钢筋混凝土结构设计.ppt
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1、教学情境一:钢筋混凝土结构教学情境一:钢筋混凝土结构设计设计任任务1受弯构件承受弯构件承载力力计算算任任务2纵向受力构件向受力构件计算算任任务3钢筋混凝土楼盖筋混凝土楼盖设计任任务4钢筋混凝土多筋混凝土多层及高及高层房屋房屋任任务5钢筋混凝土筋混凝土结构施工构施工图识读教学情境一:钢筋混凝土结构设计教学情境一:钢筋混凝土结构设计任务任务1钢筋混凝土受弯钢筋混凝土受弯构件计算构件计算1建筑结构计算基本原则建筑结构计算基本原则本章提要本章提要本章讲述了建筑结构承受的各种作用,包括直接作用和间接作本章讲述了建筑结构承受的各种作用,包括直接作用和间接作用。主要讲述了用。主要讲述了建筑结构荷载规范建筑结
2、构荷载规范(GB500092001)中的各种荷)中的各种荷载。讨论了荷载的分类,荷载代表值,各类荷载标准值的确定。载。讨论了荷载的分类,荷载代表值,各类荷载标准值的确定。本本 章章 内内 容容 1.1荷载的分类代表值荷载的分类代表值1.2建筑结构概率极限设计法建筑结构概率极限设计法在结构使用期间,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。等。在结构使用期间,其值随时间变化在结构使用期间,其值随时间变化,或其变化与平均值相比不可
3、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。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其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。a.a.永久荷载永久荷载b.b.可变荷载可变荷载c.c.偶然荷载偶然荷载按时间变异分类按时间变异分类1.1.11.1.11.1.11.1.1、荷载分类及荷载代表值、荷载分类及荷载代表值、荷载分类及荷载代表值、荷载分类及
4、荷载代表值1.1.2荷载代表值荷载代表值荷载的代表值荷载的代表值 结构计算时,需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。结构计算时,需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。u对永久荷载应采用标准值对永久荷载应采用标准值(K)作为代表值。作为代表值。u对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。作为代表值。u对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。1.1.荷载标准值荷载标准值荷载标准值荷载标准值:是荷载的基本代表值,指结构在使用期间可能出现的最大是荷载的基本代表
5、值,指结构在使用期间可能出现的最大荷载值。荷载值。GK(1):永久荷载标准值永久荷载标准值:主要包括构件的自重、构造层的自重等。常见材料主要包括构件的自重、构造层的自重等。常见材料构件的单位自重见构件的单位自重见荷载规范荷载规范:钢筋混凝土钢筋混凝土:25KN/m3 水泥砂浆水泥砂浆20KN/m3 混合砂浆混合砂浆17KN/m3 普通砖普通砖19KN/m3。民用建筑楼面活荷载是指作用在楼面上的人员、家具、设备等荷民用建筑楼面活荷载是指作用在楼面上的人员、家具、设备等荷载。屋面上的活荷载因载。屋面上的活荷载因“上人上人”和和“不上人不上人”而不同。而不同。楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值
6、和准永久值系数楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数见见表表1.1.。设计墙、柱及基础时应对各层楼面的楼面活荷载标准值进行折减。设计墙、柱及基础时应对各层楼面的楼面活荷载标准值进行折减。楼面活荷载折减系数见楼面活荷载折减系数见表表1.2、表表1.3(2)可变荷载标准值可变荷载标准值表表1.4屋面均布活荷载屋面均布活荷载项次类别标准值(kN/m2)组合值系数c频遇值系数f准永久值系数q1不上人的屋面 0.50.70.502上人的屋面 2.00.70.50.43屋顶花园 3.00.70.60.52.可可变荷荷载准永久准永久值v在设计基准期内,其超越的总时间约为设计基准值一半(可以在
