钢筋混凝土结构设计优质PPT.ppt
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楼面活荷载折减系数见表1.2、表1.3,
(2)可变荷载标准值,表1.4屋面均布活荷载,2.可变荷载准永久值,在设计基准期内,其超越的总时间约为设计基准值一半(可以理解为总持续时间不低于25年)的荷载值,也就是经常作用于结构上的可变荷载。
其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数:
表1.2楼面活荷载折减系数,3.可变荷载组合值,当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时,考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小,因此除主导荷载(产生最大荷载效应的荷载)仍以其标准值为代表值外,对其它伴随荷载,可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值,称为可变荷载组合值,即,4.可变荷载频遇值,在设计基准期内,其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。
它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载,但总是小于荷载的标准值。
其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数:
1.2建筑结构概率极限设计法,
(1)、结构的安全等级(一级,二级,三级)
(2)、结构设计使用年限(25年.50年,100年)(3)、结构的功能要求:
在设计基准期(一般50年)内,满足功能要求,即安全性,适用性,耐久性。
安全性:
满足特定的与建筑物功能相适应的承载力适用性:
保证结构在日常使用中具有良好的的工作性能.耐久性:
保证结构的承载力的持续时间与环境适应度,一.极限状态1.结构的功能要求,结构的可靠性:
即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。
(结构的安全性、适用性和耐久性)可靠度:
“结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。
”故结构可靠度是可靠性的概率度量。
2结构功能的极限状态,极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态,或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。
A、承载能力极限状态结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。
如倾覆、疲劳破坏、压屈等。
B、正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
如过大变形、开裂、振动等,我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。
承载力极限状态,当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了承载能力极限状态1)、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如阳台、雨篷的倾覆);
2)、结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏),或因过度变形而不适于继续承载;
3)、结构转变为机动体系;
4)、结构或结构构件丧失稳定(如压屈等);
5)、地基丧失承载能力而破坏(如失稳等),正常使用极限状态,当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了正常使用极限状态1)影响正常使用或外观的变形;
2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝,如水池开裂引起渗漏)3)影响正常使用的振动;
4)影响正常使用的其它特定状态。
作用(或荷载),作用效应(S),施加在结构上的集中力或分布力,称为作用直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用,由作用引起的结构或构件的反应(内力N、M、V、T),结构抗力(R),结构或结构构件承受效应的能力,M,3结构的功能函数及有关概念,1)、作用效应和结构抗力的概念,“功能函数”:
结构抗力与荷载效应之差,Z=g(S,R)=R-S结果分析Z=R-S0:
处于可靠状态Z=R-S0:
处于不可靠状态,即失效;
Z=R-S=0:
处于极限状态,此方程称极限状态方程,2.结构的功能函数,()实用表达式SRS:
荷载效应设计值R:
结构抗力设计值荷载效应基本组合设计值S考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得的结构内力值称为结构的内力组合值。
1)由可变荷载效应控制的组合:
二.实用设计表达式,1承载能力极限状态设计表达式,0:
结构重要性系数1.1(一级)、1.0(二级)、0.9(三级).G:
恒荷载分项系数1.2,Q:
活荷载分项系数1.4.SGk:
恒载效应标准值,SQ1k:
最大的活载的效应标准值.:
其他活荷载的组合系数.SQik:
其他活载效应标准值.GSGk:
恒载效应设计值.QSQ1k:
活载的效应设计值.,
(2)由永久荷载效应控制的组合:
G:
恒荷载分项系数1.35S取两公式计算的最大值,(1.2.4),二、建筑结构概率极限状态设计法,例:
某办公室钢筋混凝土矩形截面简支梁,安全等级为二级,截面尺寸bh=200mm400mm,计算跨度l=5m,净跨度l=4.86m。
承受均布线荷载;
可变荷载标准值7km/m,永久荷载标准值10km/m(不包括自重)。
试计算按承载能力极限状态设计时跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。
答,由表1.1.1可查可变荷载组合值系数。
安全等级为二级,则结构重要性系数一:
荷载计算:
钢筋混凝土的重力密度标准值为25kN/m3,故梁自重标准值为:
总永久荷载标准值:
二:
荷载效应(弯矩)设计值的计算:
1.弯矩标准值的计算:
A.永久荷载产生的:
B.可变荷载产生的:
2.弯矩设计值的计算A:
由可变荷载效应控制的组合:
本例只有一个可变荷载,即为第一可变荷载。
故计算由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值时B:
由永久荷载控制的组合:
取较大值跨中弯矩设计值M=75.625kNm三:
荷载效应(剪力)设计值的计算:
1.剪力标准值的计算分别为A:
永久荷载产生的:
2剪力设计值的计算,A:
由可变荷载效应控制的组合B:
由永久荷载控制的组合取较大值支座边缘截面剪力设计值V=58.806kN。
对于正常使用极限状态,应根据不同的设计要求,采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计,使变形、裂缝、振幅、基底应力等荷载效应的组合值符合下式的要求:
(1)实用表达式SC
(2)对于标准组合,荷载效应组合的设计值S按下式计算:
2正常使用极限状态设计表达式,2建筑结构材料,本章提要本章主要论述了钢筋的力学性能,混凝土的力学性能(混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度;
混凝土的变形和混凝土的选用)。
本章内容:
建筑钢材,混凝土,一.建筑钢材的品种类和规格,2.1建筑钢材,1.混凝土结构用的钢筋,我国常见钢筋外形,:
d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32mm12种。
钢筋的截面面积,常规直径,
(1)化学成分主要成分:
Fe(99%).C有害元素:
(热脆)(冷脆)(降低钢材的塑性韧性)有益元素:
提高强度塑性()冶金缺陷(气孔夹层)()钢材硬化(冷加工)()温度变化(度不能承担荷载)()应力集中(截面突然改变产生应力高峰)()反复荷载作用(发生疲劳破坏),2.2.1建筑钢材的力学性能,1.影响钢材力学性能的主要因素,钢筋的力学性能()强度,有明显屈服点(软钢),0,d,a,b,c,e,条件屈服点0.2是残余应变为0.2%时的应力,条件屈服强度0.2=0.85b,无明显屈服点(硬钢),a比例极限pc屈服强度yd极限强度b,钢筋的颈缩,
(1).钢筋的强度标准值和强度设计值强度标准值:
是指正常情况下可能出现的最小材料强度值混凝土结构设计规范(GB500102002)规定,钢筋材料强度的标准值应具有不少于95%保证率。
热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定,用fyk表示。
预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据极限抗拉强度确定,用fptk表示。
普通钢筋、预应力钢筋的强度标准值见表。
3.建筑钢筋的设计指标,定义:
强度等级:
立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件,在28天龄期,用标准试验方法测得的抗压强度。
