第2章-混凝土楼板结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,混凝土结构设计,新世纪普通高等教育土木工程类课程规划教材,目 录,第,1,章 绪论,第,2,章 混凝土楼板结构,第,3,章 单层厂房结构,第,4,章 多层框架结构,第,2,章 混凝土,楼板结构,本章介绍了楼盖的结构布置、选型、现浇整体肋梁楼盖按弹性理论和考虑塑性内力重分布理论计算内力的方法及连续梁、板截面设计特点；建立了折算荷载、内力包络图、塑性铰、内力重分布、弯矩调幅等概念；给出了结构的构造要求。此外，还介绍了井式楼盖、无梁楼盖的受力特点、设计方法及应用场合，板式楼梯、梁式楼梯和雨篷的受力特点、设计计算方法及配筋构造要点。并附有单向板、双向板肋梁楼盖及楼梯的设计实例及配筋图。,2,混凝土楼板结构,本章提要,梁板结构是由梁和板组成的水平承重结构体系，其支承体系一般由柱或墙等竖向构件组成。,应用：工业与民用建筑的楼盖、屋盖、阳台、雨篷、楼梯和筏板基础等，还可应用于桥梁的桥面结构、水池的底板和顶板、挡土墙等。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,2.1.1,楼盖的结构类型,现浇混凝土楼盖可分为：,肋梁楼盖,井式楼盖,无梁楼盖,密肋楼盖,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,图2-1 现浇楼盖的结构类型,单向板肋梁楼盖和双向板肋梁楼盖,肋梁楼盖一般由板、次梁和主梁组成。,传力路线为：,板次梁主梁柱或墙基础。,肋梁楼盖中的主梁可以是连续梁，也可以与柱子构成框架结构，即主梁是框架梁。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,用梁将楼板划分成若干个正方形或接近正方形的小区格，两个方向的梁截面相同，不分主梁和次梁，都直接承受板传来的荷载，整个楼盖支承在结构周边的墙、柱或边梁上，这种楼盖称为井式楼盖。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,不设梁，将板直接支承在柱上，楼面荷载直接由板传给柱，这种楼盖称为无梁楼盖。无梁楼盖与柱构成板柱结构，在柱的上端通常要设置柱帽。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,由间距较密、肋高较小的小梁作为楼板的支承构件而形成的楼盖称为密肋楼盖，分为单向板密肋楼盖、双向板密肋楼盖。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,按施工方法，可将混凝土楼盖分为现浇式、装配式和装配整体式三种。,现浇式楼盖：整体性好，刚度大，抗震性强，防水性能好。缺点是需要大量模板，工期较长。,装配式楼盖：施工速度快，但整体刚度差，不利于抗震。,装配整体式楼盖是在预制板和预制梁上现浇一叠合层而将整个楼盖形成整体，兼有现浇式楼盖和装配式楼盖的优点，刚度和抗震性能也介于上述两种楼盖之间。,按结构的初始应力状态，可分为钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖两种。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,2.1.2,单向板和双向板,四边支承的板，当板上荷载主要沿短跨方向传递给支承构件，而沿长跨方向传递的荷载可忽略不计，这种主要沿短跨方向弯曲的板称为单向板。,当板上的荷载将沿两个方向传递给支承构件，其中任一方向的受力均不能忽略，这种在两个方向弯曲的板称为双向板。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,2.1.2,单向板和双向板,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,图2-2 四边支承板的荷载传递,q,=,q,1,+q,2,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,如果忽略钢筋在两个方向的位置差别和数量不同等影响，取,I,1,=,I,2,，则,当,l,02,/,l,01,=2,时，,k,1,=0.941,，,k,2,=0.059,。,当,l,02,/,l,01,2,时，为单向板。,当,l,02,/,l,01,2,时，为双向板。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,混凝土结构设计规范,（,GB50010-2010,）规定：两对边支承的板应按单向板计算。对于四边支承的板，当长边与短边长度之比不大于,2.0,时，应按双向板计算；当长边与短边长度之比大于,2.0,，但小于,3.0,时，宜按双向板计算，如按单向板计算，应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋；当长边与短边长度之比不小于,3.0,时，宜按沿短边方向受力的单向板计算，并应沿长边方向布置构造钢筋。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,图2-3 均布荷载下单向板与双向板板面荷载的传递,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,2.1.3,梁、板截面尺寸,楼盖结构由梁、板组成，其梁、板截面尺寸应满足承载力、刚度、舒适度及经济等要求。