建筑结构知识要点

第一章材料一．混凝土内部微裂缝1.强度立方体强度fcu最基本，强度等级的依据，标准尺寸，标准养护条件（温度，湿度），标准试验方法（表面不涂润滑剂，加载速度），标准龄期（28天）影响因素，尺寸效应，加载方法，龄期，材料及配比应用，评定混凝土质量的依据，其它强度都是通过它换算的，试验结果的相对稳定性轴压强度fc采用的原因（接近真正的受力状况），和fcu的关系，定量（试验结果），定性，和h/b的关系，定量关系中的各个系数的意义。工程中使用最多的一个指标。轴拉强度ft，试验特点和方法，和fcu的关系。直接轴心受拉，符合轴拉条件，是真正意义上的轴心受拉，但试验难度很大，结果相当离散。劈裂试验，不是真正意义上的轴心受拉，但试验结果离散性较小，试验较为容易。复合强度，双向和多向受压。侧向压应力的存在能约束混凝土的侧向膨胀，约束混凝土内部微裂缝的开展，有效改善混凝土的受力性能。2.变形变形的种类：受力和体积变形长期和短期变形，一次和重复，多次重复加载用于混凝土的弹性模量确定。单向和反向（单向指受拉或受压，反向指先受拉，再受压，或先受压，再受拉），#疲劳强度的本质，是塑性变形的累积。疲劳强度和加载次数，应力水平的关系。一次单向短期加载的应力应变曲线，几个指标，峰值应力及对应应变（相对稳定性，0.002），极限压应变（与混凝土强度等级的关系），混凝土强度等级越高，极限压应变越小。徐变及其影响因素，应力大小(线性非线性，收敛非收敛)，材性(骨料种类，水泥用量，水灰比等)，龄期，养护及施工条件徐变对结构的影响收缩，和徐变的区别二．钢筋1.种类按外形分光园钢筋，盘钢，d12mm,I级钢，板钢筋和梁柱箍筋（次要钢筋，横向钢筋）变形钢筋，线材，d12mm,II,III级钢，梁柱纵筋（主要钢筋，纵向钢筋）变形钢筋的规格，不是所有直径都有，外径和内径预应力用钢筋，钢丝，钢绞线按加工方式分热轧，热处理，冷加工（拉，拔，轧）建筑工程中各类钢筋在图纸中的表示方法，纵筋和箍筋表示方法的不同，梁钢筋和板钢筋的表示方法不同2钢筋的力学性能强度屈服强度，设计强度取值依据（为何不用极限强度）;硬钢的条件流限极限强度，强度储备，强震，爆炸等极端情况屈强比，太大，强度储备不足，太小，高强度不能充分利用塑性，伸长率（和强度的关系）冷弯（D,d和钢筋等级的关系），试验方法，反应内部缺陷可焊性，粘结3.冷拉能提高抗拉屈服强度，节约钢筋降低塑性不提高抗压强度需焊接时应先焊接，后冷拉三．粘结1.粘结的组成，化学胶接力，摩擦力，机械咬合力（变形钢筋占绝大多数）2.拔出试验埋植长度和拔出力，越长，力越大，当拔出时钢筋刚好屈服时所对应的埋植长度即为锚固长度影响锚固长度的因素混凝土强度钢筋外形钢筋周边的混凝土，保护层厚度及钢筋净距侧向压力混凝土的施工状况荷载方向3.锚固长度的确定La=αfy/ftXd是钢筋直径的某一倍数，和钢筋强度，外形，混凝土强度有关P91,3-72,规范9.3.1极限状态设计法一．结构上的作用，作用效应，结构抗力1．作用的定义，直接作用（力，荷载），间接作用（温度变化，不均匀沉降，地震等）可变，永久，偶然作用（时间短，概率低，影响大）要求能举出各种作用的实例2.作用效应结构力学方法计算出的结构，构件内的各种内力和变形例如一简支梁已知其荷载，其跨中弯矩，支座剪力，跨中挠度，支座转角等都是作用效应。3.结构抗力定义，是本课程的核心内容。结构抗力与构件尺寸，材料强度，计算模式有关。二．结构的功能P35页1~4，安全1，4，适用2，耐久3结构耐久性的保证措施环境类别措施，配比，强度等级，各类材料的最大和最小用量，保护层厚度不同环境，不同重要性建筑措施不同三．结构的安全等级按破坏后果的严重程度不同分为一二三级四两种极限状态定义，两种极限状态的实例五可靠度的定义，延性和脆性破坏设计基准期，可靠度指标与可靠度的关系，延性破坏与脆性破坏以及结构安全等级对可靠度指标的要求六．