第10章 混凝土結(jié)構(gòu)的分析方法

第十章混凝土結(jié)構(gòu)的分析方法

第一節(jié)混凝土結(jié)構(gòu)的分類第二節(jié)結(jié)構(gòu)分析應(yīng)遵循的基本原則第三節(jié)分析方法及其適用范圍【教學(xué)要求】上冊中介紹了混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能和各種基本構(gòu)件的設(shè)計方法及構(gòu)造要求。下冊中將對混凝土結(jié)構(gòu)的分析方法以及混凝土梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房結(jié)構(gòu)和多層房屋框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法進(jìn)行介紹。一、結(jié)構(gòu)的定義廣義的結(jié)構(gòu)是指房屋建筑和土木工程的建筑物、構(gòu)筑物及其相關(guān)組成部分的實體；狹義的結(jié)構(gòu)是指各種工程實體的承重骨架。任何一棟建筑物都可能包含承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、裝飾結(jié)構(gòu)等，本課程中的結(jié)構(gòu)是特指其承重結(jié)構(gòu)。二、混凝土結(jié)構(gòu)的分類方法（一）按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何形狀尺寸和受力特點分類1.桿系結(jié)構(gòu)由桿件組成的結(jié)構(gòu)稱為桿系結(jié)構(gòu)，如連續(xù)梁、桁架、框架、排架結(jié)構(gòu)等。他們是實際工程中數(shù)量最多、使用面最廣的一類結(jié)構(gòu)。連續(xù)梁6桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結(jié)構(gòu),又稱為屋架。7桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結(jié)構(gòu),又稱為屋架。8組成桁架的所有各桿都是直桿，所有各桿的中心線(軸線)都在同一平面內(nèi)。9桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點均為鉸接節(jié)點。10魯班鎖排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)由屋架（或屋面梁）、柱和基礎(chǔ)組成柱與屋架鉸接框架結(jié)構(gòu)承受荷載：既能承受豎向重力荷載又能承受側(cè)向水平荷載，不需另設(shè)支撐構(gòu)件特點：組成的空間寬敞，可以靈活進(jìn)行建筑布置應(yīng)用：適用于多種建筑物，對辦公樓、商業(yè)或科教建筑更為適宜2.板殼結(jié)構(gòu)特點：兩個方向的尺寸遠(yuǎn)大于第三個方向尺寸。平者為板，曲者為殼。板以彎曲為主，殼以壓力為主。

無梁樓蓋單向板肋梁樓蓋

雙向板肋梁樓蓋板殼體組成：殼壁、邊緣構(gòu)件（直梁、

曲梁、拱）應(yīng)用：可作為屋蓋單層建筑物的覆蓋結(jié)構(gòu)（形式新穎，多用于各類中小型可供觀賞的建筑物以及

大跨度的公共建筑物）

國家大劇院

總建筑面積近15萬平方米，該工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285m。設(shè)計為法國巴黎機(jī)場公司安德魯建筑師，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750噸。3.塊體結(jié)構(gòu)特點：三個方向的尺寸為同量級的結(jié)構(gòu)。柱下獨立基礎(chǔ)和設(shè)備基礎(chǔ)、橋臺和橋墩。4.索結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件為柔性的纜索及其支承構(gòu)件。纜索只能承受拉力，不能承受壓力。索結(jié)構(gòu)可以跨越很大的空間，特別適合于在大跨結(jié)構(gòu)中使用。5.膜結(jié)構(gòu)用膜材制作的結(jié)構(gòu)，稱為膜結(jié)構(gòu)。與纜索一樣，只能承受拉力，不能承受壓力膜材常配合鋼索、鋼支柱、鋼桁架及其支撐系統(tǒng)組成。膜結(jié)構(gòu)具有造型自如、形式多樣、白天透光、夜間發(fā)亮、耐久性強(qiáng)、自潔性高、結(jié)構(gòu)輕巧、施工快捷等優(yōu)點，近年來在許多體育場館的屋蓋結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。（二）按結(jié)構(gòu)所在空間位置分類1.水平承重結(jié)構(gòu)房屋中的樓蓋結(jié)構(gòu)和屋蓋結(jié)構(gòu)。2.豎向承重結(jié)構(gòu)如房屋結(jié)構(gòu)中的框架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)金茂大廈平面金茂大廈立面3.底部承重結(jié)構(gòu)房屋中的地基和基礎(chǔ)。水平承重結(jié)構(gòu)豎向承重結(jié)構(gòu)底部承重結(jié)構(gòu)

