第5章建筑结构基础知识模版课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,5.1,建筑结构的概念及效能,5.2,建筑结构材料的性能及应用,5.3,钢筋与混凝土,5.4,建筑结构设计方法简介,5.5,建筑结构抗震知识,第,5,章建筑结构基础知识,第,5,章建筑结构基础知识,5.1.1,建筑结构的概念,建筑结构,空间骨架,结构体系,（构件联接）,板、梁、柱、,杆、索、墙、,壳、基础等,铰接、刚接,结论：,（,1,）,由不同的材料或不同的构件或不同的体形，可组成不同的结构体系。,（,2,）,无论哪种结构体系都应具有足够的强度、刚度和稳定性。,5.1,建筑结构的概念及效能,结构体系,（空间骨架）,楼（屋）盖结构（梁、板）,框（刚）架结构（梁、柱）,拱式结构（曲杆、曲板）,墙体结构（纵墙、横墙）,网架结构（拉杆、压杆）,薄壁结构（曲板、平板）,钢索结构（柱、钢缆,）,混凝土结构,砌 体 结 构,钢 结 构,木 结 构,单层结构（单层厂房等）,多层结构（,2,7,层）,高层结构（,8,层,）,大跨结构（跨度,40m,）,按构件,形式分,按材料性质分,按结构体形分,自然界和人为的各种作用,足够的强度,足够的刚度,足够的稳定性,建筑结构的各种形式,（,a,）墙体结构,（,b,）框架结构,（,c,）深梁结构,（,d,）筒体结构,（,e,）拱式结构,（,f,）网架结构,（,g,）空间薄壁结构,（,h,）钢索结构,（,i,）折板结构,5.1.2,建筑结构的效能,合理性、经济性,1,）选材,合理,选材,按受力情况之不同,材尽其用。扬长避短,脆性材料（如砖、石、素砼等）：,耐压不耐拉,塑性材料（如钢材）：,耐压更耐拉,赵州桥：拱形结 构主要承受压力,屋架结构：在竖向荷载作用下，上弦杆受压，下弦杆受拉，腹杆又拉有压,石材,钢材,只要受压杆之粗细合适，就不易失稳,2,）选型,四种基本结构形式,小跨,中跨,小、中、大跨,大跨,结构型式的合理性，有以下几条经验,8,层的多层房屋，以采用砖混结构或框架结构为合理,单层工业厂房，以采用排架结构为合理,15,层以下的高层，以采用框架或剪力墙为合理；,50,层以上的，以采用 筒体结构为合理,大跨度（,40m,以上）结构型式，它与建筑体型和所选用的材料有关。如采用砼，以拱,或薄壁空间结构为合理；如采用钢材，以网架结构或斜拉结构为合理,3,）经济性,以造价和维持费来衡量,其代价应与预期相符合,建筑,总造价,土建费用,建筑设备费用,（材料、劳力、施工机械与设备等）,生产水平、施工技术、,劳动效率等密切相关,如机械化程度高，材料价格低于劳力价格，则较多采用预制装配化程度高的钢结构与,预应力砼结构；如劳力价格低于材料价格，故使用大量人力与小型机具施工，多采用,砖石与钢筋砼结构。,维持费,建筑构造与结构的维护（如露面钢材需要油漆等保养）,保持正常使用环境（如采光、空调等）的能源与材料消耗,为了节省总造,价，而造成长,期维持费的浪,费是不可取的,如果在选材和选型能够做到科学合理，施工质量优良，,那么总造价与维持费的矛盾就能得到较好地协调。,5.2,建筑结构材料的性能及应用,5.2.1,材料的弹性、塑性和脆性,凡是变形可以恢复的材料就是弹性材料，反之就是塑性材料。,有些材料，如混凝土、砖石、玻璃、石膏等，开始受拉时还有很小的一些弹性，但如果进一步加载就会突然断裂。这种材料就叫做脆性材料。,5.2.2,材料性能及应用,1,）钢材,钢材是一种弹塑性材料。它的抗拉和抗压强度相近，与其他常用材料相比，钢材的强度最高，弹性模量最大，故钢材耐拉也耐压。,2,）混凝土,由骨料（如石子、砂）、水泥和水混合而成的人工材料，是一种脆性材料。抗拉能力很弱，且受拉时极易产生裂缝，但抗压性能较强，故常用于基础等受压的结构中。,混凝土优点是抗压、耐火、耐久，几乎无需维护费用，但混凝土结构自重偏大和抗裂性差是它的致命弱点。,3,） 钢筋混凝土,钢筋混凝土是集脆性和弹塑性材料长处的结构材料。混凝土由于抗拉能力极弱，但抗压性能很强；而钢筋的优势是抗拉能力强，所以必须配置适量的钢筋来承担拉力，只让混凝土承受压力。,4,）预应力混凝土,这是一种在结构构件承受荷载之前，预先施加应力的技术。它的原理可以用一根橡皮筋把一些火柴盒绷紧的方法来模拟，如下图所示。,可以想象，如果把橡皮筋当作钢筋，又把火柴盒换成混凝土，这就成了预应力混凝土梁。由于梁的下部的拉力很小或者就是压力，于是混凝土在此处的裂缝就会变小甚至不会开裂。,5,）砌体材料,凡是由天然材料（如石块等）或人工制品（如砖、混凝土砌块等）用粘性材料（如砂浆）砌筑起来的整体结构，都称为砌体。砌体所用的材料大多是脆性的，常用三种块材有砖、石块、混凝土砌块；常用的砂浆有水泥砂浆、混合砂浆、非水泥砂浆等。,对于一般房屋，如果砌体为承重结构，则砖的强度等级常采用,MU20,，,MU15,，,MU10,；石材强度等级常采用,MU50,，,MU40,，,MU30,，,MU20,；承重砌体的砂浆强度等级一般采用,M5,，,M7.5,，,M10,；对受力较大的重要部位可采用,M10,。,五层及五层以上房屋的外墙以及受振动或层高大于,6m,的墙、柱所用材料的最低强度等级：砖为,MU10,、砌块为,MU7.5,、石材为,MU30,、砂浆为,M5,；对安全等级为一级或设计使用年限大于,50,年的房屋、墙、柱所用材料的最低强度等级应至少提高一级。