钢筋溷凝土构件估算

,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,*,第四章 钢筋混凝土构件估算,4.1、钢筋混凝土构件的特点,4.2、钢筋混凝土结构材料性能及粘结力概念,4.3、钢筋砼受弯构件设计估算,4.4、钢筋混凝土受压构件的设计估算,4.5、钢筋混凝土构件裂缝的概念,4.6、钢筋混凝土构件截面抗弯刚度及挠度计算的概念,4.7、预应力混凝土,4.1、钢筋混凝土构件的特点,1、钢筋与混凝土共同工作：,具有粘结力；,变形协调；,混凝土包裹钢筋具有耐久性；,2、可以推广使用的特点,可按受力需要配筋；,构件形状可控；,钢筋混凝土耐久性、耐火性、耐磨性好；,混凝土的材料可就地取材，经济性好,钢筋混凝土设计中的问题,1、钢筋与混凝土必须有良好的连接；,2、纵向钢筋的配置必须适量，防止出现少筋梁配筋率0.15%和超筋梁配筋率2.0%或3%，视钢筋和混凝土强度而异,3、需配置足够的横向钢筋箍筋，以提高抗剪能力；,4、必须防止任何形式的突然破坏少筋无筋、超筋、剪切的破坏。,4.2 钢筋混凝土结构材料性能及粘结力概念,1、钢筋：,1、纵向受力普通钢筋宜采用、HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋,也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400：,2、梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋：,3、箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可以采用HRB335、HRBF335钢筋；,4、预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。,钢筋强度标准值fyk保证率95%，钢筋强度设计值fy=fyk/R;,、级钢筋的材料分项系数为R=1.15.R=1.0.,2、混凝土：,素混凝土结构的强度不低于C15,钢筋混凝土构件的强度不低于C20,采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土的强度不低于C25；预应力混凝土构结构的强度不宜低于C40，且不应低于C30，承受重复荷载的混凝土构件的强度不低于C30，,高标号混凝土强度高，价高，延性差。,3、钢筋与混凝土之间的粘结,光面钢筋与混凝土粘结由三局部组成：,1、混凝土中水泥与钢筋外表的胶着力；,2、混凝土与钢筋接触面上的摩擦力；,3、钢筋外表不平而产生的机械咬合力,变形钢筋由于钢筋外表与混凝土的咬合作用强，粘结力提高，锚固长度可减小。,设计中应注意的问题：,1钢筋的锚固长度是保证钢筋充分发挥强度作用的条件；,2光面钢筋的粘结性能差，在末端需设弯钩；,3 对受拉钢筋，锚固长度近似估计时可取35d；,4对受拉钢筋，绑扎搭接长度约为锚固长度的1.2倍，近似估算可取45d。,钢筋的锚固长度和搭接长度,混凝土保护层厚度,为保证粘结、锚固和耐久性，钢筋四周需有足够的保护层厚度，保护层厚度与使用环境、使用年限有关。,钢筋的保护层厚度不应小于钢筋的公称直径d；,当使用年限为50年，按下表采用；当使用年限为100年，按下表的1.4倍采用。,环境类别,板、墙、壳,梁、柱、杆,一,15,20,二,a,20,25,二,b,25,35,三,a,30,40,三,b,40,50,4.3 钢筋混凝土受弯构件梁、板的设计估算,一、截面尺寸估算,受弯构件梁、板截面的截面尺寸或高跨比决定于材料的性质、荷载大小、截面形状、支承条件及实际跨度，对荷载较大或有震动的情况应加大。,1、现浇板的厚度：各类现浇板的厚度取值必须满足强度和刚度的要求。,板厚与跨度之比h/l为板短向计算跨度,板的支承情况,单向板,双向板,悬臂板,无梁楼盖板,有柱帽,无柱帽,简支,1/30,1/40,1/35,1/30,连续,1/35,1/45,1/12,2、梁的截面尺寸：梁的截面尺寸主要根据梁跨度及荷载大小及性质决定。