建筑结构讲义.ppt

建筑结构,课堂教学：出勤、提问、讨论（10%）每章作业：（20%）期末考试：（70%）,考核方式:,参考资料：,钢筋混凝土结构砌体结构钢结构建筑抗震,第一篇建筑结构概论,一、建筑结构概论二、建筑结构设计基本原理三、材料的力学性能及指标,CH.1 建筑结构概论,1.建筑结构定义,2.基本(单元)构件,3.分类,4.本课程特点,国家大剧院,工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。,江阴长江大桥,主跨1385m(江阴长江大桥，悬索结构，1999),1.1 建筑结构定义,由若干构件连接而成的能承受荷载和其他间接作用的体系，叫做建筑结构。,CH.1 建筑结构概论,板：提供活动面，直接承受并传递荷载；梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并传递；柱：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递；墙：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递；基础：将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基；索：悬挂构件或结构体系的主要传力单元；杆：组成空间构件，如屋架等。,1.2 基本(单元)构件,1.3 分类,建筑结构,应用最广泛,按材料分类,按受力体系分类,混合结构：即砖混结构，墙体承重；排架结构：主要由屋架、柱、基础组成，柱段铰接；框架结构：主要(竖向)受力体系由梁和柱组成；剪力墙结构：主要(竖向)受力体系由墙组成；框架-剪力墙结构：混合形式；筒体结构：四周封闭的墙形成筒；其他：如塔式结构、桅式结构、悬索、悬吊结构、壳体结构:、网架结构等,框架-剪力墙 结构,框架-剪力墙 结构,排架结构单层厂房,筒体结构,上海金茂大厦是88层，建筑高度420.5m，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。,按建筑物层数分类：高层、多层、低层,自左向右：台北101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦,1.4 本课程特点,是原理课，应突出原理和概念；基本构件由不同材料组成，在了解共性特点的同时，应注意由于组成材料不同而导致的计算方法的不同；强调不同材料构件的计算原理和方法；涉及内容多，系统性差；公式多、公式的条件多；简化、近似和经验处理多。,The End,下一章,CH.2 建筑结构设计基本原理,1.建筑物结构的荷载,2.极限状态设计法,CH.2 建筑结构设计基本原理,2.1 建筑物结构的荷载,作用（S）（或荷载）,作用效应,施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用,由作用引起的结构或构件的反应,结构抗力（R）,结构或结构构件承受效应的能力,V,M,2.1.1 基本概念,在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。,在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。,在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,2.1.2 荷载分类,按时间变异分类,按空间变异分类,固定荷载在结构空间位置上具有固定的分布；可动荷载在结构空间位置一定范围内可以任意分布。,静态荷载对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；动态荷载对结构产生动力效应，且不可以忽略。,按照结构的反应分类,结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。,荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。,当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。,在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。,作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。,荷载标准值,可变荷载组合值,可变荷载准永久值,可变荷载频遇值,2.1.3 荷载的代表值,恒荷载,按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见P11 表2-1。,楼面及屋面活荷载,民用建筑楼面活载见规范。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减。,屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。,雪荷载,基本雪压。见规范,雪荷载标准值,屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。,风荷载,风荷载标准值,基本风压，见规范,风压高度变化系数,风荷载体型系数，+为压力，-为吸力,高度z处风振系数,屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。,2.2 极限状态设计法,2.2.1 结构功能要求,在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功能要求，即安全性(SR)，适用性，耐久性。