2012-CH14 单向板肋形楼盖.ppt
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1、第14章 单向板肋形楼盖,14.1 概说 14.2 楼盖结构的形式 14.3 楼盖结构布置 14.4 肋形楼盖的受力体系 14.5 钢筋混凝土连续梁的内力计算 14.6 单向板的计算和配筋 14.7 次梁的计算和配筋 14.8 主梁的计算和配筋 14.9 单向板肋形楼盖设计例题,14.1 概说,梁板结构是工业与民用建筑和构筑物中常用的结构形式。例如楼盖和屋盖、筏式基础、挡土墙、储液池的底板和顶盖,以及楼梯、阳台和雨篷等。 现浇钢筋混凝土肋形楼盖由板、次梁及主梁组成,楼盖主要用于承受楼面竖向荷载。其中梁的构造我们在前面讨论过,在此重点讨论板的构造。,其它梁板结构: 1)地下室底板结构 2)挡土墙
2、结构 3)桥梁桥面板结构,梁板结构,14.2 楼盖结构的型式,楼(屋)盖是建筑结构的重要组成部分。楼盖结构将楼面荷载传递给竖向承重结构,通过竖向承重结构传递给基础,再由基础传递给地基。 钢筋混凝土楼盖按施工方法分类,可分为 现浇式 装配式 装配整体式,现浇楼盖刚度大,整体性好,抗震抗冲击性能好,防水性好,对不规则平面的适应性强;其缺点是费工、费模板,施工工期长。,现浇楼盖,现浇楼盖、屋盖的整体性好,刚度大,抗渗性好,近年来,在一些新建的高层建筑中,整浇楼 盖得到了较广泛的应用。 现浇楼盖、屋盖易于适应各种特殊的情况。例如, 平面形状不规则,有较重的集中设备荷载,或者有较复杂的洞孔等。 现浇楼盖
3、、屋盖需要现场支模和铺设钢筋,混凝土的浇筑和养护等劳动量大,且工期较长。 随着施工技术的改 进和工具式钢模板的广泛应用,以上缺点正在逐渐被克服。,装配式楼盖施工进度快,节省模板,工业化程度高,但整体性较差,且易裂缝,主要用于多层房屋,如多层住宅。,装配式楼盖,装配式楼盖,装配式楼盖、屋盖由预制构件在现场安装连接而成,有节约劳动力,加快施工进度,便于工业化生产和机械化施工等优点,但结构的整体性和刚度较差,在我国多层住宅中应用 最为普遍。,装配整体式楼盖、屋盖是将各预制梁或板(包括叠合梁、叠合板中的预制部分),在现 场吊装就位后,通过整结措施和现浇混凝土构成整体。,装配整体式楼盖,装配整体式楼盖兼
4、有现浇式和装配式的某些优缺点,主要用于整体性要求较高的建筑。,预制板(梁)上现浇一叠合层而成为一个整体。这种楼盖兼有预制及现浇楼盖的优点,抗震性能较好,因此近年来在抗震结构中应用较多。 装配整体式楼盖、屋盖是将各预制梁或板(包括叠合梁、叠合板中的预制部分),在现场吊装就位后,通过整结措施和现浇混凝土构成整体。装配式楼盖、屋盖由预制构件在现场安装连接而成,有节约劳动力,加快施工进度,便于工业化生产和机械化施工等优点,但结构的整体性和刚度较差,在我国多层住宅中应用最为普遍。,装配整体式楼盖,单向板肋形楼盖 双向板肋形楼盖 井式楼盖 密肋楼盖 无梁楼盖,钢筋混凝土楼盖按结构形式分类,图7.1 楼盖的
5、结构形式,(a)单向板肋形楼盖;(b)双向板肋形楼盖;(c)井式楼盖; (d)密肋楼盖;(e)无梁楼盖,单向板和双向板,楼板承受着竖向荷载,当板面较大时,可设梁将板划分成多个区格。每一板区格一般四边都有梁或墙支承着,对于两对边支承的板,竖向荷载将通过板的受弯传到两对边的支承梁或墙上.,荷载向两个方向传递的多少,将随着板区格的长边计算跨度l02与短边计算跨度l01的比值而变化。当l02 /l01的比值较大时,板上的荷载主要沿l01方向传递给支承构件,而沿l02方向传递的荷载很少,以至可以略去。 这种主要沿短跨受弯的板称单向板,又称梁式板。单向板的受力钢筋应沿短向配置,沿长向仅按构造配筋。,当l0
