钢筋混凝土肋形结构计算.ppt

,第9章 钢筋混凝土肋形结构,1,2,1.了解梁板结构的设计计算内容和基本构造要求;,2.理解塑性铰的概念和结构内力重分布设计方法;,4.了解整体式双向板肋梁楼盖的设计方法;,3.掌握整体式单向板肋梁楼盖的设计方法及适用条件;,学 习 目 标,肋形结构是由板和支承板的梁等钢筋混凝土受弯构件所组成的板梁结构。 广泛用于房屋建筑中的楼盖、屋盖以及阳台、遂洞进水口上的工作平台、闸坝上交通平台、闸门、扶壁式挡土墙、基础、水池顶板等部位。,第9章 钢筋混凝土肋形结构,3,4,竖 向 荷 载 荷 载 传 递,肋形结构竖向荷载的传递：,5,现浇整体式,混凝土全部现场浇筑 刚度大，整体性好，抗震性好，防水性好 模板用量大、现场作业量大、工期长,6,装 配 式,梁板构件事先预制，现场拼装 施工进度快，省工省材，符合工业化要求 刚度和整体性差，对抗震不利,7,现浇整体式,装 配 式,装配整体式,混凝土全部现场浇筑 刚度大，整体性好，抗震性好，防水性好 模板用量大、现场作业量大、工期长,梁板构件事先预制，现场拼装 施工进度快，省工省材，符合工业化要求 刚度和整体性差，对抗震不利,将预制梁板吊装后，通过整结措施构成整体 介于整体式和装配式间 刚度、整体性和抗震性能比装配式稍好。,8,肋形结构的分类,荷载如何传递到板四周梁？,板,主要传力方向： 短边方向 or 长边方向？,10,11,在长、短跨分别取单位宽度板带，由变形协调可求出各自承担的荷载比例。,现浇肋形结构,现浇单向板肋形结构,现浇双向板肋形结构,板,单向板,双向板,当l2/l13时，荷载沿短跨方向传递。,当l2/l12时，荷载沿短、长跨向传递。,当2l2/l13时，可按单向板设计，但应适当增加长跨方向的分布钢筋。,注意单、双向板钢筋布置时的差异,对于四边支承简支板：,根据板传力方式不同：,12,13,9.2 现浇单向板肋形结构,设 计 步 骤,选定材料、结构布置,确定梁、板计算简图,梁、板内力分析计算,配筋计算,绘制施工图,14,选定材料、结构布置,结构布置：柱网布置、梁格布置、板厚及梁截面尺寸确定。,柱网布置：柱网尺寸不能过大，也不能过小。 梁格布置：主梁横向布置、主梁纵向布置、无主梁。 板梁截面尺寸：常按构造要求确定。,满足建筑要求、力求简单、受力合理、节约材料、降低造价、方便施工,15,1、布置原则 简单、规则、统一（等跨、对称） 2 、梁板布置 板跨为次梁间距 次梁跨度为主梁间距 主梁跨度为柱间距 梁布得稀：省模板，省工，板跨大，板厚增加，多用砼，自重增大。 梁布得密：板跨减少，板厚减薄，自重减轻，但费模板和费工。 板面积大，板较薄时，材料省，造价低。 避免集中荷载直接作用在板上。,1.72.5m,46m,58m,16,3、梁板尺寸 主梁：h=(1/151/10)l0 次梁：h=(1/181/12)l0 b/h=1/21/3 板厚为60120mm。 水电站厂房发电机层的楼板，板厚常用120200mm 4、材料强度 砼强度等级：C20C40。 板中钢筋，梁中箍筋、构造钢筋（架立筋、腰筋）：级； 梁中受力钢筋：级 or 级,17,确定梁、板计算简图,分解为板、次梁、主梁几类构件单独计算,？,18,分解为板、次梁、主梁几类构件单独计算,均简化为多跨连续梁,19,确定梁、板计算简图,支座,跨度,跨数,荷载,假定支座无竖向位移 假定支座为铰支座，引起的误差在内力计算时调整,跨数小于5跨时，按实际跨数 等跨连续梁跨数多于5跨时，按5跨连续梁计算,取计算跨度计算,分解为板、次梁、主梁几类构件单独计算,荷载分恒荷载和活荷载两类，取设计值 为弥补支座假定为铰支座引起的误差，取用折算荷载。,20,确定梁、板计算简图,计算跨数,计算跨度（弹性方法）,弯矩 取支座中心线间的距离lc 支座宽度b较大时 板 ：b0.1lc，l01.1ln 梁：b0.05lc，l01.05 ln ln 净跨度。 