,安全性：满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态适用性：保证结构在日常使用中满足要求耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境适应度,功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn),结果分析,Z=R-S0：Z=R-S0：Z=R-S=0：,处于可靠状态；,处于不可靠状态，即失效；,处于极限状态，此方程称极限状态方程,2.2.3 结构可靠度理论,在规定的时间内（一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。以Ps表示,安全性、适用性、耐久性,结构的可靠度,失效概率,结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。,2.2.3 建筑物的重要度与基准期,我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要度系数0：一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0=1.1二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；0=1.0三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0=0.9,结构的设计基准期1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外；,极限状态,结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。,结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。,正常使用极限状态,承载能力极限状态,我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。,2.2.4 极限状态设计法,承载能力极限状态表达式,极限状态设计表达式,由永久荷载控制的效应组合,由可变荷载控制的效应组合,永久荷载和可变荷载分项系数。见规范。,式中：S：荷载效应，G：恒荷载的荷载效应系数，Q：荷载分项系数，Gk：恒荷载标准值，Q1k：最大的活荷载的标准值，：其他活荷载的组合系数Qik：其他活荷载的标准值,正常使用极限状态,标准组合,频遇组合,准永久组合,正常使用极限状态设计包括两个方面：裂缝控制验算：见P16表2-5受弯构件挠度验算：见P17表2-6,The End,下一章,【回顾】,1.什么是结构？建筑结构是如何分类的？,3.什么是作用？什么是结构抗力？,4.什么是结构的极限状态？,2.结构必须满足哪些功能要求？,由若干构件连接而成的能承受荷载和其他间接作用的体系，叫做建筑结构。,安全性、适用性、耐久性,施加在结构上的集中力或分布力，称为作用。,结构或结构构件承受效应的能力，叫结构抗力。,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。,CH.3 结构材料的力学性能及指标,1.结构材料的基本要求,2.木材（自学）,1.1 结构材料的基本要求,以材料的力学性能指标评定,CH.3 结构材料的力学性能及指标,a.结构材料要有足够的、有一定环境适应度的强度；,b.结构材料要有足够的刚度；,c.结构材料要有相应的重度；,d.结构材料要有相对低廉的价格；,e.结构材料要有良好的环保性能。,1.1.1 材料的基本力学指标,包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛,a.强度,材料抵抗破坏能力的指标,包括：抗压、抗拉、抗剪、抗纽、疲劳强度,oa弹性阶段bc屈服阶段cd硬化阶段 de颈缩阶段,a弹性极限fp c屈服强度fy d极限强度fb,某些无明显屈服点的材料，以残余变形0.2%对应应力作为名义屈服强度。,b.弹性与塑性,材料在外力作用下产生变形，当外力除去后能完全恢复到原始形状的性质，称为弹性。,弹性模量：,材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，部分变形恢复的性质，称为塑性。,c.冲击韧性,d.徐变和应力松弛,混凝土的徐变是指混凝土在长期的、不变的、较高的荷载作用下，其变形随时间的增长而增加的现象，称为徐变。,在恒定温度和应变条件下，构件或材料的应力随时间而见小的现象，称为应力松弛。容易引起预应力损失。,冲击韧性是指材料抗冲击而不破坏的能力。,1.1.2 其他指标,协同工作的能力耐久性可加工性取材便宜，价格合理，经济实用,1.2 木材（自学）,衡量木材的力学性能的指标有哪些？,The End,下一章,第二篇各种建筑结构,一、混凝土结构二、砌体结构三、钢结构四、钢筋混凝土单层厂房五、多高层钢筋混凝土结构六、大跨度建筑结构,CH.4 混凝土结构,钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受压构件预应力混凝土结构的基本知识钢筋混凝土平面楼盖,环球金融中心混凝土开浇,钢筋混凝土桩内部,一、基本概念,是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。,钢筋混凝土：,二、共同工作原理,NEXT,E.G.,4.1 钢筋和混凝土材料的力学性能,4.1.1 混凝土结构,以混凝土为主要材料制作的结构。,4.1.1 混凝土结构（1/2）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（1/4）,素混凝土梁,钢筋混凝土梁：受拉区配220钢筋,F=13.4KN 截面开裂并破坏,Fcr=15 KN 截面开裂;,Fu=87KN 截面破坏。,梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。,BACK,4.1.1 混凝土结构（2/2）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（1/4）,示例,【回顾】,1.建筑结构基本要求？,3.什么是混凝土结构？什么是钢筋混凝土？,2.材料的基本力学指标有哪些？