6、2 /l01的比值较小时,沿长跨方向传递的荷载将不能略去,这种在两个方向受弯的板 称双向板。双向板的受力钢筋应沿两个方向配置。,工程设计中: l02 /l01 3时 按单向板设计; l02 /l01 2时 按双向板设计。,肋梁楼盖和无梁楼盖,用梁将楼板分成多个区格,从而形成整浇的连续板和连续梁,因板厚也是梁高的一部分,故梁的截面形状为T形。这种由梁板组成的现浇楼盖,通常称为肋梁楼盖。随着板区格平面尺寸比的不同,又可分成单向板肋梁楼盖和双向板肋梁楼盖。,肋梁楼盖一般由板、次梁和主梁组成。,传力路线是:板次梁主梁柱(墙)基础。肋梁楼盖中的主梁可以是连续梁,也可以与柱子构成框架结构。,将楼板划分成若
7、干个正方形或接近正方形的小区格,两个方向的梁截面相同,不分主梁和次梁,都是直接承受板传来的荷载,这种楼盖称为井式楼盖。井式楼盖的梁是以楼盖四周的柱或墙作为支承的,两个方向梁的相交点会产生一定数量的挠度,整个楼盖的变形类似一块很大的双向板。,不设梁,而将板直接支承在柱上的楼盖称为无梁楼盖,无梁楼盖与柱构成板柱结构,在柱的上端通常还设置柱帽。,按结构形式分类,组合式楼盖 压型钢板-混凝土组合楼盖 钢梁-混凝土组合楼盖 网架-混凝土组合楼盖,2.1.1 楼盖结构选型,按是否预加应力 按是否预加应力可将楼盖分为普通钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖。 PK预应力混凝土叠合板,楼盖结构钢的布置取决于所满足
8、的功能要求。常见的布置形式有以下两种:,1柱网布置 柱网布置对于房屋的适用性及造价等影响较大,是个综合性的问题。其布置得原则是: 1)使用要求 如公共建筑的大厅一般要求较大的柱网尺寸,居住建筑则主要取决于居室标准,工业厂房视设备尺寸和设备布置等工艺要求而定。 2)经济 柱网大则楼盖跨度大,楼盖的材料用量增加,但柱子少,建筑面积利用率高;柱网过小柱子增多,而梁板结构由于跨度小而按构造要求设计则未必经济。目前较经济的柱网尺寸为58m。,14.3 楼盖结构布置,14.3 楼盖结构布置,2肋形楼盖的梁格布置 在柱网已定的条件下,梁格布置的原则是: 1)使用要求中的大型设备应直接由梁来支承,在大的孔洞边
9、布置有梁,另外隔断墙下也宜布置有梁。 2)为了提高建筑物的侧向刚度,主梁宜沿建筑物的横向布置。 3)在混合结构中,梁的支承点应避开窗洞口。 4)双向板为46m。 单向板:(1.73.0)m,不宜超过3m。 次 梁:(46)m 主 梁:(58)m 结构平面布置通常有下面三种布置方式:,14.4.1 板,1.荷载,2. 板厚,按表14-1取值。,作用在板上的荷载有: 永久荷载(恒载)和可变荷载(活载) 建筑结构荷载规范(GB50009),14.4 肋形楼盖的受力体系,3.单向板与双向板,对于一个矩形板,我们将矩形的长称为长跨( l2 );矩形的宽称为短跨(l1 )。 试验表明,随跨长比(n=l2/
10、l1)的不同,两个方向的弯矩分布图形的变化如图所示。可见,随比值n的增大,长向弯矩M2减小,短向M1增大,当n超过一定数值时,可近似认为全部荷载通过短跨方向受弯传至长边支座,计算上可忽略长向弯矩,配筋上按构造处理,这种板在受力上称为单向板。计算上必须考虑两个方向受弯作用的板,称为双向板。 设计上通常:取l2/l1=3的板称为单向板; 当l2/l1=2时应按双向板计算; 当2l2/l13,宜按双向板计算。 为了简化计算,按单向板计算时,在长跨方向应配置足够数量的构造钢筋。,14.4 肋形楼盖的受力体系,14.4.2 次梁与主梁,钢筋混凝土肋形楼盖,分别由互相垂直的梁形成正交叉梁系,梁上作用有板传
