1、 建筑结构建筑结构2022-12-31 绪论项目1 建筑结构基本设计原则项目2 钢筋和混凝土的力学性能项目3 受弯构件项目4 受压、受扭构件项目5 预应力钢筋混凝土构件项目6 钢筋混凝土楼盖项目7 多层及高层钢筋混凝土结构项目8 砌体结构项目9 钢结构项目10 建筑结构抗震知识目 录绪绪 论论建筑结构指的是在建筑中，由若干构件连接而构成的能承受荷载和其他间接作用的体系。在建筑中起骨架作用，是建筑的重要组成部分。0.1 0.1 建筑结构建筑结构发展简介发展简介工程结构 建筑结构桥梁结构水工结构电力工程结构材料0.2 建筑结构的分类及其应用建筑结构的分类及其应用根据所用材料的不同，建筑结构分为混凝
2、土结构、砌体结构、钢结构和木结构。0.2.1混凝土结构混凝土结构混凝土结构是钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、素混凝土结构的总称。主要是因为它具有如下优点：(1)强度高；(2)整体性好；(3)耐久性好；(4)可模性好；(5)耐火性好。钢筋混凝土也有一些缺点，主要是自重大，抗裂性能差，现浇结构模板用量大，工期长等。0.2.2 砌体结构砌体结构砌体结构是以砌体为主制作的结构，包括砖结构、石结构和其他材料的砌块结构。砌体结构主要有以下优点：(1)容易就地取材(2)具有良好的耐火性及耐久性。(3)具有良好的保温、隔热、隔声性能，节能效果好。(4)施工简单，技术容易掌握和普及，也不需要特殊的设备。砌体结
3、构的主要缺点是：自重大，强度低，整体性差，施工速度缓慢、不能适应建筑工业化的要求等。0.2.3 钢结构钢结构建筑物的主要承重构件全部由钢板或型钢制成的结构称为钢结构。钢结构具有承载能力高、塑性和韧性好、制造与施工方便、工业化程度高、重量较轻、钢材材质均匀、拆迁方便等优点。其缺点是容易锈蚀、维修费用高、耐火性能远比钢筋混凝土及砌体结构差。0.2.4 木结构木结构木结构是指全部或者大部分使用木材制成的结构。木结构的优点是能就地取材、制作简单、造价较低、便于施工；缺点是木材本身疵病较多、易燃、易腐、结构变形较大。由于木材的用途广泛，而其产量受到自然条件的限制，目前在大、中城市中已限制采用木结构。0.
4、3 本课程的任务与学习方法本课程的任务与学习方法本课程是建筑专业的一门重要专业基础课，通过本课程的学习，应达到的基本要求是：1、掌握各类结构基本构建的受力特点和计算原理，对常见的一般构件能进行计算和复核；2、掌握各类结构的主要构造要求，熟悉现行规范中有关结构构造的一般规定；3、能识读结构施工图，对一般构件能按设计计算结构绘制；4、理解地震的基本知识和房屋抗震的主要措施。【知识目标知识目标】1.熟悉荷载的分类和荷载代表值的概念，了解荷载效应与结构抗力的概念；2.掌握结构的功能要求以及可靠性的概念，了解极限状态的概念、分类以及结构极限状态方程；3.了解概率极限状态设计法的相关概念以及计算内容。【技
5、能目标技能目标】掌握构件内力标准值、设计值的计算方法，逐步培养内力分析和配筋计算的能力。【课时建议课时建议】8课时1.1 建筑结构的荷载建筑结构的荷载1.1.1荷载的分类荷载的分类 1.荷载的概念 建筑结构在使用期间和在施工过程中要承受各种作用：施加在结构上的集中力或者分布力（如人群、设备、风、雪、构件自重等）称为直接作用，也称荷载；引起结构外加变形或者约束变形的原因（如温度变化、地基不均匀变形、地面运动等）称为间接作用。1.1.1.2荷载的分类1.按随时间的变化分类(1)永久荷载。在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如，结构自重、土压力等。(2)可变荷
6、载。在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。如安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。可变荷载也称为活荷载或者活载。(3)偶然荷载。在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其量值很大且持续时间较短的荷载，如爆炸力、撞击力等。2.按随空间位置的变化分类(1)固定作用。在结构空间位置上具有固定分布的作用，如楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等。(2)可动作用。在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作用，如楼面上的人员荷载、吊车荷载等。3.按结构的反应分类(1)静态作用。使结构产生的加速度可忽略不计的作用，如结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等。(2)动态作用