,5.3,钢筋与混凝土,问题引入,结构,安全,坚固,用好料,多用料,结构,的经,济性,用廉料,少用料,（矛盾）,（解决矛盾）,研究结构材料的力学性能,建筑常用,结构材料,砌体、木材、钢材、砼、,钢筋砼、预应力砼等,钢筋,和,砼,用途最广,用量最大之一,研究,内容,钢筋,混凝土,强度,变形,规律,两者材性差异甚大,共同工作之基础？,两者的,粘结性能,注意：,1,.,建筑力学所研究的是单一、匀质、连续、理想弹性材料；,2,.,钢筋砼组成的构件为复合材料，即不单一匀质，也非连续和理想弹性。,重视构件的实验研究：基本假定、实验条件、实验依据等,5.3.1,钢 筋,1,),钢筋的强度,（一）钢筋的力学性能,（,1,）弹性阶段（,oa,段,）,oa,为直线段。,（ 为钢筋弹性模量）,a,点之应力称为,比例极限。,（,2,）屈服阶段（,bc,段,）,bc,段呈波浪状。,屈服台阶的下限,c,点之应力称为,屈服强度。,（,3,）强化阶段（,cd,段,）,cd,段为上升曲线。,经过流幅后，,应力称为,极限强度。,其内部结构重新排列，抗拉能力再提高。最高点,d,之,（如热轧钢筋，冷拉钢筋）,有明显流幅钢筋,曲线,无明显流幅钢筋,曲线,（如热处理钢筋、钢丝和钢绞丝）,注意：,不增加，,而 迅速发展，并形成一个明显的屈服台阶（流幅）。, （屈服强度）为钢筋之强度计算指标；,（极限强度），它为钢筋之最大强度；,为钢筋强度之安全储备。,强度很高，伸长率很小,无屈服点,，,假想一屈服点,取残余塑性应变为,0.2%,的应力,作为假想屈服点（条件屈服点）,钢筋的强度指标,抗拉极限强度,无明显,流幅钢筋,2,),钢筋的塑性,伸长率和冷弯性,伸长率,试件受力前的标距长度（ 长试件,或 短试件；,d,为试件的直径）,试件拉伸后标距长度,则塑性之性能 ；反之亦然,的材料为,塑性材料,，,如热轧钢筋,的材料为,脆性材料,，,如铸铁、砼、砖、石等,冷,弯,性,将直径为,d,的钢筋绕,直径为,D,的钢辊弯曲,时钢筋不发,达到规定的冷弯角度,生裂纹、鳞落或断裂,钢筋种类,HPB235,级,HRB335,级,HRB400,级,d,6,25,d,28,50,d,6,25,d,28,50,伸长率,(,%,),2 5,1 6,1 4,180,180,180,钢辊直径,D,1,d,D,3,d,D,4,d,D,4,d,D,5,d,表,5,.,1,各种钢筋伸长率及冷弯试验要求,冷弯,要求,冷弯角,（表中伸长率为最小值,表示标距,时的伸长率）,（二）钢筋的化学成分、种类和形式,钢筋,化学,成分,主要,是铁,（,Fe,）,1,),钢筋的化学成分,（加 入,）,碳（,C,）,低碳钢（,C,0.25%,）,中碳钢（,0.25%,C,0.6%,）,高碳钢（,C,0.6%,）,若,C,则强度 ，但塑性,和可焊性 ；反之亦然。,结构中主要用低、中碳钢,锰（,Mn,）,硅（,Si,）,少量合,金元素,可提高钢的强度并,能保持一定的塑性,钛（,Ti,）,钒（,V,）,少量合,金元素,钢强度显著提高，塑,性和可焊性也能改善,合金元素,总含量,5%,普通,低合,金钢,20,Mn,Si,40,Si,2,Mn,平均含碳量,20,0,/,000,主要合,金元素,平均含碳量,40,0,/,000,主要合,金元素,硅含量,2%,对普通低合金钢，钢号中一律以,平均含碳量,万分之几表示,。主要合金元素，除个别情况，,一般以百分之几表示，当其,平均含量,1.5%,时，只标明元素而不标明其含量；当其,平均,含量,1.5%,、,2.5%,、,3.5%,时，在元素后,面还要标出含量，且相应地写为,2,、,3,、,4,。,2,),钢筋的种类和等级,由低碳钢或,普通低合金钢,在高温下轧制而成,HPB 235,级（,级）,的表面光圆钢筋,HRB 335,级（,级）,的表面带肋钢筋,HRB 400,级（,级）,的表面带肋钢筋,RRB400,级 （,级）,余热处理带肋钢筋,光圆钢筋,螺纹肋钢筋,月牙肋钢筋,热轧,钢筋,普通钢筋,冶金部规定：,HPB235,级（,级）钢筋外形轧成光面；,HRB335,级（,级）钢筋、,HRB400,级（,级）钢筋轧成螺旋纹、月牙纹或人字纹,热处理,钢筋,热轧钢筋再通过加热、淬火,和回火等调质工艺处理,40Si2Mn,48Si2Mn,45Si 2 Cr,热处理钢筋强度高变形性能较好，宜做,预应力钢筋,，但局部损伤或应力集中之处易发生应力脆断,钢丝、钢绞线,（,预应力钢筋,）,光面钢丝,刻痕钢丝,螺旋肋钢丝,钢 绞 线,冷 加 工 钢 筋,冷轧带肋钢筋,冷拔钢丝,冷拉钢筋,冷 轧 扭 钢 筋,不同钢筋种类和等级，其应力应变曲线之规律,（,1,）,软钢：,热轧钢筋，其应力应变曲线有明显的,屈服点和流幅，应变较大、伸长率较也大。,（,2,）,硬钢：,热处理钢筋、光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋,形钢丝、钢绞线及冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝，,它们的应力应变曲线没有明显屈服点和流幅，,应变小、伸长率也小，质地硬脆。,（,3,）,随着钢材强度提高，其塑性则降低。,HPB235,级的,钢筋有较好的塑性，但强度较低；预应力钢丝虽强,度很高，但塑性却较差。,（,1,）钢筋砼结构中的,钢筋,和预应力砼结构中的,非预应力钢筋,宜,采用,HRB400,级（,级）,和,HRB335,级（,级）,钢筋，也可,采用,HPB235,级（,级）,钢筋和,RRB400,级,钢筋，以,HRB400,级（,级）,钢筋作为,主导,钢筋。