東南大學(xué) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總結(jié)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上篇混凝土結(jié)構(gòu)一、混凝土物理力學(xué)性能1?簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度（單軸）:立方體抗壓強(qiáng)度（95%ta*=與-1645%—混凝土強(qiáng)度等級）、軸心抗壓強(qiáng)度（￡丘）、軸心抗拉強(qiáng)度: C" Cli1） .fcu:按照標(biāo)準(zhǔn)方法（90%濕度、20±3。0制作養(yǎng)護(hù)的棱長為150mm的立方體試件，在28天齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（混凝土試件與鋼板之間的摩擦系數(shù)為0.4）進(jìn)行抗壓試驗(yàn)得到的破壞時(shí)試件的平均壓應(yīng)力。2） fc:一般采用圓柱體或方形棱柱體試件（我國采用150mmxl50mmx300mm）—減弱試件中間區(qū)段的“套箍效應(yīng)”，使之近似于軸心受壓。3） 算:直接拉伸試驗(yàn)、彎折試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)（最常用）。4:換算:（1） fck=°? 體現(xiàn)：錨固—2=a?d；裂縫—兩條裂縫中間截面，混凝土拉應(yīng)力達(dá)到最大值，鋼筋°齊應(yīng)力達(dá)到最小值 影響因素:鋼筋表面形狀、混凝土強(qiáng)度等級、澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置、保護(hù)層厚度和鋼筋間距、橫向鋼筋以及側(cè)向壓力 體現(xiàn)：錨固—2=a?d；裂縫—兩條裂縫中間截面，混凝土拉應(yīng)力達(dá)到最大值，鋼筋°齊應(yīng)力達(dá)到最小值 影響因素:鋼筋表面形狀、混凝土強(qiáng)度等級、澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置、保護(hù)層厚度和鋼筋間距、橫向鋼筋以及側(cè)向壓力二、鋼筋混凝土梁1、承載能力極限狀態(tài)下正截面受彎承載力計(jì)算、斜截面受剪承載力計(jì)算以及受扭承載力計(jì)算；正常使用極限狀態(tài)下變形以及裂縫寬度驗(yàn)算1） 正截面受彎承載力（1） 構(gòu)造要求:截面尺寸（最小厚度—混凝土保護(hù)層最小厚度、混凝土施工工藝，高跨比—?jiǎng)偠龋邔挶龋?，混凝土保護(hù)層—耐久性、耐火性以及鋼筋的有效錨固，鋼筋直徑與間距2） 正截面受彎破壞模式:少筋破壞、適筋破壞、超筋破壞（1）少筋破壞:一裂就壞（2） 適筋破壞:三個(gè)階段（整體彈性工作階段—抗裂計(jì)算，帶裂縫工作階段—正常使用狀態(tài)下變形和裂縫寬度計(jì)算，破壞階段—按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的承載力計(jì)算）曲線上三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在受拉區(qū)混凝土達(dá)到極限拉應(yīng)變、受拉區(qū)鋼筋受拉屈服、受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變裂縫一出現(xiàn)就開展至一定寬度并上升至一定高度，因?yàn)槭芾瓍^(qū)混凝土退出工作，受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力突然增大破壞階段受壓區(qū)混凝土總壓力保持不變，因?yàn)槭芾瓍^(qū)鋼筋全部屈服，總拉力不變適筋范圍內(nèi)配筋率越高，承載力越大，相應(yīng)延性越差0.88:考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與試件混凝土強(qiáng)度差異的修正系數(shù)；b.aci:軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值；c.ac2:考慮混凝土脆性的折減系數(shù)；d.ac1、ac2均與fcuk有關(guān)。