7、。使结构产生的加速度不可忽略的作用，如地震、吊车荷载、设备振动、风荷载等。1.1.2荷载代表值、材料强度标准值荷载代表值、材料强度标准值1荷载的代表值结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值，称为荷载代表值。建筑结构荷载规范（GB500092012）给出了四种荷载代表值，即标准值、组合值、准永久值和频遇值。（1）荷载标准值荷载标准值是指结构在使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载值。（2）可变荷载组合值当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，由于各种可变荷载同时达到其最大值的可能性极小，因此除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）仍以其标准值为代表值外，其他伴随荷载的代表值应
8、小于其标准值，此代表值称为可变荷载组合值。可变荷载组合值可写成：QC =c QK （1.1）式中：QC可变荷载组合值；QK可变荷载标准值；c可变荷载组合值系数。（3）荷载准永久值可变荷载的准永久值是指在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载设计值。可变荷载的准永久值小于可变荷载标准值，故可以写成：Qq=q QK （1.2）式中：Qq可变荷载准永久值；q可变荷载准永久值系数（1.0）；QK可变荷载标准值。（4）荷载频遇值可变荷载的频遇值是指在设计基准期内，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。由于频遇值是指在较短持续时间内可能达到的较大可变荷载值，而不是规定使
9、用期限内的最大可变荷载值，因此，可变荷载频遇值小于可变荷载标准值，故可写成：Qf =f QK （1.3）式中：Qf可变荷载频遇值；f 可变荷载频遇值系数；QK可变荷载标准值。2.材料强度标准值（1）钢材的强度标准值（2）混凝土的强度标准值 1.2 建筑结构的设计方法建筑结构的设计方法1.2.1 结构的功能要求结构的功能要求建筑结构在规定的时间内（一般取50年），在正常条件下，必须满足下列各项功能要求：1.能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；2.在正常使用时具有良好的工作性能；3.在正常维护下具有足够的耐久性；4.在偶然事件发生时及发生以后，仍能保持必须的整体稳定性。以上功能要求，可
10、以概括为安全性、适用性安全性、适用性和耐久耐久性性。1.2.2 结构功能的极限状态结构功能的极限状态1.结构可靠度和安全等级结构可靠性是指结构在规定的时间内(即设计基准期)，在规定的条件下(结构正常的设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等)的能力。安全可靠是结构设计的重要内容，所以在进行建筑结构的设计时，应根据结构破坏可能产生的各种后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的安全等级。标准对建筑结构的安全等级划分为三级。2.结构的极限状态建筑结构可靠度设计统一标准将结构的极限状态分为下列两类：（1）承载能力极限状
11、态承载能力极限状态是对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载变形的极限状态。整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡。结构构件或其连接部件因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)。结构转变为机动体系。结构或构件丧失稳定。（2）正常使用极限状态正常使用极限状态是对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：出现影响正常使用或外观的变形。出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏。出现影响正常使用的振动。影响正常使用的其他特定状态。1.2.3 极限状态设计表达式极限状态设计表达式结构设计时，应针对不同的极限状态，
