建筑结构基础与识图 教学PPT 第四章钢筋混凝土结构基本构件课件.ppt

建筑结构基础与识图,任课教师：张鹏联系方式：,目录,第4章 钢筋混凝土结构基本构件,4-1 钢筋混凝土受弯构件,板的构造,厚度,配筋,一般60120mm，板厚以10mm为模数。单跨板，l0 /35；多跨连续板， l0 /40，且 60mm,受力钢筋,分布钢筋,计算确定,承受拉力,板承受的荷载均匀传给受力筋；固定受力筋位置；阻止砼开裂,s,A,250,6,&,f,%,0.15,&,%,15,s,s,A,A,r,a,间距在70200mm,一、梁、板的一般构造要求,梁的构造,截面,梁的配筋,纵向受力钢筋,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,弯起钢筋,弯起段抗剪；水平段抗拉，承受正(负)弯矩；,计算确定,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,纵向构造钢筋（当腹板高450mm）,减小梁腹部裂缝宽度,构造确定,混凝土保护层和截面有效高度,混凝土保护层厚(),钢筋外缘砼厚度。构造要求见表4-3。,截面的有效高度(h0),受压砼边缘至受拉钢筋合力点的距离,单排拉筋,双排拉筋,板,纵向受拉钢筋的配筋率纵向受拉钢筋总截面面积As与正截面的有效面积bh0的比值，用表示。,二、受弯构件正截面承载力(破坏形式), 适当, 截面开裂以后 sfy，随荷载增大，裂缝开展、 s,f 增加，当 f=fy(屈服荷载), s=fy，荷载稍增加，c=cu 砼压碎。“延性破坏”(钢筋抗拉、砼抗压强度均发挥),b.适筋梁,c.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” (钢筋抗拉强度未发挥),很低，砼一开裂，截面即破坏。s=fy。“脆性破坏” (砼抗压强度未发挥),a.少筋梁,等效矩形应力图形,基本假定:,不考虑混凝土抗拉强度，拉力完全由钢筋承担；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。,等效原理,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，这种破坏称为界限破坏。,界限相对受压区高度 和最大配筋率,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。,最大配筋率,经济配筋率：梁：r =（0.51.6）%； 板：r =（0.40.8）%,单筋矩形截面正截面承载力计算,基本公式,2.适用条件,防止超筋破坏,b)防止少筋破坏,3.基本公式的应用,a.截面设计,b.截面复核,截面设计步骤,截面复核步骤,（2）确定截面的有效高度,mm2,（5）选筋：选用422（,（6）判断是否属于少筋梁,mm2 ）,双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。,1.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。2.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。3.由于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必须配置一定比例的受压钢筋。,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：,三、受弯构件斜截面承载力计算,斜拉破坏剪压破坏斜压破坏,斜截面破坏的三种形式,斜截面破坏影响因素,(a)斜拉破坏 (b)剪压破坏 (c)斜压破坏,斜截面的破坏形态,斜截面受剪承载力 计算简图,梁斜截面受剪承载力计算公式：,其中，Vcs =Vc +Vsv,斜截面受剪计算截面的确定,1)求内力，绘制构件的剪力图；2)验算是否满足截面限制条件，如不满足，则 应加大截面尺寸或提高混凝土的强度等级；3)验算是否需要按计算配置腹筋；4)计算腹筋；对仅配置箍筋的梁，可按下式计 算,算出 ，根据构造要求选择箍筋的,直径d和肢数n，而后由下式算出箍筋的间距s，箍筋间距应满足ssmax 。,斜截面受剪承载力计算步骤如下：,抗剪构造规定,1)集中力作用下，箍筋全长布置；2)箍筋和弯起筋间距符合构造要求，参考表4-6；3)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；4)鸭筋必须将两端锚固在受压区，不得采用浮筋,抵抗弯矩图,以各截面实际纵向受拉钢筋所能承受的弯矩为纵坐标，以相应的截面位置为横坐标，所作出的弯矩图。