,3,),钢筋的形式及选用,钢筋,形式,柔性钢筋,劲性钢筋,用的,普通钢筋,绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架,用各种,型钢、钢轨,或者用,钢板,焊成的骨架,钢筋,选用,规范,规定,（,2,）预应力砼结构中的,预应力钢筋,，宜采用,钢绞线、高强钢丝,，,也可采用,热处理钢筋,。,种类,符号,d,（,mm,）,热轧钢筋,HPB235,（,Q235,）,8,20,235,HRB335,（,20MnSi,）,6,50,335,HRB400,（,20MnSIV,、,20MnSiNb,、,20MnTi,）,6,50,400,RRB400,（,K20MnSi,）,8,40,400,（三）钢筋的计算指标,1,),钢筋的强度标准值,规范,规定： 钢筋的强度标准值应具有不小于,95%,的保证率；热轧钢筋的强度,标准值根据,屈服强度,确定，用 表示，见表,5.2,。,表,5,.,2,普通钢筋强度标准值,（,N/mm,2,）,注：,热轧钢筋直径,d,系指公称直径；,当采用直径大于,40mm,的钢筋时，应有可靠的工程经验。,R,预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据,极限抗拉强度,确定，用,表示，见表,5.3,。,种,类,符号,d,（,mm,）,钢绞线,13,8.6,、,10.8,1860,、,1720,、,1570,12.9,1720,、,1570,17,9.5,、,11.1,、,12.7,1860,1860,、,1720,消除应,力钢丝,光面,螺旋肋,4,、,5,1770,、,1670,、,1570,6,1670,、,1570,7,、,8,、,9,1570,刻痕,5,、,7,1570,热处理钢筋,40Si2Mn,6,1470,48Si2Mn,8.2,45Si2Cr,10,表,5,.,3,预应力钢筋强度标准值（,N/mm,2,）,15.2,s,p,H,I,HT,注：钢绞线直径,d,系指钢绞线外接圆直径，即现行国家标准,预应力混凝土用钢绞线,GB/T5224,中的公称,D,g,，钢丝和热处理钢筋的直径,d,均指公称直径；,消除应力光面钢丝直径,d,为,4,9 mm,，消除应力螺旋肋钢丝直径,d,为,4,8 mm,。,2,),钢筋的强度设计值,在建筑结构构件按,承载能力极限状态,设计时，钢筋强度必须取设计值,。,1,安全系数,（钢筋强度的安全储备）,由于钢筋种类不同，,故取值也就不同,也称为钢筋,材料分项系数,（,1,）对热轧的,HPB235,级（,级）,钢筋、,HRB335,级（,级）钢筋、,HRB400,级（,级）,钢筋，,。,例如：,HPB235,级钢筋强度设计值 ，,取整为 。,（,2,）对预应力所用的钢绞线、钢丝和热处理钢筋， 。,1770 N/mm,2,的预应力钢丝，强度设计值,=0.851770/1.2,例如：,极限抗拉强度 ，该类钢筋强度条件屈服点为,0.85,，,然而，表,3,-,3,中的为,故该类钢筋强度设计,值,=1250N/mm,2,。,取整为,1253N/mm,2,，,种类,符号,热轧钢筋,HPB235,（,Q235,）,210,210,HRB335,（,20MnSi,）,300,300,HRB400,（,20MnSIV,、,20MnSiNb,、,20MnTi,）,360,360,RRB400,（,K20MnSi,）,360,360,及抗压强度设计值,普通钢筋的抗拉强度设计值,按表,5.4,采用；,表,5,.,4,普通钢筋强度设计值（,N/mm,2,）,R,3,),钢筋的弹性模量,E,s,表,5.5,钢筋弹性模量（,10,5,N/mm,2,）,种 类,E,s,HPB235,级钢筋,2.1,HRB335,级钢筋、,HRB400,级钢筋、,RRB400,级钢筋、热处理钢筋,2.0,消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）,2.05,钢绞线,1.95,注：在钢筋砼结构中，轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于,300N/mm,2,时，,仍应按,300N/mm,2,取用。,注：必要时钢绞线可采用实测的弹性模量。,种,类,符号,钢绞线,13,1860,1320,390,1720,1220,1570,1110,17,1860,1320,390,1720,1220,消除应,力钢丝,光面,螺旋肋,1770,1250,410,1670,1180,1570,1110,刻痕,1570,1110,410,热处理,钢筋,40Si2Mn,1470,1040,400,48Si2Mn,45Si2Cr,应按表,5,.,6,采用。,及抗压强度设计值,预应力钢筋,的抗拉强度设计值,表,5.6,预应力钢筋强度设计值（,N/mm,2,）,s,p,H,I,HT,注：当预应力钢绞线、钢丝的强度标准值不符合表,3,-,3,的规定时，其强度设计值应进行换算。,5.3.2,砼,1,）砼的强度,(1),立方体抗压强度, 试块,: 1,50mm150mm150mm,立方体；, 条件,:,温度,20,3,，,相对湿度,90,，,养护,28,天；,加压速度：每秒大约,0.15 N/mm,2,0.25 N/mm,2,。