梁板结构设计课件

《梁板结构设计课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《梁板结构设计课件（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、梁板结构设计Design of beam/slab structure,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,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。,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

2、可靠的连接，以保证竖向力和水平力的传递,一、概述,分类,施工方法,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。,一、概述,没有可靠连接的预制楼板,预制板无可靠连接,预制楼板全部倒塌,一、概述,分类,施工方法,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，二次浇筑，集合了现浇式和装配式的优点。,一、概述,(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

3、结构形式,外形美观、用钢量大、造价高，宜用于跨度较大且柱网规则的结构,一、概述,肋梁跨度小于1.5m，截面宽度60120mm，板厚50mm。自重轻，造价低。,(f) 扁梁楼盖,楼盖结构类型 (types of floor systems),(e) 无梁楼盖,一、概述,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。,一、概述,（1） 对于四边支承的板,三边支承板 和两邻边支承板。,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） 悬臂板、对边支承的板，应按单向板计

4、算。,一、概述,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,一、概述,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）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,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,(a) 主梁横向布置,(b) 主梁纵向布置,(c) 只布置次梁,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

5、度为：单向板 ：（23）m次 梁 ：（46）m主 梁 ：（58）m,布置步骤： 确定主梁方向，跨度 次梁布置、跨度 板的跨度,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,(a) 主梁横向布置,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,确定次梁间距时应使板厚较小为宜;,主梁跨度内以布置二根及以上次梁为宜,在遇有隔断墙、大型设备及其他较大集中载时应在其相应位置布置横梁,楼板上开较大洞口，应沿洞口周围布置小梁,主梁、次梁应避免放在门窗洞口上，否则过梁另行设计,梁、板截面尺寸,梁、板截面的常用尺寸,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,2、结构内力分析方法,有较大的安全储备,结果比较经济,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,基本假定,3、按

6、弹性理论方法计算结构内力,刚度的简化：,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,铰支座,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,支座反力计算的简化：,忽略梁板连续性、每跨按简支梁来计算,计算单元,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,荷载,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 。,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,计算简图,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,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

7、等跨连续梁计算,（1）计算跨数,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,计算内力所应取用的跨间长度,（2）计算跨度,4、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,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,5、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。,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,活荷载在不同跨间时的弯矩图和剪力图,5、活荷载不利布置,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,活荷载不利布置规律： （1）求某跨跨中 ，该跨布置

8、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 ，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。,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,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; (4)处于重要部位且要求较大承载力储备的的构件，如肋梁楼盖的主梁。,6、按弹性理论的内力计算方法,二、单向板肋形楼

9、（屋）盖设计,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：,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,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,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,控制截面及其内力,跨中：包络图中正弯矩最大值（配正钢筋）负弯矩绝对值最大值

10、（配负钢筋） 支 座 ：支座边缘处负弯矩最大值、剪力最大值,控制截面：对受力钢筋计算起控制作用的截面,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,b,按弹性理论计算内力存在的问题,（1）混凝土为弹塑性材料，钢筋达到屈服强度后也出现塑性特点，它不是匀质弹性体，如按弹性理论计算内力则不能反映结构实际工作状况； （2）弹性理论计算是按弹性内力包络图进行配筋，由于各种最不利荷载组合并不同时出现，故各截面钢筋不同时充分利用，结构承载力未充分发挥； （3）按弹性方法计算所得支座弯矩一般大于跨中弯矩，使支座配筋拥挤，造成施工困难。,7、按塑性理论计算内力,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,影响超静定结构内力的原因,荷载、计算

11、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,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。,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,塑性铰的形成,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” 。,钢筋混凝土受弯构件的塑性铰,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,塑性铰：在达到极限抗弯能力后，在抗弯能力不再增加的情况下，转动能力继续增大的现象。,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。,二

12、、单向板肋形楼（屋）盖设计,塑性铰对于适筋梁由于受拉筋先屈服后产生较大塑性变形使截面发生塑性转动所形成，最后由于混凝土被压碎而使构件破坏；对于超筋梁，破坏时拉筋未屈服，塑性铰主要是由于混凝土塑性变形引起截面转动而形成，转动量较小且破坏突然的，设计中应避免。,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（HPB300，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。

13、,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,塑性内力重分布的两个阶段,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,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,P/3,塑性内力重分布的特点 （以矩形等截面两跨连续梁为例）,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,（1）弹性理论认为当结构任一截面内力达到Mu时，整个结构达到承载力极限状态，这对于脆性材料或静定结构符合，而对于塑性的超静定结构，达到承载力极限状态的标志不是某一截面屈服，而是先在一个或几个截面出现塑性铰，随着荷

14、载增加，在其他截面陆续出现塑性铰，直至结构的整体或局部形成几何可变体系为上。,（2）梁处于弹性阶段工作时，支座截面弯矩与跨中截面弯矩之比为 3:2，当支座截面出现塑性铰后，支座截面弯矩几乎不增加而跨中弯矩增加，最后二者之比为1:1，即进行了塑性内力重分布。,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,（3）弹性理论计算的极限荷载为P，塑性内力重分布方法计算的为4P/3，则塑性材料的超静定结构从出现塑性铰到破坏之间，其承载 力还有储备，充分利用则可节省材料。,（4）塑性铰出现的位置、次序，内力重分布的程度可人为控制。,（5）要实现所期望的内力重分布，即要保证塑性铰有足够转动能力，塑性铰转动能力主要取决于配筋率

15、（配筋率下降，转动能力大 ），或以相对受压区高度表示（增大，塑性铰转动能力急剧降低 ），其次为钢筋种类和混凝土极限压应变，较低时取决于钢筋流幅；较 高时取决于混凝土极限压应变，0.35。,（6）在塑性铰附近缝开裂附近缝开展较大，故要控制内力重分布程度，不要在使用荷载下发生。,2P/3,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,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,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

16、 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,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,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：,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,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）要求有较高承载力储备的结构4）配置延性较差受力筋和混凝土的结构,适用范围：,二、单向板肋形楼（屋）盖设计,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。控制截面剪力也可近似取用考虑荷载最不利布置按弹性方法算得的剪力值。,