C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80共14级C60-C80属高强度混凝土,C混凝土15立方体抗压强度的标准值为15N/mm3,(砼强度等级),立方体抗压强度,150mm,150mm,150mm,2.2混凝土,一混凝土的强度,2.2.4、混凝土结构的耐久性,耐久性、是指结构在预定设计工作寿命期内,在正常维护条件下,不需要进行大修和加固满足,而满足正常使用和安全功能要求的能力。
碳化,影响混凝土结构耐久性的因素,内部因素:
混凝土强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种、标号和用量、外加剂,等,外部因素:
环境温度、湿度、CO2含量侵蚀性介质,等,),),钢筋混凝土受弯构件,本章内容,3.1、构造要求,3.2、受弯构件正截面计算,3.3、受弯构件斜截面计算,一、截面形式及尺寸,3.1构造要求,受弯构件,截面上受弯矩和剪力共同作用,而轴力可忽略不计的构件。
A、梁的截面形式有:
矩形.T形.形.花篮形,B、梁截面尺寸梁的高跨比:
h/l0按下表采用,表中l0为梁的计算跨度。
模数要求:
a当梁高h800mm时,h为50mm的倍数,b当梁高h800mm时,h为100mm的倍数。
梁宽b:
矩形截面时:
b=(1/2.01/3.5)hT形截面时:
b=(1/2.51/4.0)h当梁宽b250mm时,b为50mm的倍数;
当梁宽b250mm时,梁宽:
b=120mm.150mm.180mm、200mm、220mm。
C、板的厚度:
表3.1.2模数要求:
现浇板为10mm的倍数;
常用60mm、70mm、80mm、100mm、120mm,
(1)、梁的配筋,二、梁板的配筋,梁钢筋骨架,
(1)、梁的配筋,纵向受力钢筋,承受弯矩引起的拉力,二、梁板的配筋,单筋截面:
只在梁的在受拉区配置受力钢筋双筋截面:
在梁的受拉和受压区配置受力钢筋,常用直径:
d=1225,根数:
2根,钢筋伸入支座的数量:
当梁宽b100mm时,不宜少于两根;
当梁宽b100mm时,可为一根。
钢筋净距如图:
下排净距:
25mm且d上排净距:
30mm且1.5d,C、弯起钢筋弯起段承受剪力和弯矩引起的主拉力,弯起后水平段承受支座负弯矩弯起角度:
当梁高不大于800mm时,采用45当梁高大于800mm时,采用60,B、架立钢筋,作用:
固定箍筋,形成钢筋骨架,,直径:
当跨度小于4m时,不宜小于8mm;
当跨度等于46m时,不宜小于10mm;
当跨度大于6m时,不小于12mm。
弯起钢筋放置:
s,第一排:
实际工程中弯起钢筋的弯终点距支座边缘为50mm第二排:
前一排弯起钢筋的弯起点距后一排弯起钢筋弯终点的距离表3.1.4中的Smax。
表3.1.4梁中箍筋和弯起钢筋的最大间距,f.箍筋,作用:
承受剪力和弯矩引起的主拉力,固定纵向筋,箍筋直径:
1/4纵筋d常用直径:
d=6.8.10,箍筋间距,表3.1.4,图3.1.6箍筋的形式和肢数,(a)箍筋的形式;
(b)箍筋的肢数,箍筋的锚固:
末端采用135度弯钩.直线长度50mm且5d,箍筋的肢数:
单肢、双肢和四肢,拉筋:
作用:
固定构造钢筋,拉筋直径:
等于箍筋直径.拉筋间距:
=2倍箍筋间距,纵向构造钢筋(当腹板高450mm),作用:
减小梁腹部裂缝宽度,配置:
在梁的两个侧面应沿高度配置构造筋,且其间距不宜大于200mm,直径一般取12、14.,(3)混凝土保护层厚度(),钢筋外缘至砼表面的厚度。
混凝土保护层厚度钢筋直径且表3.1.5规定,表3.1.5:
混凝土保护层最小厚度,现浇板保护层做法,(4)钢筋的弯钩、锚固与连接,钢筋的弯钩,受拉HPB235光圆钢筋末端做弯钩HRB335、HRB400、RRB400末端不做弯钩,标准弯钩的构造:
钢筋的锚固,、纵向受拉钢筋的基本锚固长度,锚固钢筋的外形系数,fy:
钢筋抗拉强度设计值,ft:
混凝土抗拉强度设计值,d:
钢筋直径,表3.1.7钢筋的最小锚固长度,钢筋的实际锚固长度按下列规定进行修正,基本锚固长度乘以一定修正系数。
(1)对HRB335、HRB400、RRB400级钢筋,直径大于25mm时乘以系数0.8
(2)对HRB335、HRB400、RRB400级的外包环氧树脂的钢筋乘以系数1.25(3)施工中受到扰动的钢筋乘以系数1.1(4)受拉钢筋末端采用机器锚固措施时乘以系数0.7、受压钢筋的锚固长度其锚固长度不应小于受拉钢筋的锚固长度的0.7倍。
图4.50纵向受力钢筋的机器锚固措施,纵向受力钢筋的连接连接方法:
绑扎搭接、机械连接或焊接。
(1)绑扎搭接适用范围:
轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头;
直径大于28mm的受拉钢筋及直径大于32mm的受压钢筋不宜绑扎搭接接头。
受拉搭接长度(但不小于300mm):
Ll=la,同一连接区段内的钢筋搭接接头百分率,对于梁类和墙类内构件不宜大于25%,柱类不应大于50%。
