建筑结构课件.ppt

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1、 建筑结构 建筑结构 课件 课件建筑企业专业管理人员岗位资格培训：王逸晨：王逸晨：青岛房产学校：青岛房产学校：2005.012005.01总目录 总目录第一章 建筑结构的荷载及设计方法第二章 钢筋和混凝土的力学性能第三章 钢筋混凝土受弯构件第四章 钢筋混凝土受压、受扭构件第五章 预应力钢筋混凝土结构第六章 钢筋混凝土楼盖第七章 钢筋混凝土排架结构单层厂房第八章 多层与高层房屋结构第九章 砌体结构第十章 建筑结构抗震知识第十一章 钢结构建筑结构的荷载及设计方法 建筑结构的荷载及设计方法二、建筑结构的荷载 二、建筑结构的荷载三、建筑结构的设计方法三、建筑结构的设计方法一、建筑结构的分类 一、建筑结

2、构的分类 1.1 1.1 建筑结构的分类 建筑结构的分类1.定义：由若干构件（如柱、梁、板等）连接而成的能承受荷载和其他间接作用（如温度变化、地基不均匀沉降等）的体系，叫做建筑结构。2.分类：建筑结构应用最广泛混凝土结构砌体结构钢结构木结构优点 优点 缺点 缺点 应用范围 应用范围建 建筑 筑结 结构 构混凝土结构 混凝土结构强度高、耐久性好、强度高、耐久性好、抗震性好、并具可 抗震性好、并具可塑性 塑性自重大、抗裂能力 自重大、抗裂能力差、费工费模板 差、费工费模板一般民用建筑、多高 一般民用建筑、多高层建筑、工业厂房、层建筑、工业厂房、大跨结构 大跨结构砌体结构 砌体结构造价低廉、耐火性

3、造价低廉、耐火性好、施工方便、工 好、施工方便、工艺简单、就地取材 艺简单、就地取材自重大、强度低、自重大、强度低、抗震性能差、砌筑 抗震性能差、砌筑工作繁重、粘土用 工作繁重、粘土用量大 量大五六层以下的民用房 五六层以下的民用房屋、中小厂房的沉重 屋、中小厂房的沉重结构、大型工业厂房 结构、大型工业厂房的围护结构 的围护结构钢结构 钢结构强度高、重量轻、强度高、重量轻、质地均匀、运输方 质地均匀、运输方便 便易锈蚀、耐火性能 易锈蚀、耐火性能差 差大跨重型结构、受动 大跨重型结构、受动荷载结构、可拆卸结 荷载结构、可拆卸结构、轻型结构、容器 构、轻型结构、容器及其它 及其它木结构 木结构取

4、材加工方便、材 取材加工方便、材质轻且强度较大 质轻且强度较大各向异性、易燃、各向异性、易燃、易裂、易翘曲、易 易裂、易翘曲、易腐蚀 腐蚀大中城市基本停用 大中城市基本停用表1 建筑结构的分类 1.2 1.2 建筑结构的荷载 建筑结构的荷载一、荷载分类及荷载代表值1.荷载定义：施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用2.荷载分类：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。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、

5、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。a.永久荷载b.可变荷载c.偶然荷载3.荷载代表值结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。a.荷载标准值b.可变荷载组合值c.可变荷载准永久值d.可变荷载频遇值

6、二、恒荷载按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见P3 表1-1。三、楼面及屋面活荷载1.民用建筑楼面活载见P4 表1-2。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减，折减系数见P5 表1-3。2.屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。见P6 表1-4。3.雪荷载基本雪压。见P6 表1-5或荷载规范雪荷载标准值屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。见P7 表1-64.风荷载风荷载标准值基本风压，见荷载规范风压高度变化系数风荷载体型系数，+为压力，-为吸力高度z处风振系数屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。1.3 1.3