,以混凝土为主要材料制作的结构。,结构材料要有足够的、有一定环境适应度的强度；,结构材料要有足够的刚度；,结构材料要有相对低廉的价格。,包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛。,是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。,一、钢筋的种类及选用,4.1.2 钢筋,4.1.2 钢筋（1/7）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）,Fig.我国常见钢筋外形,4.1.2 钢筋（2/7）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）,二、钢筋的力学性能,有明显屈服点（软钢）,oa弹性阶段bc屈服阶段cd硬化阶段 de颈缩阶段,条件屈服点 0.2 是残余应变为0.2%时的应力,c条件屈服强度0.2=0.85 fu,无明显屈服点（硬钢）,a比例极限fp c屈服强度fy d极限强度fu,1.强度相关,4.1.2 钢筋（3/7）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）,是钢筋强度的设计依据,屈强比反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。,冲击韧性：是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材对于冲击荷载的承受能力。,2.塑性性能,伸长率：钢材拉断后的塑性变形量较钢材原始尺度的变化率，是衡量钢材变形能力的重要指标。,冷弯指标：是检验钢材冷加工性能的指标，对于钢筋与钢板，其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径（相对板材厚度与钢筋直径）的弯曲角度。,伸长率:,4.1.2 钢筋（4/7）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）,越大,钢筋延性或塑性越好,3.钢材的加工性能,常见的建筑工程钢材加工有冷加工、热加工两类：冷加工：板材、线材的冷弯；线材的冷拉、冷拔；热加工：焊接。,冷拉后的钢筋没有明显的屈服阶段，如B图。冷拉卸载后经过一段时间的停滞，再对其张拉，会重新恢复屈服阶段而呈现出屈服强度提高的应力应变图形；这种现象被称为冷做硬化现象；冷拉仅提高钢筋的抗拉强度，不提高其抗压强度；冷拉工艺不改变钢筋的强度级别。,冷拉,4.1.2 钢筋（5/7）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）,冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其通过小直径的硬质合金模具，使其截面减小而长度增长；冷拔后的钢筋的强度会大大提高；冷拔后钢筋的塑性会降低；冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同一种钢筋。,冷拔,4.1.2 钢筋（6/7）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）,三、钢筋的计算指标,钢筋的强度标准值,钢筋的强度设计值,具有95%保证率的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈服强度确定，用 表示；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定，用 表示。,热轧钢筋强度设计值：,预应力钢筋强度设计值：,见P391表4-2,见P392表4-5,四、钢筋的截面面积,常规直径:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32mm12种。,等于标准值除以分项系数。,4.1.2 钢筋（7/7）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）,4.1.3 混凝土,一、混凝土的强度,定义：,立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。,4.1.3 混凝土（1/11）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,强度等级：,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80共14级,C 混凝土15立方体抗压强度的标准值为15N/mm2,定义：,折算：,轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为150mm150mm高300mm的棱柱体，在28天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。,轴心抗压强度与立方体抗压强度比值,高强混凝土脆性折减系数,0.88经验折减系数,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,4.1.3 混凝土（2/11）,轴心抗拉强度,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的5%10%,4.1.3 混凝土（3/11）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,4.混凝土在复合应力作用下的强度,a.混凝土的双向受力强度,双向受拉：强度接近单向受拉强度,双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高,一拉一压：强度降低,4.1.3 混凝土（4/11）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,b.