建筑結構基本構件課件

第一篇基礎篇第四章建筑結構基本構件組成結構體系的單元體稱為基本構件。按受力特征的不同可分為軸心受力構件、偏心受力構件、受彎構件；按受力性質的不同可分為拉桿、壓桿和受彎構件。從結構的角度來劃分，組成建筑結構的基本構件有板、梁、柱、框架、桁架、索、膜、基礎等。第一節(jié)混凝土軸心受力構件當構件所受外力的作用點與構件截面的物理形心重合時，構件橫截面產生的力為均勻分布，這種構件稱為軸心受力構件。軸心受力構件包括軸心受拉構件和軸心受壓構件。式中-----軸向拉力設計值；

-----軸心受拉構件正截面承載力設計值；-----鋼筋抗拉強度設計值；;-----縱向受拉鋼筋的全部截面面積。（三）主要構造要求1、鋼筋混凝土軸心受拉構件一般宜采用正方形、矩形或其他對稱截面；2、縱向受力鋼筋在混凝土截面中應對稱布置或沿截面周邊均勻布置；3、為防止出現(xiàn)過寬的混凝土裂縫，宜優(yōu)先選用直徑較小的鋼筋；4、按混凝土截面積A計算的全部受力鋼筋配筋率應不小于最小配筋率；5、箍筋的主要作用是固定縱筋的位置，與縱筋形成鋼筋骨架；箍筋直徑不宜小于6mm，間距一般不宜大于200mm。（五）例題某鋼筋混凝土屋架下弦桿，截面尺寸為b×h=200mm×160mm。經(jīng)內力組合得軸向拉力設計值N=240KN?；炷翉姸鹊燃墳镃25,縱向鋼筋為HRB335級，確定縱向鋼筋截面面積并選擇鋼筋。（二）普通箍筋柱軸心受壓時正截面承載力計算（三）軸心受壓構件的主要構造要求常用的截面形式有：正方形截面、圓形截面、環(huán)形截面及正多邊形截面。方形受壓構件的截面尺寸不宜小于250mm*250mm；長細比不宜過大，常取b為方形截面邊長，d為圓形截面直徑）。軸心受壓構件的縱向受力鋼筋應沿截面的四周均勻放置，鋼筋根數(shù)不得少于4根，縱向鋼筋直徑不宜小于12mm，通常在12~32mm范圍內選用；縱筋的中距不宜大于300mm。箍筋必須做成封閉式。第二節(jié)鋼筋混凝土受彎構件（一）受彎構件的主要構造要求1、板的構造要求（1）板的厚度板的最小厚度:按撓度要求確定，對于現(xiàn)澆民用建筑樓板，當板的厚度與計算跨度之比值滿足一定要求時（1/35,1/45），可認為板的剛度基本滿足要求，而不需進行撓度驗算。板的常用厚度:工程中單向板常用的板厚有60、70、80、100、120mm，預制板的厚度可比現(xiàn)澆板小一些，且可取5mm的倍數(shù)。2、梁的構造要求（1）截面形式及尺寸截面形式