12、根据结构的特点和使用要求给出具体的标志和限值，作为结构设计的依据。这种以相应于结构各种功能要求的极限状态，作为结构设计依据的设计方法，就称为极限状态设计法。（1）作用效应和结构抗力的概念作用效应-S结构抗力-R（2）极限状态设计法的实用设计表达式结构和结构构件的工作情况究竟怎样，是工作良好安全可靠，还是达到了极限状态结构失效，可以由该结构构件所承受的荷载效应S和结构抗力R两者的关系来描述，其表达式即为结构的极限状态方程，写为 Z=S-R （1.4）当Z0时，结构处于可靠状态；当Z0时，结构处于失效状态；当Z0时，结构处于极限状态，即当基本变量满足极限状态方程时，则结构达到极限状态。（3）极限状
13、态设计表达式建筑结构可靠度设计统一标准给出的各极限状态设计表达式如下：1.承载能力极限状态设计表达式（1）基本组合可变荷载效应控制的组合：（1.5）永久荷载效应控制的组合：（1.6）（2）偶然组合)(100QikciniQiGKGSSS)(21100QikciniQiKQQGKGSSSS2.正常使用极限状态设计表达式 SC (1.7)1.荷载效应组合在计算正常使用极限状态的荷载效应组合值时，需首先确定荷载效应的标准组合和准永久组合。荷载效应的标准组合和准永久组合应按下列规定计算：（1）标准组合 （1.8）（2）准永久组合 （1.9）（3）频遇组合 （1.10）QikciKQGKKSSSS1Qi
14、kniqiGKqSSS1QikniqiKQfGKSSSS211 项目项目2 2 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料【知识目标】1.了解钢筋和混凝土的工作原理。2.熟悉钢筋的分类和力学性能，掌握钢筋的选用；3.熟悉混凝土的力学性能和变形，掌握混凝土的选用。【技能目标】会查阅建筑结构荷载规范和混凝土结构设计规范的相关内容。【课时建议】6课时2.1 钢筋和混凝土的共同工作钢筋和混凝土的共同工作钢筋混凝土由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成。混凝土具有较强的抗压能力但抗拉能力较弱，而钢筋的抗拉能力很强，为了充分利用材料的性能，就把混凝土和钢筋这两种材料结合在一起共同工作，使混凝土主要承受
15、压力，钢筋主要承受拉力，来满足工程结构的使用要求。钢筋和混凝土共同工作的条件：1、钢筋和混凝土之间有着可靠的粘结力可靠的粘结力，能牢固结成整体，受力后变形一致，不产生相对滑移。这是钢筋和混凝土共同工作的主要条件。2、钢筋和混凝土的温度线膨胀系数温度线膨胀系数非常接近接近，因此当温度变化时不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的黏结。3、混凝土对钢筋无腐蚀作用，而且钢筋外边的混凝土保护层保护层可以防止钢筋锈蚀，从而保证了钢筋混凝土构件的耐久性。2.2 钢筋钢筋 2.2.1钢筋的类型钢筋的类型1.按钢筋的成分分类：碳素钢和普通低合金钢2.按钢筋的外形分类：光圆钢筋和变形钢筋3.钢筋品种和级别(1)热
16、轧钢筋(2)冷轧带肋钢筋(3)余热处理钢筋(4)钢丝及钢绞线 钢筋的形式2.2.2钢筋的力学性能钢筋的力学性能1.钢筋的强度(1)有明显屈服点的钢筋 图图2.3 有明显屈服点钢筋的应力有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线应变曲线(2)无明显屈服点的钢筋 图图2.4无明显屈服点钢筋的应力无明显屈服点钢筋的应力-应变曲线应变曲线2.钢筋的塑性性能伸长率：钢筋断裂后的伸长值与原长的比率称为伸长率，伸长率的大小标志着钢筋塑性的大小。冷弯性能：在常温下将钢筋绕某一规定直径的辊轴进行弯曲。在达到规定的冷弯角度时，钢筋不发生裂纹、分层或断裂，钢筋的冷弯性能符合要求。2.2.3钢筋的冷加工钢筋的冷加工对热轧钢筋进
17、行机械冷加工后，可提高钢筋的屈服强度，达到节约钢材的目的。常用的冷加工方法有冷拉和冷拔。1.钢筋的冷拉：抗拉强度提高，抗压强度不变，塑性降低；2.钢筋的冷拔：抗拉、抗压强度均提高，塑性降低。图2.6 钢筋冷拉 图2.7 钢筋的冷拔2.2.4 钢筋的选用钢筋的选用钢筋的直径最小为6mm，最大为50 mm。国内常规供货直径（单位mm）为6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32等12种。1、纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，也可以采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400钢筋。2、梁、柱纵向受力普通钢筋应
