组合结构设计原理全套课件（上）

组合结构设计原理,刘清 主编 阿肯江托乎提 副主编 重庆大学出版社,第1章 绪论 1.1 组合结构的一般概念及其特点 1.1.1 组合楼板 1.1.2 组合梁 1.1.3 钢管混凝土柱 1.1.4 钢骨混凝土构件 1.2 国内外组合结构的发展及应用 1.2.1 国外的发展情况,目录,1.2.2 国内的发展情况 1.3 组合结构材料 1.3.1 组合楼板和组合梁结构材料 1.3.2 钢骨混凝土组合构件材料 1.3.3 组合结构构件中混凝土及钢筋材料 第2章 钢管混凝土基本计算理论 2.1 概述 2.2 轴心受压构件的基本工作性能,2.2.1 弹性工作阶段 2.2.2 弹塑性工作阶段 2.2.3 强化阶段 2.3 轴心受压构件的强度及稳定计算 2.3.1 钢管混凝土轴心受压短柱承载力计算 2.3.2 钢管混凝土柱的抗拉强度 2.3.3 轴心受压构件的稳定计算 2.4 偏心受压构件的承载力计算 2.4.1 基本工作性能,2.4.2 计算方法 2.4.3 钢管混凝土偏压柱强度计算的流程图 2.4.4 例题解析 2.5 钢管混凝土格构柱的承载力计算 2.5.1 基本计算原则 2.5.2 例题解析 2.6 钢管混凝土在桥梁中的应用 第3章 钢骨混凝土构件设计与计算,3.1 概述 3.1.1 钢骨混凝土结构与组合结构 3.1.2 钢骨混凝土结构的特点 3.1.3 钢骨混凝土构件的力学特性与计算的基本原则 3.2 钢骨混凝土梁 3.2.1 钢骨混凝土梁正截面承载力 3.2.2 钢骨混凝土梁斜截面承载力 3.2.3 梁上开洞与补强,3.2.4 钢骨混凝土受弯构件的变形和裂缝宽度计算 3.3 钢骨混凝土柱 3.3.1 钢骨混凝土柱正截面的受力性能与破坏形态 3.3.2 钢骨混凝土柱正截面承载力计算 3.3.3 斜截面的破坏形态 3.3.4 钢骨混凝土柱斜截面承载力计算 3.3.5 钢骨混凝土柱截面限值 3.4 钢骨混凝土剪力墙,3.4.1 有边框与无边框钢骨混凝土剪力墙 3.4.2 钢骨混凝土剪力墙正截面承载力计算 3.4.3 钢骨混凝土剪力墙斜截面承载力计算 3.5 钢骨混凝土框架梁柱节点 3.5.1 框架梁柱节点的受力性能与破坏形态 3.5.2 影响钢骨混凝土框架梁柱节点承载力的主要因素 3.5.3 框架梁节点抗剪度验算 3.5.4 框架梁柱节点核心区内力的传递,3.6 钢骨混凝土柱脚 3.6.1 柱脚的分类与主要力学特性 3.6.2 非埋入式柱脚 3.6.3 埋入式柱脚 3.7 钢骨的拼接 3.7.1 钢骨拼接的基本要求 3.7.2 钢骨拼接处的内力计算 3.7.3 钢骨拼接处的补强,3.8 钢骨混凝土构件的构造要求 3.8.1 一般构造要求 3.8.2 梁 3.8.3 柱 3.8.4 剪力墙 3.8.5 框架梁柱节点 3.8.6 柱与柱的连接 3.8.7 梁与墙的连接 3.8.8 柱脚 3.8.9 钢骨拼接,第4章 组合楼盖设计 4.1 组合楼板与非组合楼板的设计 4.1.1 组合楼板与非组合楼板的应用特点 4.1.2 压型钢板及栓钉的强度设计值和板型选用 4.1.3 压型钢板在施工阶段的受弯承载力及挠度计算 4.1.4 压型钢板组合楼板的承载力计算 4.1.5 组合楼板的挠度、裂缝及自振频率验算,4.1.6 组合楼板的构造要求 4.2 组合梁设计 4.2.1 组合染的特点及类型 4.2.2 组合梁的基本设计原则 4.2.3 简支组合梁设计 4.2.4 连续组合梁设计,第1章 绪论,1.1 组合结构的一般概念及其特点 目前研究较为成熟与应用较多的主要有下列几种钢与混凝土组合构件： 组合楼盖； 组合梁； 钢管混凝土柱； 钢骨混凝土构件。,1.1.1 组合楼板 在高层建筑结构中，采用高强、轻规格的压型钢板楼盖，上面浇筑混凝土面层。 1.1.2 组合梁 将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。 1.1.3 钢管混凝土柱 在钢管中填充混凝土的结构称为钢管混凝土结构。