混凝土结构设计考试整理

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1、结构从应用领域分 建筑结构、桥梁结构、水电结构和其它特种结构。 结构从材料种类分 混凝土结构、钢结构、木结构、砌体结构以及组合结构。,引 言,建筑混凝土结构,本课程研究对象,混凝土楼盖和楼梯； 单层工业厂房； 钢筋混凝土框架结构,1 结构的主要用途 形成人类活动的空间。 建筑结构 为人群和车辆提供跨越障碍的通道。 桥梁结构 抵御自然界水、土、岩石等侧向压力的作用。 水工结构、土工结构、钢筋砼结构、钢结构及其他组合结构。 构成为其他专门用途服务的空间。 特种结构：烟囱、水塔、水池、电视塔、通讯信号发射塔等。,1.2 混凝土结构体系,3 建筑结构的功能 使结构骨架形成的空间能良好地服务于人类生活、

2、生产的要求和满足人类对美观的需要。 抵御自然界各种作用的功能。 充分发挥结构所采用材料的作用。,1.2 混凝土结构体系,1 结构的选型原则 满足使用要求； 受力性能好； 施工简便； 经济合理。 2 结构的布置原则 指在结构平面图上布置柱和墙的位置以及楼盖的传力方式。 尽可能地简单、规则、均匀、对称；传力明确；受力可靠，整体性能好；施工简便，经济合理。,1.3结构布置原则,3 变形缝的类型及设置原则 伸缩缝：目的是防止不同材料或不同构件之间由于温度变化所产生的温度应力，可能超过材料的抗拉强度而产生过大的裂缝，或引起过大的变形，从而影响结构或构件的正常使用。 沉降缝：当同一建筑物中的各部分的基础发

3、生不均匀沉降时，有可能导致结构构件较大的内力和变形，此时可采用设置沉降缝的方法，将两部分房屋从上部到基础全部断开，使各部分自由沉降。 防震缝：当平面形状复杂时，宜用防震缝划分为较规则、简单的单元，以减小震害。,1.3结构布置原则,变形缝的设置原则 力争不设、尽量少设、非设不可时多数合一。 当满足下列条件时应设置沉降缝 高度差异或荷载差异较大时 上部不同结构体系或结构类型的相邻交界处 地基土的压缩性有显著的差异时 基础底面标高相差较大或基础类型不一致时,1.3结构布置原则,现浇整体式 混凝土全部现场浇筑 优点：刚度大，整体性好，抗震性好，防水性好 缺点：模板用量大、现场作业量大、工期长 装配式

4、梁板构件事先预制，现场拼装 优点：施工进度快，省工省材，符合工业化要求 缺点：刚度和整体性差，对抗震不利 装配整体式 将预制梁板吊装后，通过整结措施构成整体 介于整体式和装配式间 刚度、整体性和抗震性能比装配式稍好。,2.1 楼盖结构分类与布置,当l2/l1=2时：q1=0.9412q， q2=0.0588q 当l2/l1=3时：q1=0.9878q， q2=0.0122q,2.1 楼盖结构分类与布置,当l2/l1=2时：q1=0.9412q， q2=0.0588q 当l2/l1=3时：q1=0.9878q， q2=0.0122q,2.1 楼盖结构分类与布置,当l2/l1=2时：q1=0.94

5、12q， q2=0.0588q 当l2/l1=3时：q1=0.9878q， q2=0.0122q,2.1 楼盖结构分类与布置,当l2/l1=2时：q1=0.9412q， q2=0.0588q 当l2/l1=3时：q1=0.9878q， q2=0.0122q,2.1 楼盖结构分类与布置,1 关于内力重分布的几个概念 (1)塑性铰 在钢筋屈服截面，从钢筋屈服到达到极限承载力，截面在外弯矩增加很小的情况下产生很大转动，表现得犹如一个能够转动的铰，称为“塑性铰” 。,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,配筋率越高，这个屈服阶段的过程就越短； 如果配筋过多，截面将呈脆性破坏，就没有这个屈服阶段

