钢筋溷凝土构件估算

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1、第四章第四章 钢筋混凝土构件估算钢筋混凝土构件估算4.1、钢筋混凝土构件的特点、钢筋混凝土构件的特点4.2、钢筋混凝土结构材料性能及粘结力概念、钢筋混凝土结构材料性能及粘结力概念4.3、钢筋砼受弯构件设计估算、钢筋砼受弯构件设计估算4.44.4、钢筋混凝土受压构件的设计估算、钢筋混凝土受压构件的设计估算4.5、钢筋混凝土构件裂缝的概念、钢筋混凝土构件裂缝的概念4.6、钢筋混凝土构件截面抗弯刚度及挠度计算的概念、钢筋混凝土构件截面抗弯刚度及挠度计算的概念4.74.7、预应力混凝土、预应力混凝土4.1、钢筋混凝土构件的特点1、钢筋与混凝土共同工作： 具有粘结力； 变形协调； 混凝土包裹钢筋具有耐久

2、性；2、可以推广使用的特点 可按受力需要配筋； 构件形状可控； 钢筋混凝土耐久性、耐火性、耐磨性好； 混凝土的材料可就地取材，经济性好钢筋混凝土设计中的问题n1、钢筋与混凝土必须有良好的连接；n2、纵向钢筋的配置必须适量，避免出现少筋梁（配筋率0.15%）和超筋梁（配筋率2.0%或3%，视钢筋和混凝土强度而异）n3、需配置足够的横向钢筋箍筋，以提高抗剪能力；n4、必须防止任何形式的突然破坏少筋（无筋）、超筋、剪切的破坏。4.2 钢筋混凝土结构材料性能及粘结力概念1、钢筋： 1）、纵向受力普通钢筋宜采用、 HRB400 、 HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋,也可采用HPB300

3、、HRB335、 HRBF335、RRB400： 2）、梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、 HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋： 3）、箍筋宜采用HRB400、 HRBF400、 HPB300 、 HRB500、 HRBF500钢筋，也可以采用HRB335、HRBF335钢筋； 4）、预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。 钢筋强度标准值fyk保证率95%，钢筋强度设计值fy=fyk/R; 、级钢筋的材料分项系数为R=1.15. R=1.0.2、混凝土： 素混凝土结构的强度不低于C15 钢筋混凝土构件的强度不低于C20 采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，

4、混凝土的强度不低于C25；预应力混凝土构结构的强度不宜低于C40，且不应低于C30，承受重复荷载的混凝土构件的强度不低于C30 ， 高标号混凝土强度高，价高，延性差。3、钢筋与混凝土之间的粘结n光面钢筋与混凝土粘结由三部分组成：n1）、混凝土中水泥与钢筋表面的胶着力；n2）、混凝土与钢筋接触面上的摩擦力；n3）、钢筋表面不平而产生的机械咬合力n变形钢筋由于钢筋表面与混凝土的咬合作用强，粘结力提高，锚固长度可减小。n设计中应注意的问题：n1）钢筋的锚固长度是保证钢筋充分发挥强度作用的条件；n2）光面钢筋的粘结性能差，在末端需设弯钩；n3 ）对受拉钢筋，锚固长度近似估计时可取35d；n4）对受拉钢

5、筋，绑扎搭接长度约为锚固长度的1.2倍，近似估算可取45d。钢筋的锚固长度和搭接长度混凝土保护层厚度n为保证粘结、锚固和耐久性，钢筋四周需有足够的保护层厚度，保护层厚度与使用环境、使用年限有关。n钢筋的保护层厚度不应小于钢筋的公称直径d；n当使用年限为50年，按下表采用；当使用年限为100年，按下表的1.4倍采用。环境类别板、墙、壳梁、柱、杆一1520二a2025二b2535三a a3040三b40504.3 钢筋混凝土受弯构件（梁、板）的设计估算钢筋混凝土受弯构件（梁、板）的设计估算n一、截面尺寸估算n受弯构件（梁、板）截面的截面尺寸（或高跨比）决定于材料的性质、荷载大小、截面形状、支承条件

