《混凝土结构设计》-讲义(共16页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上混凝土结构设计串讲第一节 混凝土结构的极限状态一、结构的功能要求与可靠性（考点1）P21结构的“三性”及对应的四项功能要求（1）安全性：功能要求：（2）适用性功能要求：正常使用时具有良好的工作性能（3）耐久性功能要求：正常维护下具有足够的耐久性能2、结构的可靠性定义：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。（1）规定时间：指设计使用年限，普通房屋为50年；（2）规定条件：指设计时所确定的正常设计、正常施工及正常使用条件；（3）预定功能：是否达极限状态二、结构的设计使用年限（考点2）P2我国建筑结构可靠度设计统一标准规定，普通房屋和构筑物的设计使用年限为

2、50年，纪念性建筑和特别重要的建筑结构的设计使用年限为100年。三、混凝土结构的极限状态（考点3）P31、承载能力极限状态（1）定义：结构或结构构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态；（2）结构或构件超过承载能力极限状态后的常见破坏形态：倾覆、滑移、疲劳、丧失稳定性、变为机动体系等。2、正常使用极限状态（1）定义：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限度的状态；（2）理解：结构或构件使用功能的破坏或受损害，或结构质量的恶化；（3）结构或构件超过正常使用极限状态后的常见破坏形态：大变形、裂缝等第二节 结构的可靠度与可靠指标一、结构的可靠度（考点4）P10-121、荷载效应

3、定义：荷载对结构或构件产生的内力和变形，用S表示。2、结构抗力定义：结构或构件承受荷载效应的能力（承载能力、刚度），用R表示。3、结构的失效概率定义：结构不能完成预定功能要求的概率，即R-S0的概率，记为。4、结构的可靠度（填空）P12定义：结构在规定时间内，在规定条件下完成预定功能的概率。理解：结构的可靠度是结构可靠性的概率度量。二、结构的可靠指标（考点5）P12结构的可靠指标是在假定R、S均服从正态分布，且R-S=0的前提下得到的。以概率论为基础的极限状态设计方法是以结构的可靠指标来度量结构的可靠度的.与的关系：越大就越小； 越小就越大。 第三节 混凝土结构按近似概率的极限状态实用设计表达

4、式一、目标可靠指标（考点6）P 14定义：与失效概率限值相对应的可靠指标，记为。2、 分项系数（考点7）P16-19 1、结构重要性系数计算结构构件截面承载力时引入的与建筑物安全等级有关的分项系数，用表示。取用方法：注意：抗震设计中不考虑结构构件的重要性系数。2、材料分项系数定义：材料强度的标准值与设计值的比值，一般。理解：材料强度的设计值小于材料强度的标准值3、荷载分项系数（1）荷载的基本分类：永久荷载、可变荷载、偶然荷载（2）荷载的代表值：分类：永久荷载代表值（1种）：标准值可变荷载代表值（4种）：标准值、组合值、准永久值、频遇值理解：荷载标准值是荷载的基本代表值； 荷载组合值：可变荷载的

5、标准值乘上荷载组合系数（）得到，只针对可变荷载而言的；荷载频遇值：荷载的标准值乘上荷载频遇值系数得到；荷载准永久值：荷载的标准值乘上荷载准永久值系数得到；（3）极限状态设计中荷载代表值的选用： 正常使用极限状态验算结构构件短期的变形以及抗裂或裂缝宽度时，采用荷载的标准值；荷载准永久值用于正常使用极限状态的长期效应组合。4、设计基准期：一般为50年5、荷载分项系数 （1）定义：荷载设计值与荷载标准值的比值，一般。 （2）理解：荷载的设计值大于它的标准值 （3）取值：三、设计表达式（考点8）P 201、荷载效应组合方式：（1）基本组合：永久荷载效应+可变荷载效应（2）偶然组合：永久荷载效应+可变荷