设计表达式材料强度的标准值和设计值GB50010-2002中查找钢筋，混凝土的各项强度指标作用的各种代表值，GB50009-2001中查找各种楼面（屋面）荷载的各种代表值，标准值，组合值系数，频遇值系数，准永久值系数ψC,ψf,ψq,设计表达式及各有关系数，γ0,γG,γQ,ψC,的取值，在GB50009-2001中查找第二章基本构件第一节受弯构件一．对比试验（钢筋混凝土梁和素混凝土梁）结论素混凝土构件钢筋混凝土构件承载力低（8KN）高（36KN）破坏性质脆性延性破坏时混凝土的压应力低（同抗拉强度）高（抗压强度）1.素混凝土构件混凝土抗压强度高的优势无法发挥2.开裂前二者工作类似，不同从混凝土开裂开始，钢筋的作用从混凝土开裂后开始3.钢筋混凝土构件是带裂缝工作的4.用钢筋承担拉力，用混凝土承担压力，是钢筋混凝土结构的基本原则二．基本构造要求及工程中的受弯构件1构造要求构造措施：为保证结构安全所采取的必要措施，但不是通过计算确定的，而是通过规范及相关规定（通过理论，试验，经验等确定的）来实施的，主要包括以下内容材料的最低强度，包括配比构件的最小尺寸，包括混凝土的保护层厚度钢筋的最大，最小直径，间距，必要的连接方式和手段2.工程中的受弯构件梁，板截面类型，矩形，T型，工字型，L型，空心，箱型等按配筋方式，单筋，双筋，均匀配筋等3.受弯构件的受力特点受拉区，中和轴，受压区一般情况下，钢筋配置在受拉区简支梁，悬臂梁，连续梁的受拉区4.受弯构件中的钢筋及其作用纵筋，箍筋，弯筋，腰筋，架立钢筋抗拉钢筋，抗压钢筋，抗剪钢筋，抗扭钢筋5.受弯构件的构造要求材料，保护层厚度，截面，直径，间距，锚固，连接等三．受弯构件破坏的全过程分析（破坏三阶段）1.试验简介加载方式两点对称加载，制造纯弯段（不计剪力的影响），剪弯段有足够的抗剪钢筋，使其不发生剪切破坏，分级加载，观察应变，变形，裂缝等开展情况。2.三个阶段I从加载到混凝土开裂，Ia,第I阶段末为抗裂验算依据P=0.16~0.20PuII，从混凝土开裂到受拉钢筋屈服，钢筋作用明显，应力增长速度加快，变形增加速度加快，正常使用极限状态验算依据P=0.2~0.9PuIII，从受拉钢筋屈服到受压混凝土被压碎,钢筋屈服后变形和裂缝开展都很快，承载力几乎没有增加，IIIa为承载力极限状态验算依据应了解荷载变形曲线中几个关键点，各阶段的分界点，钢筋屈服点，混凝土何时被压碎3.三种破坏形态配筋率的概念，截面的有效高度构件的承载力与配筋率的关系适筋梁超筋梁少筋梁破坏原因受拉钢筋屈服，然后混凝土先被压碎混凝土受拉破坏混凝土被压碎受拉钢筋未屈服破坏性质延性脆性脆性阶段I,II,III全有I,II,无III,仅IP34思考题3-4最大配筋率确定原则，钢筋用量不宜过大，应使混凝土被压碎前受拉钢筋先屈服最小配筋率确定原则钢筋用量不宜过小，应使混凝土开裂后，钢筋承担混凝土转移过来的拉力后，其应力突增，不至于使钢筋马上屈服，同时考虑了混凝土收缩，温度变化带来的附加应力。超筋的危害，脆性，破坏无预兆，钢筋的强度不能充分发挥（因破坏时钢筋未屈服）少筋的危害，脆性，构件强度太低（同素混凝土梁），混凝土抗压强度高的优势无法发挥，有些无法通过计算考虑的因素所造成的应力会使构件很快破坏。四．受弯构件正截面承载力计算概述：这部分内容是本章的核心。通过这部分的学习，可以初步认识工程中最基本的构件的设计过程及方法，概念，了解计算和构造的关系，了解书本和工程，规范的关系。一个构件的设计，具体说，不外乎两种情况，已知构件上作用的荷载或内力，确定这个构件的尺寸，材料强度等级，配筋等,这叫截面设计；已知一个截面的全部信息（截面尺寸，材料强度，配筋），验算这个截面是否安全，这叫强度复核。一个受弯构件弯矩，由受拉区的拉力和受压区的压力组成的力矩承受。受弯构件承载力计算的关键在于，如何确定拉力（压力在数值上与拉力相等）的大小以及拉力重心与压力重心之间的距离。１.基本假定平截面假定，最基本的假定，知道了截面上两点的应变，就可以确定整个截面上的应变分布，包括截面的受压区高度。