18、采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋。3、箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可以采用HRB335、HRBF335钢筋。4、预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。规范提倡用HRB400级钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋；用高强的预应力钢绞线、钢丝作为我国预应力混凝土结构的主力钢筋。混凝土结构设计规范（GB 500102010）中增加强度为500MPa级的热轧带肋钢筋；推广400 MPa、500 MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋；限制并准备逐步淘汰335 MPa级热轧带肋钢筋的应用
19、。用300 MPa级光圆钢筋取代235 MPa级光圆钢筋。2.3 混凝土混凝土 混凝土是由水泥、水和骨料(细骨料砂子、粗骨料石子)按一定配合比经搅拌后入模振捣，养护硬化形成的人造石材（砼）。2.3.12.3.1混凝土的强度混凝土的强度混凝土的强度指标主要有立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度。1.混凝土的立方体抗压强度fcu混凝土结构设计规范规定：用边长为150 mm的立方体试件，在标准条件下养护28天，用标准试验方法测得的抗压强度，称为立方体抗压强度，用fcu表示。混凝土的强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值fcuk确定，单位为N/mm2(或为MPa)。建筑工程中采用的混凝土强度等级共
20、14级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度级别400 MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。2.混凝土的轴心抗压强度fc3.混凝土的轴心抗拉强度ft2.3.2 混凝土的变形混凝土的变形1.收缩：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。减小收缩的措施：水泥用量越多，灰水比越大，收缩就越大；
21、高标号水泥制成的构件收缩越大；骨料的弹性模量大时收缩小；振捣密实的收缩小；养护条件好的收缩小；使用环境湿度大的收缩小。2.徐变：混凝土在长期不变的荷载作用小其应变随时间继续增长的现象叫做徐变。减小徐变的措施：水泥用量越多，灰水比越大，徐变越大；混凝土骨料增加，徐变将减小；混凝土强度等级越高，徐变越小；养护及使用环境湿度大时徐变小；构件加载前混凝土强度大时徐变小；构件截面的应力越大，徐变越大。2.3.3 混凝土强度等级的选用混凝土强度等级的选用素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等级400 MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于
22、C25。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。【工程实例2.1】某混凝土构件，混凝土抗压强度设计等级C30。共成型3组混凝土试块，强度代表值分别为：38.6；34.3；29.0；请评定该构件混凝土强度是否合格？解析：当试块组n9，采用非统计方法列式计算，混凝土强度应同时满足下列要求：和 kcufcufm,15.1 kcucuff,min,95.02.4 钢筋与混凝土之间的黏结力钢筋与混凝土之间的黏结力 钢筋与混凝土能共同工作的主要原因是二者之间存在较强的黏结作用。这个黏结作用是由以下三部分组成的：1.水泥浆
23、凝结后与钢筋表面产生的胶结力；2.混凝土结硬收缩将钢筋握紧产生的摩擦力；3.钢筋表面的凹凸（指变形钢筋）或光面钢筋的弯钩与混凝土之间的机械咬合力。钢筋与混凝土的黏结面上所能承受的平均剪应力的最大值称为黏结强度。其大小与钢筋表面形状、直径、混凝土强度等级，保护层厚度、横向钢筋、侧向压力、浇筑位置有关。项目项目3 3 钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件【知识目标】1.熟悉梁、板的构造2.掌握单筋矩形截面受弯构件承载力的计算方法3.了解双筋矩形截面、T形截面梁的相关构造要求4.掌握梁的平法标注【技能目标】通过本章学习，初步具备对常用受弯构件进行受力分析的能力，以及对梁结构施工图的识图能力，并了解梁