6、载效应+偶然荷载效应（偶然荷载代表值不乘分项系数）2、承载能力极限状态设计表达式荷载效应包括：基本组合、偶然组合荷载效应组合的设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值。3、正常使用极限状态设计表达式 荷载效应组合值S应分别采用荷载效应的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用的影响；C为结构构件正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度和应力等的限值。第二章 单层厂房第一节 单层厂房的结构形式、结构组成和结构布置（一）结构形式（考点9）P 271、结构形式（2种）：排架结构和刚架结构2、排架结构的组成和连接组成：屋架（或屋面梁）+柱+基础连接方式：柱与基础刚接，柱与

7、屋架铰接(二)、结构组成与传力路线（考点10）P 29-301、结构组成（1）屋盖结构组成：由屋面板（包括天沟板）、屋架或屋面梁（包括屋盖支撑）组成；分类：无檩和有檩屋盖无檩屋盖体系：将大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的屋盖体系；刚度大。有檩屋盖体系：将小型屋面板或瓦林支承在檩条上，再将檩条支承在屋架上的屋盖体系，刚度小。（三）结构布置（考点11）P30-381、支撑（1）屋盖支撑：包括上、下弦水平支撑、垂直支撑及纵向水平系杆。（2）柱间支撑包括上部柱间支撑、中部柱间支撑及下部柱间支撑；作用：保证厂房结构的纵向刚度和稳定，并将水平荷载传至基础；位置：布置在伸缩缝区段的中央或邻近中央。3、抗风

8、柱（1）抗风柱上端与屋架的连接必须满足两个条件：水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效地传递风荷载；竖向脱开，两者之间能允许一定的竖向位移，以防厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响。（2）荷载：主要承受山墙风荷载；（3）计算简化：按受弯构件设计4、基础梁 作用：承托维护墙，并将荷载传给柱基础顶面。用来承托围护墙的重量，并将其传至柱基础顶面的梁称为 基础梁 。第二节 排架计算（一）排架计算内容及内力分析步骤（考点12）P38-641、排架计算的内容：确定计算简图、荷载计算、柱控制截面的内力分析和内力组合、水平位移验算。2、内力分析步骤（1）确定计算单元及计算简图：根据厂房平、剖面图选取一榀中间

9、横向排架，初选柱的形式和尺寸，画计算简图；（2）荷载计算：确定计算单元范围内的屋面恒荷载、活荷载、风荷载；根据吊车规格及台数计算吊车荷载；（3）在各种荷载作用下，进行排架内力分析；等高排架用剪力分配法，不等高排架用力法；（4）柱控制截面的最不利内力组合：根据偏压构件（大小偏压）特点和荷载效应组合列表进行。（二）计算采用的假定柱与基础固结；屋面梁或屋架与柱铰接；屋面梁或屋架无轴向变形。(三)、荷载计算（考点13）P39-501、作用在排架上的荷载恒载（自重F1-F5）：屋盖（F1）(作用于柱顶)、上柱（F2）(作用于上柱底部截面中心线处，在牛腿顶面处)、下柱（F3）(作用于下柱底部，且与下柱截面

10、中心线重合)、吊车梁及轨道零件自重（F4）(沿吊车梁的中线作用于牛腿顶面)、支承在牛腿上的维护结构（F5）；活载：屋面活载（F6）、吊车荷载（、）、均布风载（、）、集中风载（）。2、屋面活荷载组成：包括屋面均布活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载；计算方法：按屋面水平投影面积计算；组合方式：取屋面均布活荷载与雪荷载的最大值与屋面积灰荷载组合；注意：屋面均布活荷载与雪荷载不同时出现。3、吊车荷载吊车竖向荷载和横向水平荷载吊车竖向荷载（、） 最大轮压标准值（）：根据吊车型号、规格确定；最小轮压标准值（）：式中：、分别为大车、小车、吊车额定起重量的标准值；为多台吊车的荷载折减系数；为各大轮子下影响线纵标值的

11、总和。吊车水平荷载（）吊车纵向水平荷载：由大车的运行机构在刹车或启动时引起的纵向水平惯性力，作用于刹车轮与轨道的接触点，方向与轨道一致；吊车横向水平荷载：当小车吊有重物刹车或启动时所引起的横向水平惯性力，作用在吊车梁顶面水平处。组合方式：竖向荷载：单跨不多于2台/排架，多跨不多于4台/排架；水平荷载：单跨、多跨2台/排架。4、风荷载定义：作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值：式中：为z高度处的风振系数；为风载体型系数，主要与建筑物的体形和尺寸有关。为风压高度变化系数。排架上的风荷载计算方法按均布荷载考虑，其中：柱顶以下按柱顶标高取值；柱顶至屋脊的屋盖部分按天

