1、CONCRETE STRUCTURE DESIGN,王新玲,混凝土结构设计,混凝土结构（下）,钢筋混凝土结构设计,梁板结构设计钢筋混凝土楼盖设计,钢筋混凝土单层厂房设计,钢筋混凝土框架结构,Ch .钢筋混凝土梁板结构楼盖结构,1.1. Introduction ： 1.1.1 结构承重体系 1).水平承重体系:梁板（主梁次梁楼板 girder-beam- slab ）,楼梯 stair,阳台 balcony 2).竖向承重体系:柱 column,墙 wall ，基础 foundation。 1.1.2 楼盖类型: 施工方法:,刚度大，抗震性能好，适合较复杂楼面,1).现浇楼盖:,模板工作量大
2、form-work。,2).装配式: 预制梁柱、板，部分装配：梁柱现浇、楼板预制,3)装配整体式:装配楼盖基础上现浇混凝土面层,主要沿一个方向受力的板，称为单向板 弹性理论：L2/L12 ；塑性理论：L2/L1 3,2).双向板肋梁楼盖:,沿二个方向受力的板，称为双向板。 弹性理论： L2/L1 2 ；塑性理论： L2/L13,3). # 字楼盖：,4)无梁楼盖：,支承条件（现浇楼盖）,L1,L2,1).单向板肋梁楼盖:,预加应力方法,）钢筋混凝土楼盖,）预应力混凝土楼盖,大厅、舞厅、会议室等,商场,1.1.3.肋梁楼盖荷载传递 1 ）楼板上荷载：恒载，楼面活荷载 2 ）次梁、主梁：,次梁,主
3、梁,楼板荷载,次梁,主梁,柱,基础,1.2.单向板肋梁楼盖,楼盖设计步骤:1. 结构平面布置（梁、板、柱布置），确定构件尺寸；2 .结构内力计算：1). 确定梁、板计算简图；2). 计算荷载；3). 内力计算及组合 。3.梁、板的承载力即配筋计算、构造；4.特殊梁、板还需验算裂缝、变形；5.画施工图。平面表示法,1.2.1. 结构平面布置:,1. 内容：承重墙、柱网及主梁、次梁、板布置满足建筑和使用要求。 2. 原则：使结构受力合理、经济 1).承重墙和柱网布置(传统布置方法）: 主梁: L=58m, h=(1/101/14)L,2).承重墙和柱网布置(新理念布置方法） :,次梁:L=46 m
4、， h=(1/141/18)L,3). 主梁、次梁布置:,板：l=1.73 m,厚度: h=(1/451/35)l,构造:,屋面板：h60 mm,楼面板：h 70 mm,工业建筑：h 80 mm,4). 结构布置:,b). 纵向布置方案,a). 横向布置方案：P3,2).承重墙和柱网布置(新理念布置方法） :,主、次梁高度相同：h=(1/101/16)主梁跨度,适用于矩形柱网,主梁跨度/次梁=0.650.7,荷载传递路线：,楼面荷载作用于板,次梁,主梁,主梁:L=47 m， 次梁：L=610m,1.2.2. 单向板楼盖按弹性理论的内力计算,1. 计算简图:,主梁,次梁,板,1 m,1). 板支
5、承于次梁上铰支,2). 次梁支承于主梁上铰支,3) 主梁支承于柱上,铰支,刚结点：框架结构,L(板),F,L(次梁）,2. 计算荷载:,1).板: A(KN/m),恒载：板和面层自重,活荷载：人群、雪载等,板取1m宽板带作为计算单元,=A 1,(KN/m),2. 次梁:,3).主梁:,(kN),3. 计算内力及内力组合:,当跨数不超过5跨时，按实际跨数计算；当跨数超过5跨且跨度相差不超过10%时, 按5跨等跨连续梁计算。,=F,计算跨度L0：P5,1). 活荷载和恒载组合:,g,1,2,3,2,1,g,p,M1max,M3max,p,M2max,g,p,- MBmax,VBmax,VAmax,