24、板的相关构造要求。【课时建议】20课时3.1.1 板的构造板的构造 1.截面形状 工程结构中的梁和板的区别在于：梁的截面高度一般大于自身的宽度，而板的截面高度则远小于自身的宽度。梁的截面形状常见的有矩形、T 形、工字形、箱形、倒L 形等；板的截面形状常见有矩形、槽形及空心形等，如下图所示。2.截面尺寸 受弯构件的截面尺寸的确定，既要满足承载能力的要求，也要满足正常使用的要求，同时还要满足施工方便的要求。也就是说，梁、板的截面高度h 与荷载的大小、梁的计算跨度(l0)有关。一般根据刚度条件由设计经验确定。同时，考虑便于施工和利于模板的定型化，构件截面尺寸宜统一规格.板的宽度一般比较大，设计计算时
25、可取单位宽度(b=1000mm)进行计算。其厚度应满足(如已满足则可不进行变形验算)：单跨简支板的最小厚度不小于l0/35；多跨连续板的最小厚度不小于l0/40；悬臂板的最小厚度(指的是悬臂板的根部厚度)不小于l0/12。同时，应满足下表现浇钢筋混凝土板的最小厚度的规定。板的类别 厚度/mm单向板屋面板板跨 度1500mm 50板跨 度1500mm 60民用建筑楼板60工业建筑楼板70行车道下的楼板80双向板80密肋板肋间距700mm 40肋间距700mm50悬臂板板的悬臂长度500mm60板的悬臂长度500mm80无梁楼板150图图3.10 纵向受力钢筋和分布钢筋纵向受力钢筋和分布钢筋2、板
26、的配筋 板通常只配置纵向受力钢筋和分布钢筋 当h150mm时，不宜大于200mm；当h150mm时，不宜大于1.5h，且不宜大于300mm。1）受力钢筋常用直径：6、8、10、12mm。钢筋间距：板的受力钢筋间距通常不宜小于70mm。2）分布钢筋分布钢筋的作用：A 固定受力钢筋的位置，形成钢筋网；B 将板上荷载有效地传到受力钢筋上去；C 防止温度或混凝土收缩等原因沿跨度方向的裂缝。分布钢筋宜采用HPB300、HRB335级钢筋，常用直径为6、8mm。分布钢筋应沿受力钢筋直线段均匀布置，并且受力钢筋所有转折处的内侧也应配置 3.1.2 梁的构造梁的构造1 1、梁的配筋、梁的配筋1 1）纵向受力钢
27、筋）纵向受力钢筋 单筋截面:只在受拉区配置纵向受力钢筋的受弯构件双筋截面:同时在梁的受拉区和受压区配置纵向受力钢筋 的受弯构件 梁纵向受力钢筋的常用直径d=12-25mm。当h300mm时，d 8mm；当h300mm时，d 10mm。2）架立钢筋 架钢筋设置在受压区外缘两侧，并平行于纵向受力钢筋。作用：a 固定箍筋位置以形成梁的钢筋骨架；b 承受因温度变化和混凝土收缩而产生的拉应力，防止发生裂缝。c 受压区配置的纵向受压钢筋可兼作架立钢筋。架立钢筋的直径与梁的跨度有关，其最小直径不宜小于下表所列数值。梁跨/m 44-66架立钢筋最小直径/mm 810123）弯起钢筋钢筋的弯起角度一般为45，梁
28、高h800mm时可采用60。梁高h/mmV0.7ftbh0V0.7ftbh0150h300150200300h500200300500h800250350h800300400梁中箍筋和弯起钢筋的最大间距 弯起钢筋的形式 4 4）箍筋）箍筋按计算不需要箍筋的梁，应按照下述规定确定箍筋：A 当梁的截面高度h300mm，应沿梁全长按构造配置箍筋；B 当h=150300mm时，可仅在梁的端部各1/4跨度范围内设置箍筋，但当梁的中部1/2跨度范围内有集中荷载作用时，仍应沿梁的全长设置箍筋；C 若h150mm，可不设箍筋。箍筋直径 当梁截面高度h800mm时，不宜小于6mm；当h800mm时，不宜小于8m
29、m。箍筋的常用直径为6、8、10mm。箍筋的形式：箍筋的形式：开口式、封闭式图3.8 箍筋的布置 箍筋是受拉钢筋，必须有良好箍筋是受拉钢筋，必须有良好的锚固。其端部应采用的锚固。其端部应采用135弯弯钩，弯钩端头直段长度不小于钩，弯钩端头直段长度不小于50mm，且不小于，且不小于5d。注意：注意：当梁与钢筋混凝土梁或柱整当梁与钢筋混凝土梁或柱整体连接时，支座内可不设置箍体连接时，支座内可不设置箍筋。筋。5）纵向构造钢筋及拉筋1-架立筋；2-腰筋；3-拉筋 当梁的腹板高度hw450mm时，应在梁的两个侧面沿高度配置纵向构造钢筋（亦称腰筋），并用拉筋固定 3.1.3 混凝土保护层厚度混凝土保护层厚
30、度 定义：钢筋外边缘至混凝土表面的距离称为钢筋的混凝土保护层厚度，用c表示钢筋净距、保护层及有效高度钢筋净距、保护层及有效高度（a a）单排受力钢筋；（）单排受力钢筋；（b b）双排受力钢筋）双排受力钢筋作用：A 保护钢筋不致锈蚀，保证结构的耐久性；B 保证钢筋与混凝土间的粘结；C 在火灾等情况下，避免钢筋过早软化。混凝土保护层最小厚度 环境类别板、墙、壳 梁 柱 C20C25C45C50 C20C25-C45C50 C20C25-C45C50一 201515302525303030二 a 2020 3030 3030b 2520 3530 3530三 3025 4035 4035注：注：1.
