混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1教案完美版

1、第一章 梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 概述*樓蓋和屋蓋是房屋結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在房屋結(jié)構(gòu)的自重和造價(jià)中占有較大比例。*樓蓋的主要功能（P1）：（1） 把樓蓋上的豎向力傳給豎向結(jié)構(gòu)（柱、墻、基礎(chǔ)等）；（2） 把水平力傳給豎向結(jié)構(gòu)或分配豎向結(jié)構(gòu)；（3） 作為豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的水平聯(lián)系和支撐。*對(duì)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求（P1）： 在豎向荷載作用下，滿足承載力和豎向剛度的要求； 在樓蓋自身水平面內(nèi)要有足夠的水平剛度和整體性； 與豎向構(gòu)件有可靠的連接，以保證豎向力和水平力的傳遞。*樓蓋的結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)（1）按結(jié)構(gòu)的受力形式分類(lèi)：?jiǎn)蜗虬謇吡簶巧w、雙向板肋梁樓蓋、井式樓蓋、密肋樓蓋、無(wú)梁樓蓋；（2）按是否施加預(yù)應(yīng)力分類(lèi)：鋼筋混

2、凝土樓蓋、預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋（包括無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋P1-2）；（3）按施工方法分類(lèi)：現(xiàn)澆式樓蓋、裝配式樓蓋、裝配整體式樓蓋（P2）。1.2 現(xiàn)澆式樓蓋1.2.1單向板肋梁樓蓋1.單向板的概念單向板-板面豎向荷載主要向一個(gè)方向傳遞，主要在一個(gè)方向受力的板。（1） 懸臂板（2） 對(duì)邊支承板（3） 四邊支承板、(兩鄰邊支承板、三邊支承板)*按彈性理論分析（P3 1.11.3式） 當(dāng)長(zhǎng)邊與短邊之比，時(shí)，荷載主要沿短邊方向傳遞，可忽略荷載沿長(zhǎng)邊方向的傳遞，按單向板（One way slabs）計(jì)算； 當(dāng)時(shí)，荷載沿長(zhǎng)邊方向的傳遞不可忽略，按雙向板（Two Way slabs）計(jì)算。*按塑性理論分析 當(dāng)

3、時(shí)，按單向板（One way slabs）計(jì)算； 當(dāng)時(shí)，按雙向板（Two Way slabs）計(jì)算。2.結(jié)構(gòu)平面布置單向板：1.82.7m；次梁：46m；主梁：58m*單向板肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)平面布置方案（1） 主梁橫向布置，次梁縱向布置（圖1.3a）；（2） 主梁縱向布置，次梁橫向布置（圖1.3b）；（3） 只布置次梁，不布置主梁（圖1.3c）。*樓蓋結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（P4）3.連續(xù)梁、板按彈性理論的計(jì)算（1）計(jì)算假定（P4-）：*假定中有四點(diǎn)與實(shí)際情況不符（在計(jì)算內(nèi)力或設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以調(diào)整）。（2）計(jì)算單元（3）計(jì)算簡(jiǎn)圖（P5）*計(jì)算跨度的取值按彈性理論計(jì)算（a） 當(dāng)邊跨端支座為固端支座時(shí)

4、，邊跨和中間跨的計(jì)算跨度均取為支座中點(diǎn)間距離（1.4、1.5式）；（b） 當(dāng)邊跨端支座為簡(jiǎn)支支座時(shí)板： 取 和 的較小值主、次梁：取和的較小值按塑性理論計(jì)算板、次梁：邊跨取 ；中間跨取 （4）折算荷載*當(dāng)板支承在次梁上、次梁支承在主梁上時(shí)，由于次梁對(duì)板、主梁對(duì)次梁的約束作用，將使支座負(fù)彎矩增大、跨中正彎矩減??；*處理方法：采用折算荷載，增大恒荷載（沿所有跨布置），減小活荷載（按最不利位置布置），以獲得增大支座負(fù)彎矩、減小跨中正彎矩的效果。*折算荷載的取值（P6）（5）活荷載的最不利布置（影響線）（6）支座彎矩及剪力的修正（P7 1.101.11）*教材上（1.10）式有誤！將“+”號(hào)改為“-”