7、建筑结构的设计方法 建筑结构的设计方法一、建筑结构的极限状态1.结构的可靠性在规定的时间内（一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。安全性、适用性、耐久性b.结构的可靠度a.结构的可靠性2.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。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a.承载能力极限状态我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。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。2.正常使用极限

8、状态1.承载能力极限状态表达式二、极限状态设计表达式b.由永久荷载控制的效应组合a.由可变荷载控制的效应组合a.标准组合b.频遇组合c.准永久组合永久荷载和可变荷载分项系数。P13 表1-10The EndThe End返回总目录 返回总目录钢筋和混凝土的力学性能一、钢筋和混凝土的共同工作二、钢筋三、混凝土四、钢筋与混凝土的粘结 2.1 2.1 钢筋和混凝土的共同工作 钢筋和混凝土的共同工作一、基本概念是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。1.钢筋混凝土：2.钢筋混凝土结构：是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10。钢筋：抗拉抗压强度都很强。二、共同工作

9、原理1.钢筋和砼之间存在粘结力2.钢筋和砼线膨胀系数接近3.砼保护钢筋NEXTE.G.a.素混凝土梁b.钢筋混凝土梁：受拉区配220钢筋FF=13.4KN 截面开裂并破坏Fcr=15 KN 截面开裂;Fu=87KN 截面破坏。200300Fft2003002 20 梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。示例BACK 2.2 2.2 钢筋 钢筋一、钢筋的力学性能1.有明显屈服点（软钢）0dabceoa弹性阶段bc屈服阶段cd硬化阶段 de颈缩阶段 d0 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=0.85 b2.无明显屈服点（硬钢）c0.20.2%a比例极限p c屈服强度

10、y d极限强度b 二、钢筋的种类及选用强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热轧钢筋钢 丝钢绞线热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋强度 塑性弱强高低Fig.我国常见钢筋外形三、钢筋的计算指标1.钢筋的强度标准值2.钢筋的强度设计值具有95%保证率的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈服强度确定，用 表示；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定，用 表示。a.热轧钢筋强度设计值：b.预应力钢筋强度设计值：见表2-1见表2-2四、钢筋的截面面积常规直径:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22

11、,25,28,32mm12种。等于标准值除以分项系数。2.3 2.3 混凝土 混凝土一、混凝土的强度a.定义：水泥胶体(水泥结晶体和水泥胶块)弹性骨架（混凝土）水泥+水石子、沙子b.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C 混凝土15立方体抗压强度的标准值为15N/mm2砼强度等级1.立方体抗压强度150mm150mm150mma.定义：b.折算：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为150mm150mm高300mm的棱柱体，在

12、28天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。2.轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）抗压强度随试件高度增大而降低3.轴心抗拉强度轴心抗压强度与立方体抗压强度比值高强混凝土脆性折减系数0.88经验折减系数二、混凝土的变形cucc0ABCDfc0残余变形 弹性变形OA弹性阶段AB微裂缝开展BC弹塑性，竖向裂缝形成CD下降段 混凝土是弹塑性材料a.收缩原因：水分蒸发c.影响收缩的因素：配合比、养护、体表比b.对构件影响：a)构件产生裂缝；b)引起预应力损失1.收缩砼在空气中硬化体积减小的现象收缩、徐变c.影响收缩的因素：配合比、养护、应力条件b.对构件影响：a)增大变形；b)引起内力重分布；c)引起预应力损

13、失2.徐变砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形a.收缩原因：水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展三、混凝土强度等级的选用砼结构C15；HRB335 级以上钢筋C20；预应力结构C30；钢丝、钢绞线和热处理钢筋C40四、混凝土的计算指标1.钢筋的强度标准值：2.钢筋的强度设计值具有95%保证率的基本代表值。2.4 2.4 钢筋与混凝土的粘结 钢筋与混凝土的粘结1.粘结机理a.钢筋和砼之间的胶结力b.砼收缩和钢筋之间的摩擦力c.钢筋表面凸凹不平或弯钩和砼之间的机械咬合力2.粘结强度 钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值。影响因素：a.钢筋的表面形状、直径；b.砼的强度等级、保护层厚度；c.