6、g,p,- Mcmax,Vcmax,A,B,C,C,B,A,2).等效荷载（支承刚度）,当板支承在次梁上、次梁支承在主梁上时，由于次梁对板、主梁对次梁的约束作用，将使支座负弯矩增大、跨中正弯矩减小； *处理方法：采用折算荷载，增大恒荷载（沿所有跨布置），减小活荷载（按最不利位置布置），以获得增大支座负弯矩、减小跨中正弯矩的效果。 P6,3)弯矩和剪力包络图。,1.2.3. 单向板肋梁楼盖考虑塑性内力重分布的计算,1. 钢筋混凝土截面“塑性铰”概念:,M,y,My,u,1)定义:,当s,fy, M=My,截面曲率迅速增大，形成转动，好像在屈服截面处加入“铰”，,这个铰称为塑性铰.,2). 塑性铰
7、特点:,A). 仅沿弯矩方向转动,B). 转动能力有限。,配筋率越小，转动能力越大。,C). 能承担一定弯矩 Mu。,D). 形成塑性变形区域。,塑性铰,理想铰,A). 自由转动,B). 转动范围无限,C).M=0,D). 一个点,(u-y).,2. 超静定结构塑性内力重分布,两跨等跨连续梁,P,P,L,L,0.156 PL,0.188 PL,318,318,A,B,M1=,=MB,P,M,Pcr,MB,M1,Mu,Pu,1). 弹性阶段:,试验 M= 理论计算值。,2). 开裂后:,when P,Pcr,First MB,Mcr,随 P增大，支座弯矩增加量MB减小， 跨中弯矩增加量 M1增大
8、。,第一次塑性内力重分布。,Mcr,继续增加 P, MB,And M1,第二次塑性内力重分布,M1,P1,Mcr,3). 塑性阶段:,First MB,Mu,塑性铰首先出现在支座截面,连续梁变成,简支梁。再增加荷载，MB 保持Mu不变 ，M1 迅速增大 。,塑性内力重分布。,当 M1=Mu, 塑性铰出现在跨中截面，梁变成机构体系。,4). 计算极限荷载 Pu。,5). 设计者可以通过调整某些截面弯矩（配筋）控制塑性铰出现位置及塑性内力重分布程度。,5). 满足平衡条件:,q,MA,MB,MA,MB,Mc,Mo,Mo 简支梁的跨中弯矩。,6),4.弯矩调幅法塑性内力重分布计算方法,首先按弹性理论
9、计算超静定结构的内力，然后对某些弯矩最大的截面（通常是支座截面）根据需要进行弯矩调整 。,最大调幅值不超过25% 。,3. 按塑性内力重分布计算原则,1). 宜采用延性较好的HPB235、HRB335及HRB400的热轧钢筋；,2). 截面相对受压区高度0.1 0.35.,为了保证足够转动能力；,3). 满足正常使用要求:,Wmax,f,4). 塑性铰截面应加密箍筋。,(弯矩调幅法),q,1,2,A,B,M1,MB,M2,MB 降低 10%,M1、 M2 必须增加。, MB, MB=0.1 MB, MB, M1, M2,M1=M1+ M1,M2=M2+ M2,M1,M2,MB= MB- MB,
10、M1,As1,M2,As2,MB,AsB, MB,计算 As1,As2,AsB,MB,M1,MB,1,1,90.24,71.44,74.88,74.88,84.28,72.19,83.9,5. 连续梁、板按弯矩调幅法的计算,等跨连续梁、板:,l0、 ln见表1.2,1 单向板:,1.2.4. 梁板配筋计算,拱的推力,3) 满足配筋构造要求。,2) 对四边与梁整浇的板，弯矩可降低 20%拱的作用,1) 按所计算的弯矩计算纵向钢筋。,6. 塑性内力重分布计算方法的限制,1)结构直接承受动力荷载;2)正常荷载作用下不允许开裂的构件；3)构件需要较大强度储备。,girder,beam,6200,620
