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第十章混凝土樓蓋10.1概述梁板結(jié)構(gòu)是工民建以及其他建筑物中最為常用的的結(jié)構(gòu)型式,如:屋蓋、樓蓋、陽臺(tái)、雨蓬、樓梯等……樓蓋的鋼筋及混凝土用量在框架結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)中所占比重較大,所以對(duì)建筑的安全和經(jīng)濟(jì)方面都影響較大。樓蓋的主要結(jié)構(gòu)功能:1、豎向傳力結(jié)構(gòu);2、水平力傳遞、分配于豎向結(jié)構(gòu);3、豎向結(jié)構(gòu)的水平聯(lián)系與支撐。樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求:1、豎向荷載作用下,滿足承載力與豎向剛度的要求;2、在樓蓋水平平面內(nèi)要有足夠的水平剛度和整體性;3、與豎向構(gòu)件有可靠的連接,保證水平力與豎向力的傳遞。樓蓋按施工方法分為現(xiàn)澆式裝配式裝配整體式整體性好抗震性好防水性好適于振動(dòng)荷載防水要求高不規(guī)則樓(一)樓蓋按施工方法分(1)現(xiàn)澆式:施工現(xiàn)場(chǎng)扎鋼筋、立模、澆混凝土、養(yǎng)護(hù)、達(dá)一定強(qiáng)度拆摸、進(jìn)入下道工序。優(yōu)點(diǎn):整體性好、剛度大、抗?jié)B性好、結(jié)構(gòu)適應(yīng)性好。如不規(guī)則形狀、開洞口、荷載變化等。缺點(diǎn):混凝土現(xiàn)澆工作量大、養(yǎng)護(hù)工作量大、工期較長(zhǎng)。但目前采用商品混凝土、混凝土外加劑、工具式鋼模等使之逐漸克服。(2)裝配式:結(jié)構(gòu)構(gòu)件工場(chǎng)預(yù)制,施工現(xiàn)場(chǎng)安裝。優(yōu)點(diǎn):節(jié)約勞動(dòng)力(構(gòu)件工場(chǎng)機(jī)械專業(yè)化生產(chǎn))、施工速度快(不需要現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù))。缺點(diǎn):整體性差、剛度小、抗?jié)B性差、結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差。(3)裝配整體式:部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件工場(chǎng)預(yù)制,施工現(xiàn)場(chǎng)安裝,通過整結(jié)措施構(gòu)成整體。措施有:疊合梁、板、施加預(yù)應(yīng)力、焊接連接,以及在板面現(xiàn)澆鋼筋面層。優(yōu)缺點(diǎn)介于兩者之間。整體性、剛度比裝配式好,比現(xiàn)澆式差。比現(xiàn)澆式的支模工作量少。但焊接工作量往往較大,需要二次澆筑混凝土。現(xiàn)澆樓蓋按受力及支承條件分單向板肋形樓蓋雙向板肋形樓蓋井式樓蓋無梁樓蓋(二)現(xiàn)澆樓蓋分1.單向板、雙向板樓蓋、屋蓋的結(jié)構(gòu)型式主要有四種:(1)單向板肋梁樓蓋(2)雙向板肋梁樓蓋(3)無梁樓蓋(4)井式樓蓋樓板是承受豎向荷載的最基本受力構(gòu)件。無梁密肋樓蓋單向板密肋樓蓋板受力后產(chǎn)生內(nèi)力(彎矩、剪力)、變形(撓度、開裂)。板上承受豎向荷載不大,其自重與厚度有關(guān),混凝土容重為25KN/m3,板厚不宜過大。然而,板不宜薄,否則板截面剛度小,跨度不宜過大否則會(huì)產(chǎn)生過大的變形,影響使用。因此,在設(shè)計(jì)樓蓋體系時(shí),注意選擇經(jīng)濟(jì)的板厚與板跨,據(jù)此來布置主、次梁將樓蓋劃分為若干板格來滿足約定。梁格一般按正交布置,板格一般是矩形板,四周有梁或墻支承。板的支承常見的有兩種:(1)兩對(duì)邊支承板;(2)四邊支承板見下圖在此支承只說明了該邊豎向、水平向位移被約束,并未指明是否可以轉(zhuǎn)動(dòng)。圖a所示豎向荷載通過板受彎傳遞到兩邊支撐梁或墻上。這是純粹的單向板,又叫梁式板。板的變形如圖所示。