6、及实际跨度，对荷载较大或有震动的情况应加大。 n1、现浇板的厚度：各类现浇板的厚度取值必须满足强度和刚度的要求。n板厚与跨度之比h/l（为板短向计算跨度）板的支承情况单向板双向板悬臂板无梁楼盖板有柱帽无柱帽简支1/301/401/351/30连续1/351/451/122、梁的截面尺寸：梁的截面尺寸主要根据梁跨度及荷载大小及性质决定。通常梁的高跨比h/l取：n框架梁及主梁：1/101/18n次梁：1/151/20n悬臂梁：1/61/8n井字梁：1/201/25n梁宽b：b=h(1/1.51/3)n梁的高度应为50mm的倍数，在现浇结构中，框架梁与主梁、主梁与次梁的高差至少取50mm，如支承梁底

7、部配置两排钢筋，则高差应取100mm，二、受弯构件的配筋设计可按下列步骤计算： 1、由M、b、h0、fcm算A0，A0=M/fcmbh02； 2、由A0查表得到相应的0； 3、由M、b、h0、fy算As，As=M/ fy0 h0； 4、查表选取应配置的钢筋，所选钢筋截面积之和必须 As； 5、检验限制条件：n 防止出现超筋情况-要求A0A0maxn 防止出现少筋情况-要求计算得到的配筋率（=As/bh）不得小于min;n6、检验配筋排数是否与预定的h0一致，如不一致，要重定h0，重新计算。矩形截面梁的抗弯纵向受拉钢筋还可采用下列步矩形截面梁的抗弯纵向受拉钢筋还可采用下列步骤近似估算：骤近似估算

8、：1、由M、h0、fy直接估算As As=M/fy(7/8)h 此处采用07/8，因为0大体在0.8-0.95之间变化，取0=7/8=0.875虽有一定误差，但误差在10%以内，可以使计算大大简化；2、由As计算配筋率（=As/bh），要求： minmax3、检验钢筋排数。矩形双筋截面梁设计估算双筋截面配筋估算步骤（对于II级钢筋）：1、取界限混凝土受压区高度，得：2、承担余下弯矩 部分所需钢筋面积：3、总受拉钢筋面积 ，总受压钢筋面积T形截面梁纵向受拉钢筋估算1、T形截面受弯时截面分两种受力形式：I类截面：xhf 按矩形截面II类截面：x hf 按T形截面2、实际估算中，按翼缘宽度分为窄翼缘

9、和宽翼缘两种截面，窄翼缘截面取实际翼缘宽度bf；宽翼缘截面翼缘宽度取bf=b+12hf。3、配筋估算对I类截面(hf0.2h0)： As=M/fy(h0-0.5hf )对II类截面：As=M/fy(7/8) h0三、钢筋混凝土梁箍筋估算1、箍筋在梁中的作用： 1）、箍筋和斜裂缝间混凝土块一起共同抵抗由荷载产生的剪力； 2）、箍筋可以限制裂缝的发展，使裂缝上端有较多的剩余混凝土截面，来抵抗由荷载产生的在该截面上的压力和剪力； 3）、箍筋兜住纵向受拉钢筋，使纵向受拉钢筋在一定程度上参与抵抗由荷载产生的剪力； 4）、箍筋能固定纵向受拉钢筋和上边缘架力钢筋的位置，构成钢筋骨架； 5）、箍筋可以防止纵向

10、受压钢筋的侧向压屈。箍筋估算时要注意以下三点：1）、为防止出现超筋情况，要求： 当hw/b4时，V0.25fcbh； 当hw/b6时，V0.20fcbh； 当4hw/b6时，按直线内插法取用；（式中hw为截面腹板高度：矩形截面取h0，T形截面取(h0hf ) ，工形截面取腹板净高。） 2）、为了防止出现少筋情况，要求配箍率： svnASV1/bssvmin0.02fc/fy3）、为了控制斜裂缝宽度并保证有必要数量箍筋穿越斜裂缝，要求箍筋最大间距和最小直径要符合下表：梁截面高度（mm）Smax(mm)Dmin(mm)V0.07fcbh0V0.07fcbh0150h3001502004（h250）