,破坏时,抽测,最大平均压力为,砼强度标准值，,用符号 示之,确定砼强度等级的标准,强度等级：,C15,、,C20,、,C25,、,C30,、,C35,、,C40,、,C45,、,C50,、,C55,、,C60,、,C65,、,C70,、,C75,、,C80,等十四级 ；,符号,C,表示砼，,C,后面的数字,（,15,80,）,表示,立方体抗压强度标准值,，单位为,N/mm,2,。,(2),轴心抗压强度,（）,由砼棱柱体轴心抗压强度测定,试件为截面,150 mm150 mm,、,高,450 mm,的棱柱体，经,28,天,龄期，用标准试验测得的抗压,强度，称轴心抗压强度。其中,为轴心抗压强度的标准值；,为轴心抗压强度的设计值。,轴心抗压,强度,棱柱体,高度,高宽比,h,/,b,3,后,轴心抗压强度趋于稳定,故用,h/b,3,4,的棱柱体强度代表砼单向均匀受压时的抗压强度 。,问题：,由于棱柱体试件制作与试验都比较麻烦，故 测定,、,也较困难。,办法：,立方体试件,抗压强度标准值,已知砼等级,砼轴心抗压强度,标准值 和设计值,混凝土结构设计规范,（,GB50010,2002,）（简称,砼规范,）规定：,（,1,）轴心抗压强度标准值,0.88,因,结构,中砼强度与立方体,试件,砼强度之间有差异，即后者砼之强度要高于,前者砼之强度，故应对立方体试件砼强度 进行修正（降低），其修,正系数为,0.88,；,棱柱体抗压强度与立方体抗压强度之比值，对,C50,级以下取 ，,对,C80,取 ，中间按线性规律插值；,C40,以上的砼脆性折减系数，对,C40,及以下取 ，对,C80,取 ，,中间按线性规律插值；,砼立方体抗压强度标准值。,例如，砼强度等级为,C20,，即,N/mm,2,，则砼轴心抗压强度标准值,取,强度,种类,混凝土强度等级,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,10.0,13.4,16.7,20.1,23.4,26.8,29.6,32.4,35.5,38.5,41.5,44.5,47.4,50.2,1.27,1.54,1.78,2.01,2.20,2.39,2.51,2.64,2.74,2.85,2.93,2.99,3.05,3.11,强度,种类,混凝土强度等级,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,7.2,9.6,11.9,14.3,16.7,19.1,21.1,23.1,25.3,27.5,29.7,31.8,33.8,35.9,0.91,1.10,1.27,1.43,1.57,1.71,1.80,1.89,1.96,2.04,2.09,2.14,2.18,2.22,（,2,）轴心抗压强度设计值,（,砼材料分项系数，,砼规范,规定：）,例如，砼强度等级为,C20,，,并算得，则,取,表,5.8,混凝土强度设计值（,N,mm,2,）,表,5.7,混凝土强度标准值（,N,mm2,）,3,.,轴心抗拉强度,（）,其中的 与 关系可详见,砼规范,中的条文说明。,砼抗压性能好，抗拉性能差 ！,（,5,）构件的,体积,与,表面积,的,比值,越,大,，收缩越,小,。,混凝土,强度等级,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,2.20,2.55,2.80,3.00,3.15,3.25,3.35,3.45,3.55,3.60,3.65,3.70,3.75,3.80,2,）砼的变形,(1),砼弹性模量,砼规范,例如：砼为,C20,，,即,f,cu , k,=20N/mm,2,，,代入上式可得：,E,c,=,2.55 10,4,N/ mm,2,表,5.,9,混凝土弹性模量（,10,4,N/mm,2,）,(2),砼的收缩,（在空气结硬过程中）,体积减小之现象,砼的,收缩,会使构件在未受荷前就,出现裂缝,或引起,预应力损失,，故在工程中要加以预防。,砼收缩之,主要因素,（,1,）,水泥强度,等级越,高,，所配制的砼收缩也越,大,；,（,2,）,水泥,越,多,砼,收缩,越,大,，,水灰比大,砼收缩也,大,；,骨料,的,量大,，收缩,小,；,（,3,）在结硬过程中周围,温湿度,越,大,，收缩越,小,；,（,4,）砼,振捣,越密,实,，收缩越,小,；,(3),砼的徐变,（,长期不变荷载作用,）,应变随时间继续增长之现象,砼徐变之,主要因素,（,2,）,增加,砼,骨料,的含量，徐变将变,小,；,（,3,）养护条件好，水泥水化作用充分，徐变就,小,；,（,4,）砼加荷前，,砼强度,越,高,，徐变就越,小,；,（,5,）构件截面中,应力,越,大,，徐变越,大,。,3,）砼强度等级选用,项次,类 别,砼强度等级,1,一般钢筋砼结构、计算上不受力的预制楼板和屋面板填缝的细石砼,C15,2,采用,HRB335,级、,HRB400,级钢筋的钢筋砼结构（包括二、三级抗震 等级的结构）、剪力墙结构，叠合构件的叠合层,C20,3,项次,1,、,2,所包括的结构，当位于露天或室内高温度环境时,C25,4,预应力砼结构，受力的预制装配接头，一级抗震等级的钢筋砼结构,C30,5,采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力筋的砼结构,C40,表,5.10,结构的砼最低强度等级,提高砼的强度,预应力砼已达到,C80,（,C40,C80,）,造价虽增加大约,50, 但受压构件承载力可,提高倍左右,（,1,）水泥,用量,越,多,，,水灰比,越,大,，徐变越,大,；,（,1,）素砼梁：,P,13.4kN,，突然折断；,（,2,）钢筋砼梁：,P,87kN,，破坏缓慢；,（,3,）压力由砼承担，拉力由钢筋承担 。