,1.1.4 钢骨混凝土构件 钢骨混凝土构件是在混凝土中主要配置轧制或焊接型钢。 钢骨混凝土构件主要有两种类型：一种是钢骨混凝土柱，另一种是钢骨混凝土剪力墙。 1.2 国内外组合结构的发展及应用 1.2.1 国外的发展情况,1.2.2 国内的发展情况 1.3 组合结构材料 1.3.1 组合楼板和组合梁结构材料 (1)压型钢板 (2)组合梁 (3)抗剪连接件 1.3.2 钢骨混凝土组合构件材料,1.3.3 组合结构构件中混凝土及钢筋材料,第2章 钢管混凝土基本计算理论,2.1 概述,图2.1 钢管混凝土,1)承载力大大提高 2)具有良好的塑性和抗震性能 3)经济效果显著 2.2 轴心受压构件的基本工作性能 横向应变与纵向应变的关系为： 1ss3s，1cc3c (2.1),图2.2 钢管混凝土轴向压力作用时内力状态,2.2.1 弹性工作阶段,图2.3 钢管混凝土轴心受压构件的三种情况,2.2.2 弹塑性工作阶段 2.2.3 强化阶段 2.3 轴心受压构件的强度及稳定计算 2.3.1 钢管混凝土轴心受压短柱承载力计算 (2.2) 0 (2.3),(2.4),(2.5),2.3.2 钢管混凝土柱的抗拉强度 CECS2890中的表达式如下： f (2.6) 2.3.3 轴心受压构件的稳定计算 2.4 偏心受压构件的承载力计算 影响钢管混凝土柱极限承载力的主要因素有： 钢管对核心混凝土的套箍强化作用； 构件的长细比； 构件的偏心率；,柱端的约束条件(转动和侧移)； 沿柱身的弯 2.4.1 基本工作性能 2.4.2 计算方法 1)钢管混凝土偏心受压柱的承载力应满足下列条件： (2.7) 当Ie/d时，,(2.8),当le /时，1 (2.9) 3)考虑偏心率影响的承载力折减系数按下式计算： 当e0rc1.55时， e1/(11.85e0rc) (2.10) e0M/ 当e0/1.55时， e0.4/(e0rc) (2.11) 4)柱的等效计算长度的计算： 对于两支承点之间无横向荷载作用的框,架柱和杆件，其等效计算长度按下列公式确定： lekl0 (2.12b),图2.4 框架柱,对于悬臂柱，其等效计算长度按下列公式确定： lek (2.13),(a)单曲压弯,(b)双曲压弯,图2.5 悬臂柱,5)在任何情况下均应满足下列条件： le0 (2.14) 2.4.3 钢管混凝土偏压柱强度计算的流程图,图2.6 无侧移框架柱承载力计算框图,图2.7 有侧移框架柱承载力计算框图,2.5 钢管混凝土格构柱的承载力计算 2.5.1 基本计算原则,图2.11,格构柱的整体承载力应满足下列条件： NN (2.15) 在任何条件下，都应满足下列条件：,*,(2.16),(2.17),(2.18),(2.19),(2.20),对于对称的双肢柱和四肢柱： 对于三肢柱和不对称的多肢柱：,(2.21),(2.22),(2.23),(2.24),当长细比*16时， 当长细比*16时， a.对于双肢格构柱(图2.12(a),(2.25),(2.26),图2.12 格构柱截面,当缀件为缀板时， 当缀件为缀条时， b.对于四肢格构柱(图2.12 (b) 当缀件为缀板时，,当缀件为缀条时， c.缀件为缀条的三肢格构柱(图2.12(c),(2.27),图2.13 格构式框架柱,图2.1.4 格构式悬臂柱,Lei=iHi (2.28),*,单阶柱 12 /1 (2.29) 双阶柱 1 31 (2.30) 2 32 (2.31),图2.15 例2.6计算简图,2.6 钢管混凝土在桥梁中的应用,第3章 钢骨混凝土构件设计与计算,3.1 概述 3.1.1 钢骨混凝土结构与组合结构,3.1.2 钢骨混凝土结构的特点 3.1.3 钢骨混凝土构件的力学特性与计算的基本原则 (1)钢骨混凝土构件的力学特性 (2)钢骨混凝土构件计算的基本假定 1)钢骨混凝土构件刚度的计算,(3.1),2) 钢骨混凝土结构设计的基本原则 3)承载力抗震调整系数 3.2 钢骨混凝土梁 3.2.1 钢骨混凝土梁正截面承载力 (1)钢骨混凝土梁的受力性能与破坏形态,1)荷载变形曲线图,图3.1 钢骨混凝土梁的荷载变形曲线,2)截面应变,图3.2 钢骨混凝土梁弯矩应力分布,3)反复荷载作用下的性能,图3.3 钢骨混凝土梁在反复弯曲作用下的滞回曲线,图3.4 钢骨混凝土梁在反复弯剪作用下的滞回曲线,(2)正截面承载力计算公式 (3.2) 1)钢骨部分的受弯承载力 (3.3) (3.4) 2)钢筋混凝土部分的受弯承载力 钢筋混凝土部分的受弯承载力为： (3.5),(3)强度叠加法 1)简单叠加法,图3.5 钢骨混凝土构件承载力分解,2)一般叠加法,图3.6 受弯承载力叠加 图3.7 例3.1,3.2.2 钢骨混凝土梁斜截面承载力 (1)斜截面破坏形态,图3.8 反复弯剪作用下钢骨混凝土梁的滞回曲线(剪切破坏),图3.9 钢骨混凝土构件的剪切粘结破坏,(2)斜截面承载力 (3.6) 1)剪力设计值V (3.7) (3.8) 2)钢骨部分的受剪承载力V y 当无地震作用组合时，钢骨部分的受剪承载力为： (3.9),SS,当有地震作用组合时，钢骨部分的受剪承载力为： (3.10) 3)钢筋混凝土部分的受剪承载力V 无地震作用组合时 (3.11) (3.12) 有地震作用组合时 (3.13),(3.14) 4)钢骨混凝土梁受剪承载力限值 当无地震作用组合时， (3.15) 当有地震作用组合时， (3.16) 当无地震作用组合时， (3.17),当有地震作用组合时， (3.18) 3.2.3 梁上开洞与补强 (1)带有圆形孔洞截面的承载力计算 (3.19) (3.20),图3.10 带有圆孔梁钢骨腹板的剪应力分布,图3.11 圆形开孔位置处加强筋设置,(2)带有矩形孔洞截面的承载力计算 1)孔洞上下弦的内力与配筋 受压弦杆： 受拉弦杆：,(3.21),(3.22),2)矩形孔洞两侧的加强箍筋,图3.12,3.2.4 钢骨混凝土受弯构件的变形和裂缝宽度计算 (1)在正常使用条件下钢骨混凝土梁的弯矩挠度曲线 (2)钢骨混凝土梁的短期刚度 1)基本假定 (3.25) (3.26) (3.27),图3.13 钢骨混凝土梁在短期弯矩下的截面应力和应变分布,(3.28) (3.29) 2)短期荷载组合下的截面抗弯刚度 (3.30) (3.31) (3.32),(3.33) (3.34) (3.35) 3)长期荷载作用下的刚度 (3.36) (3.37),(3.38) 4)变形计算 (3)裂缝宽度验算 (3.39) (3.40) (3.41) (3.42),3.3 钢骨混凝土柱 3.3.1 钢骨混凝土柱正截面的受力性能与破坏形态 (1)轴心受压构件 (2)偏心受压构件,图3.14 实腹钢骨混凝土柱的滞回曲线 (a)NNU0；NNU0.3；NNU0.6,图3.15 钢筋混凝土构件发生剪切破坏时的滞回曲线 (a)NNU0；NNU0.3；NNU0.6,图3.16 钢骨混凝土构件发生剪切破坏时的滞回曲线 (a)NNU0；NNU0.3；NNU0.6,3.3.2 钢骨混凝土柱正截面的承载力计算 (1)轴心受压构件 (3.43),(3.44) (2)承受轴力与单向弯矩的构件 (3.45),(3.46),(3.47),(3.48),(3.49),1)简化叠加法,(3.50),(3.51),图3.17 强轴受弯时的简单强度叠加 图3.18 弱轴受弯时的简单强度叠加,2) 一般叠加法,图3.19 一般叠加法 图3.20 一般叠加法与简单叠加法,3)钢骨部分的承载力计算 轴心受力 (3.52) (3.53) 轴力与弯矩共同作用 (3.54) (3.55),4)钢筋混凝土部分的承载力 轴心受力 (3.56) (3.57) 轴力与弯矩共同作用 (3.58) (3.59) (3.60),(3.61),(3.62),(3.63),(3.64),(3.65),5)非对称截面计算,(3.66),(3.67),(3.68),图3.21 非对称钢骨截面置换为对称截面,(3)双向偏心受压构件,(3.69),图3.22 