31、基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm；当无垫层时不应小于70mm。2.处于一类环境中且由工厂生产的预制构件，当混凝土强度等级不低于C20时，其保护层厚度可按表中规定减少5mm，但预制构件中的预应力钢筋的保护层不应小于15mm；处于二类环境且由工厂生产的预制构件，当表面采取有效保护措施时，保护层厚度可按表中一类环境数值采用。3.预制钢筋混凝土受弯构件钢筋端头的保护层厚度不应小于10mm；预制肋形板主肋钢筋的保护层厚度应按梁的数值取用。4.板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于表中相应数值减10mm，且不小于10mm。梁、柱箍筋和构造钢筋的保护层不应小于15mm。3.2.1 受弯
32、构件正截面破坏形式 钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏形式与钢筋和混凝土的强度以及纵向受拉钢筋配率有关。0bhAsr根据梁纵向钢筋配筋率的不同，钢筋混凝土梁可分为适筋梁、超筋梁和少筋梁三种类型，不同类型梁的具有不同破坏特征。梁的正截面破坏梁的正截面破坏（a a）适筋梁；（）适筋梁；（b b）超筋梁；（）超筋梁；（c c）少筋梁形过少筋梁形过 1、适筋梁 配置适量纵向受力钢筋的梁称为适筋梁，该类梁的破坏成为适筋破坏。以下为正截面破坏的三个阶段。yfyf 第I阶段（弹性工作阶段）：荷载很小时，混凝土的压应力及拉应力都很小，应力和应变几乎成直线关系。当弯矩增大时，受拉区混凝土表现出明显的塑性特征，应力和
33、应变不再呈直线关系，应力分布呈曲线。当受拉边缘纤维的应变达到混凝土的极限拉应变时，截面处于将裂未裂的极限状态，即第阶段末，用a表示，此时截面所能承担的弯矩称抗裂弯矩Mcr。a阶段的应力状态是抗裂验算的依据。第阶段（带裂缝工作阶段）当弯矩继续增加时，受拉区混凝土的拉应变超过其极限拉应变 。受拉区出现裂缝，截面即进入第阶段。裂缝出现后，在裂缝截面处，受拉区混凝土大部分退出工作，拉力几乎全部由受拉钢筋承担。随着弯矩的不断增加，裂缝逐渐向上扩展，中和轴逐渐上移，受压区混凝土呈现出一定的塑性特征，应力图形呈曲线形。第第阶段的应力状态是裂缝宽度阶段的应力状态是裂缝宽度和变形验算的依据。和变形验算的依据。当
34、弯矩继续增加，钢筋应力达到屈服强度fy，这时截面所能承担的弯矩称为屈服弯矩My。它标志截面进入第阶段末，以a表示。第阶段（破坏阶段）弯矩继续增加，受拉钢筋的应力保持屈服强度不变，钢筋的应变迅速增大，促使受拉区混凝土的裂缝迅速向上扩展，受压区混凝土的塑性特征表现得更加充分，压应力呈显著曲线分布。到本阶段末（即a阶段），受压边缘混凝土压应变达到极限压应变，受压区混凝土产生近乎水平的裂缝，混凝土被压碎，甚至崩脱，截面宣告破坏，此时截面所承担的弯矩即为破坏弯矩Mu。a阶段的应力状态作为构件承载力计算的依据。由上述可知，适筋梁的破坏始于受拉钢筋屈服。从受拉钢筋屈服到受压区混凝土被压碎（即弯矩由My增大到
35、Mu），需要经历较长过程。由于钢筋屈服后产生很大塑性变形，使裂缝急剧开展和挠度急剧增大，给人以明显的破坏预兆，这种破坏称为延性破坏。适筋梁的材料强度能得到充分发挥。2 2、超筋梁、超筋梁纵向受力钢筋配筋率大于最大配筋率的梁称为超筋梁，该类梁的破坏成为超筋破坏。这种梁由于纵向钢筋配置过多，受压区混凝土在钢筋屈服前即达到极限压应变被压碎而破坏。破坏时钢筋的应力还未达到屈服强度，因而裂缝宽度均较小，且形不成一根开展宽度较大的主裂缝，梁的挠度也较小。这种单纯因混凝土被压碎而引起的破坏，发生得非常突然，没有明显的预兆，属于脆性破坏。实际工程中不应采用超筋梁。实际工程中不应采用超筋梁。3、少筋梁、少筋梁配
36、筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁，该类梁的破坏成为少筋破坏。这种梁破坏时，裂缝往往集中出现一条，不但开展宽度大，而且沿梁高延伸较高。一旦出现裂缝，钢筋的应力就会迅速增大并超过屈服强度而进入强化阶段，甚至被拉断。在此过程中，裂缝迅速开展，构件严重向下挠曲，最后因裂缝过宽，变大而丧失承载力，甚至被折断。这种破坏也是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏。实际工程中不应采用少筋梁。实际工程中不应采用少筋梁。混凝土应力应变关系3.2.2 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 1、计算原则 1）基本假定 平截面假定，即构件正截面弯曲变形后仍保持一平面，即在三个阶段中，截面