,5.3.3,钢筋与砼之粘结,2,）钢筋与砼之共同工作基础,1,）钢筋砼梁与素砼梁之对比,素砼梁,钢筋砼梁,受压区,受拉区,受压区,受拉区,截面尺寸、跨度、砼（,C20,）,均相同两简支梁对比,钢筋,与砼,共同,工作,基础,粘结力的结合：,砼硬化后 紧裹着钢筋，并产生粘结力 ；钢筋与砼,变形相一致，且共同承载。,温度线膨胀系数相近：,砼：,1.0,1.510,-5,/,；钢筋：,1.210,-5,/,当温度变化时，两者无相对变形。,防锈：,砼包裹着钢筋使其免遭锈蚀 ， 从而保证结构之耐久性。,3,）钢筋与砼之粘结力,钢筋,与砼,之粘,结力,化学胶结力 ：,水泥的胶结作用使钢筋和砼接触面上产生胶结力,摩擦力：,砼裹紧钢筋，当欲有相对滑动趋势时 ，将产生摩擦力,机械咬合力：,钢筋表面凹凸不平（如肋纹钢筋）或光面钢筋的弯,钩与砼将机械咬合力。,（四）钢筋之锚固长度,钢筋拉拔试验,钢筋埋入,l,，则,P,，表明钢筋与砼粘结强度越高，,为保证钢筋与砼有较大粘结力，钢筋埋入砼的,l,不能,太小，,l,的最小值设为,钢筋在砼的锚固长度,普通钢筋：,预应力钢筋：,钢筋种类,光面钢筋,带肋钢筋,刻痕钢丝,螺旋,肋钢丝,三股,钢绞线,七股,钢绞线,0.16,0.14,0.19,0.13,0.16,0.17,计算：,表,5.11,锚固钢筋的外形系数,（五）钢筋的搭接长度,（搭接 ）,绑扎搭接,和,机械连接,或,焊接,钢筋绑扎接头构造要求,（,1,）光面钢筋，在接头两端做成弯钩， 带肋钢筋,可不做弯钩；,（,2,）纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据,位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分,率按下式计算：,纵向受拉钢筋的搭接长度,纵向受拉钢筋搭接长度修正系数,纵向钢筋搭接,接头面积百分率（,%,）,25,50,100,1.2,1.4,1.6,表,5.12,纵向受拉钢筋搭接长度修正系数,钢筋受力状态,搭接长度,在绑扎搭接接头的长度范围之内,当钢筋,受拉时,l,l, 300mm,箍筋间距,s, 5,d,且 ,100mm,（,d,为受拉钢筋中的最小直径 ）,当钢筋,受压时,l,d, 0.7,l,l,且,200mm,箍筋间距,s, 10,d,且 ,200mm,，当受压钢筋直径,d, 25mm,时，,应在接头两端外,100mm,范围内各设两箍筋。,表,5.13,钢筋绑扎接头构造要求,5.4,建筑结构设计方法简介,5.4.1,结构功能要求与极限状态,1,）结构功能要求,结构,设计,要求,规定,时间,规定,条件,完成,各项预定,之功能, 规定时间,我国建筑结构的设计使用年限一般取为,50,年，即设计,基准期,为,50,年,。,表,5.14,设计使用年限分类,类别,设计使用年限（年）,示 例,1,5,临时性结构,2,25,易于替换的结构构件,3,50,普通房屋和构筑物,4,100,纪念性建筑和特别重要的建筑结构, 规定条件,正常设计、施工、使用和正常维护的条件，即不考虑人为之过失。, 各项预定功能,结构的安全性、适用性和耐久性。,特定状态,结,构,之,可,靠,性,安全性,结构能承受可能出现之各种作用，且在偶然荷载作用下,尚能保持稳定性。,适用性,结构在正常使用正常维护情况下，应有足够的耐久性，,不致于因材性变化或外界侵蚀而影响预期之使用年限。,耐久性,结构能满足预定的使用要求，具有良好的工作性能，其,变形、裂缝或振动等均不超过规定之限度。,问题：,结构,可靠,结构,失效,临界状态,结构极限状态,结论：,若结构或构件一旦超过某一特定状态（,极限状态,），则结构就失效，否则,结构就可靠。,问题：,何谓结构之极限状态？,承载能力极限状态,正常使用极限状态,研究,2,）结构极限状态,承载,能力,极限,状态,结构破坏 、失稳、,结构几何不变转为,几何可变、倾覆。,一旦发生将导致,生命伤亡等损失,对此极限状态的出现,要严控，使其发生概,率极低。,承载能力极限状态和正常使用极限状态,正常,使用,极限,状态,结构产生过大变形、,过宽裂缝、不应有,的振动等。,一旦发生将影响,正常使用和耐久性,对此极限状态的出现,后果不会严重，故其,发生概率可放宽些。,问题：,极限状态如何用方程表示？怎么控制发生概率？,(1),失效现象,结构功能要求,规定时间,规定条件,安全性、适用性、耐久性,结构可靠性,问题：,如何保证结构具有足够的可靠性？,研究防止失效之措施,失稳,破坏,结构失效现象,倾覆,过大,变形,过宽,裂缝,几何,可变,破坏,材料强度不足而不能继续承载,（,a,）三角架的拉杆,ab,被拉断,（,b,）钢筋混凝土少筋梁的破坏,钢筋被拉断,失稳,结构失去保持直线平衡状态而不能承载,（,a,）压杆失稳（压屈）,（,b,）梁失稳（曲屈）,倾覆,结构作为刚体失去平衡而翻倒,雨蓬和水塔倾覆之情况,过大变形,挠度或侧移过大而失去安全感,挠度过大,侧移过大,过宽裂缝,钢筋砼结构裂缝过宽，钢筋易锈而失去耐久性,几何可变,结构几何不变而转化为几何可变,刚结点破坏而变为铰结点,锈蚀、腐蚀、虫蛀,逐渐降低材料强度直至丧失承载能力,1,.,S,作用之效应,（,2,）极限状态方程,结构功能函数,两个随机变量,两随机变量之差,讨论：,（,2,）变形：挠度、裂缝等,（,1,）内力：轴力、弯矩、,剪力、扭矩等,因作用的,不确定性,S,为随机变量,2,.,R,结构之抗力,（,1,）,R,与,S,相对应,（,2,）与材性和构件几何,形状、尺寸等有关,因材性变异,等不确定性,R,为随机变量,3,.,结构安全可靠之条件：,（,1,）,结构处于可靠状态,（,2,）,结构处于失效状态,（,3,）,结构处于极限状态,极 限 状 态 方 程,5.4.2,荷载代表值,标准值、组合值、频遇值和准永久值,永久荷载,可变荷载,组 合 值,频 遇 值,准永久值,（基本代表值）,标 准 值,标 准 值,（基本代表值）,（其它代表值）,荷载标准值,正常情况下,可能出现的,荷载最大值,远大于其平均值 ，,作为荷载最大值的概率占,95%,。