建筑课件 第12章 梁板结构.ppt
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1、第12章 梁板结构,12.1 概 述12.2 整体单向板肋梁楼盖12.3 整体双向板肋梁楼盖12.4 楼 梯,1.结构形式,什么是梁板结构体系?,由梁(或无梁)、板和柱(或墙)组成的平面结构体系称为梁板结构体系。例如:平面楼盖或屋盖,整体伐片基础等。,主要结构形式,肋梁楼盖:有单向肋梁楼盖和双向肋梁楼盖;无梁楼盖:由板和柱组成;密肋楼盖:肋梁小而密,其间距一般为0.5m2.0m;井字梁楼盖:纵横两个方向的梁等高,且梁网格近乎相等。,按施工方法分类,整体现浇式楼盖 装配式楼盖 装配整体式楼盖,1.单向板与双向板,楼板被梁将板分成若干个区格,每个区格支承在梁或墙上。由于梁的刚度比板的刚度大很多,故
2、分析板的受力时可忽略梁的挠曲变形对板的影响。因此,假定梁(或墙)为板的不动铰支座。以一块板为例,在均布荷载 q 的作用下,当 l1 l2 时,则r2 r1,因此 M1 M2,说明l2方向承担的弯矩越小。,假定板是由沿l1和l2方向相互垂直的板带组成,则,若l1 q2。如果忽略板带间扭距的影响,则两板带的跨中挠度分别为:,若(忽略两个方向配筋不同和裂缝开展差异对刚度的影响)。则由 条件可得,所以,同理可得,若,则,故当 时,,因此,当 时,可忽略长边方向承担荷载,只进行构造配筋,而全部荷载由短方向承担。对于这种板称为单向板。,当 时,其比值越小,两个方向的曲率半径越接近,故两个方向均承担一定的荷
3、载。对于这种板称为双向板。,按塑性理论,当 时,为单向板;当 时,为双向板。,2.楼盖的结构布置,单向板的荷载传递路径,荷载,板,次梁,主梁,柱(墙),基础,板,次梁,主梁,柱,次梁的间距决定板的跨度;主梁的间距决定次梁的跨度;柱的间距决定主梁的跨度。因此,如何选取柱网、梁的网格不仅直接影响建筑的使用功能,而且会影响建筑内部的美观和工程造价。,结构布置应注意的问题,柱网布置与梁网格布置应统一考虑;建议(1)根据建筑功能的需要;(2)次梁跨度4m6m,主梁跨度5m8m。主梁应尽量布置在建筑物的横向,以增大建筑物的横向刚度;次梁的间距决定板的厚度,每增加10mm板厚,永久荷载增大0.25kN/m2
4、,而且要相对增加混凝土的用量。建议(1)根据建筑功能的需要;(2)次梁间距1.7m2.7m为宜;(3)每跨主梁内布置两个以上次梁为宜。柱网及梁网格布置应力求简单、规整和统一。方便设计和施工、经济和美观。梁板的跨度尽量等跨。,3.计算简图,支座简化原则,尽量反映构件实际的受力状态;便于计算。,由于板的刚度远小于次梁的刚度;而次梁的刚度远小于主梁的刚度。因此,将次梁视为板的不动铰支座,将主梁视为次梁的不动铰支座,简化引起的误差在计算内力时予以调整。支承在砖墙的板或梁,由于墙对其嵌固作用较小,故均视为铰支座,墙体的嵌固作用在构造中考虑。主梁与柱相互关系的简化依 ib/ic确定,当ib/ic34时,可
5、视主梁铰支在上,否则按框架计算。这样在一般情况下,板、次梁和主梁均简化为多跨连构件。,计算跨数,连续梁任意截面的内力与跨数、各跨的跨度、刚度和荷载的作用形式等因素有关。,对于等跨连续梁,随着跨数的增加,除边跨外,中间跨的内力的差异很小,故为了简化计算,对于跨数多于5跨的等跨、等刚度、等荷载的连续板或梁,可近似按5跨计算内力。,实际跨数,计算跨数,配筋及构造,计算跨度,计算跨度与构件的刚度和支承长度有关。,按弹性理论计算时:,板,对于单跨板和梁,两端搁置在墙上的板:,两端与梁整体连接的板:,对于多跨板和梁,板边跨:,且,h,梁边跨:,且,板中跨:,且,梁中跨:,且,按塑性理论计算时:,板边跨:,
