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1、第三章 混凝土结构基本构件,主要内容,受弯构件,截面上同时作用有弯矩和剪力的构件,破坏类型,正截面破坏:由弯矩引起斜截面破坏:主要由剪力引起,截面类型,单筋截面仅在受拉区配置纵向受力钢筋的截面,双筋截面同时在受压区配置纵向受力钢筋的截面,设计内容,构造措施 构件各连接部位均应满足,正常使用极限状态变形验算：f max f lim 裂缝宽度验算：max lim,承载能力极限状态正截面受弯承载能力：计算纵筋斜截面受剪承载能力：计算箍筋,一、钢筋混凝土梁,矩形、T形、花篮形、十字形、倒T形（矩形、T形为主）,梁的截面,高度h 刚度要求：根据高跨比h/l确定，见表3-3常用梁高：250、300750、
2、800、900、1000mm等矩形截面：h/b2.02.5宽度b T形截面：h/b2.54.0常用梁宽：180、200、250mm等,截面尺寸,截面形式：,一、钢筋混凝土梁,梁的配筋,纵向受力钢筋,净距：上部筋：30mm，且1.5d 下部筋：25mm，且d 垂直净距（层距）：25mm且d,作用：承受由M产生的拉（压）应力布置：位于梁受拉（压）区，数量计算定种类：HRB400级、HRB335级直径：1225mm，一般28mm,通常布置在梁的受拉区，承受由弯矩产生的拉应力，其直径和根数应通过计算来确定。,作用：承受由M 和V 引起的主拉应力；固定纵筋位置形成骨架。形式：开口式、封闭式，单肢、双肢、
3、四肢（多用封闭双肢箍）,直径：h800mm时6 mm h800mm时8 mm数量：由计算确定间距：ssmax，smax见表3-5,箍筋,主要用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，同时还可固定受力钢筋的位置，并和其他钢筋一起形成钢筋骨架。,作用：跨中平直部分承受由M 产生的拉应力，弯起段承受主拉应力，弯起段平直部分可承受压力。数量位置：由计算确定弯起角度：h800mm时45 h800mm时60间距：第一排弯筋上弯点距支座边缘50mm 相邻弯筋上弯点距离smax,弯起钢筋,架立钢筋,作用：固定箍筋的正确位置，与梁底纵筋形成钢 筋骨架；承受混凝土收缩及温度变化产生的拉力,直径：l04m：8 mm
4、 l046m：10mm2根 l06m：12 mm,设置：2根，位于梁的角部,作用：承受混凝土收缩及温度变化的拉力，增强钢筋骨架刚度。设置：hw 450mm时 要求：间距200mm，每侧面积0.1%bhw 拉筋：直径同箍筋,梁侧构造钢筋（腰筋）,腹板高度hw：矩形截面取有效高度h0 T形和I形截面取梁高减去上、下翼缘后的腹板净高。,板的配筋,位置：沿板跨度方向（数量按计算配置）直径：612mm（现浇板8mm）间距：70mm200mm(当h150mm时：s250mm，且1.5h),作用：承受弯矩产生的拉力种类：HRB400、HRB335或HPB235级,受力钢筋,设置,二、钢筋混凝土板,板的配筋,
5、分布钢筋,均匀地传力给受力钢筋固定受力钢筋位置抵抗混凝土收缩、温度拉应力,作用,位置：与受力钢筋垂直,纵筋内侧（数量按构造配置）面积：15%As，且0.15%bh直径：6mm间距：250mm（有较大集中荷载时，200mm）,配置,绑扎板钢筋,板的配筋,下部网片筋,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。,钢筋混凝土构件中，为保证钢筋受力后与混凝土有可靠的粘结，不产生与混凝土之间的相对
6、滑动，纵向钢筋必须伸过其手咯截面在混凝土中有足够的埋入长度，这一长度就是锚固长度。钢筋的锚固长度取决于钢筋强度及混凝土强度，并与钢筋外形有关。混凝土规范以钢筋应力达到屈服强度时，不发生粘结锚固破坏所需的最小埋入长度称为锚固长度。基本锚固长度和锚固长度见课本P52、P53。,1.钢筋的锚固,二、钢筋的锚固的与连接,在施工中，常常会出现因钢筋长度不够而需要接长的情况。钢筋的接头形式有绑扎搭接接头、焊接接头和机械连接接头。规范规定，轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头；直径大于28mm的受拉钢筋及直径大于32mm的受压钢筋不宜采用绑扎搭接接头。,2.钢筋的连接,（1）绑扎搭接接
7、头绑扎搭接接头的工作原理，是通过钢筋与混凝土之间的粘结强度来传递钢筋的内力。因此，绑扎接头必须保证足够的搭接长度，而且光圆钢筋的端部还需做弯钩。,钢筋的绑扎接头(a)光面钢筋；(b)变形钢筋,（2）焊接接头纵向受力钢筋的焊接接头应相互错开。钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径）且不小于500mm。位于同一连接区段内纵向受拉钢筋的焊接接头面积百分率不应大于50%，纵向受压钢筋可不受限制。,（3）机械连接接头纵向受力钢筋机械连接接头宜相互错开。钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径）。在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内纵向受
8、拉钢筋机械连接接头面积百分率不宜大于50%，纵向受压钢筋可不受限制；在直接承受动力荷载的结构构件中不应大于50%。,锥螺纹钢筋连接,受弯构件正截面破坏形态,配筋率：,反映钢筋与混凝土配比的指标,破坏特征：受压区混凝土被压碎 破坏时，钢筋尚未屈服。破坏性质：“脆性破坏”,超筋梁：max,适筋梁：min max,破坏特征：钢筋先屈服，混凝土 后压碎 破坏性质：“延性破坏”,少筋梁：min,破坏特征：开裂后钢筋迅速屈服，混 凝土受压失效，一裂就坏破坏性质：“脆性破坏”,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
9、等且合力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
10、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
11、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,裂缝一旦出现，箍筋应力立即达到屈服强度，斜裂缝将迅速延伸到截面顶部，形成临时斜裂缝，把梁斜向劈成两部分，破坏很突然，具有明显脆性破坏特征。随着荷载的增加，在剪弯区段首先出现一批与截面下边缘垂直的裂缝，随后斜向延伸并形成一条临界斜裂缝。随着荷载进一步增加，与临界斜裂缝相交的箍筋应力达到屈服强度，临界斜裂缝继续向上发展延伸，直至剪压区混凝土被压碎而破坏。在剪弯区段腹部混凝土首先开裂，并产生若干条相互平行的斜裂缝，将腹部混凝土分割为若干个斜向短柱而压碎，破坏时箍筋应力尚未达到屈服强度。,斜截
12、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,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箍筋；4)计算箍筋；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。5）验算配箍率。,斜截面受剪承载力计算步骤如下：,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
13、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 h800
14、mm，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
15、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,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
16、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
17、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
18、，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
19、,(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2
20、00mm，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。,3-4 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
21、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
22、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/
23、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
24、，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
25、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
26、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
27、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3.29),四、钢筋混凝土柱的结构详图(图3.30),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,