圖b所示是一個(gè)典型的雙向板,長(zhǎng)跨l02與短跨l01相等,四邊支承相同。板的變形如圖所示。顯然d1>d2。在長(zhǎng)、短跨分別取單寬板帶,由變形協(xié)調(diào)可求出各自承擔(dān)的荷載比例。長(zhǎng)跨方向提供所受的約束的內(nèi)力均可忽略不計(jì),豎向荷載通過板受彎傳遞到兩短跨邊上。這說明了隨著l02/l01比值的增大,短跨邊上承受的豎向荷載也隨著增大,板由典型的雙向板向單向板變化。板的豎向彎曲剛度:工程上如何進(jìn)行劃分:l02/l01>2按單向板設(shè)計(jì)單向板的受力鋼筋沿短跨配置,沿長(zhǎng)向配置構(gòu)造鋼筋。l02/l01≤2按雙向板設(shè)計(jì)雙向板的受力鋼筋按雙向計(jì)算配置。2.肋梁樓蓋與無梁樓蓋概念肋梁樓蓋是指由梁板整澆的樓蓋。分為單向板肋梁樓蓋、雙向板肋梁樓蓋。肋梁樓蓋一般由板、次梁、主梁組成。傳力路徑:板-次梁-主梁-柱(墻)-基礎(chǔ)。有時(shí)建筑需要大空間,如大廳,該區(qū)域板面大,采用設(shè)置梁來劃分板格。若大廳平面規(guī)則,我們可以采用井式樓蓋來實(shí)現(xiàn)。所謂井式樓蓋就是將劃分板格的正交梁設(shè)計(jì)成等截面梁,不分主次梁,通過協(xié)調(diào)的變形來共同直接傳遞板面荷載到四邊的柱或墻上。井式樓蓋可以看作一塊大的雙向板。采用主次梁方案不如井式樓蓋受力合理、美觀、經(jīng)濟(jì)。無梁樓蓋,將梁省掉,板直接將荷載傳遞到柱上,此時(shí)對(duì)板的承載力計(jì)算要求較高,還應(yīng)設(shè)柱帽。此型式的優(yōu)點(diǎn)在于施工方便、層高低、經(jīng)濟(jì)性好,但計(jì)算復(fù)雜。(三)按預(yù)應(yīng)力分普通鋼筋混凝土樓蓋預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樓蓋按預(yù)應(yīng)力分無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樓蓋的優(yōu)點(diǎn):
降低層高、減輕自重;改善使用功能,控制撓度與裂縫寬度;增大板跨,增加使用面積,適應(yīng)樓層使用的變化;施工方便,速度快;節(jié)約鋼材和混凝土。目前應(yīng)用狀況:(1)民用建筑除磚混結(jié)構(gòu)外絕大部分采用現(xiàn)澆式。(2)磚混結(jié)構(gòu)主要以大量使用預(yù)制樓板的多層住宅居多,但現(xiàn)在有所控制<1>屋頂:現(xiàn)在平頂改用現(xiàn)澆板,防滲,不然頂層賣不掉,或者采用現(xiàn)澆坡屋頂。<2>新建住宅磚混結(jié)構(gòu)開間大、墻開洞口多、規(guī)模大,原采用預(yù)制樓板,結(jié)構(gòu)整體性差,對(duì)抗震不利。一些地區(qū)規(guī)定必須采用現(xiàn)澆。<3>裝配式在大型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化廠房建筑中應(yīng)用較多。<4>裝配整體式以前應(yīng)用較多,現(xiàn)在少。但該方式應(yīng)用好會(huì)取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。另外,采用疊合技術(shù)對(duì)于已建工程承載力不足的構(gòu)件進(jìn)行除險(xiǎn)加固是個(gè)有效的辦法。10.2現(xiàn)澆單向板肋形樓蓋當(dāng)l2/l1>2,板上荷載主要沿短邊方向傳遞–––單向板l2/l1>3,(按塑性理論計(jì)算)另一方向也要考慮有部分傳力樓蓋設(shè)計(jì)的步驟:(1)定方案,結(jié)構(gòu)平面布置、擬訂板厚、梁截面尺寸;(2)計(jì)算,荷載、構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算(3)配筋及構(gòu)造處理(4)繪施工圖結(jié)構(gòu)平面布置所要做的工作是確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置和截面尺寸。單向板肋梁樓蓋中,板的跨度由次梁的間距確定,次梁的跨度由主梁的間距確定。一.結(jié)構(gòu)布置一般地:主梁跨度為:5-8m
