钢筋混凝土结构设计讲解

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1、教学情境一：钢筋 混凝土结构设计 任 务 1 钢 筋 混 凝 土 受 弯 构 件 计 算 1 建筑结构计算基本原则 本章提要本章讲述了建筑结构承受的各种作用， 包括直接作用和间接作用。主要讲述了建筑结构 荷载规范（GB 500092001）中的各种荷载。讨 论了荷载的分类，荷载代表值，各类荷载标准值的 确定。 本 章 内 容 1.1 荷载的分类代表值 1.2 建筑结构概率极限设计法 在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变 化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒 荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。荷载或恒载。比

2、如结构自重或土压力等。 在结构使用期间，其值随时间变化在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化或其变化 与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活 荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷 载、风荷载、吊车荷载等。载、风荷载、吊车荷载等。 在结构使用期间不一定出现，而一旦出现在结构使用期间不一定出现，而一旦出现, ,其量其量 值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、 撞击力等。撞击力等。 a.a.永久荷载永久荷载 b.b.可变荷载可变荷载 c.c.偶然荷载偶然荷载 按时间变异分

3、类按时间变异分类 1.1.11.1.1、荷载分类及荷载代表值、荷载分类及荷载代表值 1.1.2 荷载代表值 荷载的代表值 结构计算时，需根据不同的设计要求采用不 同的荷载数值。 u对永久荷载应采用标准值(K)作为代表值。 u对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、 频遇值或准永久值作为代表值。 u对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表 值。 1.荷载标准值 荷载标准值:是荷载的基本代表值，指结构在使用 期间可能出现的最大荷载值。GK (1):永久荷载标准值:主要包括构件的自重、构造层 的自重等。常见材料构件的单位自重见荷载规 范: 钢筋混凝土:25KN/m3 水泥砂浆20KN/m3 混

4、合砂浆17KN/m3 普通砖19KN/m3 。 民用建筑楼面活荷载是指作用在楼面上的人 员、家具、设备等荷载。屋面上的活荷载因 “上人”和“不上人”而不同。 楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值 和准永久值系数见表1.1.。 设计墙、柱及基础时应对各层楼面的楼面活荷 载标准值进行折减。楼面活荷载折减系数见表 1.2、表1.3 (2)可变荷载标准值 表1.4屋面均布活荷载 项 次 类别 标准值 (kN/m2) 组合值 系数c 频遇值 系数f 准永久 值系数 q 1不上人的屋面 0.50.70.50 2上人的屋面 2.00.70.50.4 3屋顶花园 3.00.70.60.5 2.可变荷载准永

5、久值可变荷载准永久值 v在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基 准值一半（可以理解为总持续时间不低于25年） 的荷载值，也就是经常作用于结构上的可变荷 载。 v其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久 值系数： qqk QQ 表1.2楼面活荷载折减系数 3.可变荷载组合值可变荷载组合值 v当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载 时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性较 小，因此除主导荷载（产生最大荷载效应的 荷载）仍以其标准值为代表值外， 对其它伴 随荷载，可以将它们的标准值乘以一个小于 或等于1的荷载组合系数作为代表值，称为 可变荷载组合值，即 CCk QQ 4.可变荷载频遇值可变荷载频遇值

6、 v在设计基准期内，其超越的总时间为规 定的较小比率或超越频率为规定频率的 荷载值。它相当于在结构上时而或多次 出现的较大荷载，但总是小于荷载的标 准值。 v其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载 频遇值系数： ffk QQ 1.2 建筑结构概率极限设计法 (1)、 结构的安全等级(一级,二级,三级) (2)、结构设计使用年限 (25年.50年,100年) (3)、结构的功能要求： 在设计基准期（一般50年）内，满足功能要求， 即安全性，适用性，耐久性。 安全性：满足特定的与建筑物功能相适应的承载力 适用性：保证结构在日常使用中具有良好的的工作性能. 耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境适应度

7、 一一. 极限状态 1. 结构的功能要求结构的功能要求 v结构的可靠性:即结构在规定的时间内， 在规定的条件下，完成预定功能的能力。 (结构的安全性、适用性和耐久性) v可靠度：“结构在规定的时间内，在规 定的条件下，完成预定功能的概率。” 故结构可靠度是可靠性的概率度量。 2 结构功能的极限状态 极限状态整个结构或结构的一部分超过某 一 特定状态,或不能满足设计规定的某一 功能要求的特定状态。 A、承载能力极限状态结构或构件达到最 大承载力或产生不适于继续承载的变形。如 倾覆、疲劳破坏、压屈等。 B、正常使用极限状态结构或构件达到正 常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大 变形、开裂、振动等