11、0,56,56,Lo/6,Lo/4,Lo/4,wall,Lo/7,2. 次梁:,1),M,As,跨中截面:(+M),T-形,支座截面:(-M),矩形,2).details,V,箍筋、弯筋。,切断As/2,Lo/5+20 d, As/4,L0/3,50,h,La, 20 d,3. 主梁:,弹性分析,1).M,As,跨中截面:(+M),T-形,支座截面:(-M),矩形,单排钢筋:h0=h-(5060),双排钢筋:h0=h-(7080),V,箍筋、弯筋。,2).构造:,A). 纵筋弯起、截断应满足抵抗弯矩图 ： Mu diagram,B). 集中力两侧附加构造筋：吊筋、箍筋（P16),1.3. 双向
12、板肋梁楼盖,1.3.1. 弹性理论计算。,Lx,Ly,1.双向板受力特点：沿两个方向受力，因此，沿两个方向配筋,2. 单块双向板计算,1） 边界条件:,四边简支,2） 近似表格法:,跨中及支座最大弯矩:,当=0,l=,min(Lx,Ly),当 0,for R.C: =1/6,表1.11,3. 连续双向板:,1).基本假定,忽略支承梁竖向位移。,板可绕支承梁转动。,2). 跨中最大弯矩,g+p,g,活荷载按棋盘式布置。,1,1,g,p/2,p/2,p/2,+,A)。 for g+p/2, 按四边固定单块双向板计算内力；,B). For p/2, 按四边简支单块双向板计算内力；,C). 叠加 A)
13、+B).,3). 支座最大负弯矩,近似按满布活荷载 g+ p ，按四边固定单块双向板计算内力。,4. 双向板支承梁的计算：弹性理论，弯矩调幅法。,45 ,1.3.2. 双向板按塑性理论计算,1. 试验分析：,四边简支双向板,1). 方板: 板的第一批裂缝出现在板底中间部分，然后沿对角线向四个角发展。,当受拉钢筋应力达到fy，裂缝迅速发展并在板顶四个角处形成环状裂缝，板破坏。,2). 矩形板:板的第一批裂缝出现在板底中部，平行于长边，然后沿45角向四个角发展。最后板破坏同方形板。,2. 双向板塑性（屈服）铰线,负塑性铰线,正塑性铰线,1). 相邻两个板块的塑性铰线通过这两个板块转动轴的交点。,2
14、). 转动轴沿着支承梁或通过支承柱。,3.极限平衡法计算双向板上限值,1-4. 装配式楼盖,4.1. 预制板:,R.C.,Pre.C。,轻质砼。,1. 实心板,h,L=1.82.4 m,hL/30,2. 空心板,L=3.07.5,Pre.C.slab,h=(1/301/35)L,3.,- 槽形板,4. T- section slab:,L 12 m,4.2. 楼盖梁 beam-预制或现浇,4.3. 预制楼盖构件的计算,1. 承载力及正常使用极限状态的计算同现浇楼盖。,2. 施工阶段: 运输和吊装,1). 计算简图,2). 恒载 g1.5,动力系数,3).1 KN 施工荷载,1 KN,3. 吊环
15、计算:,吊环面积:,m 吊环个数,m3,4.4. 装配式楼盖连接构造,1.4 无梁楼盖,1.4.1 概述：板支承于柱上。类型：现浇式、装配整体式；有柱冒、无柱冒；悬臂板、无悬臂板。适用：商场、书库 1.4.2 受力特点： 1）试验：,柱冒顶面首先出现裂缝。再加荷，在柱冒顶面边缘板上，出现沿柱列轴线的裂缝。继续加载，跨中1/3处出现成批板底裂缝，它们相互正交，平行于柱轴线。即将破坏时，板底裂缝较宽，相交钢筋屈服，相应的板顶混凝土被压碎。 (2)计算模式： 支承于柱上的楼板划分为：“柱上板带” ，上部受拉连续梁或框架扁梁； 柱之间的板划分为“跨中板带”，支承于“柱上板带”板底受拉。 1.4.3 内