混凝土梁形狀截面尺寸常用梁高：200、250、300、350……750、800、900、1000mm等。常用梁寬：矩形截面：h/b=2.0~3.5常用梁寬為150、180、200mm……。（2）鋼筋在一般的鋼筋混凝土梁中，通常配置有縱向受力鋼筋、箍筋、彎起鋼筋及架立筋?？v向鋼筋：作用是承受彎矩在梁內所產生的拉力，應設置在梁的受拉一側，其數(shù)量應通過計算來確定?？v筋常用HRB335和HRB400。直徑：梁縱向受力鋼筋常用直徑為10—25mm，一般不宜大于28mm。間距：帶裂縫工作階段（Ⅱ階段）◆在開裂瞬間，開裂截面受拉區(qū)混凝土退出工作，其開裂前承擔的拉力將轉移給鋼筋承擔，導致鋼筋應力有一突然增加（應力重分布），這使中和軸比開裂前有較大上移。帶裂縫工作階段（Ⅱ階段）◆隨著荷載增加，受拉區(qū)不斷出現(xiàn)一些裂縫，拉區(qū)混凝土逐步退出工作，截面抗彎剛度降低，荷載-撓度曲線或彎矩-曲率曲線有明顯的轉折?！綦m然受拉區(qū)有許多裂縫，但如果縱向應變的量測標距有足夠的長度（跨過幾條裂縫），則平均應變沿截面高度的分布近似直線。（平截面假定）帶裂縫工作階段（Ⅱ階段）◆荷載繼續(xù)增加，鋼筋拉應力、撓度變形不斷增大，裂縫寬度也不斷開展，但中和軸位置沒有顯著變化。◆由于受壓區(qū)混凝土壓應力不斷增大，其彈塑性特性表現(xiàn)得越來越顯著，受壓區(qū)應力圖形逐漸呈曲線分布。屈服階段（Ⅲ階段）◆對于配筋合適的梁，鋼筋應力達到屈服時，受壓區(qū)混凝土一般尚未壓壞?！粼谠撾A段，鋼筋應力保持為屈服強度fy不變，即鋼筋的總拉力T保持定值，但鋼筋應變es則急劇增大，裂縫顯著開展，◆中和軸迅速上移，受壓區(qū)高度xn有較大減少。屈服階段（Ⅲ階段）◆由于受壓區(qū)混凝土的總壓力C與鋼筋的總拉力T應保持平衡，即T=C，受壓區(qū)高度xn的減少將使得混凝土壓應力和壓應變迅速增大，混凝土受壓的塑性特征表現(xiàn)的更為充分。◆同時，受壓區(qū)高度xn的減少使得鋼筋拉力T與混凝土壓力C之間的力臂有所增大，截面彎矩也略有增加。配筋合適的鋼筋混凝土梁在屈服階段這種承載力基本保持不變，變形可以持續(xù)很長的現(xiàn)象，表明在完全破壞以前具有很好的變形能力，有明顯的預兆，這種破壞稱為“延性破壞”Ⅰa狀態(tài)：計算Mcr的依據(jù)Ⅱ階段：計算裂縫、剛度的依據(jù)適筋梁的破壞特征是拉區(qū)縱向鋼筋首先屈服，然后受壓區(qū)邊緣混凝土到達極限壓應變而壓碎破壞。這種破壞以裂縫的加寬和撓度的急劇發(fā)展以及開裂截面發(fā)生顯著轉動作為預兆，能引起人們的注意，具有塑性破壞的性質。超筋梁由于縱向鋼筋配置過多，以至在受壓區(qū)混凝土邊緣達到極限壓應變而破碎時，鋼筋尚未屈服。截面破壞前拉區(qū)混凝土裂縫還很細微，梁的撓度不大，無明顯的破壞預兆作為警告，因而也具有脆性破壞性質。少筋梁由于縱向鋼筋配置較少，以至只要拉區(qū)混凝土一開裂，裂縫處鋼筋的應力立即達到并超過屈服應力，接著梁因壓區(qū)混凝土到達極限壓應變或因鋼筋被拉斷而破壞。這種破壞具有脆性破壞的性質。少筋梁承載力低，破壞無預兆，在建筑結構設計中不允許采用。三、單筋矩形截面正截面承載力計算1、計算公式

或

2、公式適用條件

——防止超筋破壞；——防止少筋破壞。

，

3、截面設計和截面復核（1）截面設計已知：截面尺寸b、h混凝土及鋼筋強度等級（），彎矩設計值M求：縱向受拉鋼筋解法一：直接利用公式，求解

由式，求出混凝土受壓區(qū)高度x，可利用一元二次方程的求根公式：

驗算使用條件1：若,則由式,求出縱向受拉鋼筋的面積；若，則屬于超筋梁，說明截面尺寸過小，應加大截面尺寸重新設計或改用雙筋截面。驗算適用條件2：應；若，說明截面尺寸過大，應適當減小截面尺寸。當截面尺寸不能減小時，則應按最小配筋率配筋，即?。航夥ǘ豪帽砀襁M行計算

在進行截面計算時，為化簡計算，也可利用現(xiàn)成的表格。查表計算，或按公式計算：（2）截面復核已知：截面尺寸（b、h）混凝土及鋼筋的強度（），縱向受拉鋼筋，彎矩設計值M。求：截面所能承受的M