,通常梁的高跨比h/l取：,框架梁及主梁：1/101/18,次梁：1/151/20,悬臂梁：1/61/8,井字梁：1/201/25,梁宽b：b=h(1/1.51/3),梁的高度应为50mm的倍数，在现浇结构中，框架梁与主梁、主梁与次梁的高差至少取50mm，如支承梁底部配置两排钢筋，那么高差应取100mm，,二、受弯构件的配筋设计,可按以下步骤计算：,1、由M、b、h0、fcm算A0，A0=M/fcmbh02；,2、由A0查表得到相应的0；,3、由M、b、h0、fy算As，As=M/fy0 h0；,4、查表选取应配置的钢筋，所选钢筋截面积之和必须 As；,5、检验限制条件：,防止出现超筋情况-要求A0A0max,防止出现少筋情况-要求计算得到的配筋率=As/bh不得小于min;,6、检验配筋排数是否与预定的h0一致，如不一致，要重定h0，重新计算。,矩形截面梁的抗弯纵向受拉钢筋还可采用以下步骤近似估算：,1、由M、h0、fy直接估算As,As=M/fy(7/8)h,此处采用07/8，因为0大体在之间变化，取0=7/8=0.875虽有一定误差，但误差在10%以内，可以使计算大大简化；,2、由As计算配筋率=As/bh，要求：,minmax,3、检验钢筋排数。,矩形双筋截面梁设计估算,双筋截面配筋估算步骤对于II级钢筋：,1、取界限混凝土受压区高度，得：,2、承担余下弯矩 局部所需钢筋面积：,3、总受拉钢筋面积 ，总受压钢筋面积,T形截面梁纵向受拉钢筋估算,1、T形截面受弯时截面分两种受力形式：,I类截面：xhf,按矩形截面,II类截面：x hf,按T形截面,2、实际估算中，按翼缘宽度分为窄翼缘和宽翼缘两种截面，窄翼缘截面取实际翼缘宽度b,f,；宽翼缘截面翼缘宽度取b,f,=b+12h,f,。,3、配筋估算,对I类截面(h,f,0.2h,0,)：,As=M/fy(h0-0.5hf,),对II类截面：,As=M/fy(7/8,),h0,三、钢筋混凝土梁箍筋估算,1、箍筋在梁中的作用：,1、箍筋和斜裂缝间混凝土块一起共同抵抗由荷载产生的剪力；,2、箍筋可以限制裂缝的开展，使裂缝上端有较多的剩余混凝土截面，来抵抗由荷载产生的在该截面上的压力和剪力；,3、箍筋兜住纵向受拉钢筋，使纵向受拉钢筋在一定程度上参与抵抗由荷载产生的剪力；,4、箍筋能固定纵向受拉钢筋和上边缘架力钢筋的位置，构成钢筋骨架；,5、箍筋可以防止纵向受压钢筋的侧向压屈。,箍筋估算时要注意以下三点：,1、为防止出现超筋情况，要求：,当hw/b4时，V0.25fcbh；,当hw/b6时，V0.20fcbh；,当4hw/b6时，按直线内插法取用；式中hw为截面腹板高度：矩形截面取h0，T形截面取(h0hf)，工形截面取腹板净高。,2、为了防止出现少筋情况，要求配箍率：,svnASV1/bssvmin0.02fc/fy,3、为了控制斜裂缝宽度并保证有必要数量箍筋穿越斜裂缝，要求箍筋最大间距和最小直径要符合下表：,梁截面高度,（mm）,S,max,(mm),D,min,(mm),V0.07f,c,bh,0,V0.07f,c,bh,0,150h300,150,200,4（h250）,300h500,200,300,6,500h800,250,350,6,h800,300,500,8,钢筋混凝土梁箍筋估算步骤：,1梁的截面尺寸已由正截面抗弯承载力计算初步确定；,2按当hw/b4时，V0.25fcbh；当hw/b6时，V0.20fcbh式检验，如不满足要求，应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级；,3当v0.1fcbh0时，按表的构造要求配箍，否那么需计算配箍量；,4计算以下截面的剪力设计值：支座边缘处；截面变化处；,5按下式估算所需箍筋：,钢筋混凝土梁抗扭能力估算,梁受扭可以用纵筋、箍筋和斜裂缝间混凝土组成的空间桁架模拟：,为防止混凝土受压腹杆被压坏，截面尺寸应满足：,纵筋面积由抗弯计算得到，箍筋面积由抗剪计算配箍筋加上抗扭箍筋获得，其中抗扭箍筋按下式计算,：,受弯、剪、扭作用的钢筋混凝土梁抗扭承载力估算步骤,1、检验截面尺寸：不满足需加大截面尺寸；,2、判断是否按构造配筋：不满足需按计算配箍筋；,3、计算按剪力需要配置的箍筋：,再用式 计算扭矩需要的箍筋，,并检验配箍率：,矩形截面梁抗弯纵向受拉钢筋估算,钢筋混凝土梁抗剪能力估算,截面尺寸由剪压比控制，要求：,估算时，可以近似由截面平均剪应力小于4Mpa确定。