可由右式确定 ：,当一根钢筋由于弯矩图变化，将不考虑其抗力而切断时，从按正截面承载力计算“不需要该钢筋的截面”须外伸一定的长度l1，作为受力钢筋应有的构造措施。应从其“强度充分利用截面”外伸一定的长度l2，依靠这段长度与混凝土的粘结锚固作用维持钢筋以足够的抗力。,钢筋混凝土连续梁、框架梁支座截面的负弯矩纵向钢筋不宜在受拉区截断。如必须截断时，其延伸长度ld可在l1和l2中取外伸长度较长者确定，按表4-7取值。其中l1是从“按正截面承载力计算不需要该钢筋的截面”延伸出的长度；l2是从“充分利用该钢筋强度的截面”延伸出的长度”。,图4-17 负弯矩钢筋截断构造 图4-18 悬臂梁钢筋的弯折,4-2 钢筋混凝土受压构件,工程结构中，以承受纵向压力为主的构件称为受压构件，最常见的受压构件为钢筋混凝土柱，此外屋架的受压弦杆、腹杆、桥梁中的桥墩，高层建筑中的剪力墙均属受压构件 。,一、受压构件的分类,二、受压构件的构造要求,1.材料强度等级,我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C25C40；在高层建筑中， C50C60级混凝土也经常使用。,受压构件中，通常采用HRB335级和HRB400级钢筋，不宜过高。因 为高强度钢筋在与混凝土共同受压时，并不能充分发挥其高强作用。,混凝土：,钢筋：,2.截面形状和尺寸,常用矩形或方形截面，（且bh250250mm）长细比宜控制在l0/b30或l0/d25。也有、T、形或环形的，为了节约混凝土，当柱的尺寸较大时，在装配式厂房，采用字形，在拱结构中，采用T形，在柱、电杆、烟囱等可采用形及环形。 h800mm，以50mm为模数 h800mm ，以100mm为模数,柱,级别： 采用HRB335级、HRB400级 直径： 纵筋直径d12mm，常在1232mm之间选用，宜 用较粗钢筋；根数，矩形时不小于4根，圆柱不宜 少于8根，且不小于6根； 配筋率：配筋率min0.6%，max5%,3.纵向钢筋,距离：钢筋净距50mm，中距300mm（受力钢筋）； 当偏心受压柱h600mm时，侧面应设d为1016mm 的纵向构造钢筋；偏心受压柱垂直于弯矩作用平面 的侧面上（即弯距作用下的受力钢筋）以及轴心受 压柱各边的纵向受力钢筋，其中距不宜大于300mm 。,4.箍筋,柱中箍筋应做成封闭式；箍筋直径不应小于纵向钢筋直径的四分之一，且不应小于6mm； 箍筋间距不应大于纵向钢筋最小直径的15倍，且不应大于400mm及柱截面的短边尺寸b； 当柱中纵向受力钢筋的配筋率大于3%时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于纵向受力钢筋直径的10倍，且不大于200mm，其末端应做1350的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的10倍； 当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多余4根时，应设置复合箍筋；柱中纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距应按规范9.4.5规定加密。,柱的箍筋形式,复合菱形箍筋,受压构件复合井字箍筋,三、轴心受压构件的承载力计算,1、轴心受压短柱 临近破坏时，柱子表面出现纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压屈外凸，混凝土被压碎崩裂而破坏。,2、轴心受压长柱 破坏时首先在凹边出现纵向裂缝，接着混凝土压碎，纵筋压弯外凸，侧向挠度急速发展，最终柱子失去平衡，凸边混凝土拉裂而破坏。,轴心受压短柱,轴心受压长柱,长短柱的承载力,柱的长细比愈大，其承截力愈低，对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象。,在同等条件下（即截面相同，配筋相同，材料相同），长柱受压承载能力低于短柱受压承载能力，即：,式中：l0为构件的计算长度；b为矩形截面短边尺寸；d为圆形截面直径；,矩形截面 l0 / b8圆形截面 l0 / d 7其它截面 l0 / i28,短柱,反之，为长柱， ， 按表4-8取用。,规范引入了稳定系数 来表示长柱承载能力的降低程度。,表4-8 钢筋混凝土构件的稳定系数,表 4-9 框架结构各层柱的计算长度l0,注：表中l0为各层的层高；H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度。,轴心受压构件的承载力截面承载力的计算公式为：,（4-22）,式中：N轴向压力设计值 Nu轴向抗压承载力设计值 A构件的截面面积，当纵向钢筋的配筋率大于3%时，A改用 Ac , Ac = AAS。 