5、號(hào)（7）內(nèi)力包絡(luò)圖（8）內(nèi)力計(jì)算（P8）*實(shí)用彎矩分配法（和結(jié)構(gòu)力學(xué)彎矩分配法基本相同，但在保證設(shè)計(jì)精度的前提下，彎矩的傳遞和分配可只進(jìn)行一次或二次）： 一次計(jì)算出所有支座截面的最大負(fù)彎矩值（同時(shí)也求出支座截面的最大剪力值）； 各跨中截面最大正彎矩及相應(yīng)的支座負(fù)彎矩分別計(jì)算。4.連續(xù)梁、板考慮（塑性）內(nèi)力重分布的計(jì)算（1）內(nèi)力重分布的概念混凝土結(jié)構(gòu)由于剛度比值改變或出現(xiàn)塑性鉸，引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力不再服從彈性理論的內(nèi)力規(guī)律的現(xiàn)象稱(chēng)為塑性?xún)?nèi)力重分布或內(nèi)力重分布。*內(nèi)力重分布與應(yīng)力重分布的區(qū)別（P9）內(nèi)力重分布的兩個(gè)階段*當(dāng)時(shí)，截面未開(kāi)裂，支座和跨中截面彎矩符合彈性?xún)?nèi)力分布規(guī)律（P9 1.13式）；(未

6、產(chǎn)生內(nèi)力重分布)*第一階段的內(nèi)力重分布由截面剛度變化引起的內(nèi)力重分布當(dāng)后，支座截面首先開(kāi)裂、剛度下降，支座截面彎矩增長(zhǎng)速率減小；跨中截面尚未開(kāi)裂，剛度相對(duì)較大，跨中截面彎矩增長(zhǎng)速率加大；當(dāng)跨截面也開(kāi)裂時(shí)，、增長(zhǎng)均較快，但仍保持平衡關(guān)系。*第二階段的內(nèi)力重分布由塑性鉸引起的內(nèi)力重分布當(dāng)支座截面彎矩增加到（進(jìn)入第階段達(dá)到，但尚未破壞）時(shí)，支座截面所承受的彎矩保持不變(基本不能增加)；跨中截面彎矩增加迅速。支座截面可看作是能夠轉(zhuǎn)動(dòng)、并能承載一定彎矩的鉸塑性鉸；當(dāng)荷載繼續(xù)增加到時(shí)，跨中截面縱筋屈服，也形成塑性鉸，使梁成為幾何可變體系不能繼續(xù)承載；破壞時(shí)跨中截面和支座截面承受的彎矩與按彈性理論計(jì)算的彎矩

7、圖有很大差別（P9 1.14式）。*完全的內(nèi)力重分布和不完全的內(nèi)力重分布（P10）內(nèi)力重分布的應(yīng)用（P10）*考慮內(nèi)力重分布的應(yīng)用（a-d）*不宜采用內(nèi)力重分布計(jì)算的情況（a-c）鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的塑性鉸的特性（a） 單向轉(zhuǎn)動(dòng)：只能彎矩作用方向轉(zhuǎn)動(dòng)；（b） 塑性鉸是一個(gè)范圍（，），有一定長(zhǎng)度；（c） 可傳遞彎矩：；（d） 轉(zhuǎn)動(dòng)能力有限，受配筋率（）的限制，小，轉(zhuǎn)動(dòng)能力大；大，轉(zhuǎn)動(dòng)能力小。（2）用調(diào)幅計(jì)算連續(xù)梁、板的內(nèi)力彎矩調(diào)幅法的原則（P11）連續(xù)梁、板承載力調(diào)幅法的計(jì)算A. 承受均布荷載的等跨連續(xù)梁（P11-12）B. 承受等間距等大小集中荷載的等跨連續(xù)梁（P12-13）5.單向板肋梁樓蓋

8、的截面設(shè)計(jì)與配筋構(gòu)造（P13-18）（1） 單向板的截面設(shè)計(jì)與配筋構(gòu)造（2） 次梁、主梁的截面設(shè)計(jì)和配筋構(gòu)造6. 單向板肋梁樓蓋設(shè)計(jì)例題（P18-23）1.2.2 雙向板肋梁樓蓋1.雙向板的受力特點(diǎn)*雙向板：長(zhǎng)邊與短邊之比，（按彈性理論計(jì)算）；或（按塑性理論分析）的板。（1）雙向板的受力特點(diǎn)（彈性薄板理論分析結(jié)果） 沿兩個(gè)方向彎矩和傳遞荷載； 板截面承受剪力、扭矩和主彎矩； 板角上翹。*雙向板配筋形式（P23-24）（2）主要試驗(yàn)結(jié)果P26 -2.按彈性理論計(jì)算雙向板（1） 單跨雙向板計(jì)算（依據(jù)彈性薄板理論計(jì)算結(jié)果，列出計(jì)算表格，供設(shè)計(jì)計(jì)算查用，P27-P30表1.11）（2） 多跨連續(xù)雙向板