,箍筋配筋应由钢筋混凝土教材中公式确定。,4.4、,混凝土受压构件承载能力近似估算,一、轴心受压柱承载能力：,利用上式估算承载能力时：,1、矩形截面长细比应大于4，防止设计短柱；长细比也宜小于30，以免使承载能力下降太多；,2、对于矩形截面，稳定系数可近似按l0/b=10时取1、l0/b=30时取0.5估算，中间按插值计算；,3、受压钢筋面积按常用配筋率近似估计。,二、单向偏心受压构件截面承载能力估算,1、,由于偏压构件有大小偏心构件之分，对于确定配筋截面极限承载能力是由NM相关曲线确定的，近似确定了相关曲线也就可以确定极限承载力。2、NM相关曲线估算由图中a、c、d控制点之间直线近似表示，大小偏心界限点c可以由：近似确定，a点由轴心受压确定，d点由受弯确定；,在图b中，当fy、fcm的各对称配筋截面的偏心受压构件，假设截面一侧配筋率为1,1上的D1D2,，代表截面承载力所能承受内力的一种组合，D3在曲线内侧，内力未到达承载力的极限，而D4在曲线外侧，这组内力下承载力缺乏。,在大偏心受压情况下，截面所承受的弯矩不变，那么轴力越小需纵筋越多；相反在小偏心受压情况，截面所承受的弯矩不变，那么轴力越大，需要的纵筋越多。,思考题：,1、假设截面所承受的轴力不变，弯矩越大，在大偏心及小偏心受压情况所需要的纵筋越多还是越少？,2、螺纹钢外表摩擦力比光面钢筋大，为什么其锚固长度和搭接长度更长？,4.5、钢筋混凝土构件裂缝的概念,图 裂缝的形成和开展机理,钢筋混凝土构件最大裂缝宽度估算,标准中，钢筋混凝土构件最大裂缝宽度wmax按下式计算：,按上式估算构件最大裂缝宽度时：,1、裂缝间受拉钢筋应力不均匀系数取0.80.9;,2、系数cr对轴心受拉及受弯构件分别取2.7和2.1;,3、sk，,减小裂缝宽度的措施,改用较小直径的钢筋。钢筋愈细，钢筋与混凝土之间的粘结作用越明显，lcr减小，w,max,也随之减小。,宜采用变形钢筋。,适当增加钢筋用量或增加构件截面使钢筋应力,sk,减小。,解决裂缝问题的最根本的方法是采用预应力混凝土结构。,钢筋混凝土受弯构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径图,为了简化裂缝宽度计算，可根据受弯构件最大裂缝宽度小于或等于允许裂缝宽度的条件，即：,求出不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径d,max,，见右图；,注意：右图是在混凝土保护层c25mm，配有变形钢筋的受弯构件的情形下作出的。,当构件的实际情况与制d,max,图的条件不同时，应对,sk,进行调整。,4.6、钢筋混凝土构件挠度计算概念,标准规定，钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可根据构件的刚度用结构力学的方法计算。例如承受均布荷载qk的钢筋混凝土简支梁，其跨中挠度为B为构件的抗弯刚度：,通常用Bs表示钢筋混凝土梁在荷载效应的标准组合作用下的截面抗弯刚度，简称短期刚度；而用B表示在荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的截面抗弯刚度，可简称为长期刚度。,钢筋混凝土构件截面抗弯刚度及挠度估算,而钢筋混凝土构件实际弯矩与挠度关系如右图所示，即进入弹塑性阶段后，抗弯刚度EI减小。在初步设计时，抗弯刚度可以按下面方法近似估算：,1、未开裂构件：,2、正常使用荷载下：,3、长期荷载效应下：,按结构力学，结构构件的最大挠度计算式为：,挠度按最小刚度原理估算！,最小刚度原理,图示：刚度原理,(a)简支梁最小刚度；(b)伸臂梁最小刚度,最小截面高度或最大跨高比,右图中的构件配置的钢筋为级钢筋，混凝土强度等级为C15C30，允许挠度值为l,0,/200，结构重要性系数,0,=1，活荷载的准永久值系数,q,=0.4，且承受均布荷载的等截面简支受弯构件。,图 钢筋混凝土受弯构件不需作挠度验算的最大