稳定系数，按教材表4-8。 设计中全部受压钢筋的配筋率不应超过5%，一般为0.52%，但也不应小于0.6%，同一侧配筋不应小于0.2% 0.9调整系数，为了保证轴心受压和偏心受压具有相近的保证率。,【例4-4】某多层现浇钢筋混凝土框架房屋，底层中柱承受轴心压力设 计值N=750kN，底层的层高为3.6m，基础顶面标高-0.3m，采用C30 混凝土，HRB335级钢筋，试设计该柱截面。（按规范规定如截面的 边长小于300mm时，混凝土的强度设计值应乘以系数0.8）,四、偏心受压构件简介,偏心受压构件受力特征介于轴压和受弯构件之间的过渡状态，在弯矩和剪力的共同作用下，有可能首先混凝土被压坏，也有可能混凝土首先被拉坏，因此，偏心受压构件分为两种破坏特征，大偏心受压和小偏心受压。,当e0 很小时，接近轴压构件当e0 较大时，接近受弯构件,偏心距小的受压构件,偏心距大的受压构件,（1）大偏心受压破坏受拉破坏 此类破坏在压力的偏心距较大，且受拉钢筋配置适量时发生。截面的破坏特征是:受拉钢筋首先屈服，最终受压区边缘的混凝土也因压应变达到极限值而被压坏，对于受压钢筋，只要受压区高度不是太小，一般也能屈服，其破坏特征与适筋的双筋受弯构件相似，这种破坏有明显预兆。（2）小偏心受压破坏受压破坏 如偏心距较小，或虽然偏心距不小但受拉纵筋配置过多时，会发生此种破坏。截面破坏特征一般是：靠近压力一侧的受压区边缘的混凝土压应变首先达到极限值被压坏，该侧的受压钢筋屈服；而压力远侧的钢筋虽受拉但并未屈服（应力为）,甚至还可能受压。由于这种破坏始于混凝土受压破坏，故又称为受压破坏 ，这种破坏无明显预兆，故具有脆性破坏的特征。,4-3 钢筋混凝土受扭构件,扭转是结构构件受力的基本形式，只要在构件截面中有扭矩作用的构件都称为受扭构件。,雨篷梁、现浇框架边梁、吊车梁等均属于受扭构件。在实际工程中很少有纯扭构件，多数是弯、剪、扭复合受力状态。,(a)雨篷梁 (b)吊车梁 (c)框架边梁图4-22 受扭构件示例,一、受力特点,(a)弹性应力分布 (b)钢筋混凝土纯扭的破坏图4-23 纯扭构件,在纯扭矩作用下，无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与匀质弹性材料类似的性质，截面长边中点剪应力最大，在截面四角点处剪应力为零。当截面长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就会开裂。随着扭矩的增加，裂缝与构件纵轴线成45角向相邻两个面延伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂，破坏突然，属于脆性破坏，抗扭承载力很低。,二、构造要求,1.受扭纵筋 应沿构件截面周边均匀对称布置。矩形截面的四角以及T形和工字形截面各分块矩形的四角，均必须设置受扭纵筋。受扭纵筋的间距不应大于200mm，也不应大于梁截面短边长度。受扭纵筋的接头和锚固要求均应按受拉钢筋的相应要求考虑。架立筋和梁侧构造纵筋也可利用作为受扭纵筋。2.受扭箍筋 在靠近受扭构件表面应均匀设置受扭箍筋。受扭箍筋必须为封闭式，受扭箍筋末端应做成135的弯钩，弯钩端头平直段长度不应小于10d（d为箍筋直径）。箍筋的间距还应符合表4-6的要求。, 4-4 预应力混凝土构件基本知识,由于混凝土的抗拉性能很差，使得钢筋混凝土构件出现了两个问题：1、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作；2、为保证结构耐久性，必须限制裂缝宽度。,为了避免普通钢筋混凝土构件过早开裂，保证其抗裂性和刚度，充分利用高强度材料，让构件在承受外荷载之前，人为地预先通过张拉钢筋对结构使用阶段将产生拉应力的混凝土区域施加压力，构件承受外荷载后，此项预压应力将抵消一部分或全部由外荷载所引起的拉应力，从而推迟裂缝的出现和限制裂缝的开展，这种构件就称为“预应力混凝土构件”。,一、预应力混凝土的基本概念,预应力混凝土,施加预应力的原理,二、施加预应力的方法,（1）先张法,先张拉预应力钢筋后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法 。,主要工艺过程：1）张拉钢筋2）支模、浇筑混凝土并养护3）切断钢筋,图4-24 先张法操作工序,（2）后张法,先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上直接张拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法 。