次梁跨度為:4-6m
單向板跨度為:1.7-2.5m不宜超過3m。梁格規(guī)整,梁與梁貫通,板厚及梁截面尺寸盡可能一致。美觀計(jì)算方便板厚:層面板60mm,樓面板70mm,工業(yè)樓面80mm,(剛度要求)。結(jié)構(gòu)布置是根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)來選擇布置的,不可隨意,應(yīng)滿足建筑與使用的要求。板應(yīng)承受較為均布的面荷載,避免承受較大的集中力或線荷載,當(dāng)板開洞口較大時(shí),應(yīng)考慮在洞口邊加小梁。梁的布置是為了承受有集中力、線荷載,或?yàn)榱藙澐职甯襁_(dá)到合理跨度。梁的布置應(yīng)避免擱置在洞口上,否則洞口上過梁承受荷載過大,易破壞。二.荷載考慮的是雙向荷載:兩類1.恒載,2.活載.荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定:1.恒載:由體積乘以容重。2.活載:《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》將荷載劃分為工業(yè)和民用,表3.1.1查民用:住宅,教室……荷載設(shè)計(jì)值的確定:按第三章荷載組合進(jìn)行計(jì)算:1.恒載:分項(xiàng)系數(shù)1.2(活控)、1.35(恒控)2.活載:分項(xiàng)系數(shù)1.4,當(dāng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2時(shí),取1.3。(工業(yè)房屋)當(dāng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)分項(xiàng)系數(shù)取1.0。民用建筑對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的折減,理由及方法。從屬面積。工業(yè)建筑對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的不折減。圖12-6:內(nèi)力傳遞,各構(gòu)件的荷載取值范圍在確定構(gòu)件荷載傳遞值時(shí),不考慮連續(xù)性的影響,按簡(jiǎn)支確定反力值。三.內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力分析的方法按彈性理論的計(jì)算方法考慮塑性內(nèi)力重分布的計(jì)算方法直接承受動(dòng)荷作用嚴(yán)格或一般要求不裂的構(gòu)件不適于(一)按彈性方法可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的辦法。首先確定計(jì)算簡(jiǎn)圖:1.計(jì)算簡(jiǎn)圖主要解決三個(gè)問題支承條件、計(jì)算跨數(shù)、計(jì)算跨度。支承條件:板與次梁:一律為一支承鏈桿。主梁:磚柱,鉸支承;鋼筋混凝土柱按梁與柱的抗彎線剛度比值決定。實(shí)際上,支座簡(jiǎn)化為鉸支承有誤差,可以通過調(diào)整荷載設(shè)計(jì)值、支座截面內(nèi)力設(shè)計(jì)值來彌補(bǔ)。當(dāng)跨數(shù)較多時(shí),利用這樣一個(gè)力學(xué)知識(shí)來簡(jiǎn)化。對(duì)某一跨來說,與其相鄰的兩跨以遠(yuǎn)的其余跨上的荷載對(duì)該跨的內(nèi)力影響可以忽略不計(jì)。因此可以將等剛度、等跨度的連續(xù)梁板實(shí)際跨數(shù)超過五跨時(shí)簡(jiǎn)化為五跨計(jì)算。見下圖。計(jì)算跨數(shù)計(jì)算跨數(shù)計(jì)算跨度梁板計(jì)算跨度l0跨指計(jì)算彎矩時(shí)所采用的跨間長(zhǎng)度。該值與支座的反力分布有關(guān),與構(gòu)件的擱置長(zhǎng)度有關(guān),與構(gòu)件的剛度有關(guān)。中跨:l02=ln2+(b1+b2)/2邊跨:梁l01=ln1+(b1+a)/2或l01=ln1+b1/2+0.025ln1