根据受力分析和工程经验，表,2-1,给出了各种楼盖梁、板尺寸的参考值。,2,混凝土楼板结构,2.1,概 述,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,现浇单向板肋梁楼盖的设计步骤为：,1.,结构选型及平面布置，确定板厚和主、次梁的截面尺寸；,2.,确定梁、板的计算简图；,3.,梁、板的内力计算；,4.,截面配筋；,5.,结构构造设计及绘制施工图。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.2.1,结构平面布置,单向板肋梁楼盖的结构平面布置,:,柱网布置、主梁布置、次梁布置。,根据工程实际，单向板、次梁和主梁的常用跨度为：,单向板：（,1.72.5,）,m,，一般不宜超过,3.0m,，荷载较大时宜取较小值；,次梁：（,46,）,m,；,主梁：（,58,）,m,。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,单向板肋梁楼盖的结构平面布置方案通常有以下三种：,（,1,）主梁横向布置，次梁纵向布置，板的四边支承在次梁、主梁或砌体墙上。,（,2,）主梁沿房屋纵向布置，次梁横向布置。,（,3,）只布置次梁，不设主梁,图2-4 单向板肋梁的平面布置,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.2.2,计算简图,单向板肋梁楼盖是由板、次梁和主梁组成。,楼面荷载的传递路线是：荷载板次梁主梁柱或墙基础。,图2-5 单向板肋梁楼盖的计算简图,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,1.,支承条件和荷载计算,（,1,）板,取,1m,宽度的板带作为计算单元，支座按不动铰支座考虑，单位宽板带可简化为连续梁计算。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（,2,）次梁,次梁支承在主梁上，当主、次梁线刚度之比大于,8,时，主梁可作为次梁的不动铰支座，次梁可简化为支承于主梁和砌体墙上的连续梁。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（,3,）主梁,当梁柱节点两侧梁的线刚度之和与节点上下柱的线刚度之和的比值大于,5,时，柱端对主梁的转动约束可忽略，而柱的受压变形通长很小，此时可将柱作为主梁的不动铰支座，主梁可简化为支承于柱子或砌体墙上的连续梁。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.,计算跨度,梁、板的计算跨度,l0,是指在内力计算时所采用的跨间长度，该值与支座反力分布有关，也与构件的支承长度和构件本身的刚度有关。从理论上讲，某一跨的计算跨度应取为两端支座处转动点之间的距离。在实际计算中，计算跨度可按表,2-2,取小值。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,3.,折算荷载,图2-6 次梁抗扭刚度对板的影响,连续板,连续次梁,折算恒荷载,折算活荷载,折算活荷载,折算恒荷载,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.2.3,连续梁、板按弹性理论的内力计算,1.,活荷载的最不利布置,图2-7 单跨承载时连续梁的内力图,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.2.3,连续梁、板按弹性理论的内力计算,1.,活荷载的最不利布置,图2-8 活荷载的布置,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,活荷载的不利布置规律：,（,1,）求某跨跨中最大正弯矩时，除将活荷载布置在该跨以外，两边应每隔一跨布置活荷载。,（,2,）求某支座截面最大负弯矩时，除该支座两侧应布置活荷载外，两侧每隔一跨还应布置活荷载。,（,3,）求梁支座截面（左侧或右侧）最大剪力时，活荷载布置与求该截面最大负弯矩的布置相同。,（,4,）求某跨跨中最小弯矩（或负弯矩）时，该跨应不布置活荷载，而在两相邻跨布置活荷载，然后再每隔一跨布置活荷载。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.,内力计算,按弹性理论计算连续梁的内力可采用结构力学的方法。对于常用荷载作用下的等跨、等截面连续梁，其内力系数已编制表格供设计计算时查用，见附录附表,1,。,5,跨以上的等跨连续梁可简化为,5,跨计算，即所有中间跨的内力均取与第,3,跨相同；对于非等跨，但跨度相差不超过,10%,的连续梁可按等跨计算。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,3.,内力包络图,将恒荷载在各截面所产生的内力与各相应截面最不利活荷载布置时所产生的内力相叠加，便得到各截面可能出现的最不利内力。将各截面可能出现的最不利内力图全部叠画于同一基线上，其外包线就是内力包络图。