,主要工艺过程：1）浇筑混凝土构件，并在构件中预留孔道2）穿预应力钢筋并张拉钢筋3）锚固预应力钢筋并往孔道内压力灌浆。,图4-25 后张法操作工序,三、预应力混凝土结构对材料的要求,（一）预应力混凝土结构对钢筋的要求,1.强度高2.具有一定的塑性3.良好的加工性能4.与混凝土有较好的粘结强度,1.强度高2.收缩、徐变小3.快硬、早强,（二）预应力混凝土结构对混凝土的要求,四、预应力混凝土构件的主要构造要求,（一）一般要求,预应力轴心受拉构件通常采用正方形或矩形截面。预应力 受弯构件可采用T形、I形及箱形等截面。,截面高度可取（1/201/14）L，翼缘宽度可取（1/31/2）h，翼缘高度可取（1/101/6）h，腹板宽可取为（1/151/8）h。,直线布置：跨度及荷载较小时，施工简单，后张法、后张法均可采用。曲线布置：跨度及荷载较大时，一般采用后张法施工。折线布置：适用于有倾斜的受拉边的梁，一般采用先张法施工。,预应力纵向钢筋的布置,图4-26预应力钢筋的布置,（二）先张法构件的构造要求,1、预应力钢筋的配筋方式 并筋：预应力钢丝并筋不宜超过3根。当先张法预应力钢丝按单根方式配筋困难时，可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式，并筋的等效直径，双并筋时应取为单筋直径的1.4倍，三并筋时应取为单筋直径的1.7倍。2、预应力钢筋的净间距 不应小于其公称直径或等效直径的1.5倍，且应符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝，不应小于15mm，对三股钢绞线，不应小于20mm，对七股钢绞线，不应小于25mm。,3、构件端部加强措施（1）单根预应力钢筋：螺旋筋或支座垫板上的插筋。,（2）多根预应力钢筋：钢筋网（3）预应力钢丝配筋的薄板：加密横向钢筋。（4）槽形板：附加横向钢筋。（5) 在构件端部可能产生裂缝的部位设置足够的非预应力 纵向构造钢筋。,1.配筋要求 弯起预应力筋，曲率半径不宜小于4米，预压区和预拉区应设置纵向非预应力构造钢筋，弯折处加密箍筋或内侧设钢筋网片。2.预留孔道 预制构件与框架梁的区别 孔道内径与预应力筋内径的要求 灌浆孔或排气孔 起拱,（二）后张法构件的构造要求,3. 构件端部加强措施（1）端部尺寸的加大（2）端部配置间接钢筋（附加箍筋或网片）（3）附加竖向焊接钢筋网、封闭式箍筋或其他形式 的构造钢筋。（4）折线构造钢筋或其他形式的构造钢筋。（5）防锈措施,4-5 钢筋混凝土结构构件施工图基本知识,（1）详图法。它通过平、立、剖面图将各构件（梁、柱、墙等）的结构尺寸、配筋规格等“逼真”地表示出来。用详图法绘图的工作量非常大，但识图时简单、直观、易懂。（2）梁柱表法。它采用表格填写方法将结构构件的结构尺寸和配筋规格用数字符号表达。此法比“详图法”要简单方便得多。其不足之处是：同类构件的许多数据需多次填写，容易出现错漏，图纸数量多。现在较少采用。（3）结构施工图平面整体设计方法（以下简称“平法”）。它把结构构件的截面型式、尺寸及所配钢筋规格在构件的平面位置用数字和符号直接表示，再与相应的“结构设计总说明”和梁、柱、墙等构件的“构造通用图及说明”配合使用。平法的优点是图面简洁、清楚、直观性强，图纸数量少，设计和施工人员都很欢迎，现在普遍采用该法。,钢筋混凝土结构构件配筋图的表示方法通常有三种：,一、钢筋混凝土构件结构详图的内容和特点,1.钢筋混凝土构件结构详图的主要内容（1）构件的名称或代号、绘制比例；（2）构件的定位轴线及其编号；（3）构件的形状、尺寸及配筋和预埋件；（4）钢筋的直径、尺寸和构件的结构标高；（5）施工说明等。,2.钢筋混凝土构件施工图的特点结构图采用正面投影法绘制；图中钢筋用粗实线绘制，钢筋的横截面用涂黑小圆点表示。构件的外轮廓线、尺寸线、尺寸界线、引出线等用细实线绘制；构件的名称采用代号表示，后跟阿拉伯数字表示该构件的编号或型号；构件对称时，可一半表示模板图一半表示钢筋；构件的轴线及编号等应与建筑施工图保持一致。,二、钢筋混凝土构件施工图中钢筋的表示,表4-10 一般钢筋常用图例,三、钢筋混凝土梁的结构详图(图4-30),四、钢筋混凝土柱的结构详图(图4-31),本章小结,一、知识点1.钢筋混凝土受弯的受力特点和构造要求，单筋矩形截面正截面梁的承载力设计和校核；斜截面受剪设计；2.钢筋混凝土受压构件的受力特点、构造要求，轴心受压构件的设计3.受扭构件的受力特点，基本受扭构件的识别；4.预应力混凝土的概念和施工方法；5.钢筋混凝土结构构件施工图的主要内容。二、重点内容1.单筋矩形截面梁的正截面承载力设计和校核；2.梁的斜截面受剪设计；3.轴心受压柱的设计；4.钢筋混凝土结构构件（梁、柱）施工图的识读。,The End,