混凝土的三向受压强度,三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高,4.1.3 混凝土（5/11）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度,c.混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度,4.1.3 混凝土（6/11）,二、混凝土的变形,OA弹性阶段AB微裂缝开展BC弹塑性，竖向裂缝形成CD下降段,混凝土是弹塑性材料,收缩、徐变,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,受压混凝土一次短期加荷的应力-应变曲线,4.1.3 混凝土（7/11）,混凝土的弹性模量测定,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,4.1.3 混凝土（8/11）,原因：水分蒸发,影响因素：配合比、养护、体表比,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,4.1.3 混凝土（9/11）,影响因素：配合比、养护、应力条件,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,4.1.3 混凝土（10/11）,建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15;当采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20;当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，不得低于C20;预应力混凝土结构不应低于C30;采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于C40.,三、混凝土的选用,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）,4.1.3 混凝土（11/11）,4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固,1.粘结力,4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固（1/3）,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（4/4）,若钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结力。,化学胶结力：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在钢筋与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力 机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力 钢筋端部的锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力,2.粘结力的组成,钢筋与混凝土的粘结强度通常采用拔出试验来测定,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（4/4）,3.粘结强度,钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值。,4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固（2/3）,4.影响因素：,钢筋的表面形状、直径；砼的强度等级、保护层厚度；侧向压力及横向钢筋；浇筑位置；等,5.构造措施：,钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。,4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（4/4）,进行拔出试验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度，用 表示,4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固（3/3）,【小结】,1.建筑用钢筋的种类、力学性能,2.钢筋冷加工,3.混凝土的力学性能,4.混凝土的变形,5.钢筋与混凝土的粘结锚固,【回顾】,1.建筑用钢筋的种类、力学性能,3.混凝土的力学性能,4.混凝土的变形,5.钢筋与混凝土的粘结锚固,非预英里应力构件推荐HRB335，预应力构件推荐钢丝和钢绞线,强度：屈服强度；塑性：伸长率,2.钢筋冷加工,冷拉、冷拔,立方体抗压强度、轴心抗压强度,收缩、徐变,4.2 钢筋混凝土受弯构件,概述受弯构件正截面计算受弯构件斜截面计算受弯构件的变形、裂缝及耐久性,2.工程中常见受弯构件的截面形式,4.2.1 概述,1.受弯构件,截面上受弯矩和剪力共同作用，而轴力可忽略不计的构件。,4.2.1 概述（1/3）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（1/5）,3.截面破坏形式,4.2.1 概述（2/3）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（1/5）,破坏通常有正截面和斜截面两种形式,4.几个基本概念,1）混凝土保护层厚（）,构造要求见P393表4-10,2）截面的有效高度（h0）,受压砼边缘至受拉钢筋合力点的距离,4.2.1 概述（3/3）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（1/5）,钢筋外缘砼厚度。