剪力 计算跨度l0ln,22,计算跨度（塑性方法）,弯矩 板 两端整浇：l0ln 两端简支：l0ln+h 且l0lc 一端整浇、一端简支：l0ln+h /2 且l0ln+a/2 梁 两端整浇：l0ln 两端简支：l01.05ln且l0lc 一端整浇、一端简支：l01.025ln 且l0ln+a/2 剪力 计算跨度l0ln,23,折算荷载,采用增大恒荷载和减小活荷载的方法弥补铰支座假定引起的误差。,折算荷载 板 g=g+q/2 q=q/2 次梁 g=g+q/4 q=3q/4 主梁 不调整,当板或梁搁置在砌体或钢结构上时不作调整。,24,内力分析方法,按弹性理论方法,按塑性理论方法,内力分析目的,求得控制截面的Mmax，-Mmax，Vmax，为计算配筋做准备。,梁、板内力分析计算,：假定梁、板为理想弹性体系,：考虑梁、板砼材料的塑性特点， 考虑塑性内力重分布,25,活荷载的最不利布置,按弹性理论方法,26,该跨布活载，再隔跨布活载。,该跨不布活载，邻跨布置，再隔跨布活载。,该支座相邻两跨布活载，再隔跨布活载。,该支座相邻两跨布活载，再隔跨布活载（同上）。,活荷载的最不利布置,按弹性理论方法,某跨跨内最大正弯矩,某跨跨内最大负弯矩,某支座最大负弯矩,某支座最大剪力,可得：M1max、M3max、M5max；M2min、M4min、VAmax、VFmax。,可得：M2max、M4max、M1min；M3min、M5min。,27,该跨布活载，再隔跨布活载。,该跨不布活载，邻跨布置，再隔跨布活载。,该支座相邻两跨布活载，再隔跨布活载。,该支座相邻两跨布活载，再隔跨布活载（同上）。,活荷载的最不利布置,按弹性理论方法,某跨跨内最大正弯矩,某跨跨内最大负弯矩,某支座最大负弯矩,某支座最大剪力,可得：MBmax、VB左max、VB右max。,可得：MCmax、VC左max、VC右max。,28,内力计算,按结构力学方法求相应弯矩、剪力。 为减轻计算工作量，已将等跨连续梁、板在各种不同荷载作用下的内力计算简化为查表（附录6 等截面连续梁在常用荷载下的内力系数表）进行。,均布荷载下：,集中荷载下：,按弹性理论方法,29,求得支座或跨内弯矩、剪力极值后，即可进行截面设计。 欲要钢筋弯起、截断，则还需了解各截面可能产生的弯矩、剪力极值。 欲求各截面可能产生的内力极值，需画结构的内力包络图。 内力包络图代表连续梁各截面可能出现的最大（最小）内力。,内力包络图,按弹性理论方法,30,将每一种最不利位置的活载与恒载共同作用下产生的弯矩（或剪力），用同一比例画在同一基线上，取其外包线即为弯矩（或剪力）包络图。,对于梁板结构，只有弯矩和剪力包络图。,内力包络图,按弹性理论方法,31,按弹性理论方法,内力包络图,32,按弹性理论方法,内力包络图,33,连续板或梁与支座整浇，危险截面在支座边缘。,Mc：支座中心线处截面的弯矩和剪力； V0：按简支梁计算的支座剪力 b：支座宽度,按弹性理论方法,弯矩、剪力设计值,支座边缘处：,34,按弹性理论方法,连续板、梁的弯矩计算值,35,按塑性理论方法,按弹性理论计算方法将混凝土视为弹性体，认为结构的荷载与内力、变形为线性关系。,但实际混凝土是一种弹塑性材料，且易受拉开裂，钢筋在达到屈服时也存在很大塑性变形，钢筋混凝土材料具有明显的弹塑性性质。,对静定结构，结构内力计算与材料弹、塑性无关，但由于材料出现塑性特性，使截面出现应力重分布现象。,对超静定结构，计算结构内力需用到EI等，故当钢筋混凝土材料塑性现象后，各截面的内力不再遵循弹性计算结果，称为内力重分布或塑性内力重分布。,因此，考虑塑性内力重分布的设计方法，充分考虑钢筋混凝土构件的塑性性能，是更切合实际、更合理的，能较好地符合结构的实际受力状态。 