7、设计基准期内,其超越的总时间约为设计基准值一半(可以理解为总持续时间不低于理解为总持续时间不低于25年)的荷载值,也就是经常作用于年)的荷载值,也就是经常作用于结构上的可变荷载。结构上的可变荷载。v其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数:表表1.2楼面活荷载折减系数楼面活荷载折减系数3.可可变荷荷载组合合值v当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时,考虑到荷载当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时,考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小,因此除主导荷载(产生最大同时达到最大值的可能性较小,因此除主导荷载(产生最大荷载效应的荷载)仍以其标准值
8、为代表值外,荷载效应的荷载)仍以其标准值为代表值外,对其它伴随对其它伴随荷载,可以将它们的标准值乘以一个小于或等于荷载,可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组的荷载组合系数作为代表值,称为可变荷载组合值,即合系数作为代表值,称为可变荷载组合值,即4.可可变荷荷载频遇遇值v在设计基准期内,其超越的总时间为规定的较小比率在设计基准期内,其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载,但总是小于荷载的标准时而或多次出现的较大荷载,但总是小于荷载的标准值。值。v其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载
9、频遇值系数:其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数:1.2建筑结构概率极限设计法建筑结构概率极限设计法(1)、结构的安全等级结构的安全等级(一级一级,二级二级,三级三级)(2)、结构设计使用年限、结构设计使用年限(25年年.50年年,100年年)(3)、结构的功能要求:结构的功能要求:在在设计基准期(设计基准期(一般一般50年年)内,满足功能要求,)内,满足功能要求,即即安全性安全性,适适用性,耐久性用性,耐久性。安全性:满足特定的与建筑物功能相适应的承载力安全性:满足特定的与建筑物功能相适应的承载力适用性:保证结构在日常使用中具有良好的的工作性能适用性:保证结构在日常使用中具有良好的的
10、工作性能.耐久性:保证结构的承载力的持续时间与环境适应度耐久性:保证结构的承载力的持续时间与环境适应度一一.极限状态极限状态1.结构的功能要求构的功能要求v结构的可靠性结构的可靠性:即结构在规定的时间内,在规定的条件即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。下,完成预定功能的能力。(结构的安全性、适用性和结构的安全性、适用性和耐久性耐久性)v可靠度:可靠度:“结构在规定的时间内,在规定的条件下,结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。”故结构可靠度是可靠性的概故结构可靠度是可靠性的概率度量率度量。2结构功能的极限状态结构功能的极限状态极限状态
11、极限状态整个结构或结构的一部分超过某一整个结构或结构的一部分超过某一 特定状态特定状态,或不或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。A、承载能力极限状态、承载能力极限状态结构或构件达到最大承载力或产生不适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。于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。B、正常使用极限状态、正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的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、振动等某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等 我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法
12、。我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。承承载力极限状力极限状态v当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了承载能力极超过了承载能力极限状态限状态1)、整个结构或结构的一部分作为刚体)、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平失去平衡衡(如(如阳台、雨阳台、雨篷的倾覆篷的倾覆););2)、结构构件或连接因超过)、结构构件或连接因超过材料强度而破坏材料强度而破坏(包括(包括疲劳破坏),疲劳破坏),或因过度变形而不适于继续承载;或因过度变形而不适于继续承载;3)、结构转变为)、结构转变为机动体系机动体系;4)、结构或结构构件)、结构或结构构件丧