,4.2.2 受弯构件正截面计算,4.2.2 受弯构件正截面计算1（1/14）,适当,截面开裂以后 sfy，随着荷载增大，裂缝开展、s，f 增加，当 f=fy(屈服荷载)，s=fy，荷载稍增加，c=cu 砼被压碎。“延性破坏”,2.适筋梁,3.超筋梁,过多,出现许多小裂缝，但 sfy,当 c=cu,压区砼被压碎，梁破坏。“脆性破坏”,很低，砼一开裂，截面即破坏。s=fy。“脆性破坏”,1.少筋梁,（一）破坏形式,配筋率,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,一、受弯构件正截面受力特性,（二）适筋构件截面受力三阶段,Ia，裂缝出现。MMcr,IIa，MMy。正常使用状态,第I阶段：,弹性工作阶段,第II阶段：,带裂缝工作阶段,IIIa，MMu。,第III阶段：,破坏阶段,是抗裂验算依据,是正截面抗弯计算依据,是变形和裂缝宽度验算依据,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（4/14）,二、单筋矩形截面构件正截面承载力计算,（一）基本假定,基本假定:,平截面假定；不考虑混凝土抗拉强度；压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图。,两应力图形面积相等且合理C作用点不变。,等效原则:,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（5/14）,（二）基本计算公式,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（6/14）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,1.最小配筋率,（三）基本计算公式的适用条件,同时不应小于0.2%;对于现浇板和基础底板沿每个方向受拉钢筋的最小配筋率不应小于0.15%。,4.2.2 受弯构件正截面计算1（7/14）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,2.界限相对受压区高度和最大配筋率,b.界限破坏,当梁的配筋率达到最大配筋率 时，受拉钢筋屈服的同时，受压区边缘的混凝土也达到极限压应变被压碎破坏，这种破坏称为界限破坏。,a.相对受压区高度,超筋破坏,适筋破坏,c.界限相对受压区高度,可用来判断构件破坏类型，衡量破坏时钢筋强度是否充分利用。,4.2.2 受弯构件正截面计算1（8/14）,d.最大配筋率,经济配筋率：梁：（0.51.6）%；板：（0.40.8）%,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,e.截面最大抵抗矩系数,f.内力臂系数,3.适用条件,防止超筋破坏,防止少筋破坏,4.2.2 受弯构件正截面计算1（9/14）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,【例题1】,如图所示简支梁，试设计跨中截面配筋。混凝土选用C20，钢筋为II级。,4.2.2 受弯构件正截面计算1（10/14）,【回顾】,1.正截面破坏三种形式,超筋破坏,少筋破坏,适筋破坏,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,【习题1】,如图所示简支梁，跨中有集中力作用，试设计跨中截面配筋。混凝土选用C20，钢筋为II级。,4.2.2 受弯构件正截面计算1（*/14）,截面设计步骤,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（12/14）,2,1,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（*/14）,【习题2】,如图，板厚60mm（25KN/mm3），顶面20mm砂浆找平（20KN/mm3），板底20mm砂浆抹面（17KN/mm3），活载0.5KN/mm2。混凝土C15，钢筋I极。求受拉钢筋截面面积？,【例题2】,如图所示简支梁，混凝土选用C20，跨中配II级3根16mm受拉钢筋。验算截面承载力是否满足要求？,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（13/14）,截面验算步骤,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（14/14）,2,1,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算1（*/14）,【习题3】,如图所示简支梁，混凝土选用C25，跨中配II级2根20mm受拉钢筋。验算截面承载力是否满足要求？,【回顾】,截面设计步骤,矩形截面构件正截面受弯计算,截面验算步骤,三、T形截面正截面承载力计算,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算2（1/10）,挖去受拉区混凝土，形成T形截面，对受弯承载力没有影响；节省混凝土，减轻自重。,1.优点,受拉钢筋较多时，可将截面底部适当增大，形成工形截面。,2.有效翼缘宽度bf,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算2（2/10）,在bf 范围内压应力为均匀分布，bf 范围以外部分的翼缘则不考虑。,（二）基本计算公式,第一类T形截面,第二类T形截面,界限状态,1.截面受压区高度不同分类,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算2（3/10）,2.第一类T形截面计算,适用条件：,按矩形截面计算,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算2（4/10）,3.第二类T形截面计算,适用条件：,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算2（5/10）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,【例题1】,如图所示T形梁，混凝土选用C20，钢筋II级。