（2） ftk=0.88x0.395作2f^（1—1.6455）0.45（6為強(qiáng)度離散系數(shù)）復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的性能1）力學(xué)性能（兩張圖、一個(gè)公式—=厶+k^r）2） 徐變（應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間持續(xù)增加）—應(yīng)力水平、齡期、成分、養(yǎng)護(hù)和使用環(huán)境條件鋼筋與混凝土的粘結(jié)力1） 來源:化學(xué)吸附、摩擦作用、機(jī)械咬合作用、附加咬合2） 大?。簍=比?叫—鋼筋應(yīng)力的變化卩dx

3）超筋破壞：受壓區(qū)混凝土被壓碎而受拉區(qū)鋼筋未受拉屈服3）鋼筋混凝土梁的受力特點(diǎn)：截面應(yīng)力與截面彎矩不成正比S=胚—中和軸不斷上移,W截面抵抗矩相應(yīng)變化）、撓度與荷載不成正比（隨著裂縫發(fā)展,梁的剛度不斷下降）、破壞類型取決于鋼筋與混凝土截面的比例關(guān)系（配筋率與界限配筋率的關(guān)系—少筋、適筋、超筋）4）正截面受力分析（1） 基本假定：平截面假定、不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度、混凝土受壓本構(gòu)關(guān)系（二次拋物線+水平線，分界點(diǎn)：￡0=0.002、scu=0.0033）、縱向受拉鋼筋的極限拉應(yīng)變?nèi)?.01、縱向鋼筋的應(yīng)力不得超過屈服強(qiáng)度（2） 等效矩形應(yīng)力圖形—混凝土壓應(yīng)力合力的大小及其作用點(diǎn)位置不變等效矩形應(yīng)力圖形上的應(yīng)力值為唄，受壓區(qū)高度x==弦°，其中幻、旳僅與混凝土本構(gòu)關(guān)系曲線有關(guān)，即：當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級確定后，幻為已知量，x可有平衡條件求得（3） 適筋截面的界限條件（最大配筋率、最小配筋率）界限破壞：對有屈服點(diǎn)的普通鋼筋，當(dāng)縱向受拉鋼筋屈服時(shí)，受壓區(qū)混凝土也同時(shí)被壓碎（受壓區(qū)混凝土外邊緣纖維達(dá)到其極限壓應(yīng)變）；對無屈服點(diǎn)的普通鋼筋，受拉鋼筋屈服時(shí)，應(yīng)考慮0.002的殘余應(yīng)變，即=0.002+b￡二X（￡ =%= E=與=曙址=殆才）弘1+-^% h0 &+% bh0 h0 %+￡v丄+ 0 cuy 0 0 cuy￡cuEs平截面假定是應(yīng)變之間的關(guān)系，應(yīng)變通過材料的本構(gòu)關(guān)系曲線轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的應(yīng)力，所以應(yīng)變符合平截面假定并不表示應(yīng)力符合平截面假定界限破壞是介于適筋破壞與超筋破壞之間的一種破壞模式，當(dāng);=工<人，J>匕，說明h0 “sy受壓區(qū)混凝土被壓碎前受拉區(qū)鋼筋已受拉屈服，屬于適筋破壞；反之，則說明受壓區(qū)混凝土被壓碎后受拉區(qū)鋼筋仍未受拉屈服，屬于超筋破壞界限相對受壓區(qū)高度倉控制最大配筋率PmaxPmin=max{0.45：，0.2%}驗(yàn)算縱向受拉鋼筋最小配筋率時(shí)，構(gòu)件截面面積應(yīng)取全截面面積5）受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算（1）單筋矩形截面梁a.截面設(shè)計(jì)：選擇混凝土強(qiáng)度等級和鋼筋品種—確定截面尺寸—計(jì)算鋼筋截面面積并選用』——a=——Pfyb s aifcbh0鋼筋一計(jì)算表格編制q、4丄、^丄、匚-p、b、』——a=——Pfyb s aifcbh0b.截面復(fù)核沈、fb.截面復(fù)核沈、fy、b、h、h0、人—x=』^F=工h0mu=加s（h0_：）件fcbx(h0c.提高正截面受彎承載力，采用強(qiáng)度較高的鋼筋比提高混凝土強(qiáng)度等級更有效（2）雙筋矩形截面梁a.