板l01=ln1+(b1+h)/2或l01=ln1+b1/2+0.025ln12.活荷載不利布置和內(nèi)力包羅圖1)活荷載不利布置,為什么?見圖11-6。2)活荷載不利布置規(guī)律:(1)跨中+Mmax,本跨及向左右每隔一跨布置;(2)跨中-Mmax,本跨不布,兩相鄰跨及向左右每隔一跨布置;(3)支座-Mmax,支座兩相鄰跨及向左右每隔一跨布置;(4)支座Vmax,支座兩相鄰跨及向左右每隔一跨布置。3)恒荷載按實(shí)際情況分布4)根據(jù)荷載不利布置,確定各截面可能出現(xiàn)的最不利的內(nèi)力值(M和V)。明確荷載不利布置后,等跨連續(xù)梁、板的內(nèi)力可由附錄表7查出的彎矩及剪力系數(shù),利用下式計(jì)算最大內(nèi)力:均布或三角形荷載:
M=k1gl2+k2ql2V=k3gl+k4ql集中荷載:
M=k5gl2+k6ql2V=k7gl+k8qlk1,k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8由附表查出。
5)內(nèi)力包羅圖什么是內(nèi)力包羅圖??jī)?nèi)力包羅圖由內(nèi)力疊合圖形成,將內(nèi)力疊合圖的、外包線代表了各截面可能出現(xiàn)的內(nèi)力設(shè)計(jì)值的上、下限,這種由外包線組成的圖即為內(nèi)力包羅圖。6)折算荷載和彎矩、剪力的設(shè)計(jì)值在計(jì)算簡(jiǎn)圖中將現(xiàn)澆在一起的梁板假定為鉸支座,計(jì)算跨度取支承中心線間的距離。這樣處理與實(shí)際存在誤差,對(duì)此可采用折算荷載和調(diào)整支座截面的彎矩、剪力的設(shè)計(jì)值給予適當(dāng)彌補(bǔ)。(1)折算荷載若次梁不具有抗扭剛度,板在支座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng),即鉸支座。實(shí)際上,次梁具有抗扭剛度的,將部分阻止板在支座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng),也就是說,次梁提供了具有一定抗彎的彎矩的鉸支座,于是就減少了板的內(nèi)力。對(duì)于等跨連續(xù)板,板支座處的轉(zhuǎn)動(dòng)主要是由活荷載的不利布置產(chǎn)生的。因此考慮次梁抗扭對(duì)連續(xù)板的有利影響,可通過增大恒荷載并相應(yīng)減少活荷載的方式來修正。即采用折算恒荷載g'和折算活荷載q'進(jìn)行。此情況同樣存在于次梁與主梁之間。折算荷載取值如下:連續(xù)板:連續(xù)梁:適用條件:1.梁、板必須是連續(xù)的
2.梁、板擱置在砌體、鋼結(jié)構(gòu)上時(shí),則荷載不進(jìn)行調(diào)整。(2)彎矩與剪力設(shè)計(jì)值的調(diào)整計(jì)算簡(jiǎn)化忽略了支座寬度,所得支座截面的內(nèi)力值為支座中心處。實(shí)際中,支座中心處截面高度較大,危險(xiǎn)截面在支座邊緣處,因此內(nèi)力設(shè)計(jì)值也應(yīng)采用支座邊緣處。即:四.超靜定結(jié)構(gòu)塑性內(nèi)力重分布的概念彈性理論存在兩個(gè)問題:<1>計(jì)算簡(jiǎn)圖與荷載確定后,各截面彎矩、剪力等內(nèi)力的分布規(guī)律始終是不變的。<2)任何一個(gè)截面的內(nèi)力達(dá)到其內(nèi)力設(shè)計(jì)值時(shí),就認(rèn)為整個(gè)結(jié)構(gòu)達(dá)到了其承載力。事實(shí)上,在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,連續(xù)梁板等超靜定結(jié)構(gòu),在加載過程中,由于材料的非彈性,內(nèi)力的分布規(guī)律是變化的,即內(nèi)力重分布。另外,由于超靜定,當(dāng)某構(gòu)件的正截面的受拉鋼筋達(dá)到屈服進(jìn)入第三階段,整個(gè)結(jié)構(gòu)仍為不變體,可承擔(dān)一定的荷載。試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。