而实际荷载超过 的概率,5%,。,1,）永久荷载标准值,材料和构件自重可见,建筑结构荷载规范,（,GB50009,2001,）的附录,A,表,5.14,常见材料和构件自重表,石灰：土,3,：,7,17.5,灰土,17,混合砂浆,用于承重结构,25,钢丝网水泥,20,水泥砂浆,24,25,钢筋混凝土,机器制,19,普通砖,振捣或不振捣,22,24,素混凝土,78.5,钢,备注,自重（,KN/m,3,）,名称,备注,自重（,KN/m,3,）,名称,2,）可变荷载标准值,建筑结构荷载规范,（,GB50009,2001,）,（,1,）楼面和屋面活荷载,表,5.15,民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数,项次,类 别,标准值,(KN/m,2,),组合值,系数,频遇值,系数,准永久值,系数,1,(1),住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园,(2),教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室,2.0,0.7,0.5,0.6,0.4,0.5,2,食堂、餐厅、一般资料档案室,2.5,0.7,0.6,0.5,3,(1),礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台,(2),公共洗衣房,3.0,3.0,0.7,0.7,0.5,0.6,0.3,0.5,4,(1),商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室,(2),无固定座位的看台,3.5,3.5,0.7,0.7,0.6,0.5,0.5,0.3, ,11,走廊、门厅、楼梯：,(1),宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅,(2),办公楼、教室、餐厅、医院门诊部,(3),消防疏散楼梯、其他民用建筑,2.0,2.5,3.5,0.7,0.7,0.7,0.5,0.6,0.5,0.4,0.5,0.3,12,阳台：,(1),一般情况,(2),当人群有可能,密集时,2.5,3.5,0.7,0.6,0.5,注：当设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值有时应折减，如：,第,1(1),项，当楼面梁从属面积超过,25m,2,时，楼面活荷载标准值应乘以,0.9,的折减系数。,表,5.16,屋面均布活荷载,项次,类 别,标准值,(KN/m,2,),组合值,系数,频遇值,系数,准永久值,系数,1,不上人的屋面,0.5,0.7,0.5,0,2,上人的屋面,2.0,0.7,0.5,0.4,3,屋顶花园,3.0,0.7,0.6,0.5,（,2,）雪荷载,雪荷载标准值（,kN,/,m,2,）；,屋面积雪分布系数,；,基本雪压（,kN,/,m,2,）,。,屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：,（,5.1,）,讨论：,基本雪压,荷载规范,附表,D.4,表,5.17,全国各主要城市的,50,年一遇雪压和风压,地名,风压（,KN/m,2,）,雪压,（,KN/m,2,）,雪载准永久,值系数分区,地名,风压（,KN/m,2,）,雪压,（,KN/m,2,）,雪载准永久值系数分区,北京市,0.45,0.40,厦门市,0.80,上海市,0.55,0.20,阿勒泰市,0.70,1.25,重庆市,0.40,西沙岛,1.80,屋面活荷载,雪荷载,作用于屋面上且同时达,到最大值的可能性甚小,（屋面活载不与雪载同时考虑）,取两者中的最大值,屋面积雪分布系数,当屋面为坡屋面时，,当屋面形成雪堆时，,荷载规范,表,5.18,屋面积雪分布系数,均匀分布的情况,不均匀分布的情况,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,50,45,40,35,30,25,高低屋面,单跨双坡,屋面,2,1,屋 面 形 式 及 积 雪 分 布 系 数,类 别,项次,0.75,1.25,),h,a,1.0,1.0,2.0,a,2,h,，但不小于,4m,，不大于,8m,仅当,20,30,时,可采用不均匀分布情况,（,3,）风荷载,垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算,当计算主要承重结构时,（,5.2,）,高度,Z,处的风振系数；,风荷载标准值（,kN/m,2,）；,风荷载体型系数；,风压高度变化系数；,基本风压（,kN/m,2,）,。