方法现浇式装配式装配整体式整体性好、刚度大、布置灵活，适用于 楼面荷载大、平面形状不规则、抗震要 求较高的建筑物;但耗模板、工期长。施工速度快，整体性、刚度较差。部分为预制构件，安装完成后，二次 浇注，集合了现浇式和装配式的优点 。河南理工大学土木工程学院(a) 单向板肋梁楼盖(b) 双向板肋梁楼盖(d) 密肋楼盖(c) 井式楼盖分类结构形式河南理工大学土木工程学院(e) 扁梁楼盖楼盖结构类型 (types of floor systems)(f) 无梁楼盖河南理工大

3、学土木工程学院单向板与双向板单向板：荷载作用下，只在一个方向或主要在一个方向弯曲的板。双向板：荷载作用下，在两个方向弯曲，且不能忽略任一方向弯曲的板。河南理工大学土木工程学院（1） 对于四边支承的板时，应按双向板计算；时，可按沿短边方向受力的单向板计算;时，宜按双向板计算。（2） 对两对边支承的板，应按单向板计算。河南理工大学土木工程学院板上荷载单向板楼盖传 力方式：次梁主梁墙、柱基础板上荷载双向板楼盖传 力方式：墙、柱基础两个方向梁河南理工大学土木工程学院二、单向板肋形楼（屋）盖设计设计内容与步骤1）结构平面布置，确定板厚和主、次梁截面尺寸2）确定板和主、次梁的计算简图 3）荷载和内力计算

4、4）截面承载力计算（配筋），有时需变形和裂缝验算 5）绘制施工图 河南理工大学土木工程学院二、单向板肋形楼（屋）盖设计1、单向板肋梁楼盖结构平面布置结构布置包括柱网、承重墙、梁和板的布置结构平面布置方案 (a) 主梁横向布置(b) 主梁纵向布置(c) 只布置次梁单向板肋梁楼盖布置方案河南理工大学土木工程学院应综合考虑建筑功能、造价及施工条件等，合理确定结构 的平面布置。根据工程实践，常用跨度为：单向板 ：（23）m次 梁 ：（46）m主 梁 ：（58）m河南理工大学土木工程学院梁、板截面尺寸构件种类高跨比（ ）备 注多跨连续次梁 多跨连续主梁 单跨简支梁1/181/12 1/141/8 1/1

5、41/8梁的宽高比（ ） 一般为1/31/2， 以50mm为模数单向板简 支 连 续1/35 1/40最小板厚：屋 面 板 h60mm民用建筑楼板 h 70mm工业建筑楼板 h 80mm 双向板四边简 支 四边连 续1/45 1/50高跨比 h/l 中的 l 取短 向跨度 板厚一般宜为80mm h 160mm梁、板截面的常用尺寸 河南理工大学土木工程学院支撑条件的简化：板、梁支撑在砌体上:板、次梁支撑在梁上：主梁支撑在柱上：铰支座刚性支座 考虑实际存在的负 弯矩，应配一定数 量的构造钢筋2、结构的荷载和计算简图河南理工大学土木工程学院计算单元河南理工大学土木工程学院计算单元河南理工大学土木工程

6、学院荷载(1) 恒载：自重、粉灰重等。恒载标准值体积材料自重(2) 活荷载：人群、家具等。板和次梁一般以均布荷载为主。活荷载标准值可查荷 载规范承载力计算荷载用设计值，要将荷载标准值乘以 荷载分项系数G 或Q 。河南理工大学土木工程学院连续梁任何一个截面的内力值与其跨数、跨度、刚度及荷载有关，但 对某一跨来说，与其相隔两跨以上的其余跨内的荷载对其影响很小。对于跨数超过5跨的连续梁板，当各跨荷载相同且跨度相差不超过10%时，按5跨等跨连续梁计算边支座第一内支座中间支座计算跨数边跨中间跨河南理工大学土木工程学院计算跨度中 间 跨对多跨连续梁板边 跨河南理工大学土木工程学院（1） 板1）计算单元：1