37、上的应变沿截面高度为线性分布。混凝土应力应变关系ss钢筋的应力等于钢筋应变 与其弹性模量的乘积，但不得大于其强度设计值fy。不考虑截面受拉区混凝土的抗拉强度。受压混凝土采用理想化的应力应变关系。2）等效矩形应力图）等效矩形应力图满足以下两个条件：受压区混凝土压应力合力C值的大小不变，即两个应力图形的面积应相等；合力C作用点位置不变，即两个应力图形的形心位置应相同。换算为等效矩形应力图的混凝土抗压强度可称为等效混凝土抗压强度即1fc，相应的换算受压区高度为 x，x=1xc，系数1是混凝土受压区高度x与中和轴高度xc的比值。3）适筋梁与超筋梁的界限界限相对受压区高度 比较适筋梁和超筋梁的破坏，前者
38、始于受拉钢筋屈服，后者始于受压区混凝土被压碎。理论上，二者间存在一种界限状态，即所谓界限破坏。我们将受弯构件等效矩形应力图形的混凝土受压区高度 与截面有效高度之比称为相对 受压区高度，用 表示.适筋梁界限破坏时等效受压区高度与截面有效高度之比称为界限相对受压区高度。值是用来衡量构件破坏时钢筋bb强度能否充分利用的一个特征值。构件破坏时受拉钢筋不能屈服，表明构件的破坏为 超筋破坏；构件破坏时受拉钢筋已经达到屈服强度，表明发生的破坏为适筋破坏或少筋破坏。b4 4）适筋梁与少筋梁的界限）适筋梁与少筋梁的界限截面最小配筋率截面最小配筋率minmin 理论上讲，最小配筋率的确定原则是：配筋率为min的钢
39、筋混凝土受弯构件，按a阶段计算的正截面受弯承载力应等于同截面素混凝土梁所能承受的弯矩Mcr（Mcr为按Ia阶段计算的开裂弯矩）minmax(45%,0.2%)tyffr2、基本计算公式 力平衡条件力矩平衡条件力矩平衡条件 1）为防止发生超筋破坏，需满足b或xbh0，其中、b分别称为相对受压区高度和界限相对受压区高度；2）防止发生少筋破坏，应满足 min 或As As，min，As，min=minbh，其中min为截面最小配筋率。取x=bhb，即得到单筋矩形截面所能承受的最大弯矩的表达式：2u,max1 c0bbf bhM（1-0.5）3.2 单筋矩形截面受弯构件正截面设计与复核 单筋矩形截面受
40、弯构件正截面承载力计算，可以分为有两类问题：一类是截面设计问题，另一是复核己知截面的承载力问题。一、截面设计一、截面设计 1、基本公式法己知：弯矩设计值M，混凝土强度等级，钢筋级别，构件截面尺寸b、h求：所需受拉钢筋截面面积As计算步骤如下：1）确定截面有效高度h0:h0=h-as 式中h梁的截面高度；as受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离2）计算混凝土受压区高度x，并判断是否属超筋梁20012cMxhhf b 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。3）计算钢筋截面面积As，并判断是否属少筋梁，即1scyf bxAf若Asminbh，则不
41、属少筋梁。否则为少筋梁，应取As=minbh。4）选配钢筋 计算出的As，在表格中绝大多数情况下不会敲好存在，因此我们选用的配筋面积一般在5%的范围内进行上下浮动，即As（实际）（实际）=（1 5）As5）验算配筋率。2 2、基本表格法、基本表格法 己知：弯矩设计值M，混凝土强度等级，钢筋级别，构件截面尺寸b、h 求：所需受拉钢筋截面面积As 计算步骤如下：（1）求：ss（2）根据查出或0000,M=()(10.5),(10.5)2ysySySxxhf A hf A hf A hs则式中称为内力臂系数。令系数11 211 2;2sssssaa、之间存在着如下关系：。（3）求As：110AAcc
42、ssSyoyya f bxa fMbhf hff或则 ys001 cfxhbhfA（4）选配钢筋 计算出的As，在表格中绝大多数情况下不会恰好存在，因此我们选用的配筋面积一般在5%的范围内进行上下浮动，即As（实际）（实际）=（1 5）As5）验算配筋率检查截面实际配筋率是否低于最小配筋率，即min或Asminbh,否则取=min，则 As=minbh。二、截面复核 已知截面尺寸b、h及As，混凝土和钢筋等级，求Mu，1)验算 min若若配筋过少，应修配筋过少，应修改设计改设计 2)确定x3)验算 max4)计算Mu若若得得x x得得M Mu u超筋取超筋取 bxx 工程实例工程实例3.1 某
43、钢筋混凝土矩形截面简支梁，跨中弯矩设计值M=80kNm，梁的截面尺寸bh=200450mm，采用C25级混凝土，HRB400级钢筋。试确定跨中截面纵向受力钢筋的数量。【解】查表得fc=11.9 N/mm2，ft=1.27 N/mm2，fy=360 N/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=415mm（2）计算x，并判断是否为超筋梁20012cMxhhf b=415-622 80 104151.0 11.9 200=91.0mm0bh=0.518415=215.0mm 不属超筋梁。（3）计算As，并判断是否为少筋梁，即