13、失稳定丧失稳定(如压屈等);(如压屈等);5)、地基)、地基丧失承载能力丧失承载能力而破坏(如失稳等)而破坏(如失稳等)正常使用极限状正常使用极限状态v当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了正常使用极限状态了正常使用极限状态1)影响正常使用或外观的变形;影响正常使用或外观的变形;2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝,如影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝,如水池开裂引起渗漏)水池开裂引起渗漏)3)影响正常使用的振动;影响正常使用的振动;4)影响正常使用的其它特定状态影响正常使用的其它特定状态。作用作用(或荷载)或荷载)作用
14、效应作用效应(S)施加在结构上的集中力或分布力,称为作用施加在结构上的集中力或分布力,称为作用直接作用直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用由作用引起的结构或构件的反应由作用引起的结构或构件的反应(内力内力N、M、V、T)结构抗力(结构抗力(R R)结构或结构构件承受效应的能力结构或结构构件承受效应的能力qM 3 3结构的功能函数及有关概念结构的功能函数及有关概念结构的功能函数及有关概念结构的功能函数及有关概念1)、作用效应和结构抗力的概念作用效应和结构抗力的概念l“功能函数功能函数”:结构抗力与荷载效应之差结构抗力与荷载效应之差,Z=g(S,
15、R)=R-Sl结果分析结果分析vZ=R-S0:处于可靠状态:处于可靠状态vZ=R-S25 dC25 dC30 1.5dhC、弯起钢筋、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 承受支座负弯矩承受支座负弯矩弯起角度:弯起角度:当梁高不大于当梁高不大于800mm时,采用时,采用45当梁高大于当梁高大于800mm时,时,采用采用60B B、架立钢筋、架立钢筋作用:固定箍筋,形成钢筋骨架,作用:固定箍筋,形成钢筋骨架,直径:当跨度小于直径:当跨度小于4m时,时,不宜小于不宜小于8mm;当跨度等于当跨度等于46m时,不宜小于时,不宜小于10m
16、m;当跨度大于当跨度大于6m时,时,不小于不小于12mm。弯起钢筋放置弯起钢筋放置:s第一排第一排:实际工程中弯起钢筋的弯终点距支座边缘为:实际工程中弯起钢筋的弯终点距支座边缘为50mm第二排第二排:前一排弯起钢筋的弯起点距后一排弯起钢筋弯终点:前一排弯起钢筋的弯起点距后一排弯起钢筋弯终点的距离的距离表表3.1.4中的中的Smax。表表3.1.4梁中箍筋和弯起钢筋的最大间距梁中箍筋和弯起钢筋的最大间距 梁高h v0.7ftbho v0.7ftbho150h300 150 200300h500 200 300500800 300 400f.箍筋箍筋作用:作用:承受剪力和弯矩引起的主拉力,固定纵向
17、筋承受剪力和弯矩引起的主拉力,固定纵向筋 箍筋直径:箍筋直径:箍筋直径:箍筋直径:1/41/4纵筋纵筋纵筋纵筋d d 常用直径:常用直径:常用直径:常用直径:d=6.8.10d=6.8.10箍筋间距箍筋间距箍筋间距箍筋间距表表表表3.1.43.1.4 图图3.1.6箍筋的形式和肢数箍筋的形式和肢数(a)箍筋的形式;(箍筋的形式;(b)箍筋的肢数箍筋的肢数 箍筋的锚固箍筋的锚固箍筋的锚固箍筋的锚固:末端采用末端采用末端采用末端采用135135度弯钩度弯钩度弯钩度弯钩.直线长度直线长度直线长度直线长度 50mm50mm且且且且 5d5d箍筋的肢数箍筋的肢数:单肢、双肢和四肢单肢、双肢和四肢拉筋拉筋
18、拉筋拉筋:作用:作用:作用:作用:固定固定固定固定构造钢筋构造钢筋拉筋直径:等于箍筋直径拉筋直径:等于箍筋直径拉筋直径:等于箍筋直径拉筋直径:等于箍筋直径 .拉筋间距:拉筋间距:拉筋间距:拉筋间距:=2=2倍箍筋间距倍箍筋间距倍箍筋间距倍箍筋间距 e.e.纵向构造钢筋纵向构造钢筋(当腹板高当腹板高 450mm450mm)作用:减小梁腹部裂缝宽度作用:减小梁腹部裂缝宽度配置:在梁的两个侧面应沿高度配置构造筋,且其间距不配置:在梁的两个侧面应沿高度配置构造筋,且其间距不 宜大于宜大于200mm,直,直径一般取径一般取12、14.(3 3)混凝土保护层厚度()混凝土保护层厚度()钢筋外缘至砼表面的厚
19、度。钢筋外缘至砼表面的厚度。环境类别板、墙、壳梁柱C20C25-C45C50C20C25-C45C50C20C25-C45C50一201515302525303030二a-2020-3030-3030b-2520-3530-3530三-3025-4035-4035h0ChCCCas混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度钢筋直径钢筋直径且且表表3.1.5规定规定表表表表3.1.5:3.1.5:混凝土保护层最小厚度混凝土保护层最小厚度现浇板保护层做法现浇板保护层做法(4)(4)钢筋的弯钩、钢筋的弯钩、锚固锚固与连接与连接a)钢筋的弯钩钢筋的弯钩受拉受拉HPB235光圆钢筋末端做弯钩光圆钢筋末端做弯钩HR