雙筋—減小受壓區(qū)高度（xI、以避免發(fā)生超筋破壞、同一截面承受的彎矩可能改變符號、支座錨固段鋼筋參與作用—提高承載力、剛度、延性b.Mu=Mu1+Mu2=f；A：h0-Qs+件護(hù)％（h0—：）—受壓鋼筋〈和相應(yīng)的一部分受拉鋼筋4所承擔(dān)的彎矩M （fA=f'A'截面破壞時(shí)受壓鋼筋應(yīng)力達(dá)到其抗壓屈服強(qiáng)度s1 u1 ys1 ysx>2a')、s受壓區(qū)混凝土和相應(yīng)的另一部分受拉鋼筋〈2所承擔(dān)的彎矩Mu2 （fyAs2=竹fbx防止發(fā)生脆性的超筋破壞截面設(shè)計(jì)方法：已知M、bxh、仁、a1、角、0、fy J* As1 ="i幾兀池o、As2 =A's =M—“產(chǎn)if』ho；已知M、bxh、f、也、憶、f、f'、A—a=M-g（如-4）—xt2a'、代

f'y（如-a；） 人1M?bs S a￡bh2 s、b0截面復(fù)核方法（3）T形截面梁翼緣計(jì)算寬度b；—計(jì)算跨度2。、梁肋凈距腎、翼緣高度與、梁腹板寬度b第一類T形截面與第二類T形截面—M＜＞?fb'h'-h0-^f（＞）噸馮1cJJ0 2 s f丿y6）斜截面受剪承載力（1）破壞類型（剪跨比入=亜；均屬脆性破壞類型）h0a.斜壓破壞（入＜1）：斜裂縫—腹剪斜裂縫；類似于正截面的超筋破壞，承載力取決于混凝土的抗壓強(qiáng)度—剪壓比即最小截面尺寸（爲(wèi)＜4,V＜0.25BJ「bho；h-＞6,V＜b cc0b02Jcbh0；?為混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)）b.剪壓破壞（1＜入＜3）：垂直裂縫—彎剪斜裂縫—臨界斜裂縫；吆=皿fbh+uA+1.0t0f^n，h0+08fAhsina—考慮了混凝土、箍筋、彎起鋼筋以及荷載形式對梁抗剪承載力yvs0 ysb s的影響斜拉破壞（入＞3）：一旦出現(xiàn)垂直向彎曲裂縫，就會迅速向受壓區(qū)斜向延伸—類似于正截面的少筋破壞,承載力取決于混凝土在復(fù)合受力下的抗拉強(qiáng)度—構(gòu)造措施承載力：斜壓破壞〉剪壓破壞〉斜拉破壞；延性反之7） 斜截面受彎承載力正截面抵抗彎矩圖：按實(shí)際配置的縱筋所確定的梁上各個(gè)截面所能承擔(dān)的彎矩圖形充分利用點(diǎn)：鋼筋強(qiáng)度被充分利用的截面；不需要點(diǎn)：按正截面承載力計(jì)算不需要該鋼筋的截面—彎起點(diǎn)與充分利用點(diǎn)的水平距離不小于為，彎起鋼筋與構(gòu)件縱軸線的交點(diǎn)應(yīng)位于不2需要點(diǎn)之外縱向鋼筋的截?cái)嗯c錨固：仃=gdadf8） 矩形截面受扭承載力—平衡扭轉(zhuǎn)（變形協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)不會引起結(jié)構(gòu)破壞）（1）純扭：T＜0.35fWt+1.2＜?v"曲1“OOF函=hl（3h—b）t6Z= 宀—，受扭縱筋與受扭箍筋的配筋強(qiáng)度比—臨界斜裂縫的傾角，Z在1.2左右為鋼yv^st1^cor

筋達(dá)到屈服的最佳值（2）彎剪扭a.縱筋：受彎縱筋單獨(dú)計(jì)算，剪扭構(gòu)件的受扭縱筋單獨(dú)計(jì)算；箍筋：剪扭構(gòu)件受剪和受扭承載力分別計(jì)算b.剪扭構(gòu)件：b.剪扭構(gòu)件：V<1-5-以肯仙+幾嚴(yán)0；T＜以?0?35fWt+12訃你=——15 >休為考慮扭矩對混凝土受剪承載力和剪力對混凝土受扭承載力的影響' 1+0.2入+1尸性 'Tbh0系數(shù)（3）限制條件最小配箍率：psv二0-28耳fyv受扭縱筋最小配筋率：ptl>0-6工?耳vbfy截面限制條件：垢<4，+—匚<0-250f；hw=6，+—匚<02f；當(dāng)+b bh0 0.8叫 CCb bh0 0.8叫 ccbh0工<0.7f時(shí)，可不進(jìn)行受剪扭承載力計(jì)算，僅需按構(gòu)造要求配置鋼筋叫 t9）變形計(jì)算：f=S?