12、窗檐口或厂房檐口（无天窗时）标高取值，但对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载。历年试题27：2010.1某单层厂房排架结构及风荷载体型系数如图所示。基本风压w0=0.35kN/m2，柱顶标高+12.00m，室外天然地坪标高-0.30m，排架间距B=6.0m。求作用在排架柱A及柱B上的均布风荷载设计值qA及qB。(提示：距离地面10m处，=1.0；距离地面15m处，=1.14；其他高度按内插法取值。) 【答案】（1）求风压高度变化系数风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度：12+0.3=12.3m用内插法确定风压高度变化系数（2）计算排架柱A及柱B上的均布风荷载标准值、（3）计算排架柱

13、A及柱B上的均布风荷载设计值、【解析】该题考查对单层厂房排架风荷载的计算方法和步骤的理解和识记。参考教材第49-50页。（四）等高排架（考点14）P50-641、定义：柱顶水平位移相等的排架。2、内力计算方法：剪力分配法3、柱顶水平集中力作用下等高排架的内力分析柱顶水平集中力作用下等高排架的内力计算方法：剪力分配法利用三个条件求解柱顶剪力：平衡、变形和物理条件 平衡条件：柱顶作用的水平力与各柱顶的水平剪力平衡 变形条件：横梁轴向刚度无穷大，各柱顶的位移相等 物理条件：各柱的柱顶剪力和柱顶位置的关系柱顶剪力：剪力分配系数：第i根柱的抗剪刚度与所有柱的总的抗剪刚度的比值，。式中：4、任意荷载作用下

14、等高排架的内力分析求解步骤：（1）在排架柱顶附加一个不动铰支座，限制其水平侧移；（2）此时排架变为多根一次超静定柱，利用柱顶反力系数可求得各柱顶反力Ri及相应的柱端剪力，则柱顶假想的不动铰支座反力为； （3）撤除不动铰支座，将R反向加于排架柱顶，用剪力分配法将其分配给各柱，求得柱顶剪力为；（4）叠加上述计算结果，可得到排架在任意荷载作用下的柱顶剪力，至此，排架各柱的内力即可求解。历年试题30：2010.1单层厂房排架结构如图a所示。已知W=15.0kN，q1=0.8kNm，q2=0.4kNm。试用剪力分配法计算各柱的柱顶剪力。(提示：支反力系数C11=0.3，见图b(1)；图b(2)、b(3)

15、中的u1=2u2)【答案】（1）计算剪力分配系数（2）计算各柱顶剪力把荷载分成W、q1、q2三种情况，分别求出各柱顶所产生的剪力而后叠加q1作用下的不动铰支座反力：q2作用下的不动铰支座反力：在排架柱顶施加集中力和，并把它们与W相加后进行剪力分配，再把分配到的柱顶剪力与柱顶不动铰支座反力相加，得到柱顶的剪力值【解析】该题考查对用剪力分配法进行排架柱内力分析的步骤的理解和识记。参考教材第54-57页。（五）内力组合（考点15）P57-601、控制截面：指对柱配筋和基础设计起控制作用的截面2、柱的控制截面：（1）-上柱柱底截面：上柱的最大轴力和弯矩（2）-牛腿顶面：吊车竖向荷载作用下的弯矩最大（3

16、）-下柱柱底截面：风荷载和吊车横向水平荷载作用下弯矩最大，且截面III- III的最不利内力也是设计基础的依据3、控制内力：排架柱是偏心受压构件（大偏心、小偏心），纵向受力钢筋的计算主要取决于轴向力N和弯矩M。4、内力组合（4种）：（1）及相应的N和V；（2）及相应的N和V；（3）及相应的M和V；（4）及相应的N和M。当柱采用对称配筋和对称基础时，（1）、（2）内力组合可合并为及相应的N和V。5、M、N对配筋量的影响 N一定时，M大，也大；M一定时，小偏心受压随M的增加而增加；大偏心受压则随M的增加而减小6、荷载效应的基本组合（1）由可变荷载效应控制的组合：恒荷载+任一种“活荷载”（或0.9任