16、力计算 I、按弹性理论计算：精确计算法、经验系数法、等代框架 （1）经验系数法：直接给出两个方向总弯矩，再将其分配给同一方向的柱上板带和跨中板带。满足条件：P41,荷载取g+p=q，不考虑活荷载不利布置，取一半计算单元，由平衡得x方向等代梁跨中总弯矩：,同理y方向等代梁跨中总弯矩：,表1.22给出了各跨的柱上板带和跨中板带的弯矩分配系数。,（2）等代框架法：把整个结构划分为横向等代框架和纵向等代框架假定：P44,II、塑性理论,1.4.4 柱冒设计 （1）形式：,无柱帽顶板,折线柱帽顶板,矩形柱帽顶板,（2）试验冲切破坏 抗冲切承载力和混凝土强度、柱冒周长、板配筋有关,（3）冲切承载力计算：
17、A、不配箍筋或弯筋的钢筋混凝土平板,冲切荷载设计值：,柱轴力,板有效厚度,c、d柱冒宽、高,截面两个方向上混凝土有效预应力平均值,Um=2(c+d+2 h0）,板上荷载,Um,B、当不满足上述要求，且h150mm时，配箍筋或弯筋 a）截面符合上述下列条件,b）配箍筋,与呈45度冲切破坏锥体斜截面相交的全部箍筋面积,c）配弯筋,与呈45度冲切破坏锥体斜截面相交的全部弯筋面积,弯筋,1.4.5 无梁楼盖设计与构造：P48,1.5 叠合式楼盖,1.5.1 叠合梁板形式 （1）叠合梁板形式、特点,后浇混凝土叠合,(2)叠合板类型：,预应力薄板叠合板：总厚度小,预应力空心板叠合板：,1.5.2 叠合梁计
18、算方法,（1）第一阶段（叠合前）：预制梁视为简支梁，其上作用荷载： 楼板自重、叠合层、预制梁自重、施工荷载,（2）第二阶段（叠合后）：后浇混凝土达到强度 计算简图按叠合后的整体结构取，其竖向荷载： 叠合梁、板面抹灰及墙体自重，板上使用荷载。 （3）叠合梁的受力性能分析 第一阶段：由恒载、活荷载标准值产生的弯矩M1k 验算裂缝、挠度,第二阶段：,正常使用阶段：,受拉钢筋应力超前M1k作用下受拉钢筋已受拉,受压混凝土应力滞后M2k作用下叠合层受压混凝土才受压,破坏时同一般梁，受拉钢筋屈服，然后混凝土压碎,（4）承载力计算 A、正截面承载力 （a）选取预制梁截面bh1，按承受M1计算受拉钢筋面积As
19、1 (b)选取叠合梁bh，按承受M1G+M2计算受拉钢筋面积As2 取：max（As1，As2）=AsB、斜截面承载力：按普通钢筋混凝土梁计算，混凝土强度取预制、叠合最小值。 C、叠合面受剪承载力验算,(5)叠合梁钢筋应力验算,（6）叠合梁最大裂缝宽度和挠度验算,P59,1.6 钢筋混凝土楼梯,（1）楼梯常见的结构选型：板式楼梯梁式楼梯螺旋式和剪刀式 楼梯,（2）楼梯的计算 板式楼梯：包括梯段板（斜板）、平台板、平台梁的计算 梁式楼梯：包括踏步板、斜梁、平台板、平台梁的计算 踏步板（梁式）：按两端简支在斜梁上的单向板计算；,梯段斜板、梁：两端支承在平台梁上，梯段斜梁一般按简支计算；梯段斜板考虑其支座对楼梯板的嵌固作用，跨中弯矩可近似取,斜梁（板）的截面计算高度 应按垂直斜向取用。,平台板与平台梁,平台板一般为单向板，支承于平台梁及外墙上或钢筋混凝土梁上，计算弯矩可取,或,；,板式楼梯的平台梁只承受平台板和梯段板传来的均布荷载； 梁式楼梯的平台梁除承受平台板传来的均布荷载外，还主要承受上下梯段梁传来的集中荷载； 平台梁的计算一般按矩形截面简支梁考虑。,（3）现浇楼梯的构造,