水平承重結(jié)構(gòu)，豎向承重結(jié)構(gòu)，底部承重結(jié)構(gòu)之間的荷載傳遞關(guān)系如上圖所示。它們是一個整體，它們相互作用、相互影響，構(gòu)件可能有交叉，影響可能反向作用。第二節(jié)結(jié)構(gòu)分析應(yīng)遵循的原則一、結(jié)構(gòu)分析的步驟結(jié)構(gòu)選型和布置確定之后，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。步驟如下：（1）假定結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸，選擇材料的品種和級別。（2）確定結(jié)構(gòu)計算簡圖。（3）計算荷載的大小。（4）選擇合適的結(jié)構(gòu)分析方法。（5）進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計算。進(jìn)行配筋計算，驗算變形和裂縫。二、結(jié)構(gòu)分析的基本原則（1）所有情況下均應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。在所有的情況下，設(shè)計計算、驗收前均應(yīng)對結(jié)構(gòu)的整體進(jìn)行分析。必要時，結(jié)構(gòu)中的重要部位、形狀突變部位以及內(nèi)力和變形有異常變化的部分（例如較大孔洞周圍、節(jié)點及其附近區(qū)域、支座和集中荷載附近等）應(yīng)另作更詳細(xì)的局部分析。（2）當(dāng)結(jié)構(gòu)在施工和使用期間有多種受力狀況時，應(yīng)分別進(jìn)行受力分析。結(jié)構(gòu)在不同的工作階段，例如結(jié)構(gòu)的施工期、檢修期和使用期，預(yù)制構(gòu)件的制作、運(yùn)輸和安裝階段等，應(yīng)確定其可能的不利作用效應(yīng)組合。對于重要的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮偶然作用可能帶來的嚴(yán)重后果，進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)防倒塌分析。（3）結(jié)構(gòu)分析所需的各種幾何尺寸，以及所采用的計算圖形、邊界條件，作用的取值與組合、材料性能的計算指標(biāo)、初始應(yīng)力和變形狀況等，應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況，并應(yīng)具有相應(yīng)的構(gòu)造保證措施。（4）結(jié)構(gòu)分析應(yīng)符合下列要求：1）應(yīng)滿足力學(xué)平衡條件；

2）應(yīng)在不同程度上符合變形協(xié)調(diào)條件；

3）應(yīng)采用合理的材料或構(gòu)件單元的本構(gòu)關(guān)系。4）結(jié)構(gòu)的分析方法應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件布置、材料性能和受力特點等進(jìn)行選擇。

5）結(jié)構(gòu)分析所采用的電算程序應(yīng)經(jīng)過考核和驗證，其技術(shù)條件應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。第三節(jié)分析方法及其適用范圍混凝土結(jié)構(gòu)的分析方法可歸納為五類：（1）線彈性分析方法；（2）考慮塑性內(nèi)力重分布的分析方法；（3）塑性極限分析方法；（4）非線性分析方法；（5）實驗分析方法。條文說明：現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)分析方法可歸納為五類。各類方法的主要特點和應(yīng)用范圍如下：1

彈性分析方法是最基本和最成熟的結(jié)構(gòu)分析方法，也是其他分析方法的基礎(chǔ)和特例。它適用于分析一般結(jié)構(gòu)。大部分混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計均基于此方法。結(jié)構(gòu)內(nèi)力的彈性分析和截面承載力的極限狀態(tài)設(shè)計相結(jié)合，實用上簡易可行。按此設(shè)計的結(jié)構(gòu)，其承載力一般偏于安全。少數(shù)結(jié)構(gòu)因混凝土開裂部分的剛度減小而發(fā)生內(nèi)力重分布，可能影響其他部分的開裂和變形狀況?？紤]到混凝土結(jié)構(gòu)開裂后剛度的減小，對梁、柱構(gòu)件可分別取用不同的折減剛度值，且不再考慮剛度隨作用效應(yīng)而變化。在此基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形仍可采用彈性方法進(jìn)行分析。2

考慮塑性內(nèi)力重分布的分析方法設(shè)計超靜定混凝土結(jié)構(gòu)，具有充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)潛力，節(jié)約材料，簡化設(shè)計和方便施工等優(yōu)點。但應(yīng)注意到，結(jié)構(gòu)的變形和裂縫可能相應(yīng)增大。3

彈塑性分析方法以鋼筋混凝土的實際力學(xué)性能為依據(jù)，引入相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系后，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力全過程的分析，而且可以較好地解決各種體型和受力復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析問題。但這種分析方法比較復(fù)雜，計算工作量大，各種非線性本構(gòu)關(guān)系尚不夠完善和統(tǒng)一，至今應(yīng)用范圍仍然有限。主要用于重要、復(fù)雜結(jié)構(gòu)工程的分析和罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)分析。4塑性極限