6、。,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,塑性铰与普通铰的区别是： (a) 塑性铰是单向铰，只能沿Mu方向转动； (b) 塑性铰可以传递弯矩, MMu ； (c) 理想铰集中于一点，而塑性铰则有一定的长度。,塑性铰的特点： （1） 塑性铰实际上具有一定长度，分析时可认为是一个截面； （2） 塑性铰能承受定值弯矩，即截面的屈服弯矩； （3） 对于单筋受弯构件，塑性铰只能单向转动； （4） 塑性铰的转动能力有限。,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,1 关于内力重分布的几个概念 (2)内力重分布超静定结构中，某一截面由于裂缝出现、钢筋与混凝土粘结破坏、钢筋屈服等原因，使截面内力分

7、布与按弹性理论分析时有所不同的现象，称为出现了内力重分布。 超静定结构才有内力重分布，静定结构只有应力重分布。 在静定结构中，当某一截面出现塑性铰后，该结构就变为一个几何可变体系，已不能继续加载。随着塑性铰的出现，结构的承载力达到极限，整个结构破坏。 对于超静定结构，如钢筋混凝土连续梁，由于存在多余连系，某一截面的屈服，即某一截面出现塑性铰并不能使结构立即成为破坏机构，而还能承受继续增加的荷载当继续加载后，先出现塑性铰的截面所承受的弯矩Mu 维持不变，产生转动，没有出现塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加（即结构的内力分布规律与出现塑性铰前的弹性计算不再 致），直到结构形成几何可变体系。这就是由于

8、塑性变形引起的结构内力的重新分布。塑性铰转动的过程就是内力重分布的过程。,钢筋混凝土超静定结构的极限荷载及内力重分布的概念,+,=,内力重分布的概念：弹性分析时，随着F的变化，MB /M1=常量；塑性分析时随着F的变化，MB /M1不断变化，内力在支座和跨中之间不断重新分配。,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,两点结论,* 对钢筋混凝土静定结构，塑性铰出现即导致结构破坏；对超静定结构，只有当结构上出现足够数量的塑性铰，使结构成为几何可变体时，才破坏。,* 弹性方法的承载力：F1；内力重分布法的承载力：Fu=F1+F2。,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,2.2.2 连续

9、梁板考虑塑性内力重分布的计算,塑性铰的转动能力与内力重分布,塑性铰有足够的转动能力，保证结构按预期的顺序，先后形成塑性铰使结构成为几何可变体而破坏-充分内力重分布,塑性铰转动能力有限，其它截面尚未形成塑性铰，该塑性铰已“过早”地发生混凝土压碎使结构破坏-不充分内力重分布,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,概念及注意事项：,2 弯矩调幅法,截面弯矩调整的幅度：,对结构的弹性弯矩值和剪力值进行适当的调整，用以考虑结构因非弹性变形所引起的内力重分布。,应用弯矩调幅法应遵循以下规定：,（1）纵筋：HPB300、HRB335、HRB400、RRB400；混凝土：C20C45 （2）一般不宜超

10、过0.25 （3） 不应超过 ，不宜小于 （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1/3,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,2 弯矩调幅法,（5）应在可能产生塑性铰的区段适当增加箍筋数量。受剪配箍率：（防斜拉）（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,弯矩调幅法计算步骤,(1) 按弹性分析方法计算内力，按活载最不利分布进行内力组合得出最不利弯矩图； (2) 按CECS51:93要求对支座弯矩调幅； (3) 计算支座弯矩调幅后相应的跨中弯矩值，且此弯矩值不得小于弹性弯矩值。,按塑性理论计算内力中两个

11、问题的说明： （1）荷载及内力 次梁对板、主梁对次梁的转动约束作用，以及活荷载的不利布置等因素，在按弯矩调幅法分析结构时均已考虑 。 （2）适用范围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）轻质混凝土结构及其他特种混凝土结构； 3）受侵蚀性气体或液体严重作用的结构（使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有严格限制的结构）； 4）预应力混凝土结构和二次受力的叠合结构； 5）处于重要部位而又要求有较大强度储备的构件。,2.2.2 连续梁板考虑塑性内力重分布的计算,嵌入承重墙内的板面构造钢筋,垂直于梁肋的板面构造钢筋,板嵌入承重墙时的板面裂缝分布,2.2.3截面设计与配筋构造