11、300h5002003006500h8002503506h8003005008钢筋混凝土梁箍筋估算步骤：1）梁的截面尺寸已由正截面抗弯承载力计算初步确定； 2）按当hw/b4时，V0.25fcbh；当hw/b6时，V0.20fcbh式检验，如不满足要求，应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级； 3）当v0.1fcbh0时，按表的构造要求配箍，否则需计算配箍量； 4）计算下列截面的剪力设计值：支座边缘处；截面变化处； 5）按下式估算所需箍筋：钢筋混凝土梁抗扭能力估算梁受扭可以用纵筋、箍筋和斜裂缝间混凝土组成的空间桁架模拟：n为防止混凝土受压腹杆被压坏，截面尺寸应满足：n纵筋面积由抗弯计算得到，箍筋面

12、积由抗剪计算配箍筋加上抗扭箍筋获得，其中抗扭箍筋按下式计算：受弯、剪、扭作用的钢筋混凝土梁抗扭承载力估算步骤1、检验截面尺寸：不满足需加大截面尺寸；2、判断是否按构造配筋：不满足需按计算配箍筋； 3、计算按剪力需要配置的箍筋： 再用式 计算扭矩需要的箍筋，并检验配箍率：矩形截面梁抗弯纵向受拉钢筋估算钢筋混凝土梁抗剪能力估算n截面尺寸由剪压比控制，要求： 估算时，可以近似由截面平均剪应力小于4Mpa确定。n箍筋配筋应由钢筋混凝土教材中公式确定。4.4、混凝土受压构件承载能力近似估算n一、轴心受压柱承载能力： 利用上式估算承载能力时：1、矩形截面长细比应大于4，避免设计短柱；长细比也宜小于30，以

13、免使承载能力下降太多；2、对于矩形截面，稳定系数可近似按l0/b=10时取1、 l0/b=30时取0.5估算，中间按插值计算；3、受压钢筋面积按常用配筋率近似估计。二、单向偏心受压构件截面承载能力估算1、由于偏压构件有大小偏心构件之分，对于确定配筋截面极限承载能力是由NM相关曲线确定的，近似确定了相关曲线也就可以确定极限承载力。2、NM相关曲线估算由图中a、c、d控制点之间直线近似表示，大小偏心界限点c可以由： 近似确定，a点由轴心受压确定，d点由受弯确定；n在图b中，当已知fy、fcm的各对称配筋截面的偏心受压构件，若截面一侧配筋率为1, 1上的D1D2,，代表截面承载力所能承受内力的一种组

14、合，D3在曲线内侧，内力未达到承载力的极限，而D4在曲线外侧，这组内力下承载力不足。n在大偏心受压情况下，截面所承受的弯矩不变，则轴力越小需纵筋越多；相反在小偏心受压情况，截面所承受的弯矩不变，则轴力越大，需要的纵筋越多。思考题：1、若截面所承受的轴力不变，弯矩越大，在大偏心及小偏心受压情况所需要的纵筋越多还是越少？2、螺纹钢表面摩擦力比光面钢筋大，为什么其锚固长度和搭接长度更长？4.5、钢筋混凝土构件裂缝的概念图 裂缝的形成和开展机理 钢筋混凝土构件最大裂缝宽度估算n规范中，钢筋混凝土构件最大裂缝宽度wmax按下式计算：按上式估算构件最大裂缝宽度时：1、裂缝间受拉钢筋应力不均匀系数取0.80

15、.9;2、系数cr对轴心受拉及受弯构件分别取2.7和2.1;3、sk， 减小裂缝宽度的措施n 改用较小直径的钢筋。钢筋愈细，钢筋与混凝土之间的粘结作用越明显，lcr减小，wmax也随之减小。n 宜采用变形钢筋。n 适当增加钢筋用量或增加构件截面使钢筋应力sk减小。n 解决裂缝问题的最根本的方法是采用预应力混凝土结构。钢筋混凝土受弯构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径图 为了简化裂缝宽度计算，可根据受弯构件最大裂缝宽度小于或等于允许裂缝宽度的条件，即： 求出不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径dmax，见右图；注意：右图是在混凝土保护层c25mm，配有变形钢筋的受弯构件的情形下作出的。 当构件的实际