不考虑混凝土的抗拉作用，为计算方便，同时又偏安全。混凝土承受的拉力本来就很小，又靠近中和轴，所产生的力矩就更小。材料的应力应变关系，精确推导公式使用，由截面上的应变分布计算出截面上的应力分布。２.混凝土的压应力（等效矩形应力图形）截面上钢筋的拉力大小很容易确定（其应力应变关系简单，适筋梁钢筋已屈服），其重心位置更容易确定。受弯构件承载力计算的关键在于如何确定压区混凝土的压力大小及位置，精确计算很复杂，一般用等效矩形应力图形来代替。替换的基本原则：大小不变合力位置不变通过计算，等效前后混凝土压力高度，应力的关系。Ｐ５３，与混凝土强度等级的关系。3各种等级钢筋相对受压区高度，最大配筋率，最小配筋率的概念单筋梁的最大承载力*界限破坏相对受压区高度的推导，4.基本公式计算简图，图中的各符号的意义，简单的推导公式的适用范围，超筋和少筋梁的预防两种工程问题，截面设计和强度复核，钢筋的选择，钢筋的根数，间距，排数，梁的最小宽度，板的问题，计算单元，钢筋位置，连续梁和悬臂梁可变作用与不变作用的设计值P1563-4各因素对构件承载力的影响程度关于受压区高度x的几点说明A.受弯构件承载力计算的关键在于混凝土的压力（大小及作用点位置），x确定后，受压区混凝土压力问题就解决了。B.x不是真正的受压区高度，而是等效矩形的高度C.x可以用来判断截面的破坏类型（适筋还是超筋）D.不管是截面设计还是强度复核问题，都要先计算x,然后才能求解经济配筋率和经济截面尺寸截面尺寸适中，配筋适中5.受弯构件的各构成要素及作用抗弯强度抗剪强度延性刚度其它混凝土nyyn主要承担压力，对构件的耐久性有重要影响宽度bnyyn方便施工高度hyyy承担拉力和压力，受拉钢筋降低延性，受压钢筋改善延性箍筋yyn形成骨架，协助受压钢筋工作架立钢筋形成骨架弯筋yn腰筋协助形成骨架，承受温度收缩应力6．图纸中钢筋的表示方法五．双筋梁计算1.双筋梁的使用一般地说，没有真正意义上的单筋梁，工程中的梁都是双筋梁。一般认为，钢筋主要起抗拉作用，用钢筋承担应力是不经济的。但对于以下情况，在受压区配置受压钢筋形成双筋梁是合理的：A弯矩较大，但材料强度等级和截面尺寸都受到限制B梁承受变号弯矩C因构造要求，受压区已配有受压钢筋D抗震要求的建筑物，为提高构件延性，要求配置受压钢筋。2．双筋梁的计算及构造与单筋梁相比，双筋梁多了受压钢筋一项，一般认为，受压钢筋可以屈服。与单筋梁一样，受压区混凝土也采用等效矩形图形。为保证受压钢筋屈服，通常采取以下措施：A.受压区高度不宜太小B.箍筋直径不宜太小，间距不宜太大C.必须采用封闭箍筋D.高强钢筋的抗压强度取值３.双筋梁计算公式的使用范围A．保证受压钢筋屈服B．保证受拉钢筋屈服４.计算过程中出现的几种特殊情况，产生的原因，采取的措施5．关于双筋梁的说明例3.4（P64）补充条件=0.4后，与原题目相比，总用钢量略有增加，但延性却有明显改善。例3.5的有关讨论As214216218x907763As105110381034截面不变，其它条件都不变时，如果M=200KN.M(接近界限破坏)，单筋梁时，As=1492,x=179As214216218x12811398As136513391318可以看出，1.弯矩越大，受压钢筋的作用越明显2.当x接近2as时，As对As的影响很小（因为它已不能屈服）3.适筋梁本来可以用混凝土抗压，不用受压钢筋也可以。配置受压钢筋后，对受拉钢筋的数量影响很小，但对截面的延性影响很大。受压钢筋越多，延性改善越多。抗震规范中关于x的有关规定6.3.3（属于强制性条文）6.3.3关于双筋梁的另外一些问题已知bxh=250x600,受拉钢筋用HRB400,受压钢筋用HRB335,分别为625和422，混凝土为C30,计算此梁能承受的弯矩提示1.此梁是否已达最大配筋率2.适筋梁判断时，用0.518还是0.55？六．T形梁1.工程中的T形梁吊车梁，现浇梁板中，跨中截面，空心板，槽型板，箱形梁T形