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,3.,内力包络图,图2-9 内力包络图,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,4.,支座弯矩和剪力设计值,均布荷载,剪力设计值,弯矩设计值,集中荷载,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.2.4,连续梁、板按塑性理论的内力计算,1.,基本概念,混凝土结构由于刚度比值改变或出现塑性铰引起结构计算简图变化，从而引起结构各截面内力之间的关系不再服从线弹性规律的现象，称为内力重分布或塑性内力重分布。,应力重分布是指由于材料非线性导致截面上应力分布与截面应力分布不一致的现象，无论是静定的还是超静定的混凝土结构都存在应力重分布现象。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（,2,）混凝土受弯构件的塑性铰,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,与理想铰相比，钢筋混凝土塑性铰的主要特点是：,（,1,）塑性铰能承受极限弯矩，而理想铰不能承受弯矩；,（,2,）塑性铰只能沿弯矩作用方向转动，而理想铰可正反向转动；,（,3,）塑性铰分布在一定长度区域，而理想铰集中于一点；,（,4,）塑性铰的转动能力受到配筋率等的限制，与理想铰相比，可转动的转角值较小。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2,连续梁、板按调幅法的内力计算,（,1,）弯矩调幅法的概念和原则,支座弯矩的调整幅度用弯矩调幅系数,表示，即,支座弯矩调整后，应根据各跨受力平衡条件，确定跨中设计弯矩，以保证各跨的受力平衡和安全。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,弯矩调幅法按下列步骤进行：,(1),按弹性方法计算连续梁的内力，并确定荷载最不利布置下的结构控制截面的弯矩最大值M,e,；,(2),采用调幅系数降低各支座截,面弯矩，即设计值按下式计算：,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,弯矩调幅法按下列步骤进行：,（,4,）调幅后，支座和跨中截面的弯矩值均应不小于简支梁最大弯矩值M,0,的1/3；,（,5,）各控制截面的剪力设计值按荷载最不利布置和调幅后的支座弯矩由静力平衡条件计算确定。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,应用弯矩调幅法在设计时应遵守下列原则：,（,1,）对于钢筋混凝土梁支座或节点边缘截面的负弯矩调幅系数不宜大于25%；钢筋混凝土板的负弯矩调幅系数不宜大于20%。控制调幅系数是为了避免塑性铰的塑性转角需求过大，并使得正常使用阶段的裂缝宽度不致过大。,（,2,）为保证塑性铰具有足够的转动能力，弯矩调幅后的梁端截面相对受压区高度应满足0.35且0.1；受力钢筋宜采用HRB400级和HRB500级热扎钢筋，也可采用HPB300级热扎钢筋；混凝土强度等级宜采用C25C45。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（,3,）为避免梁因受剪破坏影响塑性内,力重分布，应在可能出现塑性铰的区段将计,算所需的箍筋面积增大20%。,为了避免斜拉破坏，配置的受剪箍筋配筋率的下限值应满足下式要求：,图2-14 受剪箍筋增大区段示意图,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（,2,）用调幅法计算等跨连续梁、板,对承受均布荷载和间距相同、大小相等的集中荷载的连续梁、板，控制截面内力可直接按下列公式计算。,等跨连续梁各跨跨中及支座截面的弯矩设计值,承受均布荷载时,承受集中荷载时,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2,）等跨连续梁剪力设计值,承受均布荷载时,承受集中荷载时,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,均布荷载作用下，当q/g0.3时，对于端支座梁搁置在墙上的五跨连续梁，表2-3和表2-5中的,m,和,v,值如图2-16所示。,图2-16 搁置在墙上的板和次梁考虑塑性内力重分布的弯矩、剪力系数,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,3）承受均布荷载的等跨连续单向板，各跨跨中及支座截面的弯矩设计值M可按下式计算：,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,3,）塑性内力重分布方法的适用范围,考虑塑性内力重分布的设计与弹性理论计算结果相比，可节省材料，方便施工。但在正常使用阶段的变形较大，应力水平较高，裂缝宽度较大。因此对下列情况不能采用，而应按弹性理论进行设计：,（,1,）直接承受动力荷载的构件；,（,2,）要求不出现裂缝或处于三,a,、三,b,类环境情况下的结构；,（,3,）重要结构构件，如主梁。