当所受弯矩M=414kN.m时，计算截面配筋？,4.2.2 受弯构件正截面计算2（6/10）,【例题2】,如图所示T形梁，混凝土选用C20，钢筋II级。当所受弯矩M=320kN.m时，计算截面配筋？,已知M,bf,hf,b,h,fc,fy,是,否,是,否,是,第一类形截面,第二类形截面,配受压钢筋,截面设计步骤,【小结】,【作业】,习题4-14-7，4-9，4-11，4-12,下周二中午前交上！,两类T形截面正截面承载力计算,已知M,bf,hf,b,h,fc,fy,是,否,是,否,是,第一类形截面,第二类形截面,配受压钢筋,T形截面设计步骤,【回顾】,四、双筋矩形截面正截面承载力计算,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算3（1/8）,一般来说采用双筋不经济。,截面尺寸和材料强度受限而不能增加；,荷载有多种组合情况；,抗震结构中提高截面延性。,双筋截面在满足构造要求的条件下，截面达到Mu的标志仍然是受压边缘混凝土达到ecu。在受压边缘混凝土应变达到ecu前，如受拉钢筋先屈服，则其破坏形态与适筋梁类似，具有较大延性。在截面受弯承载力计算时，受压区混凝土的应力仍可按等效矩形应力图方法考虑。,（一）基本计算公式,适用条件：,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算3（2/8）,（二）基本公式应用,截面设计步骤,1,2,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算3（3/8）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,【例题1】,如图所示梁，混凝土选用C30，钢筋II级。所受弯矩M=220kN.m，压区II钢筋As=628mm2。计算拉区配筋？,4.2.2 受弯构件正截面计算3（4/8）,五、构造要求,（一）板的构造,1.板的厚度,2.板的配筋,单跨板，l0/35；多跨连续板，l0/40。且 60mm。,受力钢筋,分布钢筋,承受拉力,固定受力筋位置；阻止砼开裂。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算3（6/8）,（二）梁的构造,1.梁的截面,2.梁的配筋,纵向受力钢筋,承受弯矩引起的拉力,弯起钢筋,弯起段承受剪力和弯矩引起的主拉力，弯起后水平段承受支座负弯矩,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算3（7/8）,箍筋,承受剪力和弯矩引起的主拉力，固定纵向筋,架立钢筋,固定箍筋，形成钢筋骨架,纵向构造钢筋（当腹板高450mm）,减小梁腹部裂缝宽度,（三）混凝土保护层和截面有效高度,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.2 受弯构件正截面计算3（8/8）,【小结】,【作业】,双筋矩形形截面正截面承载力计算,思考并总结：受弯构件正截面计算流程。,习题：矩形梁，250mm500mm混凝土选用C25，钢筋II级。所受弯矩M=200kN.m，压区II钢筋As=760mm2。计算拉区配筋？,【回顾】,破坏通常有正截面和斜截面两种形式,受弯构件破坏形式?,一、受弯构件斜截面受力性能,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,4.2.3 受弯构件斜截面计算,当主拉应力超过混凝土复合受力下的抗拉强度时，就会出现与主拉应力迹线大致垂直的裂缝。,为抵抗主拉应力而采用腹筋：,弯起钢筋、箍筋,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,二、无腹筋梁受力性能及计算,特点：裂缝中间宽两头窄,弯剪斜裂缝,腹剪斜裂缝,特点：裂缝下宽上窄,1.无腹筋梁斜裂缝类型,2.破坏时受力模型,剪压区剪应力和压应力明显增大；与斜裂缝相交的纵筋应力突然增大。,拉杆拱结构,3.无腹筋梁斜截面破坏影响因素,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,a.剪跨比,c.混凝土强度,b.纵筋配筋率,集中荷载下的简支梁，计算剪跨比为：,广义剪跨比：,d.加载方式，等,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,4.无腹筋梁斜截面破坏的三种形式,a.斜拉破坏,c.剪压破坏,b.斜压破坏,抗剪承载力取决于混凝土的抗拉强度。,抗剪承载力主要取决于混凝土在复合应力下的抗压强度。,抗剪承载力取决于混凝土的抗压强度。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,5.无腹筋梁承载力计算,一般板类受弯构件,受均布荷载作用下的单向板和双向板，及需要按单向板计算的构件。,集中荷载作用下的矩形、T形和形截面独立梁,作用有多种荷载，且集中荷载在支座截面所产生的剪力值占总剪力值的75以上的情况。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,三、有腹筋梁受力性能及计算,梁的剪力传递机构由原来无腹筋梁的拉杆-拱传递机构转变为桁架与拱的复合传递机构。,1.有腹筋梁斜截面破坏影响因素,a.剪跨比l,b.配箍率rsv,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,2.有腹筋梁承载力计算,a.仅有箍筋,矩形、T形和工形截面的一般受弯构件,集中荷载作用下的独立梁,b.箍筋和弯起筋,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,3.计算公式适用条件,上限值截面最小尺寸,下限值最小配筋率,bc为高强混凝土的强度折减系数fcu,k 50N/mm2时，bc=1.0fcu,k=80N/mm2时，bc=0.8其间线性插值。