14、侧向压力及横向钢筋；d.浇筑位置；等3.构造措施：钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。The End返回总目录钢筋混凝土受弯构件 钢筋混凝土受弯构件一、梁、板的构造二、受弯构件正截面承载力计算三、受弯构件斜截面承载力计算四、受弯构件裂缝宽度和挠度的计算 3.1 3.1 梁、板的构造 梁、板的构造一、板的构造1.板的厚度2.板的配筋单跨板，l0/35；多跨连续板，l0/40。且 60mma.受力钢筋b.分布钢筋计算确定受力钢筋分布钢筋分布钢筋受力钢筋 承受拉力 固定受力筋位置；阻止砼开裂二、梁的构造1.梁的截面开放式 封闭式双肢四肢 单肢箍筋,架立筋弯起钢筋弯起钢

15、筋纵向受力钢筋2.梁的配筋a.纵向受力钢筋b.箍筋计算确定 承受弯矩引起的拉力 承受剪力和弯矩引起的主拉力，固定纵向筋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计算确定d.架立钢筋 固定箍筋，形成钢筋骨架计算确定，并满足构造要求构造确定e.纵向构造钢筋（当腹板高450mm）减小梁腹部裂缝宽度构造确定三、混凝土保护层和截面有效高度1.混凝土保护层厚（）钢筋外缘砼厚度。构造要求见表3-1，3-22.截面的有效高度（h0）受压砼边缘至受拉钢筋合力点的距离单排受拉钢筋,双排受拉钢筋,板,C=15mm,25 dh0C25 dC30 1.5dhash0ChCCCas15,d

16、 20070hh0as 3.2 3.2 受弯构件正截面承载力计算 受弯构件正截面承载力计算一、受弯构件正截面的破坏形式 适当,截面开裂以后 sfy，随着荷载增大，裂缝开展、s,f 增加，当 f=fy(屈服荷载),s=fy，荷载稍增加，c=cu 砼被压碎。“延性破坏”2.适筋梁3.超筋梁 过多,出现许多小裂缝，但 sfy,当 c=cu,压区砼被压碎，梁破坏。“脆性破坏”很低，砼一开裂，截面即破坏。s=fy。“脆性破坏”1.少筋梁二、适筋梁工作的三阶段a，裂缝出现。MMcra，M My。正 常 使 用状态1.第阶段：弹性工作阶段2.第阶段：带裂缝工作阶段 a，MMu。是 正 截 面抗弯计算依据3.

17、第 阶段：破坏阶段THANK YOUSUCCESS2023/5/25 2023/5/2531 31可编辑 可编辑三、受弯构件承载力计算的一般规定1.等效矩形应力图形基本假定:a.不考虑混凝土抗拉强度，拉力完全由钢筋承担；b.压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图。三、受弯构件承载力计算的一般规定1.等效矩形应力图形基本假定:a.不考虑混凝土抗拉强度，拉力完全由钢筋承担；b.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:其中，其余内插。a.界限破坏：当梁的配筋率达到最大配筋率 时，受拉钢筋屈服的同时，受压区边缘的混凝土也达到极限压应变被压碎破坏，这种

18、破坏称为界限破坏。2.界限相对受压区高度 和最大配筋率b.界限相对受压区高度：当受弯构件处于界限破坏时，等效矩形界面的界限受压区高度 与截面有效高度 的比值。可用来判断构件破坏类型，衡量破坏时钢筋强度是否充分利用。超筋破坏适筋破坏取值见P32 表3-3c.最大配筋率经济配筋率：梁：r=（0.51.6）%；板：r=（0.40.8）%四、单筋矩形截面正截面承载力计算1.基本公式及其适用条件a.基本公式b.适用条件a)防止超筋破坏b)防止少筋破坏2.基本公式的应用a.截面设计步骤已知M,b,h,fc,ft是否求出As是否调整b,h 或fc没有唯一解设计人员应根据受力性能、材料供应、施工条件、使用要求