9、的實(shí)用計(jì)算方法*計(jì)算假定（P30）跨中最大正彎矩（按均布活荷載棋盤(pán)式布置計(jì)算）支座最大負(fù)彎矩（按滿布均布活荷載計(jì)算）*根據(jù)不同的荷載布置選擇不同的支承條件3.雙向支承梁的設(shè)計(jì)*支承梁承受的荷載（按彈性理論或按考慮塑性?xún)?nèi)力重分布計(jì)算均采用）（1）按彈性理論計(jì)算 將支承梁上三角形或梯形分布荷載化為（支座彎矩）等效均布荷載，求出支座彎矩； 根據(jù)所求得的支座彎矩和梁的實(shí)際荷載分布（三角形或梯形），由平衡條件計(jì)算梁的跨中彎矩和支座剪力。*在求支座彎矩和跨中彎矩時(shí)，仍需考慮活荷載的最不利不置。（2）按調(diào)幅法計(jì)算（P31）*在按彈性理論求得的支座彎矩的基礎(chǔ)上，可將支座彎矩調(diào)幅20-25%，再按實(shí)際荷載分布計(jì)

10、算梁的跨中彎矩。4. 雙向板樓蓋的截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造（P31-33）（1） 截面設(shè)計(jì)（2） 雙向板的構(gòu)造5.雙向板肋梁樓蓋設(shè)計(jì)例題（P33）補(bǔ)充內(nèi)容：鋼筋混凝土梁、板的塑性極限分析1.鋼筋混凝土梁的塑性極限分析例題例1某兩端嵌固鋼筋混凝土梁mm，采用C30混凝土（=14.3Mpa、=1.0），HRB400鋼筋（=360Mpa），配筋如下圖所示（單筋截面），求跨中極限集中荷載（忽略梁自重）。解（1）求各截面極限彎矩A截面：=226mm2，=28.45mm<=127.75mmB、C截面：=308mm2，=38.77mm<=127.75mm（2）求kN例2求極限均布荷載，其余條件同例1。解設(shè)

11、最大正彎矩位于距A支座m處， 將代入上式，化簡(jiǎn)后得到：=35.83kN/m（0.042kN/m）代入表達(dá)式檢驗(yàn)后，取=35.83kN/m=1.932m*思考題若在上二例題中或已知，、或中已知其中二個(gè)，如何求第三個(gè)？2.塑性極限分析的一般方法（1）塑性絞線的特點(diǎn) 彈性最大彎矩是塑性鉸線的起點(diǎn)； 沿固定邊形成負(fù)彎矩塑性鉸線； 板的支承線為板塊轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線； 塑性鉸線通過(guò)轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)。（2）塑性極限分析的基本假定 結(jié)構(gòu)變形微小：直到結(jié)構(gòu)喪失承載力為止，結(jié)構(gòu)變形微??； 結(jié)構(gòu)塑性假定：結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性形成塑性鉸或塑性鉸線的區(qū)域是完全塑性的，沒(méi)有進(jìn)入塑性的區(qū)域是完全彈性的； 比例加載。（3）結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)的條件

12、屈服條件：結(jié)構(gòu)任一截面的彎矩不超過(guò)極限彎矩（）； 平衡條件：結(jié)構(gòu)的任一部分在內(nèi)力和外力作用下處于平衡狀態(tài)； 機(jī)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)由塑性鉸或塑性鉸線形成機(jī)構(gòu)。（4）塑性極限分析定理 上限定理：滿足平衡條件和機(jī)構(gòu)條件的荷載是結(jié)構(gòu)真實(shí)極限荷載的上限，即，稱(chēng)為可破壞荷載； 下限定理：滿足平衡條件和屈服條件的荷載是結(jié)構(gòu)真實(shí)極限荷載的下限，即，稱(chēng)為可接受荷載； 唯一定理：滿足所有三個(gè)條件的荷載是結(jié)構(gòu)真實(shí)極限荷載，即，若，則。*在實(shí)際工程中往往求出下限解的最大值，或上限解的最小值，若二者相等，則可求出真實(shí)極限荷載；*有時(shí)只能求出下限解（用靜力法），或上限解（用機(jī)動(dòng)法），取其極值可求出最接近的解答。（5）用靜力法求