16、情况与制dmax图的条件不同时，应对sk进行调整。4.6、钢筋混凝土构件挠度计算概念n规范规定，钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可根据构件的刚度用结构力学的方法计算。例如承受均布荷载qk的钢筋混凝土简支梁，其跨中挠度为（B为构件的抗弯刚度）： n通常用Bs表示钢筋混凝土梁在荷载效应的标准组合作用下的截面抗弯刚度，简称短期刚度；而用B表示在荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的截面抗弯刚度，可简称为长期刚度。 钢筋混凝土构件截面抗弯刚度及挠度估算而钢筋混凝土构件实际弯矩与挠度关系如右图所示，即进入弹塑性阶段后，抗弯刚度EI减小。在初步设计时，抗弯刚度可以按下面方法近似估算：1、未

17、开裂构件：2、正常使用荷载下：3、长期荷载效应下：按结构力学，结构构件的最大挠度计算式为：挠度按最小刚度原理估算！最小刚度原理图示： 刚度原理 (a) 简支梁最小刚度；(b) 伸臂梁最小刚度 最小截面高度或最大跨高比最小截面高度或最大跨高比 右图中的构件配置的钢筋为级钢筋，混凝土强度等级为C15C30，允许挠度值为l0/200，结构重要性系数0=1，活荷载的准永久值系数q=0.4，且承受均布荷载的等截面简支受弯构件。图 钢筋混凝土受弯构件不需作挠度验算的最大跨高比 4.7、预应力混凝土n在钢筋混凝土受拉部位预加压力，使构件在荷载作用时原受拉应力为零或很小，同时减少裂缝。n一、施加预应力的方法n

18、 1、先张法：2、后张法：二、预应力混凝土的几个概念1、建立预应力的同时发生预应力损失： 通过张拉钢筋建立的预应力并不完全有效，部分预应 力损失，影响因素有： 1）由锚具变形引起的损失，约占总损失的5%10%； 2) 由预应力筋与预留空壁摩擦引起的损失，约占总损失的 3）由蒸汽养护产生温差引起的损失，约占总损失的20%； 4）由混凝土徐变引起的损失，约占总损失的50%60%； 5）由钢筋受拉后产生应力松弛引起的损失，约占总损失的15%；二、预应力混凝土的几个概念2、预应力混凝土转变成弹性材料：预压应力阻止或推迟了混凝土的开裂，只要混凝土不开裂，它的受力特性就类似于弹性材料。 3、预应力使高强钢

19、筋直接有效地与混凝土结合：预应力混凝土梁的内力抵抗矩是主动的，内力抵抗矩的力臂是随外荷载的大小而变化的。 4、用预应力平衡外荷载： 以预应力混凝土梁为例，当采用曲线预应力筋时，在梁内引起反拱即反向荷载，可以用来平衡梁上的部分荷载。5、预应力能使构件提高抗裂性，减少变形，但不能提高构件的强度。三、预应力混凝土的材料和配筋形式 预应力筋有碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线和冷拉级、冷拔低碳钢丝。 混凝土方面应采用高标号混凝土，同时构件截面小于普通混凝土构件：1）采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋的构件，不宜低C40；2）采用其他预应力筋制作的构件，不宜低于C30；3）采用冷拔低碳钢丝制作的小型构件，不宜低于C25。四、预应力混凝土构件的截面形式和尺寸预应力混凝土构件截面尺寸n预应力混凝土构件的截面尺寸比相同受力情况的普通混凝土构件要小些，因为它有较大的抗裂度和刚度。n预应力混凝土梁的截面尺寸估算：n梁高h=（1/15 1/25)ly，即普通混凝土梁高的70%；n梁宽b=(1/8 1/15)h;n翼缘板宽bf=(1/2 1/3)h，n翼缘板厚hf=(1/6 1/10)h。