19、等因素综合分析，确定较为经济合理的设计b.截面验算步骤已知M,As,b,h,fc,ft是否MMU,满足是否调整b,h,As五、双筋矩形截面和T形截面的受力概念同时配置受拉和受压钢筋的情况1.双筋矩形截面 一般来说采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下情况下采用：a)当截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件（或整个工程）限制而不能增加，而计算又不满足适筋截面条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以补充混凝土受压能力的不足。b)另一方面，由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面承受正弯矩，另一种组合情况下承受负弯矩，这时也出现双筋截面。c)此外，由于受压钢筋可以提高截面的延性，因此，在抗震

20、结构中要求框架梁必须必须配置一定比例的受压钢筋。a.双筋截面应用范围b.受压钢筋强度的选用c.构造要求a)配置受压钢筋后，为防止受压钢筋压曲而导致受压区混凝土保护层过早崩落影响承载力，必须配置封闭箍筋；箍筋间距不应大于15d（d为受压钢筋最小直径），且不大于400mm。b)当一层内纵向受压钢筋多于5根且直径大于18 mm时，箍筋间距不应大于10d；当梁宽大于400 mm且一层内纵向受压钢筋多于3根时，或当梁宽不大于400 mm但一层内纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋（即四肢箍筋）。2.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。a.优点b.分类 第

21、一类T 形截面按矩形截面计算第二类T 形截面不 可 按 矩 形 截面计算c.翼缘计算宽度确定与翼缘厚度hf、梁的宽度l0、受力情况(单独梁、整浇肋形楼盖梁)等因素有关。见P39表3-6 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一、概述M剪弯区 纯弯区 剪弯区剪跨a 剪跨aa.斜拉破坏b.剪压破坏c.斜压破坏2.斜截面破坏的三种形式1.斜截面破坏影响因素少筋破坏适筋破坏超筋破坏二、斜截面受剪承载力计算1.基本公式a.板斜截面受剪计算b.梁斜截面受剪计算2.适用条件3.计算位置a.上限值截面最小尺寸b.下限值最小配筋率 支座边缘处，腹板宽度改变处，箍筋直径或间距改变处，拉

22、区弯起钢筋弯起点处4.计算步骤a.复合梁截面尺寸b.判断是否进行斜截面验算c.计算箍筋d.计算弯起钢筋5.构造规定a.集中力作用下，箍筋全长布置b.箍筋和弯起筋间距符合构造要求，见表3-7c.弯起筋锚固长度：受拉区不小于20d，受压区不小于10d，光圆钢筋设弯钩梁底两侧钢筋不弯起d.鸭筋必须将两端锚固在受压区，不得采用浮筋ss三、保证斜截面受弯承载力的构造措施1.纵向钢筋的弯起和截断在满足正截面抗弯承载力的条件下，依据抵抗弯矩图（材料图），确定纵向钢筋的“充分利用点”和“理论截断点”。再按规范的要求，确定实际弯起点和实际截断点。拉区钢筋不宜截断。2.钢筋的锚固长度为使钢筋可靠锚固在混凝土中充分

23、发挥抗拉作用，而在伸入支座时保持的一定长度，称锚固长度见P4849a.受拉钢筋的锚固长度(基本锚固长度):b.受压钢筋的锚固长度:c.钢筋在简支端的锚固:按构造d.钢筋在中间支座的锚固:上部纵向筋应贯穿中间支座;下部按构造 3.4 3.4 受弯构件裂缝宽度和挠度的验算 受弯构件裂缝宽度和挠度的验算一、裂缝宽度验算1.机理2.影响因素：a.纵筋配筋率 配筋率越大，裂缝宽度越小b.纵筋直径 直径越小，数量越多，裂缝越小c.纵筋表面形状 变形钢筋比光圆粘结力大，裂缝小d.保护层厚度 保护层越厚，裂缝宽度越大3.裂缝宽度验算：二、挠度验算The EndThe End返回总目录 返回总目录钢筋混凝土受压