6、且,梁边跨:,且,板、梁中跨:,荷 载,(1)永久荷载(2)可变荷载,4.按弹性理论计算内力,假定梁、板为理想的弹性体,按结构力学的方法求内力。,1)表格系数法(等跨的板或梁),在均布及三角形荷载作用下:,表中系数,表中系数,在集中荷载作用下:,表中系数,表中系数,注意,当连续板或梁的跨度不等,但相差不超过10时,仍可按等跨计算;,在计算支座负弯矩时,可取相邻两跨的平均值(或取其中较大跨度值)计算;在计算跨中弯矩时,则取本跨度计算;当各跨板厚或梁截面不同时,但其截面的惯性矩之比不大于1.5时,可不考虑刚度变化对内力的影响,仍按表中系数计算。,2)荷载的最不利组合,可变荷载最不利布置原则:,(1
7、)求某跨中最大正弯矩,(2)求某跨中最小弯矩,(3)求某支座最大负弯矩,(4)求某支座最大剪力,3)荷载调整,简化,实际,调整后,调整后的折算荷载为,对于板,对于次梁,4)内力包络图,根据可变荷载最不利布置原则,则有,永久荷载下,可变荷载下,可变荷载下,M,M,M,V,V,V,跨1的跨中Mmax,由结构的对称性可知,在可变荷载作用下内力图 与 和 与 对称相同。,可变荷载下,M,V,跨2的跨中Mmax,跨3的跨中Mmax,+,+,+,跨1、2的支座Mmax,+,+,+,跨2、3的支座Mmax,+,+,+,弯矩包络图,剪力包络图,4)中支座内力计算,按简直梁计算的支座剪力,5.按塑性理论计算内力
8、,按弹性理论方法计算内力存在的问题,混凝土是弹塑材料,钢筋屈服后表现出塑性特点,即两种材料是非匀质弹性材料。当计算简图和荷载确定后,各截面的 M、V 的分布规律始终不变;按弹性内力包络图进行截面设计,由于各种最不利荷载组合不可能同时发生。任意截面达到承载力设计值时,即认为整个结构达到极限承载力,这与事实不符,其仍有承载潜力;支座的负弯矩一般大于跨中弯矩。因此,抵抗负弯矩钢筋的配筋量较大,给施工带来苦难,且不易保证工程质量。,1)塑性内力重分布的基本原理,受弯构件的塑性铰,为了解决上述问题,充分发挥构件的塑性性能,挖掘构件的承载潜力,节约材料和方便施工,提出塑性法计算内力。,假定,实际,塑性铰区
9、的长度,塑性铰的转角,由材料力学可知,所以,1.0,影响 b 的因素很多,故 ly 的精确计算是很难的,仍需做工作。,塑性铰与理想铰的区别,理想铰不能传递弯矩,且可以自由无限地转动;塑性铰可传递弯矩 Mu,在 Mu作用下,只能在弯矩作用方向发生有限转动,故其为单向铰;塑性铰不是集中于一点(或一条线),而是形成一个局部塑性变形区域,故称塑性铰区。,超静定结构内力重分布,以两跨连续梁为例,按弹性理论计算,在F1的作用下:,当F1较小时,构件尚未开裂时,刚度比BB/B1基本为常数。梁近似为弹性工作状态。,随着F1的增大,因为MBM1,B支座首先开裂,BB降低,而“1”截面尚未开裂,故BB/B1减小。
10、因此,MB随F1的增大的增长率慢,而M1随F1的增大的增长率快,直到“1”截面开裂。,当 B 截面的受拉钢筋屈服,并形成塑性铰,塑性铰处承担MBu,相应的荷载F1u,梁有两跨连续梁转变为两跨简支梁。继续加载F2,使截面形成塑性铰,此时,梁由结构变为机构(几何可变体系)。总承载力为 F=F1u+F2。若As=As,则 Mu=Mbu。,截面开裂,截面形成塑性铰,跨中截面,支座截面,图 MF 的关系,由图 MF 的关系曲线可知,按弹性理论计算,MF的关系是线性的,梁各截面的弯矩M随荷载F的增加成一定比例增大,即弯矩图形状保持不变。但随着梁受力最大截面产生塑性形,MF的关系呈非线性,即梁的内力产生了重