20、B335、HRB400、RRB400末端不做弯钩末端不做弯钩 标准弯钩的构造标准弯钩的构造:b)钢筋的锚固钢筋的锚固、纵向受拉钢筋的基本锚固长度、纵向受拉钢筋的基本锚固长度锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数 fy:钢筋抗拉强度设计值钢筋抗拉强度设计值钢筋抗拉强度设计值钢筋抗拉强度设计值 f ft t:混凝土抗拉强度设计值混凝土抗拉强度设计值混凝土抗拉强度设计值混凝土抗拉强度设计值 d d:钢筋直径钢筋直径钢筋直径钢筋直径钢筋类型钢筋类型光面钢筋光面钢筋带肋钢筋带肋钢筋刻痕钢丝刻痕钢丝螺旋肋钢螺旋肋钢丝丝三股钢绞三股钢绞线线七股钢绞线七股钢绞线钢筋外形系数钢筋外形系数0.160.140.190
21、.130.160.17表表3.1.7 3.1.7 钢筋的最小锚固长度钢筋的最小锚固长度序序号号混凝土强度混凝土强度 等级等级 C15 C20 C25 C30钢筋直径钢筋直径25252525252525251钢钢筋筋直直径径HPB235 37d 26d 31d 22d 27d 19d 24d 17d2HRB335 -38d27d42d30d33d23d37d26d30d21d32d23d3HRB400RRB400 -46d32d51d/36d40d28d44d31d36d25d39d27d u钢筋的实际锚固长度按下列规定进行钢筋的实际锚固长度按下列规定进行修正修正,基本锚固长度乘以一定,基本锚固
22、长度乘以一定修正系数修正系数。(1)对)对HRB335、HRB400、RRB400级钢筋,直径级钢筋,直径大于大于25mm时乘以时乘以系数系数0.8(2)对)对HRB335、HRB400、RRB400级的外包环级的外包环氧树脂氧树脂的钢筋乘以的钢筋乘以系数系数1.25(3)施工中受到扰动的钢筋乘以系数)施工中受到扰动的钢筋乘以系数1.1(4)受拉钢筋末端采用)受拉钢筋末端采用机器锚固机器锚固措施时乘以系数措施时乘以系数0.7、受压受压钢筋的锚固长度钢筋的锚固长度 其锚固长度不应小于其锚固长度不应小于受拉受拉钢筋钢筋的锚固长度的的锚固长度的0.7倍。倍。图图4.50 纵向受力钢筋的机器锚固措施纵
23、向受力钢筋的机器锚固措施u 纵向受力钢筋的连接纵向受力钢筋的连接连接方法:绑扎搭接、机械连接或焊接连接方法:绑扎搭接、机械连接或焊接。(1)绑扎搭接绑扎搭接 适用范围:适用范围:轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢 筋不得采用绑扎搭接接头;筋不得采用绑扎搭接接头;直径大于直径大于28mm的受拉钢筋及直径大于的受拉钢筋及直径大于 32mm的受压钢筋不宜绑扎搭接接头。的受压钢筋不宜绑扎搭接接头。受拉搭接长度(但不小于受拉搭接长度(但不小于300mm):Ll=la同一搭接范围内搭接钢筋面积百分同一搭接范围内搭接钢筋面积百分率率25%50%100%1.21.41.6
24、同一连接区段内的钢筋搭接接头百分率,对于梁类和墙类内构同一连接区段内的钢筋搭接接头百分率,对于梁类和墙类内构件不宜大于件不宜大于25%,柱类不应大于,柱类不应大于50%。受压钢筋搭接长度不应少于受压钢筋搭接长度不应少于0.7Ll,且不小于,且不小于200mm纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按表纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按表3.1.8采用采用图图3.1.15钢筋搭接接头的间距钢筋搭接接头的间距 规范规定规范规定:两搭接接头的中心距应不小于两搭接接头的中心距应不小于1.3搭接长度搭接长度(见图(见图3.1.15),),否则,则认为两搭接接头属于同一搭接范围否则,则认为两搭接接头属于同一搭接范围连接区
25、段连接区段(2)(2)机械连接机械连接 技术技术:锥螺连接、挤压连接等锥螺连接、挤压连接等连接区段连接区段:35d 受拉钢筋搭接接头百分率受拉钢筋搭接接头百分率:50%;受压钢筋不受限制受压钢筋不受限制(3)(3)焊接接头焊接接头焊接接头焊接接头 连接区段连接区段:35d且500mm 受拉钢筋搭接接头百分率受拉钢筋搭接接头百分率:50%;受压钢筋不受限制受压钢筋不受限制 机械连接截面破坏形式截面破坏形式:通常有正截面通常有正截面破坏和斜截面和斜截面破坏M3.2 正截面承载力计算正截面承载力计算正截面破坏正截面破坏:沿弯矩最大的截面破坏。沿弯矩最大的截面破坏。斜截面破坏斜截面破坏:沿剪力最大的截
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