哄'Ba.B= a.B= m B=Mq0—1+MS—叫—Mqe—1+MkEAh21.150+0.2+6aEp,1+3-5/yrb.9=2.0-0.4p—考慮到受壓鋼筋對荷載長期作用下混凝土的受壓徐變及收縮起約束作p用從而減小剛度的降低eg=1.1-0.65占l，有效縱向受拉鋼筋配筋率p=烏，準(zhǔn)永久組合下受拉鋼筋應(yīng)力Pte°s 兀現(xiàn)=』L"=0.87現(xiàn)=Mq；屮為裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，介于0.2?1之'Msh0 S 0.87心如間，n為裂縫截面處內(nèi)力臂長度系數(shù)，對常用混凝土強(qiáng)度等級及配筋率，可取為0.87d;=斗丄漳+aP—受壓鋼筋對短期剛度的影響不大，第二項(xiàng)可以忽略仃bh0 E最小剛度原則：彎矩最大處的截面彎曲剛度10）裂縫寬度的計(jì)算：=~艸$（1.9&+0.08%）CTe 、 pEs pte平均裂縫間距l(xiāng)=1.5l，其中1為粘結(jié)應(yīng)力傳遞長度macT為構(gòu)件受力特征系數(shù)，對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件取為1.9deq=亠^，片為縱向受拉鋼筋的相對粘結(jié)特征系數(shù)，對光圓鋼筋取0.7,對帶肋鋼筋取q nivi^i1.011） 耐久性概念：設(shè)計(jì)工作年限、正常維護(hù)、保持使用功能影響因素：混凝土碳化、鋼筋銹蝕提高耐久性的有效措施：增加鋼筋保護(hù)層厚度三、鋼筋混凝土柱1.破壞類型1） 強(qiáng)度破壞：軸壓T箍筋間的縱筋受壓屈服并外鼓，混凝土被壓碎；大偏心受拉破心受拉縱筋屈服，受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變，受壓縱筋受壓屈服（延性破壞）；小偏心受壓破壞T遠(yuǎn)端縱筋受拉（壓）未屈服，受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變（脆性破壞）2） 穩(wěn)定破壞2?配有普通箍筋的軸心受壓柱：=0.9申（fAc+f'A'）申一＞考慮縱向彎曲的穩(wěn)定系數(shù)，與長細(xì)比負(fù)相關(guān)y。N＜Nu3?配有螺旋箍筋的軸心受壓柱：Nu=0.9CfAcor+f；A：+2afyvAss0）螺旋箍筋的作用使核心區(qū)混凝土處于三向受壓狀態(tài)，核心區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯提高，螺旋箍筋柱的破壞是以螺旋箍筋屈服為標(biāo)志的L.a —冗d力-H——w“丄ssO $a為折減系數(shù)，與混凝土強(qiáng)度有關(guān)為了保證螺旋箍筋柱在正常使用條件下混凝土保護(hù)層不至于過早剝落，螺旋箍筋柱受壓承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)大于同等條件下普通箍筋柱受壓承載力設(shè)計(jì)值的1.5倍，且不應(yīng)小于同等條件下普通箍筋柱受壓承載力設(shè)計(jì)值；對長細(xì)比^＞12的螺旋箍筋柱應(yīng)按照普通箍筋柱設(shè)計(jì)；d為保證螺旋箍筋的約束效果，螺旋箍筋的換算面積4sso不應(yīng)小于全部縱筋截面面積的25%偏心受壓構(gòu)件1） 大小偏壓判別：et=e0+ea（0.3心）附加偏心距爲(wèi)—荷載作用位置的不確定性、混凝土質(zhì)量的不均勻性、施工造成的截面尺寸偏差；取20mm和偏心方向構(gòu)件截面尺寸的丄兩者的較大值30e0=也—M為考慮二階效應(yīng)之后的桿端彎矩（哲＜0.9，止＜0.9，S＜34—12塢時(shí)可0N M2 fcA i M2不考慮二階效應(yīng)）C.復(fù)核大偏心受拉破壞：^＜（b2） 大小偏壓的區(qū)別：（J=均比?fsB1-Eby3） Nu—Mu曲線斜截面受剪承載能力考慮了軸壓力的有限影響四、鋼梁1.強(qiáng)度1） 彎曲正應(yīng)力：a=』l+』l＜f^nx^y^nyY為截面形狀系數(shù)（截面塑性發(fā)展系數(shù)），大小僅與截面的形狀有關(guān)，表示在截面邊緣纖維屈服之后繼續(xù)承載能力的大小當(dāng)梁受壓翼緣的自由外伸寬度與其厚度之比不大于13235時(shí)，可按附表取值2） 工字型截面最大切應(yīng)力：Tmax=皿＜/；aw%

3） 局部壓應(yīng)力：°=匹<f4） 折算應(yīng)力22?整體穩(wěn)定性：焊接工字型等截面簡支梁竹=乞4320血［1+3 +嘰］235整體失穩(wěn)是平面外彎曲和扭轉(zhuǎn)，承載力未充分發(fā)揮與荷載類型與作用位置（你）、梁的側(cè)向剛度與受壓翼緣的自由