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.2.5,单向板肋梁楼盖的截面设计与构造,1.,单向板的截面设计与构造,（,1,）板的设计要点,板厚,:,满足刚度和裂缝要求、经济和施工条件。,板的配筋率一般为,0.3%0.8%,。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,板带形成的破坏机构是：支座截面在负弯矩作用下上部开裂，跨内则由于正弯矩的作用在下部开裂，这就使支座和跨内实际中和轴连线成为拱形。,图2-20 板的内拱作用,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,弯矩折减：,现浇板在砌体上的支承长度不宜小于,120mm,。,不必进行斜截面受剪承载力计算。,图2-21 弯矩折减系数,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（2）板中受力钢筋,板中钢筋：承受正弯矩的正筋和承受负弯矩的支座负筋。,设计内容包括：选择受力纵筋的直径、间距、明确配筋方式并确定弯起钢筋的数量，以及钢筋的弯起和截断位置。,钢筋直径：常用直径为6mm、8mm、10mm、12mm。,钢筋间距：钢筋间距不宜小于70mm；当板厚h150mm时，不宜大于200mm；当板厚h150mm时，不宜大于1.5h，且不宜大于250mm。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,配筋方式：弯起式和分离式,图2-22 连续单向板受力钢筋的配筋方式,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,钢筋的弯起：跨中正弯矩钢筋可在距支座边ln/6处部分弯起，但至少要有1/2跨中正弯矩钢筋伸入支座，且间距不应大于400mm。弯起角度一般为30，当板厚h120 mm时，可采用45。,钢筋的截断：当跨中正弯矩钢筋部分截断时，截断位置可取在距支座边,l,n,/10处；支座负弯矩钢筋可在距支座边不小于a的距离处截断，a的取值为：,当q/g,3,时 a=,l,n,/4,当q/g,3,时 a=,l,n,/,3,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（,3,）板中构造钢筋,图2-23 梁边、墙边和板角处的构造钢筋,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2),在单向板非受力边（长跨方向支座）处，为了承担实际存在的负弯矩，应沿非受力边配置上部构造钢筋，其直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，并应符合下列规定：,与混凝土梁、混凝土墙整体浇筑单向板的非受力方向，钢筋的截面面积不宜小于受力方向跨中板底钢筋截面面积的1/3；,钢筋从混凝土梁边、柱边、墙边伸入板内的长度不宜小于,l,0,/4；,在楼板角部，宜沿两个方向正交、斜向平行或放射状布置；,当柱角或墙的阳角凸出到板内且尺寸较大时，构造钢筋伸入板内的长度应从柱边或墙边算起。,应按受拉钢筋锚固在梁内、墙内或柱内。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,3)当按单向板设计时，应在垂直于受力的方向布置分布钢筋，单位宽度上的配筋不宜小于单位宽度上的受力钢筋的15%，且配筋率不宜小于0.15%；分布钢筋直径不宜小于6mm，间距不宜大于250mm；当集中荷载较大时，分布钢筋的配筋面积尚应增加，且间距不宜大于200mm。分布钢筋应均匀布置于受力钢筋的内侧，且在受力钢筋的转折处也都应布置分布钢筋。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,4)由于混凝土收缩和温度变化会在现浇楼板内引起约束拉应力，可能使现浇板产生温度收缩裂缝。为了减少这种裂缝，在温度、收缩应力较大的现浇板区域，应在板的表面双向配置防裂构造钢筋。配筋率均不宜小于0.10，间距不宜大于200mm。防裂构造钢筋可利用原有钢筋贯通布置，也可另行设置钢筋并与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,2.次梁的截面设计和构造,（1）设计要点,1）次梁两侧板跨上的荷载各有一半传给次梁。次梁通常可按塑性内力重分布方法计算内力。,2）当次梁与板整体连接时，板可作为次梁的上翼缘，在跨内正弯矩区段，板位于受压区，故应按T形截面计算受力钢筋的面积；在支座附近的负弯矩区段，板处于受拉区，应按矩形截面计算受力钢筋的面积。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（2）配筋构造,梁中受力钢筋的弯起和截断，原则上应按弯矩包络图确定。,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,3.,主梁的截面设计和构造,（,1,）设计要点,1,）主梁是重要构件，通常按弹性理论方法计算内力，不考虑塑性内力重分布。,2,）与次梁相同，主梁跨内截面按,T,形截面计算受力钢筋的面积，支座截面按矩形截面计算受力钢筋的面积。,3,）在主梁支座处截面：,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,（,2,）配筋构造,1,）主梁受力钢筋的弯起和截断，原则上应按弯矩包络图确定。