11、来的均布线荷载。 当互相垂直方向的梁,二者的线刚度比大于等于8时,可将二者中线刚度大的看作主梁,线刚度小的看成次梁。 当线刚度之比小于8时,楼盖梁系的内力应按交叉梁系用力法进行计算。,当楼面荷载标准值p4kN/m2时,次梁和主梁的截面尺寸见表14-1。,14.5.1 按弹性理论计算,14.5.2 考虑塑性内力重分布的计算方法,14.5 钢筋混凝土连续梁的内力计算,其它 塑性极限分析方法,14.5.1 按弹性理论计算,1、计算简图,连续梁、板的计算简图,应确定: 支承条件: 支承于砖墙 支承与梁上 梁支于柱上 计算跨度: 根据支承情况,按相应的图计算(图14-12)。 计算跨数: 对连续梁、板的
12、某一跨来说,当实际跨数超过五跨时,可简化为五跨计算,所有中间跨内力和配筋均按第三跨的处理。当梁、板的跨数少于五跨时,则按实际跨数计算。,14.5 钢筋混凝土连续梁的内力计算,计算简图,连续梁、板的计算简图,应解决支承条件、计算跨数和计算跨度三个问题。,按弹性方法计算,支承条件:对于板和次梁,不论其支承是砌体还是现浇的钢筋混凝土梁,均可简化成集中于一点的支承链杆。梁板能自由转动,但忽略支承构件的竖向变形,即支座无沉降。,主梁可支承于砖柱上,也可与钢筋混凝土柱现浇在一起。对于前者,可视为铰支承;对于后者,应根据梁和柱的抗弯线刚度比值而定,如果梁比柱的抗弯线刚度大很多(如大于5),仍可将主梁视为铰支
13、于钢筋混凝土柱上的连续梁进行计算,否则应按框架横梁设计。,计算跨数:,对连续梁、板的某一跨来说,与其相邻两跨以远的其余跨上的荷载,对该跨内力的影响已很小,所以对于等刚度、等跨度的连续梁、板。 当实际跨数超过五跨时,可简化为五跨计算,即所有中间跨的内力和配筋均按第三跨的处理。,当梁、板的跨数少于五跨时,则按实际跨数计算。,按弹性方法计算,计算跨度,计算跨度:梁、板的计算跨度l。是指计算弯矩时所采用的跨间长度,该值与支座反力分布有关,即与构件的搁置长度a和构件的刚度有关。,中间跨的计算跨度,就是支承中心线间的距离; 对于边跨,伸进边支座的计算长度可在0.025ln1和a2两者中取较小值。,按弹性方
14、法计算,14.5.1 按弹性理论计算,2、活动荷载的不利组合,活荷载是按一整跨为单位来改变其位置的,因此在设计连续梁、板时,应研究活荷载如何布置将使梁内某一截面的内力为最不利。,14.5 钢筋混凝土连续梁的内力计算,恒荷载应按实际情况分布,活荷载不利布置,(1)活荷载不利布置:活荷载是按一整跨为单位来改变其位置的,因此在设计连续梁、板时,应研究活荷载如何布置将使梁内某一截面的内力为最不利。,按弹性方法计算,活荷载不利布置的法则,1)求某跨跨内最大正弯矩时,应在该跨布置活荷载,然后向其左右,每隔一跨布置活荷载; 2)求某跨跨内最大负弯矩时(即最小弯矩),该跨不 应布置活荷载,而在两相邻跨布置活荷
15、载,然后每隔一跨布置; 3)求某支座最大负弯矩时,应在该支座左右两跨布置 活荷载,然后每隔一跨布置; 4)求某支座截面最大剪力,其活荷载布置与求该支座 最大负弯矩时的布置相同。,按弹性方法计算,恒荷载g,活荷载1:第一跨Mmax,活荷载2:第二跨Mmax,不同荷载作用下的内力图,按弹性方法计算,活荷载3:第三跨Mmax,活荷载4:第一内支座跨 -Mmax,活荷载5:第二内支座跨 -Mmax,不同荷载作用下的内力图,按弹性方法计算,14.5.1 按弹性理论计算,3、内力计算,当活荷载不利布置明确后,等跨连续梁、板的内力可由附表12查出相应的弯矩及剪力系数,利用公式计算跨内或支座截面的最大内力。,
16、14.5 钢筋混凝土连续梁的内力计算,14.5.1 按弹性理论计算,4、内力包络图,内力包络图由内力(恒载+活载)按照最不利荷载的作用最终叠合形成。 弯矩包络图是计算和布置纵向钢筋的依据,要求抵抗弯矩图包住包络图。剪力包络图是计算横向钢筋的依据。,14.5 钢筋混凝土连续梁的内力计算,(2)内力包络图,内力包络图由内力(恒+活)叠合形成,承受均布荷载的五跨连续梁的弯矩包络图来说明,研究其中的第二跨。第二跨可能出现跨内弯矩最大(M2max)、跨内弯矩最小(M2min)、左支座截面弯矩最大 (-MBmax)、右支座截面弯矩最大(-MCmax )四种情况。,按弹性方法计算,D:g+q(2,4跨),第