由公式，求得若，則若，則說明此梁屬于超筋梁，應取代入計算；求出后，與梁實際承受的彎矩M比較，若，截面安全；若<M,截面不安全。4.影響受彎構件正截面承載力的因素與截面尺寸（b、h）、材料強度（）鋼筋數(shù)量等有關。截面尺寸（b、h）：加大截面h比加大b更有效材料強度（）：用提高混凝土等級的辦法來提高正截面承載力效果不大；受拉鋼筋數(shù)量綜上所述，如若提高受彎構件的正截面承載力，應優(yōu)先考慮的措施是加大截面的高度，其次是提高受拉鋼筋的強度等級或加大鋼筋的數(shù)量。而加大截面的寬度或提高混凝土強度等級則效果不明顯，一般不予采用。四、例題1、已知截面梁尺寸為b=250mm,h=500mm,承受的最大彎矩設計值M=150KN.m,混凝土強度等級為C20，縱向受拉鋼筋采用HRB335級鋼筋。求：縱向受拉鋼筋面積A解：首先確定材料的設計強度，根據(jù)混凝土和鋼筋的強度等級查表得：=500-40=460mmM=150KN.m=150*106N.mm.（1）用基本公式求解查表選用2Φ22+2Φ20（=1388mm2）驗算最小配筋率：滿足要求。（2）用查表法求解選用2Φ22+2Φ20或2、已知一簡支板，板厚h=80mm,計算跨度L0=2m，承受的均布活載標準值,混凝土強度等級為C20，鋼筋強度等級為HPB235級，永久荷載分布系數(shù)=1.20,可變荷載系數(shù)=1.4,鋼筋混凝土重度為25KN/m3，求受拉鋼筋面積。解：取1m板寬作為計算單元，即b=1000mm,計算截面最大彎矩：滿足要求由表，選一級Φ8@180（）驗算最小配筋率：滿足要求。五、雙筋矩形截面受彎構件在梁的受拉區(qū)和受壓區(qū)同時按計算配置縱向受力鋼筋的截面稱為雙筋截面。由于在梁的受壓區(qū)布置受壓鋼筋來承受壓力是不經(jīng)濟的，故一般情況下不宜采用。在下列情況下可采用雙筋截面：當截面承受的彎矩較大，而截面高度及材料強度等又由于種種原因不能提高，以致按單筋矩形梁計算時出現(xiàn)超筋情況時，可采用雙筋截面，此時在混凝土受壓區(qū)配置受壓鋼筋來補充混凝土抗壓能力的不足。構件在不同的荷載組合下承受異號彎矩的作用，在同一截面可能既出現(xiàn)正彎矩又出現(xiàn)負彎矩，此時就需要在梁的上下方都布置受力鋼筋。為了提高截面的延性。在梁的受壓區(qū)配置一定數(shù)量的受壓鋼筋，有利于提高截面的延性，因此，在抗震設計中要求框架梁必須配置一定比例的受壓鋼筋。六、T形截面因為受彎構件產生裂縫后，裂縫截面處的受拉混凝土因開裂而退出工作，拉力可認為全部由受拉鋼筋承擔，故可將受拉區(qū)混凝土的一部分去掉，把原有的縱向受拉鋼筋集中布置在腹板，由于在計算中不考慮混凝土的抗拉作用（即構件的承載力與截面受拉區(qū)的形狀無關），所以截面的承載力不但與原有截面相同，而且可以節(jié)約混凝土減輕構件自重。第三節(jié)鋼筋混凝土偏心受壓構件一、定義當構件的截面上受到軸力和彎矩的共同作用或受到偏心力的作用時，該結構構件稱為偏心受力構件。當偏心力為壓力時，稱為偏心受壓桿件，亦稱壓彎構件；當偏心力為拉力時，稱為偏心受拉構件，亦稱拉彎構件。二、偏心受壓構件正截面的破壞特征偏心受壓構件正截面的受力特點和破壞特征與軸向壓力偏心距大小、縱向鋼筋的數(shù)量、鋼筋強度等級等因素有關，一般可分為以下兩類：第一類-----受拉破壞，亦稱為大偏心受壓破壞；第二類-----受壓破壞，亦稱為小偏心受壓破壞。（1）大偏心受壓破壞截面在偏心距較大的軸向力N作用下，由于受拉一側的縱向鋼筋首先到達屈服應力，使中和軸急劇地往受壓一側移動，迫使受壓區(qū)混凝土邊緣到達極限壓應變而破壞。這種破壞形態(tài)具有塑性破壞的性質，亦稱受拉破壞。形成這種破壞的條件是較大，而且受拉一側的縱向鋼筋配筋率不高。破壞時，受拉和受壓的縱向鋼筋都能達到屈服應力，壓區(qū)混凝土的壓力達到。（2）小偏心受壓破壞截面在偏心距較小的軸向力N作用下，受壓區(qū)混凝土邊緣首先達到其極限壓應變，距軸向力較近一側的縱向受力筋也同時達到其屈服應力。這種破壞在破壞前沒有明顯的預兆，因而具有脆性破壞的性質，亦稱受壓破壞。形成這種破壞的條件是較小，或者雖然較大但縱向受拉鋼筋配置過多，破壞時，壓區(qū)混凝土的壓應力達到，受壓較大一側縱向受力筋承受的壓力為。（3）大小偏心受壓界限大小偏心受壓破壞的根本區(qū)別在于構件破壞時，遠離壓力N一側的鋼筋應力是否達到屈服。與受彎構件類似，我們把壓區(qū)混凝土達到極限壓應變值與受拉筋達到屈服點應變值同時發(fā)生的破壞成為界限破壞。