,当计算围护结构时,（,5.3,）,高度,Z,处的阵风系数,讨论：,基本风压,荷载规范,附表,D.4,，且,风压高度变化系数,对于平坦或稍有起伏的地形,应根据地面粗糙程度类别,A,类：,近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区,B,类：,田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的,乡镇和城市郊区,C,类：,有密集建筑群的城市市区,D,类：,有密集建筑群且房屋较高的城市市区,C,类,指有密集建筑群的城市市区；,表,5.19,风压高度变化系数,离地面或海平面,高度,（,m,）,地面粗糙度类别,A,B,C,D,5,1.17,1.00,0.74,0.62,10,1.38,1.00,0.74,0.62,15,1.52,1.14,0.74,0.62,20,1.63,1.25,0.84,0.62,30,1.80,1.42,1.00,0.62,40,1.92,1.56,1.13,0.73,50,2.03,1.67,1.25,0.84,60,2.12,1.77,1.35,0.93,70,2.20,1.86,1.45,1.02,80,2.27,1.95,1.54,1.11,100,2.40,2.09,1.70,1.27,150,2.64,2.38,2.03,1.61,200,2.83,2.61,2.30,1.92,250,2.99,2.80,2.54,2.19,300,3.12,2.97,2.75,2.45,350,3.12,3.12,2.94,2.68,400,3.12,3.12,3.12,2.91,450,3.12,3.12,3.12,3.12,地面粗糙程度可分为,A,、,B,、,C,、,D,四类：,B,类,指田野、乡村、丛林、丘陵,以及房屋比较稀疏的乡镇和城市,郊区；,A,类,指近海海面和海岛、 海岸、,湖岸及沙漠地区,；,D,类,指有密集建筑群且房屋较高,的城市市区。,项,次,名,称,1,封闭式,双坡屋面,2,封闭式带天窗,双坡屋面,风荷载体型系数,风作用在建筑物表面上的实际,压力,（或,吸力,）,与按,原始风速,算得理论风压的比值,表,5.20,风荷载体型系数,15,0.6,30,0,60,+0.8,中间值按插入法计算,建筑体型及体型系数,带天窗的拱形屋面可按本图采用,风振系数,当计算围护结构的风荷载时，式（,5.3,）中的 为阵风系数,表,5.21,阵风系数,离地面高度,（,m,）,地面粗糙度类别,A,B,C,D,5,10,15,20,30,40,50,60,70,80,90,100,150,200,250,300,1.69,1.63,1.60,1.58,1.54,1.52,1.51,1.49,1.48,1.47,1.47,1.46,1.43,1.42,1.40,1.39,1.88,1.78,1.72,1.69,1.64,1.60,1.58,1.56,1.54,1.53,1.52,1.51,1.47,1.44,1.42,1.41,2.30,2.10,1.99,1.92,1.83,1.77,1.73,1.69,1.66,1.64,1.62,1.60,1.54,1.50,1.46,1.44,3.21,2.76,2.54,2.39,2.21,2.09,2.01,1.94,1.89,1.85,1.81,1.78,1.67,1.60,1.55,1.51,在脉动的风力作用下将出现一定的动力反映,荷载规范, 对于自振周期,T,0.25 s, 结构高度,30m, 高宽比,1.5,倍的房屋,否则,风振一般不大,不考虑其影响,3,）可变荷载组合值、频遇值、准永久值,可变荷载,组 合 值,频 遇 值,准永久值,可变荷载,标准值,组合值系数,频遇值系数,准永久值系数,（,1,）可变荷载组合值,除主导的可变荷载（产生效应最大的荷载）仍用其标准值值外，,对其它伴随的可变荷载应取小于其标准值的组合值作为代表值。,可变荷载组合值,可变荷载标准值,可变荷载,组合值系数,楼（屋）面活荷载的 ，可查表,2,-,2,和表,2,-,3,；,雪荷载的 ；,风荷载的,两种或两种以上,可变荷载相互组合时,（,2,）可变荷载频遇值,可变荷载频遇值,可变荷载,频遇值系数,可变荷载标准值,（,3,）可变荷载准永久值,可变荷载准永久值,可变荷载,准永久值系数,可变荷载标准值,楼（屋）面活荷载的 ，可查表,2,-,2,和表,2,-,3,；,雪荷载的 ；,风荷载的,楼（屋）面活荷载的 ，可查表,2,-,2,和表,2,-,3,；,分区,:,、,、,，,、,0.2,、,0,；,风荷载的,按雪荷载,可变荷载（活荷载）准永久值,在考虑荷载长期作用时，有一部分,可变荷载对结构影响类似于永久荷载,在设计基准期内被超越的总时间仅为设计,基准期的一小部分，或其超越频率限于一给定值,时而出现的较大荷载值,概率极限状态设计法,1,）结构可靠度与失效概率,可靠指标 与失效概率 之关系,结构可靠（）,之概率为,（空白面积）,结构失效（）,之概率为,（阴影面积）,或,，,度量结构可靠性,用失效概率,计算,较复杂,用 代替,问题：,可靠指标 如何计算？,、,随机变量 之平均值和标准差。,若 越大，整个曲线越往右移，则 越小，而 越大，反之亦然。,故 是度量结构可靠性的一种数值指标，即称之为可靠指标。