17、二跨出现跨内弯矩最大(M2max),按弹性方法计算,跨内弯矩最小(M2min),按弹性方法计算,左支座截面弯矩最大 (-MBmax)、,按弹性方法计算,右支座截面弯矩最大(-MCmax ),按弹性方法计算,弯矩叠合图形的外包线所对应的弯矩值代表了各截面可能出现的弯矩设计值的上、下限,故由弯矩叠合图形的外包线所构成的弯矩图叫做弯矩包络图。,现将这四个弯矩分布图一一画在同一基线上,则第二跨应出现四条弯矩曲线,这就是弯矩叠合图。,按弹性方法计算,用类似的方法可以绘制剪力包络图,包络图中跨内和支座截面的弯矩、剪力设计值,就是连续梁相应截面进行受弯、受剪承载力计算的内力依据;弯矩包络图也是确定纵向钢筋弯
18、起和截断的依据。,返回,14.5.1 按弹性理论计算,5、折算荷载和弯矩、剪力的设计值,在计算简图中,把与支座整体浇筑的梁、板假定为铰支承,计算跨度取为支承中心线间的距离。这样处理使计算和实际情况存在一定差异。 由于计算简图假定次梁对板、主梁对次梁的支承为简支,忽略了次梁对板、主梁对次梁的弹性约束作用,即忽略了支座抗扭刚度对梁板内力的影响。 对此可用折算荷载和调整支座截面弯矩、剪力的设计值给予适当弥补。,* 折算荷载,考虑次梁抗扭对连续板内力的有利影响,通过增大恒荷载并相应地减小活荷载的方式来修正,即计算连续板内力时,采用折算恒荷载g,和折算活荷载q进行。,连续板,连续梁,按弹性方法计算,*
19、弯矩和剪力的设计值,由于计算跨度取至支承中心,忽略了支座宽度,故所得支座截面负弯矩和剪力值都是在支座中心位置的。板、梁、柱整浇时,支座中心处截面的高度较大,所以危险截面应在支座边缘,内力设计值应按支座边缘处确定.,按弹性方法计算,剪力设计值,弯矩设计值,均布荷载,集中荷载,14.5 钢筋混凝土连续梁的内力计算,14.5.2 考虑塑性内力重分布的计算方法,1、钢筋混凝土受弯构件的塑性铰,2、超静定结构的塑性内力重分布,3、钢筋混凝土连续梁塑性内力充分重分布的条件,4、连续梁塑性内力重分布的计算方法调幅法,5、均布荷载作用下等跨连续板、梁的计算,6、钢筋混凝土连续梁、板考虑塑性内力重分布 计算方法
20、的适用范围,连续梁、板考虑内力重分布的设计,钢筋混凝土连续梁、板按弹性方法设计时,存在着两个主要问题:一是当计算简图和荷载确定以后,各截面间弯矩、剪力等内力的分布规律始终是不变的;另一是只要任何一个截面的内力达到其内力设计值时,就认为整个结构达到其承载能力。,事实上,钢筋混凝土连续梁、板是超静定结构,在其加载的全过程中,由于材料的非弹性性质,各截面间内力的分布规律是变化的,这种情况称为内力重分布。另外,由于是超静定结构,即使连续 梁、板中某个正截面的受拉钢筋达到屈服进入第阶段,整个结构还不是几何可变的,仍有一定的承载能力。,1、钢筋混凝土受弯构件的塑性铰,塑性铰的形成,在钢筋屈服截面,从钢筋屈
21、服到达到极限承载力,截面在外弯矩增加很小的情况下产生很大转动,表现得犹如一个能够转动的铰,称为“塑性铰” 。,钢筋混凝土受弯构件的塑性铰,设受拉钢筋屈服时的截面弯矩为My,截面曲率为y;破坏时截面弯矩为Mu,截面曲率为u 。 这一阶段的主要特点是:截面弯矩的增值(Mu-My)不大,但截面的曲率增值(u一y)却很大,图上基本上是一水平线。 在弯矩基本维持不变的情况下,截面曲率激增,形成截面受弯“屈服”现象。,这一非弹性变形集中产生的区域理想化为集中于一个截面上的塑性铰.,四、连续梁、板考虑内力重分布的设计,截面“屈服”并不仅限于受拉钢筋首先屈服的那个截面,实际上钢筋会在一定长度上屈服,受压区混凝
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