內(nèi)力重分布與應(yīng)力重分布的不同應(yīng)力重分布:在5、6章講過,它是指構(gòu)件截面上個(gè)纖維間應(yīng)力的關(guān)系而言。梁正截面受彎受壓區(qū),混凝土應(yīng)力達(dá)到σ0時(shí),應(yīng)力圖形會(huì)發(fā)生變化,由三角形向梯形轉(zhuǎn)變。此現(xiàn)象不論靜定和超靜定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都具有。內(nèi)力重分布:是指各截面間內(nèi)力的關(guān)系,內(nèi)力變化不是等比例,內(nèi)力有截面間傳遞的現(xiàn)象。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,此現(xiàn)象只有在超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)。1.鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的塑性鉸<1>鋼筋混凝土塑性鉸鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面的應(yīng)力狀態(tài),從開始到破壞,經(jīng)歷三個(gè)階段,a.第一階段:從開始加載到受拉混凝土即將開裂。b.第二階段:從受拉混凝土開裂到受拉鋼筋即將屈服。c.第三階段:從受拉鋼筋屈服以后到截面破壞。研究第三階段,受拉鋼筋屈服,塑性應(yīng)變?cè)龃蠖鴳?yīng)力維持不變,混凝土受壓區(qū)高度減小,應(yīng)力圖形變得飽滿,截面上彎矩會(huì)有少量增加,最后因混凝土受壓區(qū)邊緣的壓應(yīng)變達(dá)到極限值,混凝土壓碎而破壞。MMy—縱向鋼筋屈服—yM中和軸上升,內(nèi)力臂略有增加Mu—極限抵抗彎矩—u在這一破壞過程,位于梁內(nèi)拉、壓塑性變形集中的區(qū)域,形成一個(gè)性能異常的鉸–––塑性鉸。My-φyMu-φu截面彎矩的增值Mu-My不大,但截面的曲率φu-φy卻很大,基本上成水平直線。這樣,截面彎矩基本維持不變的情況下,截面曲率激增,形成截面受彎屈服現(xiàn)象。試驗(yàn)表明,截面受彎屈服并不限于受拉鋼筋首先屈服的那個(gè)截面,<1>受拉鋼筋是在一定長(zhǎng)度上屈服;<2>受壓區(qū)混凝土的塑性變形在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)展;<3>而且鋼筋與混凝土間粘接作用也可能在局部發(fā)生。這些非彈性變形集中發(fā)展使結(jié)構(gòu)的撓度和轉(zhuǎn)角迅速增大。我們將這個(gè)區(qū)域理想化為集中于一個(gè)截面上的塑性鉸。該區(qū)域的長(zhǎng)度叫塑性鉸長(zhǎng)度lp。塑性鉸形成于第二階段末,轉(zhuǎn)動(dòng)止于第三階段末,所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角叫塑性轉(zhuǎn)角Bp。塑性鉸與理想鉸的區(qū)別:<1>理想鉸不能承受任何彎矩,塑性鉸能承受定值的彎矩Mu。<2>理想鉸在兩個(gè)方向都能產(chǎn)生無限的轉(zhuǎn)動(dòng),塑性鉸只能沿彎矩Mu作用的方向作有限的轉(zhuǎn)動(dòng),是單向鉸。<3>理想鉸集中于一點(diǎn),塑性鉸則有一定的長(zhǎng)度。塑性鉸的種類:<1>鋼筋鉸:對(duì)于配置具有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的適筋梁,由受拉鋼筋先屈服而形成的塑性鉸。<2>混凝土鉸:當(dāng)截面配筋率大于最大配筋率時(shí),鋼筋未屈服,轉(zhuǎn)動(dòng)由混凝土受壓區(qū)的非彈性變形引起,叫混凝土鉸。鋼筋鉸,轉(zhuǎn)動(dòng)能力較大、延性好,出現(xiàn)在受彎構(gòu)件的適筋截面或大偏心受壓構(gòu)件中,是連續(xù)梁、板結(jié)構(gòu)中允許出現(xiàn)?;炷零q轉(zhuǎn)動(dòng)能力小、延性差,大多出現(xiàn)在受彎構(gòu)件的超截面或小偏心受壓構(gòu)件中,應(yīng)避免出現(xiàn)。