专业课 钢筋混凝土肋形结构及刚架结构模

专业课 钢筋混凝土肋形结构及刚架结构模

9.1 概述 结构设计中，当采用手算时，对空间结构一般 分解简化为平面结构 进行内力计算： 由板和梁组成的 肋形结构 和 由屋面大梁和柱组成的 钢架结构 分别进行计算。 设计步骤为 ： （ 1 ）结构平面布置，并对梁板进行分类编号， 初步确定板厚和主、次梁的截面尺寸； （ 2 ）确定板和主、次梁的计算简图； （ 3 ）梁、板的内力计算及内力组合； （ 4 ）截面配筋计算及构造措施； （ 5 ）绘制施工图。 二、最不利活荷载的布置方式 :      1 、欲求某跨 跨中最大正弯矩 时，除在该跨布置活荷载外，再隔跨布置活荷载；       2 、欲求某 支座截面 的 最大负弯矩 时，除在该支座左右布置活荷载处，向两边再隔跨布置活荷载；      3 、欲求某 支座截面 的 最大剪力 时，活荷载的布置方式与求该支座最大负弯矩时相同。     为了计算方便，当均布荷载作用时，假定考虑活荷载在一跨内整跨布置，而不考虑在一跨内局部布置的情况。 三、内力包络图 : 原理： 实际应用：查表，见书上 P.194 倒数第二段 END ( 看第六节例题 ) 2 、钢筋混凝土超静定梁的塑性内力重分布 在超静定结构中，直到塑性铰陆续出现，使结构变成 破坏机构 时，结构才破坏。 可见 , 自支座形成塑性铰 , 该梁尚有承受 4 kN/m 均布荷载的 潜力 ，充分利用这部分材料的潜力，取得更为经济的效果。    在支座截面形成塑性铰以前，支座弯矩与跨中弯矩之比为 2:1 ，到支座截面形成塑性铰后，变成 1:1 。这说明，由于材料的塑性变形引起了 内力的重新分布 。 板 次梁 END 当 q / g ≤ 3 时， a = l n /4 当 q / g ＞ 3 时， a = l n /3 例一： 例二： 2. 连续梁 END END 排架结构 门式刚架结构 刚架结构的计算简图： 按结构力学计算内力进行配筋。 梁 按受弯构件， 柱 按偏心受压构件。 刚架结构的节点构造： 节点是框架梁与柱的连接部位，其设计极为重要，只有节点可靠，才可能保证结构整体安全。 在非地震区 ，框架节点的可靠性是通过 采取适当的构造措施来保证 的。 对现浇框架，其构造要求为：      1 ）节点区的混凝土强度等级，不应低于框架柱的混凝土强度等级；     2 ）对于顶层横梁与边柱的交节点，应保证梁端顶部负弯矩钢筋伸入柱中可靠锚固，根据偏心距 e 0 的大小分三种情况处理。      3 ）对于柱中节点的钢筋布置。      4 ）节点的箍筋可作扇形布置。 END （ 1 ）牛腿的受力特点和破坏形态 弹性阶段、裂缝出现与开展阶段、破坏阶段。 裂缝的出现与开展： 20%-40% 极限荷载，出现裂缝 1 ； 40%-60% 极限荷载，出现裂缝 2 ； 80% 极限荷载，出现裂缝 3 ； 破坏形态： 压弯破坏：见图（ a ） 斜压破坏：见图（ b, c ） 剪切破坏：见图（ d ） （ 2 ）牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。 牛腿截面尺寸通常以 不出现斜裂缝 作为控制条件。 设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸： 式中 F vs 、 F bs —— 分别为作用于牛腿顶部按荷载短期效应标准组合计算的竖 向力和水平拉力值； β —— 裂缝控制系数； a —— 竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离 b — — 牛腿宽度； h 0 —— 牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。 （ 3 ）纵向受力钢筋计算 近似取 ， ，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积 A s 为 通过对 A 点取力矩平衡可得： （ 4 ）水平箍筋及弯起钢筋 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述 构造要求 设置水平箍筋和弯起钢筋。 水平箍筋 的直径应取 6-12mm ，间距 100-150mm ，且在上部 2 h 0 /3 范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的 1/2 。 当牛腿的 剪跨比 a / h 0 ≥0.3 时，宜设置 弯起钢筋 。 