24、、受扭构件一、受压构件一、受压构件二、受扭构件二、受扭构件 4.1 4.1 受压构件（柱）受压构件（柱）一、受压构件的分类与构造1.分类：轴心受压、偏心受压2.构造要求a.截面形式：轴心受压构件一般采用方形、矩形、圆形和正多边形；偏心受压一般采用矩形、工字形、T 形和环形b.材料选择：混凝土：C25 C30 C35 C40 等 钢筋：纵筋：HRB400 级、HRB335 级和 RRB400 级 箍筋：HPB235 级、HRB335 级也可采用HRB400 级c.纵向受力钢筋：a)直径不宜小于12mm，常用1632mm，不少于4根，全部纵筋配筋率不应小于0.6%；不宜大于5%b)偏心受压柱截面高

25、度大于600mm，侧面应设置1016mm纵向构造筋，相应设复合箍筋或拉筋c)纵筋净距不应小于50mm；水平浇筑的预制柱，不应小于30mm&1.5d(d为钢筋的最大直径)d)纵筋中矩不应大于300mmd.箍筋：箍筋形式：封闭式 箍筋间距：在绑扎骨架中不应大于15d；在焊接骨架中则不应大于20d（d为纵筋最小直径），且不应大于400mm，也不大于 构件横截面的短边尺寸 箍筋直径：不应小于 d4(d为纵筋最大直径)，且不应小于 6mm。截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋 当纵筋配筋率超过 3时，箍筋直径不应小于8mm，其间距不应大于10d，且不应大于200mm。当截面短边不大于400mm，

26、且纵筋不多于四根时，可不设置复合箍筋；当截面短边大于400mm且纵筋多于3根时，应设置复合箍筋。二、轴心受压构件j 钢筋受压稳定系数，主要与柱的长细比 l0/i 有关系数0.9是可靠度调整系数 计算长度l0可与构件两端支承情况有关例题 例题4-1 4-1某多层现浇框架标准层中柱（楼层高H=5.6m），承受设计轴向力N=1680kN，混凝土强度等级为C25（fc=11.9N/mm2），钢筋采用HRB335级（fy=300N/mm2）。试确定该柱截面尺寸及纵向钢筋？解 解1.确定稳定系数j采用柱截面b=h=400mm，查表得l0=1.25H，则，2.计算配筋则纵筋选用4F12(AS=1256mm2

27、)，箍筋选用f82003.验算配筋率4004004 12f8 200已知截面尺寸，求配筋量三、偏心受压构件1.分类截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服。此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小。最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。这种破坏具有明显预兆，与适筋梁相似。a.大偏心受压偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适b.小偏心受压当相对偏心距e0/h0较小；或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏，承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉

28、屈服，破坏具有脆性性质。受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到，与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。同样用界限受压区高度区分，2.受拉破坏和受压破坏的界限当x xb时，大偏心受压(受拉破坏)当x xb时，小偏心受压(受压破坏)4.2 4.2 受扭构件（柱）受扭构件（柱）一、受扭构件的类型及配筋形式1.受扭构件类型2.配筋形式受扭构件破坏 破坏面呈一空间扭曲曲面受扭构件配筋受扭钢筋抗扭纵筋抗扭箍筋二、受扭构件配筋构造要求1.抗扭纵筋a.最小配筋率b.受扭纵筋应对称设置于截面的周边，间距不大于200mm且不大于截面短边长度；c.伸入支座长度应按充分利用强度的受拉钢筋考虑。a.箍筋的最小直径和最大间距要满足表3-7要求；b.箍筋要采用封闭式。2.抗扭箍筋THE END 返回总目录THANK YOUSUCCESS2023/5/2561 可编辑