10+钢筋混凝土的梁板结构

10钢筋混凝土的梁板结构10.1概述钢筋混凝土梁板结构由钢筋混凝土受弯构件（梁和板）组成，广泛用于房屋建筑中的楼盖、屋盖以及阳台、雨棚、楼梯、基础、水池顶板等部位。按照施工方法的不同，梁板结构可分为整浇和预制两类。预制的梁板结构，一般是板预制、梁现浇（也可梁预制），其设计计算与单个构件没有大的区别，主要是加强梁和板的整体连接构造；而现浇梁板结构的设计计算具有和单个构件的设计计算不同的特点。作用于梁板结构上的荷载是竖向荷载。其中恒荷载主要是结构的自重、构造层自重以及永久性设备的资质等，可根据相应的重力密度和截面尺寸求得；活荷载则需要按建筑的不同用途由《建筑结构荷载规范》查出。楼盖的主要结构形式楼盖的主要结构形式楼梯10.2整体现浇式单向板肋形楼盖整浇楼（屋）盖主要有单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖和无梁楼盖。10.2.1单向板肋形楼盖单向板肋形楼盖一般由板、次梁、主梁组成。板的四边支承在梁（或墙）上，次梁支承在主梁上。单向板肋形楼盖构造简单，施工方便，是整体式楼盖结构中最常用的形式。因板、次梁和主梁为整体现浇，所以将板视为多跨超静定连续板，而将梁视为多跨超静定梁。其荷载的传递路线是：板→次梁→主梁→柱或墙。可见，板的支座为次梁，次梁的支座为主梁，主梁的支座为柱或墙。肋形楼盖的荷载传递与计算简图13111481EILPf23222481EILPf=21313221EIEILLPP21PPPL1L2PL1L2PL1P1L2P2荷载沿短跨方向的传递远大于沿长跨方向的传递，此即荷载按最短路径传递原则。当L2/L1大于3时，荷载沿长跨方向的传递可以忽略不计，此时可近似仅按短跨方向的梁进行受力分析；荷载沿刚度大的方向传递大于沿刚度小的方向传递，传递比例与两个方向的抗弯刚度成正比，此即荷载按刚度分配原则。双向板双向弯曲当板的长跨l2与短跨l1之比大于3时，板面荷载沿长跨方向的传递可以忽略，可按沿短跨方向传递考虑。此时除四个板角和短边支座附近，板的大部分区域呈现单向弯曲。在设计中，对l2/l1≥3的板按单向板计算，而忽略长跨方向的弯矩，仅通过长跨方向配置必要的构造钢筋予以考虑；对l2/l1≤2的板按双向板计算；当2＜l2/l1＜3时，宜按双向板计算，如按单向板计算，则需注意在长跨方向配置足够的构造钢筋。主梁与次梁(b)L2梁(c)L1梁(a)交叉梁分析图示交叉梁中L2梁的受力。L2L1L2梁与L1梁交叉点处的弯矩随L1梁与L2梁线刚度比增加而变化？结论：当L1梁与L2梁的线刚度比大于8时，L2梁在交叉点处的负弯矩与连续梁L2’梁中间支座负弯矩基本接近。主梁与次梁(b)L2梁(c)L1梁(a)交叉梁L2L1L1梁作为L2梁的中间支座，承担着由L2梁传来的荷载，一般L1梁将其称为主梁，L2梁称为次梁。从以上分析可知，当满足一定条件时，可以将交叉梁系简化主梁和次梁分别进行计算。在设计中都应充分满足简化条件，否则有可能产生偏于不安全的结果10.2.1.1结构平面布置楼盖结构布置应满足房屋的正常使用要求，应考虑结构受力是否合理,应降低造价的要求。肋形楼盖的结构布置包括柱网布置、主梁布置、次梁布置。柱网布置决定了主梁的跨度；主梁布置决定了次梁的跨度；次梁布置决定了板的跨度。通常钢筋混凝土主梁的经济跨度为5～8m主梁应尽可能沿柱网短跨方向布置主梁与柱形成框架作为抗侧力体系10.2.1.1结构平面布置肋形楼盖中，板的混凝土用量占整个楼盖的50％～60％因此次梁间距一般不宜太大单向板跨度取1.5~3m，双向板的跨度取4~6m较为合适板双向受力比单向受力更为有效，宜优先考虑双向板布置10.2.1.1结构平面布置10.2.1.1结构平面布置为了增强房屋横向刚度,主梁一般沿房屋横向布置,次梁则沿纵向布置,主梁必须避开门窗洞口；当建筑上要求横向柱距较多时,主梁也可沿纵向布置以减小主梁跨度。10.2.1.2荷载的传递和计算荷载的传递路线是：竖向荷载→板→次梁→主梁→柱或墙→基础。