11、分布。内力重分布的两个过程:,在弹塑性阶段(塑性铰形成前):由于|M|max截面混凝土的开裂,刚度比(例中BB/B1)改变引起内力重分布;在塑性阶段(形成几何可变体系前):塑性铰的转动(例中B截面塑性铰的转动)引起内力重分布。,一般情况下,塑性铰的转动引起内力重分布比刚度比改变引起内力重分布显著。,小 结,对于静定结构,塑性铰一出现即结构达到极限承载力;但对于超静定结构,只有结构出现足够数目的塑性铰,使结构成为几何可变体系时,该结构才达到极限承载力;超静定结构出现第一个塑性铰至结构成为几何可变体系的过程中,有一定的承载潜力;考虑结构内力重分布这一特性,可适当减小支座截面负弯矩设计值,故实配筋减
12、少;塑性铰的出现顺序可以人为确定;按塑性理论计算,挠度和裂缝宽度相对较宽。,影响内力重分布的因素,内力重分布充分与否主要取决于塑性铰的转动能力(钢筋铰、混凝土铰);塑性铰的转动能力取决于纵筋的配筋率、钢材的品种和混凝土的极限压应变,即取决于 x=x/h0 或截面曲率 f=ec/x。确保构件在形成几何可变体系前,不发生斜截面破坏;注意:出现塑性铰的斜截面受剪承载力有所降低(约10左右),反弯点两侧纵筋的应力梯度大,造成纵筋粘结破坏,使斜截面受剪承载力降低;塑性铰的转动能力越大,内力重分布越充分。但结构挠度大、裂缝宽度大;内力重分布越充分,结构承载力的储备越小;,弯矩调幅法设计连续梁、板,考虑塑性
13、内力重分布的设计方法很多:极限平衡法、塑性铰法、弯矩调幅法和非线性全过程分析法等,其中弯矩调幅法最实用、最方便,故为许多国家规范推荐的设计方法。我国于1993年制定了钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程(CECS51:93),弯矩调幅法的概念和计算的基本规定,弯矩调幅法简称调幅法。它以弹性计算的弯矩为基础,根据设计需要适当调整某些截面的弯矩,通常调整|M|较大截面的弯矩,然后按调整后的弯矩进行截面设计。调幅系数为,(121),按弹性理论计算的弯矩值,调幅后的弯矩值,下面以两跨连续梁为例说明调幅法,=,+,Me图,MB图,Ma图,现将B支座的负弯矩调整为,按弹性理论计算,则调幅系数,调幅
14、的基本原则:调幅后构件的受力应满足平衡条件,取调幅后的AB跨平衡条件,验证上述分析结果是否满足平衡条件,所以,上述两种方法的计算结果相同,故调幅后的受力状态满足平衡条件。另外说明,当支座负弯矩调幅后,跨中弯矩相应有一增量(本例为MB/2)。但是,支座弯矩增量和跨中弯矩的增量并不相等。,(122),均布荷载作用下的情况,当 时,为最大,由 可得,所以,所以,因为,0,故,(123),将式(122)和(123)合并为一个表达式,(124),上述两例中A支座的负弯矩MA=0,若相邻的梁支座调幅后MA=0、MB=0。,(125),注意:在上述两例中,求M1时,始终遵循的原则是满足静力平衡条件,即调幅后
15、跨中弯矩应满足式(125),否则不满足静力平衡条件。,考虑塑性内力重分布计算的一般原则,宜采用HPB235、HRB335、HRB400和RRB400级钢筋;混凝土宜采用C20C45级;为了避免塑性铰出现过早,转动幅度过大,致使构件的挠度和裂缝宽度过大,一般控制调幅后的弯矩Ma0.7MB;为了保证调幅截面具有一定的转动能力,热轧钢筋x0.35h0;冷拉钢筋x0.3h0,且调幅系数d 15%;为了保证调幅后构件满足静力平衡条件,调幅后的跨中弯矩应满足式(125)的要求。考虑到塑性铰出现后,该截面抗剪承载力降低,斜截面按1.2Asv配置箍筋;配箍范围:集中荷载取调幅支座至最近集中力之间;均布荷载取调
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