44、 1 csf bx=yfA=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=180mm2 As=601.6mm2不属少筋梁。（4）选配钢筋选配4B14（As=615mm2）【案例点评】本案例是根据已知标准荷载，通过计算，确定单筋矩形截面的配筋问题，对于这种类型的问题要注意进行判断。工程实例工程实例3.23.2 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
45、l0=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：【案例点评】本案例是通过计算单筋矩形截面的承载力确定截面的配筋问题，对这种类型的问题要注意计算跨中弯矩时0不要忽略掉。【案例点评】本案例是通过计算截面梁的承载力，复核单筋矩形截
46、面是否安全问题，对这种类型的问题要注意题干中的M是用来最后比较的，不是用来计算的。3.2.3 3.2.3 双筋矩形截面和双筋矩形截面和T T型截面的受力概念型截面的受力概念一、采用双筋截面的条件一、采用双筋截面的条件(1)弯矩很大，同时按单筋矩形截面计算所得的又大于b，而梁截面尺寸受到限制，混凝土强度等级又不能提高时；(2)在不同荷载组合情况下，梁截面承受异号弯矩。此外，配置受压钢筋可以提高截面的延性，因此在抗震结构中要求框架梁必须配置一定比例的受压钢筋。矩形截面受弯构件在破坏时，受拉区混凝土早已开裂，且抗拉强度低，对截面受弯承载力的贡献小，受弯构件的承载力计算时，不考虑受拉混凝土的作用。可将
47、受拉区混凝土的一部分去掉，将受拉钢筋集中布置在梁肋中，截面的承载力计算值与原有矩形截面完全相同，不仅可以节约混凝土，而且可减轻自重。I形和箱形截面受弯构件可以看作T形截面受弯构件。二、采用T型截面的条件 T形截面受弯构件广泛应用于肋形楼盖的主、次梁，预制槽形板，双T屋面板中。I形截面受弯构件用于吊车梁、薄腹屋面梁中。箱形截面受弯构件则在桥梁中较为常见。离腹板越远，受压翼缘压应力与腹板受压区压应力相比，将明显减小，翼缘与腹板共同受压的有效翼缘宽度是有限的。三、两类三、两类T T形截面的判别形截面的判别 第一类第一类T T形截面形截面中和轴在翼缘内中和轴在翼缘内 第二类第二类T T形截面形截面中和
48、轴在梁肋内中和轴在梁肋内 一、概述 钢筋混凝土受弯构件除承受弯矩外，一般还同时承受剪力。在弯剪区，会沿着斜向裂缝发生斜截面破坏。通常，板具有足够的斜截面承载力，故受弯构件斜截面承载力主要是研究梁及厚板。斜截面破坏的形式有受剪和受弯破坏两类。工程设计中，斜截面受剪承载力是通过计算由混凝土、箍筋和弯起钢筋来承担；斜截面受弯承载力则是通过构造措施来满足的。梁具有一个合理的截面尺寸，并配置箍筋或配置弯起钢筋。箍筋、弯起钢筋统称为腹筋。有箍筋、弯起钢筋和纵向钢筋的梁称为有腹筋梁；无箍筋和弯起钢筋但有纵向钢筋的梁称为无腹筋梁。3.3 3.3 受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算二、二、受弯构件
49、斜截面承载力试验研究受弯构件斜截面承载力试验研究2.无腹筋梁斜截面破坏的主要形态 影响无腹筋梁斜截面受剪破坏形态的主要因素为：剪跨比a/h0（集中荷载）或跨高比l0/h0（均布荷载），主要破坏形态有斜拉、剪压和斜压三种。1 1、剪跨比、剪跨比 集中力到支座之间的距离集中力到支座之间的距离a a称为剪跨，剪跨称为剪跨，剪跨a a与梁的有与梁的有效高度效高度h h0 0的比值则称为计算剪跨比的比值则称为计算剪跨比 无腹筋梁出现相互平行的腹剪斜裂缝，主压应力超过无腹筋梁出现相互平行的腹剪斜裂缝，主压应力超过混凝土的抗压强度，沿斜向压坏，破坏时斜裂缝多而密，混凝土的抗压强度，沿斜向压坏，破坏时斜裂缝多
50、而密，称为斜压破坏。称为斜压破坏。1)1)斜压破坏斜压破坏 破坏取决于混凝土的抗压强度，破坏取决于混凝土的抗压强度，箍筋尚未达到屈服强度且破坏是突箍筋尚未达到屈服强度且破坏是突发性的，为脆性破坏。发性的，为脆性破坏。剪跨比较小剪跨比较小(1)3)(3)时时 斜裂缝一旦出现就很快向梁顶发展，形成临界裂缝，将斜裂缝一旦出现就很快向梁顶发展，形成临界裂缝，将残余混凝土截面斜向撕劈成两半而破坏，同时沿纵筋产生劈残余混凝土截面斜向撕劈成两半而破坏，同时沿纵筋产生劈裂裂缝。裂裂缝。斜拉破坏是由于受压区混凝土截面面积急剧减小，梁的斜拉破坏是由于受压区混凝土截面面积急剧减小，梁的承载力相当低，取决于混凝土的抗