17、意两种或两种以上“活荷载”）；（2）永久荷载效应控制的组合：7、内力组合式的注意事项（1）无论什么情况，恒载必须参加组合（2）目的在于得到最大内力，其他为最大内力的对应值；（3）Dmax作用在A柱和Dmax作用在B柱不可能同时出现，所以不可能在同一组组合中出现；（4）Tmax参加组合时，必有垂直荷载项D(Dmax或Dmin)，而垂直荷载参加组合时，不一定有Tmax项(未必刹车)；（5）风荷载，左风、右风不同时存在，故不同时参加组合；（6）求Nmin时，N = 0的风荷载应参加组合（六）、单层厂房排架整体空间工作（考点16）P 60-621、定义：排架与排架、排架与山墙之间的相互制约作用，称为厂

18、房的整体空间作用。2、产生整体空间作用的条件（2个）：（1）各横向排架之间必须有纵向联系构件；（2）各横向排架的结构或荷载不同。3、对吊车荷载等局部荷载，厂房的整体空间作用较均布荷载要大。因此，在厂房的设计中，当需要考虑整体空间作用的有利影响时，仅对吊车荷载而言。4、理解：（1）横向排架间连接越可靠，受力的差别越大，整体空间作用越强；反之，则越小；（2）无檩屋盖比有檩屋盖、局部荷载比均布荷载及厂房的整体空间作用大；山墙的存在，整体空间作用也强，由于山墙的刚度大，对相邻排架的水平约束大。 第三节 单层厂房柱（一）、柱的类型（考点17）P64-67实腹矩形柱、工字形柱、双肢柱（平腹秆、斜腹杆）（二

19、）、吊装验算1、单层厂房钢筋混凝土排架柱一般为预制柱，吊装时混凝土的强度等级还可能达不到设计要求，故需进行吊装时的承载力和裂缝宽度验算。2、吊装时柱承受的荷载为其自重乘以动力系数1.11.3，柱自重的分项系数取1.2。（三）、牛腿（考点18）P68-741、分类： 为长牛腿，为短牛腿，a为竖向力作用点到下柱边缘的距离。2、牛腿的破坏形态：弯曲破坏（1a /h00.75）、剪切破坏（）及混凝土局部压碎破坏。3、牛腿的设计（1）设计内容：确定牛腿的截面尺寸、承载力计算和配筋构造。（2）截面尺寸确定：宽度：与柱同宽；高度：由斜裂缝宽度的控制条件及构造要求确定。 式中：、分别为作用于牛腿顶部按荷载标准

20、组合计算的竖向力和水平拉力；为裂缝控制系数。对支承吊车梁的牛腿，取0.65，其他牛腿取0.85当时，取；当考虑安装偏差后的竖向力作用点位于下柱截面以内时，取a=0。（4）计算简图：以纵向水平钢筋为拉杆、混凝土斜向压力带为压杆所构成的三角形桁架。（5）纵向受拉钢筋的计算：位于牛腿顶面的水平纵向受拉钢筋由两部分组成：承受竖向力的抗弯钢筋；承受水平拉力的抗拉锚筋。（6） 钢筋布置示意图及构造历年试题36：2010.1，2005.1对单层厂房柱牛腿进行承载力计算时，可取什么样的计算简图?并画出示意图。【答案】以纵向水平钢筋为拉杆、混凝土斜向压力带为压杆所构成的三角形桁架。见上图【解析】该题考查对牛腿受

21、力特点的理解。参考教材第72页。历年试题37：（2007.10，2007.1，2006.1，2003.10）柱子牛腿如图所示。已知竖向力设计值Fv=300kN，水平拉力设计值Fh=60kN，采用钢筋为HRB335（fy=300N/mm2）。试计算牛腿的纵向受力钢筋面积。（提示：as=60mm；A=当a框筒全部落地剪力墙框架-剪力墙部分框支剪力墙框架板柱剪力墙。（二）、受力特点（考点30）P 1611、水平力是影响结构内力、变形及土建造价的主要因素。2、柱内轴力随层数的增加而增大，轴力与层数呈线性关系。3、水平向风荷载或地震作用力呈倒三角分布，倒三角分布力在结构底部所产生的弯矩与结构高度的三次方