7、m宽板带 2） 荷 载 ：均布荷载（恒荷载和活荷载） 3） 连 续 梁 ：次梁、墙作为板的不动铰支座 4）计算跨度：中间跨 ：边跨：河南理工大学土木工程学院（2） 次梁1）荷载范围 ：次梁左右各半跨板 2）荷 载 ： 恒载：次梁左右各半跨板自重、次梁自重活载：次梁左右各半跨板上活载 3） 连 续 梁 ： 时，认为主梁是次梁的不动铰支座，否则应取交叉梁系进行分析。4）计算跨度：中间跨 ：边跨:河南理工大学土木工程学院（3） 主梁1）荷载范围 ：主梁左右各半个主梁间距，次梁左右各半个次 梁间距 2） 荷 载 ：集中荷载3） 连 续 梁 ：当 较小，可将柱作为主梁的不动铰支座框 架 ： 时，应考虑柱

8、对主梁的转动约束作用 4）计算跨度 ：与次梁相同河南理工大学土木工程学院3、板和次梁的折算荷载 次梁抗扭刚度对板的影响为了考虑次梁或主梁的抗扭刚 度对内力的影响，采用增大恒载 ，减小活载的办法，即： 板次梁河南理工大学土木工程学院活荷载在不同跨间时的弯矩图和剪力图4、活荷载不利布置河南理工大学土木工程学院4、活荷载不利布置结构的控制截面：M/Mu最大的截面；若Mu相同，即为M最大截面。求控制截面的最危险内力，需研究结构的最不利荷载组合，即活荷载的最不利布置。活荷载不利布置规律：（1）求某跨跨中 ，该跨布置活荷载，然后隔跨布置（2）求某跨跨中 或 ，左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置（3）求某支座

9、 ，该支座左、右跨布置活荷载，然后隔跨布置（4）求某边支座 ，与活荷载布置与求该跨跨内最大正弯矩时相同；当求中间跨支座最大剪力时，与（3）相同。 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院按弹性理论计算按结构力学方法计算。下例情况下按弹性理论方法计算。(1)直接承受动力荷载和疲劳荷载作用的楼盖；(2)在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较高要求的楼盖；(3)处于侵蚀性环境及负温下的楼盖。按塑性理论计算方法5、按弹性理论计算内力河南理工大学土木工程学院内力计算连续梁在各种荷载作用下，可按一般结构力学方法计算内力。对于等跨连续梁（或连续梁各跨跨度相差不超过10%），可由 表格查出相应的内力

10、系数，利用下列公式计算跨内或支座截面的 最大内力。在均布及三角形荷载作用下：在集中荷载作用下：河南理工大学土木工程学院内力包络图将各种活荷载的不利布置方案形成的内力图叠画在同一坐标上，其外包线称为内力包络图，它反映出各截面可能产生的最大内力值， 是设计时选择截面和布置钢筋的依据。均布荷载作用下五跨连续梁的内力叠合图和内力包络图河南理工大学土木工程学院控制截面及其内力 控制截面：对受力钢筋计算起控制作用的截面梁跨以内：包络图中正弯矩最大值（配正钢筋）负弯矩绝对值最大值 （配负钢筋）支 座 ：支座边缘处负弯矩最大值支座边缘处弯矩值：支座边缘处剪力值：（均布荷载）（集中荷载）河南理工大学土木工程学院

11、按弹性理论计算内力存在的问题 （1） 混凝土超静定结构实际内力分布与弹性分析 结果不同 （2）内力计算与截面设计不协调 （3） 浪费材料 （4） 支座钢筋过密，施工质量不易保证6、按塑性理论计算内力河南理工大学土木工程学院影响超静定结构内力的原因荷载、计算简图、各部分刚度比值塑性内力重分布的定义塑性内力重分布的定义 计算简图、各部分刚度比值发生变化时，都会使内力发 生变化由于刚度比值变化，或塑性铰的形成，使构件计算简图发生变化，从而引起结构内力不再服从弹性理论的内力规律的现象。河南理工大学土木工程学院内力重分布与应力重分布内力重分布：结构上各个截面内力变化规律发生改变应力重分布：同一截面上各个