双向偏心柱,(3.70) 2)钢筋混凝土部分 (3.71),图3.23 x，y方向受弯承载力的关系,3)简化计算方法,(3.72),(3.73),(3.74),(3.75),图3.24,图3.25 例3.3,(4)混凝土部分,图3.26 例3.4,3.3.3 斜截面的破坏形态,图3.27 钢骨混凝土柱剪切粘结破坏,图3.28 发生剪切破坏时钢骨混凝土柱的滞回曲线,(1)混凝土 (2)钢骨 (3)箍筋 (4)剪跨比的影响 (5)轴压比的影响 3.3.4 钢骨混凝土柱斜截面承载力计算 (3.76) ()剪力设计值 (3.77),(3.78) (3.79),(2)受剪承载力 1)钢骨部分的承载力V y (3.80) (3.81) 2)钢筋混凝土部分的承载力 (3.82) (3.83),SS,3.3.5 钢骨混凝土柱截面限值 (1)剪压比限值 当无地震作用组合时， (3.84) 当有地震作用组合时， (3.85) 当无地震作用组合时， (3.86) 当有地震作用组合时，,(3.87) (2)轴压比限值 3.4 钢骨混凝土剪力墙 3.4.1 有边框与无边框钢骨混凝土剪力墙,图3.29 钢骨混凝土剪力墙的形式,图3.30 钢骨混凝土剪力墙正截面承载力,3.4.2 钢骨混凝土剪力墙正截面承载力计算 wu (3.89) (1)偏心受压情况 (3.90) (3.91) 1) (3.92) (3.93),(3.94) (3.95) (3.96) (3.97) (3.98) (3.99),(3.100) (3.101) (3.102) (3.103),(2)偏心受拉情况 (3.104) (3.105) (3.106) 3.4.3 钢骨混凝土剪力墙斜截面承载力计算 无边框墙 (3.107) 有边框墙 (3.108),(1)钢骨混凝土剪力墙的剪力设计值 (3.109) (3.110) (3.111) (2)钢骨混凝土剪力墙斜截面承载力 1)钢筋混凝土剪力墙斜截面承载力 无地震作用组合时： (3.112),有地震作用组合时： (3.113) 2)无边框剪力墙中的钢骨 当无地震作用组合时，钢骨部分的受剪承载力为： (3.114) 当有地震作用组合时，钢骨部分的受剪承载力为： (3.115),3)有边框剪力墙中的钢骨混凝土边框柱 当无地震作用组合时： (3.116) 当有地震作用组合时： (3.117) (3.118),图3.31,3.5 钢骨混凝土框架梁柱节点 3.5.1 框架梁柱节点的受力性能与破坏形态,图3.32 钢骨混凝土梁柱节点破坏形态,图3.34 框架节点在反复荷载作用下的滞回曲线,3.5.2 影响钢骨混凝土框架梁柱节点承载力的主要因素 (1)钢骨腹板 (2)混凝土 (3)箍筋 (4)轴压比 (5)翼缘框,图3.35 混凝土斜压杆示意,3.5.3 框架梁柱节点抗剪度验算 (1)节点核心区的剪力设计值 1)无地震作用组合时的剪力设计值,图3.36 典型梁柱节点核心区,(3.119) 利用平衡条件X=0,可得 (3.120) (3.121) (3.122) (3.123),2)设防烈度为7度和8度时的剪力设计值 当框架梁为钢骨混凝土或钢筋混凝土构件时， (3.124) 当框架梁为钢梁时， (3.125) 3)设防烈度为9度时的剪力设计值 当框架梁为钢管混凝土或钢筋混凝土构件时， (3.126),当框架梁为钢梁时， (3.127) (2)节点核心区的抗剪承载力 1)无地震作用组合 (3.128) 2)有地震作用组合 (3.129) 混凝土的抗剪承载力 (3.130),箍筋的受剪承载力 (3.131) 钢骨腹板的受剪承载力 (3.132) 3.5.4 框架梁柱节点核心区内力的传递 (1)钢骨和钢筋混凝土之间内力的传递条件 (3.133) (3.134),(2)柱钢骨腹板的应力集中 根据美国AISC标准的规定，纯钢结构的梁柱节点应满足以下要求： (3.135)(3.136) (3.137) (3.138),图3.37 节点加劲肋,图3.38 钢骨混凝土框架节点,