13、解例2設(shè)跨中截面塑性鉸位于距A支座m處，則滿足平衡條件條屈服條件情況下跨中最大正彎矩為，求極值：1.932m=35.83kN/m（6）用機(jī)動(dòng)法求解例2=4m，=28.54kN.m，設(shè)跨中截面塑性鉸位于距A支座m處，則由破壞機(jī)構(gòu)：，外荷載虛功：內(nèi)力虛功：=由外功等于內(nèi)功：，求極值：1.932m=35.83kN/m*與靜力法結(jié)果一樣。（7）雙向板塑性極限分析要點(diǎn)正交各向異性板塑性鉸線上的極限彎矩*若，則，稱(chēng)正交各向同性板*若，則雙向板塑性極限分析要點(diǎn)（近似簡(jiǎn)化方法）a. 破壞機(jī)構(gòu)?。籦. 用虛功原理（外功=內(nèi)功）計(jì)算極限荷載或進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.2.3 無(wú)梁樓蓋1.概述（P36）2.無(wú)梁樓蓋的受力特點(diǎn)（

14、1）柱上板帶和跨中板帶柱上板帶：相當(dāng)于以柱為支承點(diǎn)的連續(xù)梁（柱的線剛度相對(duì)較小時(shí)）或與柱整體連接的框架扁梁（柱的線剛度相對(duì)較大時(shí)）；跨中板帶：相當(dāng)于彈性支承在另一方向柱上板帶上的連續(xù)梁。（2）受力過(guò)程和破壞特點(diǎn) 開(kāi)裂前荷載較小，基本處于彈性工作階段； 板頂裂縫：隨著荷載增大，柱帽頂面先出現(xiàn)裂縫，隨后出現(xiàn)沿柱列軸線的裂縫； 板底裂縫：荷載繼續(xù)增大，板底跨中出現(xiàn)成批裂縫，裂縫相互正交、平行于柱列軸線； 即將破壞時(shí)，受拉鋼筋屈服、裂縫寬度顯著增大，板頂(或板底)混凝土被壓壞。3.無(wú)梁樓蓋的內(nèi)力計(jì)算（1）按彈性理論計(jì)算（P38）：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等代框架法A.經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法 計(jì)算總彎矩、； 將總彎矩、分配為支

15、座負(fù)彎矩（、）和跨中正彎矩（、）； 將支座負(fù)彎矩（、）和跨中正彎矩（、）分配給柱上板帶和跨中板帶； 邊區(qū)格的分配系數(shù)作適當(dāng)調(diào)整。B.等代框架法*等代框架的特點(diǎn)： 部分豎向荷載產(chǎn)生的彎矩通過(guò)柱帽直接傳遞給柱，部分豎向荷載產(chǎn)生的彎矩通過(guò)扭矩進(jìn)行傳遞； 柱視為包括柱（柱帽）和兩側(cè)扭臂在內(nèi)的等代柱，其剛度應(yīng)考慮柱的受彎剛度和扭臂的受扭剛度； 柱和等代梁的截面和跨度的確定，應(yīng)考慮柱帽的影響。*計(jì)算假定和計(jì)算要點(diǎn)（P40）（2）按塑性理論計(jì)算*兩種破壞情況（機(jī)構(gòu)）：A.帶形活荷載作用下的計(jì)算（P42 1.40、1.41式）B.滿布活荷載作用下的計(jì)算（P42 1.421.45式）4.柱帽設(shè)計(jì)*柱帽的形式和配

16、筋（1）試驗(yàn)結(jié)果（P42-43）（2）受沖切承載力計(jì)算公式A.不配箍筋和彎起鋼筋時(shí)（P43 1.46式）B. 配箍筋和彎起鋼筋時(shí)（P43-44 1.47-48式）（3）柱帽配筋構(gòu)造要求5.無(wú)梁樓蓋的截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造（P44-45）6.無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)例題（P45-52，比較兩種方法的結(jié)果）1.3 疊合式樓蓋1.3.1 疊合梁板的形式1.疊合梁的形式2.疊合梁優(yōu)缺點(diǎn)3.疊合板的形式1.3.2 疊合梁的計(jì)算方法（1）疊合梁的受力分析（二階段受力疊合梁）*第一階段（疊合前）作用荷載：預(yù)制梁自重、二次澆注混凝土自重、擱置樓板自重、施工活荷載；承載構(gòu)件：預(yù)制梁。*第二階段（疊合后）作用荷載：抹灰粉刷自重、樓面