12、纤维层间的应力发生变化只存在于超静定结构中超静定、静定结构均有发生河南理工大学土木工程学院塑性铰的形成 在钢钢筋屈服截 面，从钢钢筋屈服到达到极限承载载 力，截面在外弯 矩增加很小的情 况下产产生很大转转 动动，表现现得犹如 一个能够转动够转动 的 铰铰，称为为“塑性 铰铰” 。钢筋混凝土受弯构件的塑性铰河南理工大学土木工程学院塑性铰的特点 塑性铰能承受定值弯矩，即截面的屈服弯矩；塑性铰只能定向转动；塑性铰的转动能力有限。 河南理工大学土木工程学院塑性内力重分布 混凝土 开裂刚度变化 内力重分布纵筋屈服 塑性铰形成计算简图改变内力重分布内力重分布的程度与塑性铰转动能力有关：完全内力重分布： 使

13、结构成为几何可变体系的所有塑性铰都出现不完全内力重分布：塑性铰转动过程中混凝土被压碎，结构尚未成为 几何可变体系与配筋率、混凝土强度有关河南理工大学土木工程学院塑性铰的转动能力影响塑性铰转动能力的因素：（1）钢筋种类。受拉纵筋采用软钢（HPB235，HRB335， HRB400、RRB400级钢筋）时， 较大。 （2）受拉纵筋配筋率。 较低时， 较大。 值直接与塑性铰转动能力有关。 （3）混凝土的极限压缩变形。极限压缩变形大， 较大。混凝土的强度等级低，箍筋用量多或受压区纵筋较多时，都 能增加混凝土的极限压缩变形。塑性铰的转动能力 ：河南理工大学土木工程学院塑性内力重分布的过程 （以矩形等截面

14、两跨连续梁为例） 两跨连续梁内力变化过程 河南理工大学土木工程学院超静定混凝土结构考虑塑性内力重分布的计算方法：我国行业标准钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程（CECS 5193）主要推荐用弯矩调幅法计算钢筋混凝土连续梁、板和框架的内力极限平衡法塑性铰法变刚度法强迫转动法弯矩调幅法非线性全过程分析方法河南理工大学土木工程学院调幅法目的：使结构在破坏时有较多截面达到极限承载力，充 分发挥材料作用，节约材料。定义： 在弹性理论内力计算的基础上，将弯矩值和剪力 值适当调整，以考虑塑性内力重分布的影响。截面弯矩调整的幅度：河南理工大学土木工程学院应用弯矩调幅法应遵循以下规定：（1）纵筋：HP

15、B235、HRB335、HRB400、RRB400；混凝土：C20C45（保证塑性铰有足够的转动能力） （2） 一般不宜超过0.25 （保证塑性铰转动幅度不过大） （3） 不应超过0.35，不宜小于0.10 （保证塑性铰有足够的转动能力） （4）调整后的结构内力必须满足静力平衡条件：连续梁、板各控制截面的弯矩值不宜小于简支梁弯矩值的1/3 河南理工大学土木工程学院（5）为保证塑性铰截面有足够的受剪承载力，不致因受剪破坏而使结构不能实现完全的内力重分布，应采用按弹性和 塑性计算剪力中的较大者，进行受剪承载力计算，并在塑 性铰区段内适当加密箍筋。（6）必须满足正常使用阶段变形及裂缝宽度的要求，在使用 阶段不应出现塑性铰（通过限制 实现）河南理工大学土木工程学院塑性理论方法不适用于下列情况:1）直接承受动力荷载作用的结构2）对裂缝有较严格要求的结构3）要求有较高承载力的结构适用范围：板、次梁可考虑塑性内力重分布，采用调幅法主梁则按弹性理论计算，不考虑塑性内力重分布河南理工大学土木工程学院弯矩调幅法计算步骤(1) 按弹性分析方法计算最不利组合时的结构内力值，主要是支座和跨中截面的最大弯矩和剪力；(2) 支座塑性弯矩M塑=(1-)M弹； (3) 多跨连续梁、板转化为多跨简支梁、板，在折算荷载与支座截面调幅后塑性弯矩共同作用下，按静力 平衡条件计算支座截面最大剪力和跨内最大弯矩值 。