,斜压破坏取决于混凝土的抗压强度和截面尺寸,同时限定箍筋间距和直径,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,4.计算位置,支座边缘截面（1-1）；腹板宽度改变处截面（2-2）；箍筋直径或间距改变处截面（3-3）；受拉区弯起钢筋弯起点处的截面（4-4）。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,5.配箍计算流程,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,【例题1】,如图所示T形梁，混凝土选用C20，箍筋I级。求支座处箍筋配置？,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,【小结】,无腹筋受弯构件斜截面计算,受弯构件斜截面破坏形式、特点,仅有箍筋的斜截面计算,同时有箍筋和弯起筋的斜截面计算,【回顾】,受弯构件斜截面计算,受弯构件正截面计算,有箍筋计算：,1.矩形、T形和工形截面的一般受弯构件：,2.集中荷载作用下的独立梁：,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,1.纵向钢筋的弯起,四、构造要求,抵抗弯矩图（材料图）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,在满足正截面抗弯承载力的条件下，依据抵抗弯矩图（材料图），确定纵向钢筋的“充分利用点”和“理论截断点”。再按规范的要求，确定实际弯起点和实际截断点；拉区钢筋不宜截断。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,箍筋和弯起筋间距符合构造要求；弯起筋锚固长度：受拉区不小于20d，受压区不小于10d，光圆钢筋设弯钩梁底两侧钢筋不弯起；鸭筋（吊筋）必须将两端锚固在受压区，不得采用浮筋,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,2.纵向钢筋的截断和锚固,a.纵向钢筋的截断,b.钢筋的锚固,为使钢筋可靠锚固在混凝土中充分发挥抗拉作用，而在伸入支座时保持的一定长度，称锚固长度,受拉钢筋的锚固长度(基本锚固长度)：受压钢筋的锚固长度：钢筋在简支端的锚固：按构造（表4-14）钢筋在中间支座的锚固：上部纵向筋应贯穿中间支座;下部按构造。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.4 受弯构件的变形（1/）,4.2.4 受弯构件的变形、裂缝和耐久性,机理,影响因素：,纵筋配筋率 配筋率越大，裂缝宽度越小纵筋直径 直径越小，数量越多，裂缝越小纵筋表面形状 变形钢筋比光圆粘结力大，裂缝小保护层厚度 保护层越厚，裂缝宽度越大,裂缝宽度验算：,二、挠度验算,一、裂缝宽度验算,三、混凝土结构的耐久性,耐久性是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，而满足正常使用和安全功能要求的能力。,碳化,1.影响混凝土结构耐久性的因素,内部因素：混凝土强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种、标号和用量、外加剂，等,外部因素：环境温度、湿度、CO2含量 侵蚀性介质，等,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.4 受弯构件的变形（1/）,贵州铝厂柱开胀,嘉裕关结构梁腐蚀破坏,张掖墙面,青海化工厂桥柱,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.4 受弯构件的变形（1/）,2.结构工作环境类别,混凝土结构的耐久性与结构工作的环境有密切关系。同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短。对于不同环境，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。如在恶劣环境，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不一定好。可在构件表面采用防护涂层。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.4 受弯构件的变形（1/）,3.保证耐久性措施,a.最小保护层厚度,为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命50年），规范规定了最小混凝土保护层厚度。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。当对结构设计工作寿命有更高要求时（100年），混凝土保护层厚度应乘以1.4或采用表面防护，定期维修等措施。,b.混凝土的要求,耐久性的另一个重要方面是混凝土密实性，因为密实性好对延缓混凝土的碳化和钢筋锈蚀有很大作用。提高混凝土密实性主要是减小水灰比和保证水泥用量。若混凝土种氯离子含量过大，则会对钢筋锈蚀有恶劣影响。,4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）,4.2.4 受弯构件的变形（1/）,c.裂缝控制,对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换的构件。对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的高强混凝土。,d.其他措施,规范根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级。,【小结】,防止受弯构件斜截面破坏的构造要求,受弯构件的变形、裂缝和耐久性,材料图、充分利用点、实际截断点,裂缝宽度验算：,挠度验算：,耐久性,