同时，考虑塑性内力重分布的方法能挖掘结构潜在的承载力，达到节省材料和改善配筋的目的，可以取得一定的经济效益。,36,M/Mu-f图,按塑性理论方法,塑性铰,塑性铰与力学中理想铰的区别：,Mcr,My,Mu,塑性铰,1、理想铰不能承受弯矩，塑性铰能承受基本不变的弯矩（MyMu）。,2、理想铰集中于一点，塑性铰分布在一定的长度区域。,3、理想铰可任意无限转动，塑性铰只能沿弯矩方向有限转动。,37,工程结构,全部未知力可由静力平衡条件确定。,除静力平衡条件外，还需按变形协调条件才能确定内力的结构。,静定结构,超静定结构,按塑性理论方法,出现塑性铰,形成几何可变体系，破坏,静定结构,塑性铰,38,出现塑性铰,减少超静定次数，尚未破坏,工程结构,全部未知力可由静力平衡条件确定。,除静力平衡条件外，还需按变形协调条件才能确定的结构。,静定结构,超静定结构,按塑性理论方法,超静定结构,出现第1个塑性铰,n次超静定结构,减少一次超静定次数，尚未破坏,出现第n个塑性铰,减少一次超静定次数，尚未破坏,出现第n+1个塑性铰,形成几何可变体系， 结构破坏,出现第i个塑性铰,塑性内力重分布,39,实际钢筋砼结构所受内力并非按弹性理论计算结果，而是比按弹性理论计算结果大，可正确估计结构的承载力及变形和裂缝。 考虑材料塑性性质分析结构内力更加合理、更符合梁板结构的实际工作状态。 考虑材料塑性性质可充分发挥结构的承载力，带来一定的经济效果。 一定范围内可以人为控制结构的弯矩分布，简化设计，简化配筋构造，方便施工。,超静定结构的内力重分布,按塑性理论方法,在塑性铰出现后的加载过程中，结构的内力经过了一个重新分布的过程，这个过程称为塑性内力重分布。,考虑塑性内力重分布的意义,40,按塑性理论方法,在弹性理论所得结果的基础上进行一定的调整（弯矩调幅法 ）。,如何考虑塑性内力重分布,弯矩调幅法,考虑钢筋混凝土结构的塑性内力重分布，把构件按弹性理论得出弯矩值和剪力值进行适当调整。,在按弹性理论分析得的内力的基础上，确定塑性铰的部位及塑性弯矩值。对连续梁、板首先出现塑性铰的位置宜设计在支座截面。 对弯矩绝对值较大的截面弯矩（支座弯矩）进行调整，然后按调整后的内力进行截面设计。 调幅系数 调整后，按静力平衡条件求得其他截面内力。,42,1、为保证塑性铰具有足够的转动能力，必须限制截面配筋率，相对受压区高度应满足0.100.35，同时宜采用塑性较好的HPB235、HRB335级和HRB400级钢筋。 2、弯矩调幅系数不宜超过0.25。 3、调幅后的支座弯矩平均值与跨中弯矩之和，不应小于按简支梁计算的跨中最大弯矩M0的1.02倍。支座和跨中截面的弯矩值均应不小于M0的1/3。 4、应保证结构在实现弯矩调幅所要求的内力重分布之前不发生剪切破坏。,弯矩调幅法的原则,弯矩调幅法的原则,按塑性理论方法,44,直接承受动力和重复荷载的结构。 在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有严格限制的结构 处于侵蚀环境中的结构。 预应力结构和二次受力叠合结构。 要求有较高安全储备的结构。,不宜考虑内力重分布的情况,按塑性理论方法,45,按塑性理论方法,（1）等跨连续梁 承受均布荷载时M=mb(g+q)l02 V=vb(g+q)ln 承受集中荷载时M=mb(G+Q)l0 V= vbn(G+Q),调整后的内力计算,mb：考虑塑性内力重分布时的弯矩计算系数，见表9-3。,vb：考虑塑性内力重分布时的剪力计算系数，见表9-4。,：集中荷载修正系数，见表9-5。,n：跨内集中荷载个数。,（2）等跨连续板 承受均布荷载M=mp(g+q)l02,mp：考虑塑性内力重分布时的弯矩计算系数，见表9-2。,46,适用条件？ 不等跨？ 处理原则？