,2,）在次梁和主梁相交处：,2,混凝土楼板结构,2.2,现浇单向板肋梁楼盖设计,附加横向钢筋应布置在长度为s=2h,1,+3b的范围内。附加横向钢筋所需的总截面面积应按下式计算,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,由双向板和梁组成的现浇楼盖即双向板肋梁楼盖。,双向板的内力计算方法：弹性理论计算方法和塑性理论计算方法。,2.3.1,双向板按弹性理论计算,1,单跨（单区格）双向板的计算,6,种支承情况：,四边简支；三边简支，一边固定；两对边简支，两对边固定；两邻边简支，两邻边固定；三边固定，一边简支；四边固定。,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,计算板的弯矩时，只需根据实际支承情况和短跨与长跨的比值，从附表,2,中直接查出相应的弯矩系数，按下式计算：,当,0,时,m=,表中弯矩系数,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,2.,多跨连续（多区格）双向板的计算,多跨连续双向板按弹性理论的精确计算相当复杂。在工程设计中多采用实用计算方法。实用计算方法的基本思路是设法将多跨连续板等效为单跨板，然后利用上述单跨板的计算方法进行计算。此法假定支承梁不产生竖向位移且不受扭；同时还规定双向板肋梁楼盖各区格沿同一方向相邻最小跨度与最大跨度之比不小于,0.75,，以免产生较大误差。,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,（,1,）跨中最大正弯矩,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,（,2,）支座最大负弯矩,支座最大负弯矩可近似按所有区格均满布活荷载，即（,g+q,）的情况计算。,内部支承按固定考虑，外部支承的边支座按实际情况考虑，然后按单区格双向板计算各支座的负弯矩。,当相邻区格板在同一支座上分别求出的负弯矩不相等时，可偏于安全地取较大值。,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,2.3.2,双向板按塑性理论计算,1.,双向板的破坏特点,图2-37 均布荷载作用下双向板的裂缝分布,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,2.,塑性铰线的确定,影响塑性铰线位置的因素：如板的平面形状、周边支承条件、荷载类型、纵横方向跨中及支座截面配筋情况等。,确定塑性铰线的位置可根据下述规律判别：,（,1,）塑性铰发生在弯矩最大的地方，整个板由塑性铰线划分成若干个板块。,（,2,）均布荷载作用下，塑性铰线是直线，因为它是两块板的交线。,（,3,）当板块产生竖向位移时，板块必绕一旋转轴产生转动。,（,4,）固定支座支承边必产生负塑性铰线。,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,（,5,）两相邻板块的塑性铰线必经过该两块板旋转轴的交点；板支承在柱上时，转动轴必定通过柱支承点。,（,6,）集中荷载作用下形成塑性铰线由荷载作用点呈放射状向外。,图2-38 板的破坏机构,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,图2-39 三边固定一边自由双向板的两种不同破坏机构,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,3.,按极限平衡法计算,极限平衡法是塑性理论的上限解法。,（,1,）内力计算,基本假定：,板被塑性铰线分成若干板块，形成可变体系；,两个方向配筋合理时，通过塑性铰线上的钢筋都能达到屈服，且塑性铰线可以在保持极限弯矩的条件下产生很大的转角变形；,板块本身的变形远小于塑性铰线的塑性变形，可视板块为刚体；,塑性铰线上的扭矩和剪力均极小，可视为零。,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,以图,2-40,（,a,）所示均布荷载作用下的典型四边固定双向板为例，讨论其塑性极限承载力的计算。,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,取板块A为脱离体，对支座边缘ab取矩,令,同理，由板块B可得,式中,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,双向板内塑性铰线上总抵抗弯矩所必须满足的平衡方程式为,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,（2）公式的应用,如已知板面均布荷载设计值和平面尺寸，要求确定板中的弯矩和配筋时，此时有六个内力未知量，而只有一个方程式，不能求解，故需先补充五个条件方程，即,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,于是，跨中和支座极限弯矩的总值可以用、和m,x,来表示：,，,，,，,在1.52.5之间变化，通常取2,对于四边简支的双向板,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,取,l,y,=2,l,x,，由m,y,/m,x,=(,l,x,/,l,y,)2=0.25得m,y,=0.25m,x,；,取,l,y,=3,l,x,，由m,y,/m,x,=(,l,x,/,l,y,)2=0.11得m,y,=0.11mx。