17、墻體自重（在原有永久荷載基礎(chǔ)上增加）、使用活荷載（施工活荷載已撤去）；承載構(gòu)件：疊合后形成整體的梁。（2）疊合梁的受力性能*與相同截面的整澆梁相比，疊合梁有兩個(gè)基本特征： 在正常使用階段存在“受拉鋼筋應(yīng)力超前”和“受壓區(qū)混凝土應(yīng)力滯后”現(xiàn)象； 破壞時(shí)的彎矩與對(duì)比梁相同，但變形明顯增大。（3）疊合梁承載力計(jì)算A.疊合梁的正截面受彎承載力 按（疊合后的）彎矩設(shè)計(jì)值，取疊合后的截面求出鋼筋面積； 按（疊合前的）彎矩設(shè)計(jì)值，取疊合前的截面求出鋼筋面積； 取與中的大者進(jìn)行配筋。B. 疊合梁的斜截面受剪承載力按普通鋼筋混凝土梁的受剪承載力公式計(jì)算，但混凝土強(qiáng)度應(yīng)取預(yù)制構(gòu)件和疊合層混凝土兩者中的較低值。C.

18、疊合面的受剪承載力驗(yàn)算（P55）（4）疊合梁的鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算（P55 1.541.56式）（5）疊合梁的裂縫寬度和撓度驗(yàn)算（P55-56）1.3.3 疊合板的設(shè)計(jì)（P56）1.4 裝配式樓蓋1.4.1 概述1. 裝配式樓蓋的特點(diǎn)2. 裝配式樓蓋設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題1.4.2 預(yù)制梁板的形式1.4.3 鋪板式樓蓋的結(jié)構(gòu)布置和連接1.預(yù)制板的布置與連接2.預(yù)制板在梁上的搭接方式（圖1.67）3.板與非支承墻的連接1.4.4 鋪板式樓蓋的計(jì)算要點(diǎn)（P59-61）1. 構(gòu)造要求；2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)；3.運(yùn)輸、堆放和吊裝設(shè)計(jì)；4.安裝和使用計(jì)算。1.5 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋設(shè)計(jì)1.5.1 概述1.無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力樓

19、蓋結(jié)構(gòu)體系（P61-62）2.板厚度的選擇考慮撓度、受沖切承載力、防火及鋼筋防腐蝕的要求。3.設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)過(guò)程4.防腐保護(hù)1.5.2 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力樓蓋設(shè)計(jì)方法1.等代框架法（P63-64）2.預(yù)應(yīng)力筋的布置方式3.撓度計(jì)算4.附加內(nèi)力1.5.3 受沖切設(shè)計(jì)計(jì)算1. 概述2. 計(jì)算公式（同無(wú)梁樓蓋公式）3. 有不平衡彎矩的節(jié)點(diǎn)沖切設(shè)計(jì)4.破壞截面極慣性矩及計(jì)算系數(shù)計(jì)算公式（1.81-96）1.5.4 設(shè)計(jì)步驟（P69-70）1.5.5 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力樓蓋構(gòu)造要求（P70-72）1.5.6 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋設(shè)計(jì)實(shí)例（P72-78）補(bǔ)充內(nèi)容：樓梯和雨蓬1.樓梯（1）樓梯常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)選型板式樓梯，梁式樓梯，螺旋式和剪刀式樓梯（2）樓梯的計(jì)算板式樓梯：包括梯段板（斜板）、平臺(tái)板、平臺(tái)梁的計(jì)算梁式樓梯：包括踏步板、斜梁、平臺(tái)板、平臺(tái)梁的計(jì)算踏步板（梁式樓梯）按兩端簡(jiǎn)支在斜梁上的單向板計(jì)算計(jì)算單元*按圖（a）選?。?*按圖（b）選?。?梯段斜梁（板）*梁式樓梯的梯段斜梁兩端支承在平臺(tái)梁上，一般按簡(jiǎn)支計(jì)算；*板式樓梯的斜板，考慮其支座對(duì)樓梯板