纵向受拉钢筋 不得兼作 弯起钢筋。 弯起钢筋的 锚固 同纵向受力钢筋。 牛腿配筋构造 END 1 、构造要求 基础形状 ： 独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于 2 。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。 底板配筋 ： 基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于 8mm ，间距不宜大于 200mm ，也不宜小于 100mm 。当基础底面边长大于或等于 2.5m 时，底板受力钢筋的长度可取边长的 0.9 倍，并宜交错布置。 混凝土强度等级 ： 基础的混凝土强度等级不宜低于 C15 。垫层的混凝土强度等级应为 C10 。 杯口深度 ：杯口的深度等于柱的插入深度 h 1 +50mm 。为了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度 h 1 ； h 1 还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑吊装安装时柱的稳定性。 杯口尺寸 ： 杯口应大于柱截面边长，其顶部每边留出 75mm ，底部每边留出 50mm ，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝土。 杯底厚度 ： 杯底应具有足够的厚度 a 1 ，以防预制柱在安装时发生杯底冲切破坏。 锥形基础的边缘高度 : 一般取 a 2 ≥200mm ，且 a 2 ≥ a 1 和 a 2 ≥ h c /4 （ h c 为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，坡度角不宜大于 25 0 ，最大不得大于 35 0 。 独立基础外形尺寸和配筋构造 对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形或稳定性验算； 当独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。 2 、设计计算 （一） 轴心荷载作用下的基础 ： 在轴心荷载作用下，基础底面的压力为均匀分布，设计时应满足： 轴心受压基础压力分布 若基础的埋置深度为 d ，基础及其上填土的平均重度为 , 则 ，可得基础底面面积为： （ 9-17 ） 3 基础高度验算 基础高度按 构造要求 和 抗冲切承载力 确定 。 基础冲切破坏示意图 对于阶梯形基础，除验算柱边外，在变阶处也应做冲切强度验算。 4 基础底板配筋 底板配筋计算的 控制截面 一般选在柱与基础交接处，如图中 Ⅰ-Ⅰ 及 Ⅱ-Ⅱ 截面。分别计算两个方向的弯矩，作为配筋的依据。 计算弯矩时，将基础简化为固定在柱子上的 四块悬挑板 ，板的划分如图中虚线所示。 设 M Ⅰ 为地基净反力 沿长边方向在 Ⅰ-Ⅰ 截面处产生的弯矩设计值， M Ⅱ 为 Ⅱ-Ⅱ 截面处的弯矩设计值，则 M Ⅰ 等于作用在梯形面积 ABCD 上的地基净反力 p n 的合力 p Ⅰ 与该面积形心到柱边的距离 e Ⅰ 的乘积。 配筋时，长边受力筋在下，短边受力筋在上，垂直布置成钢筋网。 此处若假定 b 方向为长边，故沿长边 b 方向的受力钢筋截面面积，可近似按下式计算： 计算配筋时，将内力臂系数近似地取为 0.9 。 （二） 偏心荷载作用下的基础 ：在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布。 偏心受压基础压力分布 偏心受压基础底面尺寸的确定一般采用 试算法 ，先按轴心受压基础估算底面积，再参考弯矩的大小，适当放大 10%~40% ，即 根据 A 初定边长 a 与 b ；将 a ， b 代入应力计算式求出 p max 及 p min ； 验算是否满足上述 2 条要求（公式 9-29 和 9-30 ）。 如不满足或富余过多，应调整底边尺寸，直至合理为止。 （ 9-26 ） 基础边缘处的应力值按材料力学公式计算：： 取 ，并将 代入，可将基础底面边缘的压力值写成如下形式： （ 9-27 ） 在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求： （ 9-29 ） （ 9-30 ） 地基所受的平均压应力不超过地基承载力设计值 地基所受的最大压应力不超过地基承载力设计值的 1.2 倍 END