当楼面承受均布荷载时，取1m宽的板带作为板的计算单元，次梁承受左右两边板上传来的均布荷载及次梁自重，主梁承受次梁传来的集中荷载及主梁自重（为便于计算，一般将主梁自重折算为几个集中荷载，分别加在次梁的集中荷载上）。折算荷载在确定计算简图中，认为连续板在次梁处，次梁在主梁处均为铰支座，没有考虑次梁对板，主梁对次梁转动的弹性约束作用，使计算结果与实际情况存在差异。计算简图通常，板的刚度远小于次梁的刚度，次梁可作为单位板宽板带的不动支座，故可将单位板宽板带简化为连续梁计算。对于次梁和主梁组成交叉梁系，当主次梁线刚度比大于8时，主梁可作为次梁的不动支座，次梁可简化为支承于主梁和墙上的连续梁。当主梁与柱形成框架结构时，则按框架计算。当主梁线刚度与柱线刚度之比大于5时，主梁的转动受柱端的约束可忽略，而柱的受压变形通常很小，则此时柱可作为主梁的不动铰支座，主梁也可简化为连续梁。计算简图10.2.2单向板肋形楼盖的计算梁、板的内力计算有弹性法（如力矩分配法）和塑性计算法（弯矩调幅法）两种。塑性计算法是考虑了混凝土开裂、受拉钢筋屈服、内力重分布的影响；进行了内力调幅，降低和调整了按弹性理论计算的某些截面的最大弯矩。对重要构件及使用中不允许出现裂缝的构件，如主梁及其他处于有腐蚀性、湿度大等环境的构件，不宜采用塑性法。板和次梁的内力一般采用塑性理论进行计算，不考虑活荷载的不利位置。对于等跨连续板、梁，其弯矩值为2m1Mgql弯矩系数,按表10.1采用均布恒荷载和活荷载设计值计算跨度,对整浇支座,取至支座边缘;对非整浇支座,按弹性理论方法取值主梁的内力计算主梁不进行荷载折减，如果支承主梁的柱刚度较大，应按框架结构计算内力，如柱刚度较小，则柱对主梁的约束作用很小，可按铰支座考虑。假定结构构件（梁、板）为理想的匀质弹性体，内力可按结构力学方法分析，为简便计算，可直接查有关手册（如结构静力计算手册）跨中和支座的内力系数，按弹性计算法的结果是非常可靠的。为了保证结构的安全性，就需要找出产生最大内力的活荷载布置方式和内力，并与恒荷载产生的内力叠加作为设计的依据，这就是荷载最不利组合的概念。活荷载不利布置连续梁上荷载包括恒荷载和活荷载恒荷载保持不变ABCDEF12345而活荷载由于其空间位置的随机性，在各跨的布置具有不确定性ABCDEF12345ABCDEF12345ABCDEF12345ABCDEF12345为确定各跨各个截面可能产生的最大内力，就需要确定针对某一指定截面内力的活荷载最不利布置，并与恒荷载作用下产生的内力组合，得到该截面的内力设计值。(a)1、3、5跨跨中最大正弯矩的活荷载布置ABCDEF12345(b)2、4跨跨中最大正弯矩的活荷载布置ABCDEF12345(c)B支座最大负弯矩和最大剪力的活荷载布置ABCDEF12345活荷载不利布置内力包络图将所有活荷载不利布置情况的内力图与恒载的内力图叠加，并将这些内力图全部叠画在一起，其外包线就是内力包络图。内力包络图给出了连续梁各个截面可能出现的内力的上、下限，是连续梁截面承载力设计计算的依据如弯矩包络图是计算和布置纵筋的依据，也即抵抗弯矩图应包住弯矩包络图；剪力包络图是计算和布置腹筋的依据，也即抵抗剪力图应包住剪力包络图。10.2.3截面配筋的计算特点与构造要求10.2.3.1板的计算特点和构造要求⑴板的计算特点：①对于支承在次梁或砖墙上的现浇板，一般可按考虑塑性内力重分布的方法计算内力。②板的计算步骤是：确定板厚→取计算单元→计算荷载→确定计算简图→计算各控制截面的内力→正截面承载力计算→选配钢筋。③板一般能满足斜截面抗剪承载力，无需进行斜截面承载力计算和配置箍筋。④根据弯矩算出各控制截面的受力钢筋截面面积后，应考虑板内钢筋的布置方式。如果是弯起式钢筋，应把跨中的钢筋与支座钢筋结合起来考虑，以便使支座钢筋与跨中钢筋互相协调。⑵板的构造①板厚：一般屋面和楼面:h≥60mm;工业房屋楼面:h≥80mm。