受压钢筋搭接长度不应少于0.7Ll,且不小于200mm,纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按表3.1.8采用,图3.1.15钢筋搭接接头的间距,规范规定:
两搭接接头的中心距应不小于1.3搭接长度(见图3.1.15),否则,则认为两搭接接头属于同一搭接范围,连接区段,
(2)机械连接技术:
锥螺连接、挤压连接等连接区段:
35d受拉钢筋搭接接头百分率:
50%;
受压钢筋不受限制(3)焊接接头连接区段:
35d且500mm受拉钢筋搭接接头百分率:
受压钢筋不受限制,机械连接,截面破坏形式:
通常有正截面破坏和斜截面破坏,3.2正截面承载力计算,正截面破坏:
沿弯矩最大的截面破坏。
斜截面破坏:
沿剪力最大的截面破坏。
3.2.1单筋矩形截面,配筋率:
1、单筋截面受弯构件正截面破坏特征,影响因素:
对于梁:
h0=h-35mm(一排钢筋)h0h-60mm(二排钢筋)对于板:
h0h-20mm,有效高度h0,注意:
当砼C20时,有效高度h0相应再减5mm。
as,AS:
钢筋面积,2单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算,单筋矩形截面:
只在截面的受拉区配有纵向受力钢筋的矩形截面,称为单筋矩形截面。
见图所示。
钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力计算,应以适筋梁第a阶段为依据。
图单筋矩形截面,1)基本假定,基本假定:
平截面假定;
梁弯曲变形后正截面应变仍保持平面不考虑混凝土抗拉强度;
压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图。
两应力图形面积相等且合理C作用点不变。
等效原则:
(1)计算原则,图3.2.1受弯构件正截面应力图,(a)横截面;
(b)实际应力图;
(c)等效应力图;
(d)计算截面,相对受压区高度:
=x/h0相对界限受压区高度:
b=xb/h0b表明构件破坏为超筋破坏b表明构件破坏不是超筋破坏,3)适筋梁与超筋梁的界限-界限相对受压区高度b,表3.2.2:
相对界限受压区高度:
b,4)适筋梁与少筋梁的界限-截面最小配筋率=AS/(bh0)min=man(0.45ft/fy,0.2%),表明构件破坏不是少筋破坏,
(2).基本公式的适用条件,基本计算公式,弯矩设计值混凝土轴心抗压强度设计值,按2.2.2采用钢筋抗拉强度设计值,按2.1.1采用混凝土受压区高度,图3.2.4单筋矩形截面受弯构件计算图形,计算有两种情况一:
截面设计二:
截面验算1.截面设计已知:
弯矩设计值M,材料强度等级,确定梁的截面尺寸b、h,计算:
受拉钢筋截面面积As。
设计步聚如下:
(3).计算方法,步聚,第一步:
确定截面有效高度h0=h-s,h0=h-35mm(一排钢筋)h0h-60mm(二排钢筋)h0h-20mm,对于梁,对于板,当砼C20时,有效高度h0相应再减5mm。
第二步:
计算混凝土受压区高度x,并判断是否属超筋梁若xbh0,则不属超筋梁。
否则为超筋梁,应加大截面尺寸,或提高混凝土强度等级,或改用双筋截面。
第三步:
计算钢筋截面面积As,并判断是否属少筋梁若Asminbh,则不属少筋梁。
否则为少筋梁,应As=minbh。
第四步:
选配钢筋,绘出截面配筋图例题讲解:
【例3.2.1】已知钢筋混凝土矩形截面简支梁,弯矩设计值M=80kNm,截面尺寸bh为200mm450mm;
采用C25级混凝土,HRB400级钢筋。
求跨中截面纵向受拉钢筋的数量.【解】;
查表得fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2,fy=360N/mm2,1=1.0,b=0.518,1.确定截面有效高度h0假设纵向受力钢筋为单层,则h0=h-35=450-35=415mm2.计算x,并判断是否为超筋梁=91.0=0.518415=215.0mm不属超筋梁。
3.计算As,并判断是否为少筋梁=1.011.920091.0/360=601.6mm20.45ft/fy=0.451.27/360=0.16%0.2%,取min=0.2%As,min=0.2%200450=180mm2As=601.6mm2不属少筋梁。
4.选配钢筋选配414(As=615mm2),如图3.2.4所示。
图3.2.4例3.2.1附图,【例3.2.2】某教学楼钢筋混凝土矩形截面简支梁,安全等级为二级,截面尺寸bh=250550mm,承受恒载标准值10kN/m(不包括梁的自重),活荷载标准值12kN/m,计算跨度=6m,采用C20级混凝土,HRB335级钢筋。
试确定纵向受力钢筋的数量。
【解】查表得fc=9.6N/mm2,ft=1.10N/mm2,fy=300N/mm2,b=0.550,1=1.0,结构重要性系数0=1.0,可变荷载组合值系数c=0.7.计算弯矩设计值M钢筋混凝土重度为25kN/m3,故作用在梁上的恒荷载标准值为:
gk=10+0.250.5525=13.438kN/m简支梁在恒荷载标准值作用下的跨中弯矩为Mgk=gkl02/8=13.43862/8=60.471kN.m,简支梁在活荷载标准值作用下的跨中弯矩为:
Mqk=qkl02/8=1262/8=54kNm由恒载效应控制的跨中弯矩为:
M=0(GMgk+QcMqk)=1.0(1.3560.471+1.40.754)=134.556kNm由活载效应控制的跨中弯矩为:
M=0(GMgk+QMqk)=1.0(1.260.471+1.454)=148.165kNm取较大值得跨中弯矩设计值M=148.165kNm。
2)复核己知截面的承载力己知:
构件截面尺寸b、h,钢筋截面面积As,混凝土强度等级,钢筋级别,弯矩设计值M求:
复核截面是否安全计算步骤:
确定截面有效高度h0判断梁的类型,若,且为适筋梁;
若x,为超筋梁;
若Asminbh,为少筋梁。
计算截面受弯承载力Mu适筋梁超筋梁,对少筋梁,应将其受弯承载力降低使用(已建成工程)或修改设计。
判断截面是否安全若MMu,则截面安全。
【例3.2.4】某钢筋混凝土矩形截面梁截面尺寸0000,混凝土强度等级为C2,纵向受拉钢筋18,HRB400,弯矩设计值M=105kNm,验算此梁是否安全。
【解】:
确定计算数据:
fc=11.9N/mm2,fy=360N/mm2,ft=1.27N/mm2,As=763mm2,b=0.5180,1=1.0,计算h0h0=(50-35)mm=465mm求x,判断梁的类型x=fyAs/(1fcb)=763360/(1.011.9200)=115.4mmbh0=0.5180465mm=240.9mm属于不超筋min=0.45ft/fy=0.451.27/360=0.16%0.2%取较大者,min=0.2%,As,min=0.2%200500=200mm2AS=763不少筋故为适筋梁求Mu适筋梁Mu=fyAs(h0-x/2)=360763(465115.2/2)=111.88106Nmm=111.88kNmM=105kNm故该梁安全,.单筋T形截面,挖去受拉区混凝土,形成T形截面,对受弯承载力没有影响;
节省混凝土,减轻自重。
1.优点,图4.23T形截面梁,图3.2.8T形梁示例,1、翼缘计算宽度
(1)翼缘计算宽度的概念在计算中,为简便起见,假定只在翼缘一定宽度范围内受有压应力,且均匀分布,该范围以外的部分不起作用,这个宽度称为翼缘计算宽度。
(2)翼缘计算宽度的值,T型截面的分类两类T形截面的判别:
当x=hf时,为两类T形截面的界限情况。
:
x=hf计算T形截面梁时,按受压区高度的不同,可分为下述两种类型,界限状态:
第一类T形截面:
中和轴在翼缘内,即xhf;
第二类T形截面:
中和轴在梁肋部,即xhf。
判断条件:
当符合下列条件时,为第一类形截面,否则为第二类形截面:
。
或式中x混凝土受压区高度;
T形截面受压翼缘的高度。
3第一类T形截面的设计计算步骤,第一步:
确定翼缘计算宽度bf表3.2.5第二步:
判别T形截面类型为第一类T形第三步:
计算X第四步:
计算As,并判断是否属少筋梁minbh选配钢筋,计算步骤如图3.2.11。
【例3.2.5】某现浇肋形楼盖次梁,截面尺寸如图3.2.12所示,梁的计算跨度4.8m,跨中弯矩设计值为95kNm,采用C25级混凝土和HRB400级钢筋。
试确定纵向钢筋截面面积。
【解】查表:
得fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2,fy=360N/mm2,1=1.0,b=0.518假定纵向钢筋排一层,则h0=h-35=400-35=365mm,1.确定翼缘计算宽度根据表3.2.5有:
按梁的计算跨度考虑:
bf=l/3=4800/3=1600mm按梁净距sn考虑:
bf=b+sn=3000mm按翼缘厚度hf考虑:
hf/h0=80/365=0.2190.1,故不受此项限制。
取较小值得翼缘计算宽度=1600mm。
2.判别T形截面的类型=11.9160080(365-80/2)=495.04106NmmM=95kNm属于第一类形截面。
3.计算x,f,4.计算As,并验算是否属少筋梁As=1.011.9160013.94/360=737mm20.45ft/fy=0.451.27/360=0.16%0.2%,取min=0.2%minbh=0.20%200400=160mm2As=737mm2不属少筋梁。
选配318(As=763mm2)。
【例题1】,如图所示T形梁,混凝土选用C20,钢筋HRB335级。
当所受弯矩M=114kN.m时,计算截面配筋?
【例题2】,如图所示T形梁,混凝土选用C25,钢筋HRB335级。
当所受弯矩M=520kN.m时,计算截面配筋?
梁计算长度L0=4.5
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