,按塑性理论计算时，双向板与单向板的分界通常取,l,y,/,l,x,=3，而不是,l,y,/,l,x,=2（弹性）。,对于四边简支板，,，可得极限荷载的计算公式为,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,（,3,）钢筋的切断与弯起,为了合理利用钢筋，可将连续板两个方向的跨中正弯矩钢筋，在距支座边,l,x,/4,处隔一弯一（或隔一断一），弯起钢筋可以承担部分支座负弯矩，如图,2-41,所示。,图2-41 跨中钢筋的弯起位置,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,两个方向的跨中总弯矩,M,x,、,M,y,需修正为,图2-42 钢筋弯起或切断时的极限弯矩示意图,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,（,4,）多跨连续双向板的计算,图2-43 多跨连续双向板,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,l,b,、,l,如图,2-44,所示。,l,b,/,l,越小，内拱作用越大，弯矩减少的越多。,3,）楼板的角区格不应折减。,图2-44,l,b,、,l,示意图,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,（,2,）截面的有效高度,有效高度的取值：,短跨方向,h,0 x,=h,（,20,25,）（,mm,）,长跨方向,h,0y,=h,（,30,35,）（,mm,）,（,3,）配筋计算,由单位宽度的截面弯矩设计值,m,，按下式计算受拉钢筋的截面面积,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,2.,双向板的构造,（,1,）板厚,考虑到双向布置受力筋，双向板的厚度通常在,80160mm,，跨度较大且荷载较大时，板厚有的也取,200mm,以上。,（,2,）钢筋的配置,双向板的配筋方式有弯起式和分离式两种。,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,2.,双向板的构造,图2-45 中间板带与边缘板带的正弯矩钢筋配置,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,2.3.4,双向板支承梁的计算,1.,支承梁上的荷载,支承梁的内力可按弹性理论或考虑塑性内力重分布的调幅法进行计算。,图2-46 双向板支承梁承受的荷载及计算简图,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,2.,按弹性理论计算,对于等跨或近似等跨（跨度相差不超过,10%,）的连续支承梁，可根据固端弯矩相等的原则，先将支承梁上的三角形和梯形分布荷载转化为等效均布荷载，再利用均布荷载作用下等跨连续梁的表格计算支承梁的支座弯矩。,图2-47 分布荷载转化为等效均布荷载,2,混凝土楼板结构,2.3,双向板肋梁楼盖设计,按下式将三角形荷载和梯形荷载等效为均布荷载,p,e,：,三角形荷载作用时：,梯形荷载作用时：,2,混凝土楼板结构,2.4,井式楼盖设计,2.4.1,概述,井式楼盖是由双向板和交叉梁系共同组成的楼盖，交叉梁的布置方式通常为正交正放和正交斜放两种。交叉梁不分主次梁，互为支承，其高度往往相同。,图2-50 井式楼盖平面布置,2,混凝土楼板结构,2.4,井式楼盖设计,2.4.2,井式楼盖的设计要点,1.,板的设计,井式楼盖中板的设计与一般四边支承的双向板相同。,2.,交叉梁的设计,交叉梁承受本身自重和板传来的荷载。当板边长相同时，承受的都是三角形分布荷载；当板边长不同时，则一个方向的梁承受三角形分布荷载，另一个方向的梁承受梯形分布荷载。,当井式楼盖的区格数少于,55,格时，可按交叉梁进行计算。,当井式楼盖的区格数多于,55,格时，不宜忽略梁交叉点的扭矩，可近似按拟板法计算。,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2.5.1,概述,无梁楼盖不设梁，是一种双向受力的板柱结构。由于没有梁，楼板直接支承在柱上，故与相同柱网尺寸的双向板肋梁楼盖相比，其板厚要大些。,为了加强板与柱的整体连接，防止板柱连接部位受力集中，避免柱顶处平板的冲切破坏以及减少板的计算跨度，通常在柱顶设置柱帽，当柱网尺寸较小且楼面活荷载较小时，也可不设柱帽。通常柱和柱帽的截面形状为矩形，还可根据建筑要求设计成圆形。,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,无梁楼盖的周边可支承在边柱或边梁上，也可做成悬臂板。,按楼面结构形式分为平板式和双向密肋式；按有无柱帽分为无柱帽轻型无梁楼盖和有柱帽无梁楼盖；按施工方法分为现浇式无梁楼盖和装配整体式无梁楼盖；按平面布置可分为设置悬臂板和不设置悬臂板无梁楼盖。