塑性鉸的特點(diǎn):a.轉(zhuǎn)動(dòng)單向性:只能沿彎矩作用方向,繞不斷上升的中和軸發(fā)生單向轉(zhuǎn)動(dòng),而不能象普通鉸那樣可沿任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)。b.轉(zhuǎn)動(dòng)的有限性:只能從受拉區(qū)鋼筋開始屈服到受壓混凝土壓壞的有限范圍(uy)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。c.在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí),可以傳遞一定的彎矩,即截面的Mu
。2).塑性鉸的轉(zhuǎn)角和等效塑性鉸長(zhǎng)度2.鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布三個(gè)階段:1)混凝土未開裂,彈性狀態(tài),各截面抗彎剛度比值不變,彎矩分布規(guī)律不變。2)荷載增大,支座受拉區(qū)混凝土開裂,截面抗彎剛度降低,但跨中截面未開裂,截面抗彎剛度不變,于是支座與跨中截面抗彎剛度比值變小,導(dǎo)致支座彎矩增長(zhǎng)率小于跨中彎矩增長(zhǎng)率。繼續(xù)加載跨中截面開裂時(shí),支座與跨中截面抗彎剛度比值開始回升。3)當(dāng)荷載增大,到支座截面受拉鋼筋屈服,支座塑性鉸形成,可以承受定值彎矩Mu,相應(yīng)的荷載F1,繼續(xù)增加荷載梁從超靜定梁轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)支梁,由于仍然是幾何不變體,可以承擔(dān)荷載。此時(shí)跨中截面彎矩最大,繼續(xù)加載直至跨中截面出現(xiàn)塑性鉸,此時(shí)梁變成了幾何可變體系而破壞。后加的荷載為F2。見圖11-14。鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布可概括為兩個(gè)過程:第一個(gè)過程:受拉混凝土裂縫出現(xiàn),到第一個(gè)塑性鉸形成之前,主要是截面抗彎剛度比值的變化而引起的內(nèi)力重分布;第二個(gè)過程:第一個(gè)塑性鉸形成之后直到結(jié)構(gòu)破壞,由于結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖的改變而引起的內(nèi)力重分布。由上闡述的內(nèi)力重分布產(chǎn)生的原因,發(fā)展過程以及其特點(diǎn),可以得到如下認(rèn)識(shí):1>靜定結(jié)構(gòu)塑性鉸形成之后結(jié)構(gòu)破壞,超靜定結(jié)構(gòu)塑性鉸形成之后并不一定破壞,直到出現(xiàn)足夠數(shù)量的塑性鉸,結(jié)構(gòu)變成幾何可變體系,才喪失承載力。2>按彈性方法計(jì)算,上述梁極限承載力為F1,考慮內(nèi)力重分布極限承載力為F1+F2。效益好。3>按彈性方法計(jì)算,支座彎矩大,配筋多,施工不便,考慮內(nèi)力重分布,可降低支座彎矩,改善施工彎矩。塑性鉸的形成可以改變結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖,引起顯著的內(nèi)力重分布。對(duì)于鋼筋混凝土連續(xù)梁,每形成一個(gè)塑性鉸,相當(dāng)減少一次約束(超靜定),當(dāng)有n次超靜定,產(chǎn)生n+1個(gè)塑性絞–––形成機(jī)構(gòu)而破壞。3.影響內(nèi)力重分布的因素1)充分的和不充分的內(nèi)力重分布若超靜定結(jié)構(gòu)中各塑性鉸均具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力,保證加載后按預(yù)期順序先后形成足夠的數(shù)目的塑性鉸,以至形成機(jī)動(dòng)體系而破壞,此為充分的內(nèi)力重分布。反之,為不充分的內(nèi)力重分布。2)塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力和內(nèi)力重分布取決于縱筋配筋率,鋼材品種,混凝土極限壓應(yīng)變,大小。