22、成正比，水平力作用下的结构顶点的侧向位移与结构高度的四次方成正比。（三）、水平位移和加速度的限制（考点31）P 1621、层间弹性水平位移的限值（1）时，框架1/550，框剪、框筒、板柱-剪力墙为1/800，筒中筒、剪力墙、框支层为1/1000；（2）时，为1/500；，按线性内插得到。2、结构风振加速度的限制（1）高规规定，150m应满足舒适度的要求。（2）建筑结构荷载规范（GB50009）规定结构顶点最大加速度：住宅、公寓，办公楼、旅馆。第二节 高层建筑的结构类型1、常用的四种结构：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。2、框架结构（考点32）P 165（1）定义：全部竖向荷载和

23、侧向荷载由框架承受的结构体系。（2）特点：抗侧刚度小，侧移大，强震下结构的顶点水平位移和层间相对水平位移都较大。（3）适用范围：适用于10层或60m以下2、剪力墙结构（1）定义：用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构。框支剪力墙：底部为框架、上部为剪力墙，剪力墙由底部框架支承的结构。（2）特点：自重大，侧移刚度大，自振周期短，地震作用下结构反应大，抗震能力较强。（3）实用范围： 20-30层 3、框架-剪力墙结构（1）定义：框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力的结构。（2）特点：延性好；结构刚度较大、承载力较大，地震时结构变形减小，非结构性破坏减轻，抗震性能良好。（3）实用范围：10

24、-20层。4、框筒结构（1）定义：由布置在建筑物周边的柱距小、梁截面高的密柱深梁框架组成。（2）特点：水平作用由内筒承受，周边框架只承受竖向力合少量的水平力。（3）实用范围：30层或100m以上第三节 高层建筑结构设计的一般原则（一）结构体型和结构布置（考点33）P 1651、结构平面布置（1）在高层建筑的一个独立的结构单元内，宜使结构平面和侧移刚度均匀对称。（2）尽量减小结构的侧移刚度中心与水平荷载合力中心间的偏心，以降低扭转对房屋受力的不利应影响。（3）有抗震设防要求的高层建筑平面布置应考虑一下要求：平面宜简单、规则、对称，尽量减小偏心；平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过长；不宜采用角部

25、重叠的平面图形或细腰形平面图形。3、下部结构（考点34）P 166应有足够的基础埋置深度：以保证水平力作用下的稳定，防止倾覆及滑移，减小建筑物的整体倾斜及上部结构对地震的反应。基础埋深与建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素有关，埋深可从室外地坪算至基础底面，并符合：天然地基或复合地基可取房屋高度的1/15；桩基取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。5、楼、屋盖层（1）刚性转换层：上下刚度突变层的特殊楼盖，应采用现浇板，且板厚大于180mm，混凝土强度不低于C30。（2）高规规定：h50m时，框剪、筒体、复杂高层建筑结构应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构。（二

26、）高层建筑结构上的作用1、风荷载的动力特性（考点35）P 169-170风荷载的动力作用：用风振系数表示。层数较少的建筑物刚度较大，自振周期较小，风荷载产生的振动很小，不需考虑风振。建筑物越柔，自振周期就越长，风的动力作用也越显著。2、温度作用（1）引起高层建筑结构温度内力的温度变化有：室内外温差、日照温差、季节温差；（2）温度变化引起的结构变形有：柱弯曲、内外柱间的伸缩差、屋面结构与下部楼面结构的伸缩差。（3）温度作用的大小主要取决于结构外露的程度、楼盖结构的刚度及结构高度。（三）、结构水平位移曲线的类型（考点36）P 171-1721、水平力作用下结构的水平位移曲线的型式：弯曲型、剪切型、弯剪型或剪弯型。弯曲型：层间位移上大下小；高宽比的剪力墙结构剪切型：层间位移上小下大；如框架结构弯剪