,图2-51 无梁楼盖边跨支承情况,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2.5.2,无梁楼盖的受力特点,无梁楼盖由柱网划分成若干区格，整个楼盖的受力可视为支承在柱上的交叉板带体系。,图2-52 无梁楼盖的板带划分,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,均布荷载作用下中间区格的变形,图2-53 无梁楼盖一个区格的变形示意图,f,1,柱上板带跨中的挠度；,f,2,跨中板带相对于柱上板带的跨中挠度。,区格跨中的总挠度,f,=,f,1,+,f,2,，,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,图2-54 无梁楼盖的裂缝分布,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2.5.3,无梁楼盖的内力计算,无梁楼盖按弹性理论的计算方法，有精确计算法、经验系数法和等代框架法等。精确计算法一般采用有限元分析进行。下面仅介绍工程设计中常用的经验系数法和等代框架法。,1.,经验系数法,经验系数法也称直接设计法，是在试验研究和实践经验的基础上提出的。该方法先计算两个方向的截面总弯矩，然后再将截面总弯矩分配给同一方向的柱上板带和中间板带，因此计算过程简捷方便。,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,（1）楼盖布置必须满足的条件,1）每个方向至少应有3个连续跨；,2）同一方向最大跨度与最小跨度之比不大于1.2，且两端跨的跨度不大于与其相邻的内跨；,3）所有区格均为矩形，各区格的长边与短边之比不大于1.5；,4）活荷载与恒荷载的比值不大于3；,5）结构体系中必须有承受水平荷载的抗侧力支撑或剪力墙。,应用经验系数法计算时，不考虑活荷载的不利布置，按满布均布荷载计算。,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,（2）计算步骤和方法,1）求出每个区格板x方向和y方向跨中弯矩和支座弯矩的总和，该值相当于简支受弯构件在均布荷载作用下的跨中弯矩，即,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2）经验系数的确定,对于无梁楼盖的中间区格板，在各跨均作用相同均布荷载的情况下，可假设支座转角为零，相当于固定端的情况，可取支座弯矩与跨中弯矩的比值为2:1。,跨中弯矩,支座弯矩,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,再将上述弯矩分配给柱上板带和中间板带。因柱上板带的支座截面刚度相对大得多，故对支座弯矩M,2,（），柱上板带承担75%，中间板带承担25%；跨中弯矩M,1,（+），柱上板带承担55%，中间板带承担45%。因此对内区格板有,柱上板带：,支座负弯矩,跨中正弯矩,跨中板带：,支座负弯矩,跨中正弯矩,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,对于边区格,柱上板带：,边支座负弯矩,跨中正弯矩,跨中板带：,第一内支座负弯矩,边支座负弯矩,跨中正弯矩,第一内支座负弯矩,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2.,等代框架法,等代框架法是把整个结构分别沿纵、横柱列两个方向划分，并将其视为纵向等代框架和横向等代框架来分析。,图2-57 等代框架的划分,计算假定,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,按等代框架计算时，应考虑活荷载的不利组合。但当活荷载不超过,75%,的恒荷载时，可按满布荷载法进行计算。,按框架进行内力分析得出的柱内力，可直接用于柱的截面设计。对于梁的内力还需分配给相应的板带，即将等代梁的弯矩乘以表,2-22,中的相应系数，得出柱上板带和中间板带的弯矩设计值，用以进行板带的截面设计。,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2.5.4,柱帽设计,柱帽分为,:,无顶板柱帽,折线形柱帽,有顶板柱帽,图2-58 柱帽形式及钢筋配置,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,确定柱帽尺寸及配筋时，应满足柱帽边缘处平板的抗冲切承载力的要求。当满布荷载时，无梁楼盖中的内柱柱帽边缘处的平板，可认为承受中心冲切作用。,1.,试验结果,（,1,）冲切破坏时，形成破坏锥体的锥面与平板面大致呈,45,倾角，如图,2-59,所示。,（,2,）冲切承载力与混凝土抗拉强度基本成正比，并与冲切锥体的周边长度（柱或柱帽周长）大体呈线性关系。,（,3,）配置弯起钢筋与箍筋时，可以大大提高抗冲切承载力。,图2-59 楼板受冲切破坏面,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,确定柱帽尺寸及配筋时，应满足柱帽边缘处平板的抗冲切承载力的要求。当满布荷载时，无梁楼盖中的内柱柱帽边缘处的平板，可认为承受中心冲切作用。