第四節(jié)預應力混凝土構件

一、預應力混凝土基本概念預應力混凝土結構：在構件受荷載以前預先對混凝土受拉區(qū)施加壓應力的結構。二、全預應力混凝土和部分預應力混凝土1、當構件是按在使用荷載作用下截面上混凝土不出現(xiàn)拉應力（即全截面受壓）的要求進行設計時，一般稱為全預應力混凝土。2、當構件是按在使用荷載作用下容許出現(xiàn)裂縫但最大裂縫寬度不超過允許值的要求進行設計時，一般稱為部分預應力混凝土。三、優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）抗裂性好，剛度大（2）節(jié)省材料，減小自重（3）提高構件的抗剪能力（4）提高受壓構件的穩(wěn)定性（5）提高構件的耐疲勞性能三、優(yōu)缺點缺點：（1）工藝復雜，對質量要求高，因而需要配備技術較熟練的專業(yè)隊伍；（2）需要一定的專門設備；(3)開工費用大，對構件數(shù)量少的工程成本高；(4)全預應力混凝土反拱值過大；(5)全預應力混凝土延性差；(6)計算復雜。四、應用要求裂縫控制等級高的結構；建造大跨度或承受重型荷載的構件；對構件的剛度和變形控制要求高的結構構件。五、施加預應力的方法和錨具

（一）、先張法定義：在澆灌混凝土之前張拉鋼筋的方法稱為先張法。工序：（二）、后張法定義：在結硬后的混凝土構件上張拉鋼筋的方法稱為后張法。工序：(三)、后張無粘結預應力技術