配筋率高則能力低,取決于相對(duì)受壓區(qū)高度。鋼材宜為具有屈服臺(tái)階的軟鋼?;炷翉?qiáng)度等級(jí)不宜高。3)斜截面承載能力和內(nèi)力重分布不能因斜截面承載能力不足而引起破壞,必須保證足夠的斜截面受剪承載力。4)結(jié)構(gòu)的變形、裂縫和內(nèi)力重分分布塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)大,變形大,裂縫寬,但不能影響正常使用。4.掌握內(nèi)力重分布特點(diǎn)的意義:(1)能更正確地估計(jì)結(jié)構(gòu)的承載力和使用階段的變形、裂縫開展值;(2)合理調(diào)整鋼筋位置,方便施工;(3)超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的塑性重分布在一定程度上可以控制,它可以通過調(diào)幅的方向和大小來實(shí)現(xiàn)。使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化;(4)在鋼筋混凝土連續(xù)梁中可以通過控制截面的配筋來控制塑性鉸出現(xiàn)的早晚和位置。(5)超靜定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際承載力比彈性計(jì)算值大??紤]此,有助于發(fā)揮結(jié)構(gòu)儲(chǔ)備,節(jié)約材料,方便施工。五.用彎矩調(diào)幅法設(shè)計(jì)連續(xù)梁、板考慮內(nèi)力重分布方法有:極限平衡法塑性鉸法彎矩調(diào)幅法非線性全過程分析法。1)彎矩調(diào)幅法的概念:它是在彈性彎矩的基礎(chǔ)上,根據(jù)需要,適當(dāng)調(diào)整某些截面的彎矩值(通常對(duì)彎矩絕對(duì)值較大的截面彎矩進(jìn)行調(diào)整),然后按調(diào)整后的內(nèi)力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和配筋構(gòu)造,是一種實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。β截面彎矩調(diào)幅系數(shù)綜合考慮影響內(nèi)力重分布的幾個(gè)主要因素,當(dāng)按彎矩調(diào)幅法進(jìn)行承載力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí),應(yīng)遵循下列規(guī)則:1)鋼材:熱扎鋼筋HPB235、HRB335、HRB400、RRB400
;混凝土C20~C45;2)截面彎矩調(diào)幅系數(shù)β不宜超過20%;3)滿足屈服條件:Mu
MMu
4)為保證在調(diào)幅截面形成的塑性鉸應(yīng)具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力,配筋率不宜過高,《規(guī)范》規(guī)定調(diào)幅截面相對(duì)受壓區(qū)高度ξ不應(yīng)超過0.35,不小于0.10。5)連續(xù)梁、板調(diào)幅后,跨中彎矩取按彈性分析所得的最不利彎矩值與按下式計(jì)算值之較大值。6)考慮內(nèi)力重分布后,結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須有足夠的抗剪能力。按計(jì)算增大20%,區(qū)域?yàn)椋褐ё磷罱募辛Γ己奢d取1.05h0。同時(shí)防止發(fā)生斜拉破壞規(guī)范給出了配置受剪箍筋的下限:
ρsv=Asv/bs>0.03fc/fyv7)彎矩調(diào)幅是針對(duì)承載力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí),而在正常使用極限狀態(tài)下不應(yīng)出現(xiàn)塑性鉸,同時(shí)還要對(duì)構(gòu)件的變形和裂縫寬度予以控制??紤]塑性內(nèi)力重分布,可以使內(nèi)力隨配筋比的不同而變化,所以超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的塑性重分布在一定程度上可由設(shè)計(jì)者通過改變各截面的極限彎矩Mu來控制。2)用彎矩調(diào)幅法計(jì)算等跨連續(xù)梁、板(1)等跨連續(xù)梁各跨跨內(nèi)以及支座截面的彎矩均布間距相同、大小相等(2)等跨連續(xù)梁剪力設(shè)計(jì)值均布間距相同、大小相等(3)承受均布荷載的等跨連續(xù)單向板,各跨內(nèi)及支座截面的彎矩設(shè)計(jì)值。剪力:次梁支座剪力:0.40.50.60.60.40.50.50.50.50.5推導(dǎo)的條件:q/g=3,跨數(shù)為5跨的條件下,考慮支承結(jié)構(gòu)抗扭剛度對(duì)荷載進(jìn)行調(diào)整之后求得的。3)用彎矩調(diào)幅法計(jì)算不等跨連續(xù)梁、板不等跨連續(xù)梁的計(jì)算步驟:a.先用彈性方法分別求出恒載和各種活載最不利布置作用下的彎距圖,經(jīng)組合疊加后形成彈性彎距Me包羅圖,以此作為彎距調(diào)幅的依據(jù)。b.截面彎矩調(diào)幅系數(shù)β不宜超過20%;擱置在墻上:兩端與梁或柱整體連接:按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的支座剪力設(shè)計(jì)值c.連續(xù)梁各控制截面的剪力設(shè)計(jì)值,可按荷載最不利布置,根據(jù)調(diào)整后的支座彎矩用靜力平衡條件計(jì)算,也可以仍取考慮活荷載不利布置所得的彈性剪力值。
不等跨連續(xù)板的計(jì)算步驟:a.先從較大跨開始,其跨內(nèi)彎距值在下列范圍內(nèi)確定:邊跨中跨b.按所選定的跨內(nèi)彎距,遵照力的平衡條件可以確定該跨的兩支座彎距值。c.再以該兩支座彎距為已知值,按力的平衡條件,可計(jì)算相鄰跨的跨內(nèi)彎距。不適用內(nèi)力重分布方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況:a.直接承受動(dòng)荷載作用的構(gòu)件b.使用階段不允許出現(xiàn)裂縫或裂縫寬度開展有較高要求的構(gòu)件。c.輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)或其它特種混凝土的構(gòu)件d.受侵蝕氣體或液體作用的結(jié)構(gòu)。e.預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和二次受力疊合結(jié)構(gòu)f.靜定結(jié)構(gòu)g.懸挑結(jié)構(gòu)六.單向板肋梁樓蓋的截面計(jì)算與構(gòu)造1.板的計(jì)算要點(diǎn)1)板厚的選擇連續(xù)板1/40
簡(jiǎn)支板1/35
懸臂板1/12
配筋率0.3~0.8%2)一般不進(jìn)行斜截面受剪承載力計(jì)算3)內(nèi)力重分布計(jì)算時(shí):對(duì)四周與梁整體連接的板區(qū)格,其彎矩設(shè)計(jì)值可減少20%;四周為砌體,內(nèi)區(qū)格的彎矩設(shè)計(jì)值可減少20%;對(duì)邊格角區(qū)格一律不折減。原因是:破壞時(shí)板有內(nèi)拱的作用可對(duì)承載力有所提高。2.板的配筋構(gòu)造1)板中的受力鋼筋a.直徑681012支座負(fù)鋼筋不宜太細(xì)。b.間距s>70mm,
板高h(yuǎn)>150mm時(shí)s<200mm
板高h(yuǎn)>150mm時(shí)s<1.5h
每米板寬不少于3根??缰谐惺苷龔澗氐匿摻铍S彎矩的減少可部分切斷,或彎起承擔(dān)支座負(fù)彎矩,但要求伸入支座的鋼筋至少要保留1/3,且每米不少于2.5根。c.跨中承受正彎矩的鋼筋部分切斷時(shí),切斷位置可距支座邊緣l0/10處,當(dāng)部分彎起時(shí),可在距支座邊緣l0/6處彎起,彎起角度一般為300,當(dāng)板厚大于120時(shí)可450用。d.支座承受負(fù)彎矩的鋼筋可在距支座邊緣不少于a處切斷,
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