,结论：,知识扩展,2,）结构可靠指标,与 之关系,1.0,1.5,2.0,2.5,1.610,-,1,6.710,-,2,2.310,-,2,6.210,-,3,2.7,3.0,3.2,3.5,3.510,-,3,1.410,-,3,6.910,-,4,2.310,-,4,3.7,4.0,4.2,4.5,1.110,-,4,3.210,-,5,1.310,-,5,3.410,-,6,表,5.22,与 的对应关系,欲使既没必要也不可能,建筑结构可靠度设计统一标准,（,GB500682001,）规定：,若控制 在允许范围内，即,不能太小，则能保证结构可靠性,结构构件设计时预先给定的,允许可靠指标。,若满足 亦即 ，则此方法称之为概率极限状态设计法。,表,5.23,结构构件承载能力极限,状态的允许可靠指标, ,破坏类型,安全等级,一级,二级,三级,延性破坏,3.7,3.2,2.7,脆性破坏,4.2,3.7,3.2,对承载能力极限状态, ,值按表,4,3,采用,对正常使用极限状态, ,值按工程经验定,脆性破坏,在破坏前无明显之预兆,此时，, ,偏大些,延性破坏,在破坏前有明显之预兆,此时，, ,可小些,5.4.3,极限状态设计表达式,1,）承载能力极限状态设计表达式,永久和可变荷载两效应之基本组合设计值,讨论：,（,1,）,结构重要系数,项次,安全等级或设计使用年限,1,安全等级为,一级,或,100,年,1.1,2,安全等级为,二级,或,50,年,1.0,3,安全等级为,三级,或,5,年,0.9,4,对使用年限为,25,年,的结构构件,表,5.24,之取值,安全等级,破坏后果,建筑物类型,一级,很严重,重要建筑物,二级,严重,一般建筑物,三级,不严重,次要建筑物,表,5.25,建筑结构的安全等级,结构抗力,设计值,结构重要性,系数,各类材料结构设计规范，可根据各自情况确定,（,2,）关于荷载效应组合之设计值,在承载能力极限状态设计时，应按下列两种情况之中最不利确定：,由可变荷载控制的组合荷载效应设计值,（,A,）,对于一般框架、排架结构，,（,A,）,式可采用简化式：,（,B,）,由永久荷载控制的组合荷载效应设计值,（,C,）,永久荷载标准值,G,k,之效应；,主导（起控制作用）,可变,荷载标准值,Q,1,k,之效应；,第,i,个可变荷载标准值,Q,i k,之效应；,第,i,个可变荷载之组合系数,，,见表,2,2,、表,2,3,，雪荷载,，风荷载 ；,简化式中之可变荷载组合系数，,一般地， ，当只有一个,可变荷载时， 。,荷载分项系数,和,表,5.26,荷载分项系数,永久荷载,分项系数,当其效应对结构不利时,当其效应对结构有利时,由可变荷载控制之组合,由永久荷载控制之组合,一般情况下,结构之倾覆、滑移、漂浮的验算,1.2,1.35,1.0,0.9,可变荷载,分项系数,一 般 情 况,对楼面结构活荷载标准值大于,4kN/m,2,时,1.4,1.3,荷载效应（内力）,设计值,荷载分项系数,荷载效应（内力）,标准值,l,例如：,简支梁上作用有均布线性荷载，其中,为永久荷载标准值，为可变荷载,标准值，试分析荷载产生效应，即内,力（弯矩）组合之设计值。,分析：,弯矩设计值,荷载设计值,（）,（）,荷载效应,系数,荷载标准值,荷载效应设计值,荷载设计值,（,3,）关于结构抗力设计值,结构受力状态,材料力学性能,截面几何性质,主要,取决,表达式与,内力相对应,弯矩：,剪力：,轴力：,小结,承载能力极限状态设计表达式计算步骤,荷载效应组合,抗力设计值,材料强度标准值,材料强度设计值,（ ，,）,结构抗力计算,2,）正常使用极限状态设计表达式,结构达到正常使用要求所规,定的变形、裂缝宽度等限值,变形、裂缝等,效应之组合值,1,.,标准组合：,2,.,频遇组合：,3,.,准永久组合：,在正常使用极限状态设计时，应根据不同之设计目的，分别用下列荷载效应之组合：,在频遇组合中起控制作用之可,变荷载频遇值效应；,第,i,个可变荷载准永久值效应；,、,组合、频遇、准永久之系数。,例如：,试分析简支梁在荷载 、,作用下所产生效应，即变形,（挠度）之标准组合值。,f,k,EI,刚度条件：,【,例,5.1,】,某办公楼采用预制板，计算跨度,l,0,3.14m,，板宽,b,1.20m,。屋面材料做法：二毡,三油铺小石子，,20mm,厚水泥砂浆找平层，,60mm,厚加气砼保护层，板底为,20mm,厚抹灰层。屋面,为不上人屋面，其活载标准值为,0.5kN/m,2,，雪荷载标准值为,0.3kN/m,2,。求屋面板之弯矩设计值。,【,解,】,1,.,求板上之均布线荷载标准值 、,（,1,）永久荷载标准值,二毡三油铺小石子：,0.35kN/m,2,20mm,厚水泥砂浆找平层：,0.02m20kN/m,3,0.40kN/m,2,60mm,厚加气砼保护层：,0.06m6 kN/m,3,0.36kN/m,2,钢筋砼预制板自重：,2.00kN/m,2,20mm,厚板底抹灰层：,0.02m17 kN/m,3,0.34kN/m,2,（,2,）可变荷载标准值,因屋面活载大于雪载，故只取屋面活载计之：,2,.,求荷载效应（弯矩）设计值,取,、,问：,板之剪力设计值 如何求？,【,例,5.2,】,单层单跨框架上有恒载、屋面活载、风载（均为标准值）作用，弯矩图如图示。试分别,按承载能力和正常使用两极限状态进行组合，并求出柱顶截面之最大弯矩设计值。,5 m,P,k,=12kN,F,k,=54kN,g,k,=36kN/m,6m,54,81,81,81,81,81,40.5,40.5,（单位：,kN,m,）,P,k,=12kN,12,12,12,12,18,18,（单位：,kN,m,）,框架计算简图,恒载弯矩图,屋面活载弯矩图,风荷载弯矩图,【,解,】,（一）按承载能力极限状态进行弯矩组合,1