②板的受力钢筋配筋方式有两种方式：弯起式配筋和分离式配筋中间支座负钢筋上弯点距支座边缘为l0/6,弯起数量为跨中钢筋的1/3～1/2,如弯起钢筋尚不足以抵抗支座负弯距时,可另补充负钢筋。弯起钢筋角度一般为30°,伸过支座边缘的距离α,当等跨或跨度相差不超过20%时,按下列规定采用00134133palqpalq当≤时，当时，00134133palqpalq当≤时，当时，弯起式配筋00134133palqpalq当≤时，当时，分离式配筋③板的构造钢筋板的构造钢筋有：分布钢筋、嵌固于墙内板的板面附加钢筋、与主梁肋垂直的板面构造钢筋。10.2.3.2次梁的计算特点与构造要求⑴计算特点：①一般可按考虑塑性内力重分布的方法计算内力。②计算步骤：选定次梁的截面尺寸→计算荷载→确定计算简图→计算内力→按正截面、斜截面的承载力计算纵向受拉钢筋、箍筋、弯起钢筋→确定构造钢筋。③因次梁与板整浇，在配筋计算时，对跨中截面，板相当于次梁的受压翼缘，故按T字形截面计算；对支座截面,板位于受拉区，故按矩形截面计算。⑵次梁的构造：①一般构造要求同受弯构件。②次梁截面：取其跨度的1/18～1/12。③受力钢筋的弯起与截断应按弯矩包络图确定。10.2.3.2次梁的计算特点与构造要求10.2.3.3主梁的计算特点与构造要求⑴计算特点：①一般按弹性理论计算，计算步骤同次梁。②主梁按连续梁设计，次梁传下来的荷载按集中荷载考虑，计算时不考虑次梁连续性影响（即次梁传下的荷载按简支构件考虑）。主梁自重也折算成集中荷载作用于次梁所对应的位置。③跨中截面按T字形截面，支座截面为矩形截面。④支座处主梁截面的有效高度：一排负筋时：h0=h–(60～70)mm两排负筋时：h0=h–(90～100)mm⑵主梁的构造要求①主梁截面：高跨比为1/15～1/10;宽高比为1/3～1/2。②支承长度：支承于砌体上时≥370mm。③受力钢筋的弯起与截断点应按弯矩包络图和材料抵抗弯矩图来确定。④附加横向钢筋。主、次梁相交处，次梁传来的集中荷载可能使主梁下部产生裂缝，因此规范规定，位于梁下部或在梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（吊筋、箍筋）来承担，附加横向钢筋应布置在长度为s(s=2h1+3b)的范围内,附加横向钢筋宜优先采用箍筋,所需总截面面积：ysbyvsv12sinFfAmnfA≤主、次梁相交处，次梁传来的集中荷载可能使主梁下部产生裂缝，因此规范规定，位于梁下部或在梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（吊筋、箍筋）来承担，附加横向钢筋应布置在长度为s(s=2h1+3b)的范围内,附加横向钢筋宜优先采用箍筋,所需总截面面积：ysbyvsv12sinFfAmnfA≤10.3钢筋混凝土现浇双向板肋形楼盖与前述单向板相比，当四边支承板的两个板边相差不大时，沿长边方向传递的荷载不可忽略，则称这种双向弯曲的板为双向板。10.3.1双向板的受力特点和试验研究⑴双向板两个方向所承担的荷载与板的边长比及四边的支承条件有关。⑵由于双向板是双向工作，所以所配受力钢筋也是双向的。⑶双向板受荷后第一批裂缝出现在板底中部，然后逐渐沿45°向板四角扩展，当钢筋应力达到屈服点后，裂缝显著增大。板即将破坏时，板面四角产生环状裂缝，这种裂缝的出现促使板底裂缝进一步开展，最后板告破坏。双向板在荷载的作用下，四角有翘曲的趋势，所以，板传给支承梁的压力，沿板的长边方向是不均匀的，在板的中部较大，两端较小。尽管双向板的破坏裂缝并不平行于板边，但由于平行于板边的配筋其板底开裂荷载较大，而板破坏时的极限荷载又与对角线方向配筋相差不大，因此为了施工方便，双向板常采用平行于四边的配筋方式。细而密的配筋较粗而疏的有利，采用强度等级高的混凝土比强度等级低的混凝土有利。10.3.2双向板按弹性理论的计算10.3.2.1单跨双向板的计算对不同的计算简图,根据《混凝土结构设计规范》可以查出对应的弯矩系数，即可按下式求出弯矩：20mkgql