,1.,试验结果,图2-59 楼板受冲切破坏面,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2.,冲切承载力计算,（,1,）不配置箍筋或弯起钢筋时冲切承载力计算,在局部荷载或集中反力作用下，不配置箍筋或弯起钢筋的混凝土板，受冲切承载力按下式计算：,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,图2-60 板受冲切承载力计算,1-,冲切破坏锥体的斜截面；,2-,计算截面；,3-,计算面积的周边；,4-,冲切破坏锥体的底面线,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,（,2,）配置箍筋或弯起钢筋时冲切承载力计算,在局部荷载或集中反力作用下，当受冲切承载力不满要求且板厚受到限制时，可配置箍筋或弯起钢筋。此时受冲切截面应符合下列条件：,当配置箍筋时，受冲切承载力按下式计算：,当配置弯起钢筋时，受冲切承载力按下式计算：,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,3.,构造要求,图2-61 板中抗冲切钢筋布置,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,2.5.5,无梁楼盖的截面设计与构造,1.,截面的弯矩设计值,乘以折减系数,0.8,。,2.,板厚及板截面有效高度,板厚：除了满足承载力的要求外，还需要满足刚度方面的要求，以控制板的挠度。,板的截面有效高度取值与双向板类似。,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,3.,板的配筋,在整个无梁楼盖中,板的配筋可以划分为三,种区域。,A,区：,C,区：,B,区：,图2-62 无梁楼盖板的分区,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,按柱上板带和中间板带的弯矩算出钢筋后，即可进行配筋。配筋一般采用一端弯起式，钢筋弯起点和切断点的位置，必须满足下图的构造要求。,2,混凝土楼板结构,2.5,无梁楼盖,4.,圈梁,无梁楼盖的周边应设置圈梁，其截面高度不小于板厚的,2.5,倍，与板形成倒,L,形截面。圈梁除与半个柱上板带一起承受弯矩外，还须承受未计及的扭矩，所以应按弯扭构件进行设计计算，并配置必要的抗扭钢筋。,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,2.6.1,概述,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,2.6.2,现浇板式楼梯的计算与构造,板式楼梯由梯段板、平台板和平台梁组成。,一般适用于梯段水平投影在,3m,以内的楼梯。,斜板较厚：约为梯段水平长度的,1/301/25,。,当荷载较大且水平投影大于,3m,时，采用梁式楼梯较为经济。,板式楼梯的计算内容包括梯段板、平台板和平台梁。,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,1.,梯段板,计算梯段斜板的内力时，取,1m,宽板带或整个斜板作为计算单元。梯段斜板可简化为两端支承在平台梁上的简支斜板，简支斜板再转化为水平板，按简支梁计算。,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,线荷载,g,与线荷载,g,的换算关系为,简支斜板在竖向均布荷载作用下的跨中弯矩为,斜板与平台梁整浇时,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,斜板的厚度一般取,l,n,/25,l,n,/30,，常用厚度为,100 120mm,。为避免斜板在支座处产生裂缝，应在板上面配置一定数量的钢筋，一般取为,8200,，离支座边缘距离为,l,n,/4,。斜板内分布钢筋可采用,6,或,8,，放置在受力钢筋的内侧，每级踏步不少于一根。,和一般板的计算一样，梯段斜板可以不考虑剪力和轴力。,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,图2-67 板式楼梯梯段斜板配筋,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,2,平台板,平台板一般设计成单向板，可取,1m,宽板带进行计算。,当平台板两边都与梁整浇时，板跨中弯矩为,当平台板的一端与平台梁整体连接，另一端支承在砖墙上时，板跨中弯矩为,M,max,=,（,g+q,）,l,0,2,/10,M,max,=,（,g+q,）,l,0,2,/8,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,图2-68 平台板配筋,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,3.,平台梁,平台梁两端支承在楼梯间的承重墙上（框架结构时支承在柱上），承受平台板和斜板传来的均布荷载和平台梁自重，按简支的倒,L,形梁计算，其他构造要求与一般梁相同。,4,折线形板的计算和配筋要求,折板的计算内力与一般斜板（梁）相同。,图2-69折线形板的计算简图,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,图2-70 折线形板在折角处的配筋,2,混凝土楼板结构,2.6,楼梯,2.6.3,现浇梁式楼梯的计算与构造,梁