12、,次梁的配筋构造,锚固长度：钢筋伸进支座或在连续梁中承担负弯矩的上部钢筋在跨中截断时，需要延伸一定的长度，即锚固长度。,2.2.3截面设计与配筋构造,2.3.1 受力特点与试验结果 弹性开裂 与裂缝相交的钢筋屈服 形成机构 四边简支板在均布荷载作用下，裂缝出现前，板处于弹性工作阶段，四角有翘起的趋势，板传给支座的压力不沿边长均匀分布，每边中心处最大。 四边简支板，荷载增加，第一批裂缝出现在板底中间，沿对角线向四角扩展。 竖向位移呈碟形，板四角有翘起趋势，板传给四边支座的压力中部大，两边小。 接近破坏时，板顶四角出现与对角线垂直裂缝。 最后跨中受力筋屈服，板破坏。,2.3 双向板肋梁楼盖,无梁楼

13、盖计算方法有按弹性理论和塑性铰线法两种计算方法。 无梁楼盖按弹性理论计算有精确计算法、经验系数法和等代框架法等 经验系数法 无梁楼盖的布置必须满足下列条件： 每个方向至少应有三个连续跨； 同一方向各跨跨度相差不超过20%；边跨的跨度不大于其相邻的内跨； 区格为矩形，任一区格板的长边与短边之比值lx/ly2； 可变荷载和永久荷载之比值q/g3。 为保证无梁楼盖结构体系不承受水平荷载（如风力、地震作用），应在该结构体系中设置抗侧力支撑或剪力墙。,2.4.2 无梁楼盖的内力计算,梯段板的配筋构造,内折角处的处理,2.5.1 板式楼梯设计,3.1.3 单层厂房结构布置 3.1.3.1 厂房平面布置 1

14、. 柱网布置 要考虑工艺、经济、模数化等因素。 2. 变形缝 伸缩缝：为减少厂房温度应力的影响而设置，上部结构断开，下部结构不断开，注意伸缩缝位置处的定位轴线。 沉降缝：厂房高度、吊车吨位、土质相差较大时而设，上、下部结构都要断开。 抗震缝：为防止地震区厂房或厂房区段相邻太近地震时发生碰撞而设，可与伸缩缝、沉降缝合并，但宽度要满足抗震缝要求。,3.1单层工业厂房结构的组成和布置,3.3单层厂房柱的设计,水平箍筋和弯筋的构造要求,3.3单层厂房柱的设计,牛腿配筋构造,吊车梁的疲劳验算基本假定 梁截面保持为平面。 受压区、受拉区混凝土的法向应力分布图形均为三角形。 采用换算截面进行计算。,3.4

15、单层厂房屋盖结构及吊车梁的设计,框架结构的受力特点 在竖向荷载和水平荷载共同作用下，框架结构各构件都将产生内力和变形。框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形us（shear deformation）；由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形ub（bending deformation）。 当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。（框架结构的变形型式为剪切型）,4.1 结构的形式和布置,结构形式按施工方法分,4.1 结构的形式和

16、布置,*现浇式：整体性能好，抗震性能好，现场工作量大，费模板,*装配式：标准化、工厂化生产，施工速度快，整体性能差，抗震性能弱,*装配整体式：兼有现浇式和装配式两者的优点,结构布置的方法 框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。 框架结构的承重方案 1）横向框架承重。 主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。 2）纵向框架承重。 主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。 3）纵、横向框架承重。 房屋的纵、横向都布置承重框架 ，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。,4.1 结构的形式和布置,横向布置,4.1 结构的形式和布置,横向承重,特点 房屋横向刚度大，侧移小； 横梁高度大，室内有效净空小。 非抗震时使用,纵向布置,4.1 结构的形式和布置,纵向承重,特点： 连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高； 对纵向地基不均匀沉降较有利； 房屋横向刚度小，侧移大。,