,板 的 配 筋,配筋计算,根据计算得的内力，按照钢筋混凝土基本理论中的方法进行配筋计算。,对于跨内正弯矩，钢筋应配置在板底（板底正筋） 对于支座负弯矩，钢筋应配置在板顶（板面负筋）,单向板，算得的钢筋应沿着板的短跨方向布置。,板受力钢筋的配筋方式有弯起式和分离式两种。,板不直接承受集中荷载作用，一般不进行斜截面受剪承载力计算。,48,弯 起 式,分离 式,一端弯起,两端弯起,板 的 配 筋,配筋计算,49,跨中和支座钢筋分别配，全部采用直钢筋。 跨中直筋可连续几跨不切断，也可每跨都断开。 qg3，aln4；qg3，aln3。 板较薄，负弯矩受力筋端部可做直角弯钩，抵至板底。,分 离 式,板 的 配 筋,配筋计算,50,板 的 配 筋,构造钢筋,配筋计算,51,8,8,8,250,8,连 续 梁 的 配 筋,跨中正弯矩，应按T形截面设计；支座负弯矩，应按矩形梁计算。,钢筋的弯起和切断原则上应按弯矩和剪力包络图确定，画抵抗弯矩图校核，确定支座顶面纵筋的切断位置。,伸入支座内的跨中纵筋不少于2根 。,先配各跨中纵筋，部分可根据斜截面承载力弯起后伸入支座，承担支座负弯矩，不满足支座正截面承载力需要时，另加直筋。,配筋计算,若箍筋和弯起筋不满足斜截面承载力时，另加斜筋或鸭筋。,52,As/4,As/4,As/4,连 续 梁 的 配 筋,配筋计算,主梁、次梁相交处，主梁承受次梁传来的集中荷载，须设附加横向钢筋（箍筋或吊筋）承担集中荷载。,附加箍筋和吊筋,附加箍筋或吊筋的布置范围：s=2h1+3b,54,Asv：附加横向钢筋的总截面面积； K：承载力安全系数 F：次梁传给主梁的集中荷载设计值； fyv：附件横向钢筋的抗拉强度设计值； ：吊筋与梁轴线的夹角； m：附加箍筋的排数； n：同一截面内附加箍筋的肢数。,配筋计算,连 续 梁 的 配 筋,55,9.3 现浇双向板肋梁楼盖,一、双向板的受力特点,双向板,当l02/l012时，板在荷载作用下，纵、横两个方向的弯曲都不能忽略的板,双向板的受力和变形比较复杂，实际工程中常用实用的简化方法。,整体式双向板中的四边支承板，板的荷载由短边和长边两个方向共同承受，各板带分得的荷载值与l02/l01有关。,l02/l01值较接近时，两个方向承担的弯矩较接近；随l02/l01值增大，短向板带弯矩值逐渐增大，长向板带弯矩值逐渐减小。,实际上相邻板带之间不是独立的，而是存在约束，存在扭转作用。,56,四边简支正方形或矩形双向板在均布荷载作用下：,双向板变形图,二、双向板试验结果,裂缝出现前，板基本处于弹性工作阶段，短跨方向的最大正弯矩出现在中点，长跨方向的最大正弯矩偏离跨中截面。,板的竖向位移呈碟形，四角有翘起的趋势，板传给支座的压力不沿边长均匀分布，中部大，两边小。,57,接近破坏时，因支座处负弯矩作用，板顶四角出现与对角线大致垂直的圆弧形裂缝。,荷载增加，在跨中正弯矩作用下，第一批裂缝出现在板底中间且平行于长边方向，伸向板角处裂缝与板边大致呈45角。,最后，跨中及对角线方向受力筋屈服，混凝土达到抗压强度，板破坏。,58,按理论分析，钢筋应垂直于裂缝的方向配置。 试验表明钢筋布置方向对破坏荷载无显著影响。 平行于板边配筋，施工方便，因此钢筋平行于板边布置。 分别算出两个方向的弯矩，分别进行配筋。 配筋率相同，采用较细的钢筋有利； 钢筋数量相同，板中间钢筋排列较密比均布有利。,三、双向板配筋方案,59,弹性计算方法根据薄板小挠度理论假定进行。 工程设计根据板的荷载及支承情况利用表格（附录10）计算。,四、按弹性方法计算双向板内力,均载下单块矩形双向板：,单块板,60,多跨连续双向板,跨中最大弯矩,思路：简化为单块板。,棋盘式布置活荷载,荷载布置方式：,支 座 简 化：,将荷载布置简化为满布的g和一上一下作用的q的叠加。,g =g+q2，g作用下中间支座