特點：不需要預留孔道，無粘結預應力筋可與非預應力筋同時鋪設，也可采用曲線配筋，布置靈活。

六、夾具和錨具夾具：構件制成后能夠取下重復使用的稱之；錨具：留在構件上不再取下的稱之。七、預應力混凝土材料（一）、預應力鋼筋要求：1、高強度2、具有一定的塑性3、良好的加工性能4、與混凝土有較好的粘結強度（二）、混凝土要求：1、強度高2、收縮、徐變小3、快硬、早強第五節(jié)鋼結構構件一、鋼結構的特點1、強度高而自重輕2、塑性和韌性好3、材質均勻，可靠性好4、制造方便，工業(yè)化程度高5、耐熱但不耐火6、耐腐蝕性差二、鋼結構材料常用指標與鋼材種類1、常用指標比例極限、彈性極限、屈服強度、抗拉強度彈性模量、線膨脹系數(shù)和質量密度2、塑性和沖擊韌性伸長率、斷面收縮率、韌性（為鋼材抵抗沖擊荷載的能力，用材料在斷裂時所吸收的能量來度量）3、冷彎性能4、可焊性在一定的材料、結構和工藝條件下，要求鋼材施焊后能獲得良好的焊接接頭性能。5、鋼材種類與選用種類：碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。選用：1）結構的重要性；2）荷載情況；3）連接方法；4）結構所處的溫度三、鋼軸心受力構件1、軸心受力構件的常用截面形式有：實腹式構件：制作簡單，與其他構件連接較方便；（1）單個型鋼截面例如：圓鋼、鋼管、角鋼、T型鋼、槽鋼、工字鋼、H型鋼（2）組合截面型鋼和鋼板組合雙角鋼組成的截面冷彎薄壁型鋼截面格構式構件：由兩個或多個型鋼肢件組成，肢件采用角鋼綴條或綴板連接整體。常用于受壓力較大的構件中，以使兩主軸方向等穩(wěn)定性，剛度大，用料省。2、軸心受壓構件的整體穩(wěn)定對于理想軸心受壓構件，當壓力增大到一定大小，再給直線平衡狀態(tài)的構件一側向干擾使其微彎，則構件將保持微彎狀態(tài)，并能達到平衡。當壓力再增加，則彎曲變形迅速增大，而使構件最終喪失承載能力。這種現(xiàn)象稱為構件彎曲或彎曲失穩(wěn)。

影響軸心壓桿失穩(wěn)的主要因素有：構件的截面形式、構件的長細比、構件的殘余應力分布、幾何缺陷。軸心受壓構件的整體穩(wěn)定計算公式：——軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數(shù)四、鋼受彎構件1、實腹式受彎構件通常稱為梁，分型鋼梁和組合梁兩大類。型鋼梁：構造簡單，制造省工，成本較低，優(yōu)先采用；組合梁：在荷載較大或跨度較大時，型鋼的尺寸、規(guī)格不能滿足梁承載力和剛度的要求，必須采用組合梁。2、鋼梁的穩(wěn)定問題鋼梁除滿足強度和剛度要求外，還要滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的要求。鋼梁除滿足強度和剛度要求外，還要滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的要求。因為有些梁在荷載作用下，雖然其截面應力尚低于鋼材的設計強度，但整個構件的變形卻會突然偏離原來荷載作用的平面，與該平面形成某一角度，使梁同時發(fā)生彎曲和扭轉而破壞，這種情況稱為梁的整體失穩(wěn)。鋼梁整體失穩(wěn)的主要原因是該梁側向支撐不夠，而梁自身的抗扭剛度和梁截面在荷載平面外的抗彎剛度又不足所致。另一種情況是梁的受壓翼緣長寬比太大或腹板高厚比太大也可能使梁在受載過程中出現(xiàn)波狀局部失穩(wěn)。這兩類失穩(wěn)現(xiàn)象都是突然發(fā)生的，危害性很大，因而當梁不滿足防止失穩(wěn)的構造要求時，要進行整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的驗算。鋼梁的穩(wěn)定性分析要比強度和撓度計算復雜得多。五、鋼構件間的連接連接方法分類：焊縫連接、鉚釘連接、螺栓連接1、焊接連接：是通過將連接處相鄰的鋼材加熱熔化融和后連接在一起的。優(yōu)點：構造簡單；用料經(jīng)濟，不削弱截面；制作加工方便；連接的密閉性好，結構剛度大。缺點：在焊縫附近材質變脆；焊接殘余應力和變形使受壓構件承載力降低；焊接結構對裂紋很敏感，容易從局部裂紋擴展到整體；低溫冷脆明顯。2、鉚釘連接：塑性和韌性較好，傳力可靠，質量易于檢查，但構造復雜，費鋼費工，目前很少采用。3、螺栓連接：優(yōu)點：安裝方便，便于拆卸；缺點：增加制造工作量，使構件截面削弱，另加連接件多費鋼材。第六節(jié)砌體結構構件

一、設計方法的發(fā)展概況1、早期：憑經(jīng)驗。2、19世紀末到20世紀30年代：允許應力設計法。3、40年代初：最大荷載設計法。4、50年代：半