8、 我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。 承载力极限状态承载力极限状态 v当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为 超过了承载能力极限状态 1）、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平 衡（如阳台、雨篷的倾覆）； 2）、结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括 疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载； 3）、结构转变为机动体系； 4）、结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）； 5）、地基丧失承载能力而破坏（如失稳等） 正常使用极限状态正常使用极限状态 v当结构或结构构件出现下列状态之一时， 应认为超过了正常使用极限状态 1） 影响正常使用

9、或外观的变形； 2） 影响正常使用或耐久性能的局部损坏 （包括裂缝，如水池开裂引起渗漏） 3） 影响正常使用的振动； 4） 影响正常使用的其它特定状态。 作用作用( (或荷载）或荷载） 作用效应作用效应（S） 施加在结构上的集中力或分布力，称为作用施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用 由作用引起的结构或构件的反应由作用引起的结构或构件的反应(内内 力力N、M、V、T） 结构抗力（结构抗力（R R） 结构或结构构件承受效应的能力结构或结构构件承受效应的能力 q M 3结构的功能函数及有关概念 1)

10、、作用效应和结构抗力的概念作用效应和结构抗力的概念 l“功能函数”:结构抗力与荷载效应之差， Z=g(S,R)=R-S l结果分析 vZ=R-S0：处于可靠状态 vZ=R-S25 d C 25 d C 30 1.5d h C、弯起钢筋 弯起段承受剪力和弯矩引起的主拉力，弯起后水平段 承受支座负弯矩 弯起角度： 当梁高不大于800mm时，采用45 当梁高大于800mm时， 采用60 B B、架立钢筋、架立钢筋 作用：固定箍筋，形成钢筋骨架，作用：固定箍筋，形成钢筋骨架， 直径：当跨度小于直径：当跨度小于4m时，时， 不宜小于不宜小于8mm； 当跨度等于当跨度等于46m时，不宜小于时，不宜小于10

11、mm； 当跨度大于当跨度大于6m时，时， 不小于不小于12mm。 弯起钢筋放置: s 第一排 ：实际工程中弯起钢筋的弯终点距支座边缘为50mm 第二排 ：前一排弯起钢筋的弯起点距后一排弯起钢筋弯终点 的距离表3.1.4中的Smax。 表3.1.4 梁中箍筋和弯起钢筋的最大间距 梁高h v0.7ftbho v0.7ftbho 150h300 150 200 300h500 200 300 500800 300 400 f. 箍筋 作用：作用：承受剪力和弯矩引起的主拉力，固定纵向筋承受剪力和弯矩引起的主拉力，固定纵向筋 图3.1.6箍筋的形式和肢数 (a) 箍筋的形式；（b) 箍筋的肢数 箍筋的肢

12、数: 单肢、双肢和四肢 构造钢筋构造钢筋 e.e.纵向构造钢筋纵向构造钢筋（当腹板高当腹板高 450mm450mm） 作用：减小梁腹部裂缝宽度作用：减小梁腹部裂缝宽度 配置：在梁的两个侧面应沿高度配置构造筋，且其间距不 宜大于200mm，直径一般取12、14. （3 3）混凝土保护层厚度（）混凝土保护层厚度（） 钢筋外缘至砼表面的厚度。 环境类 别 板、墙、壳梁柱 C20C25- C45 C50C20C25-C45C50C20C25-C45C50 一201515302525303030 二a -2020-3030-3030 b -2520-3530-3530 三-3025-4035-4035

13、h0 C h C C C as 混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度钢筋直径钢筋直径 且且表表3.1.5规定规定 混凝土保护层最小厚度混凝土保护层最小厚度 现浇板保护层做法 (4) 钢筋的弯钩、锚固与连 接 a)钢筋的弯钩 受拉HPB235光圆钢筋末端做弯钩 HRB335、HRB400、RRB400末端不做弯钩 标准弯钩的构造: b) 钢筋的锚固 y a t f ld f 、纵向受拉钢筋的基本锚固长度 锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数 fy ： 钢筋类型钢筋类型 光面钢光面钢 筋筋 带肋钢带肋钢 筋筋 刻痕钢刻痕钢 丝丝 螺旋肋螺旋肋 钢丝钢丝 三股钢三股钢 绞线绞线 七股钢绞线七股钢绞线 钢

14、筋外形钢筋外形 系数系数 0.160.140.190.130.160.17 表3.1.7 钢筋的最小锚固长度 序序 号号 混凝土强度混凝土强度 等级等级 C15 C20 C25 C30 钢筋直径钢筋直径2525252525252525 1 钢钢 筋筋 直直 径径 HPB235 37d 26d 31d 22d 27d 19d 24d 17d 2 HRB335 - 38d 27d 42d 30d 33d 23d 37d 26d 30d 21d 32d 23d 3 HRB400 RRB400 - 46d 32d 51d/ 36d 40d 28d 44d 31d 36d 25d 39d 27d u 钢

15、筋的实际锚固长度按下列规定进行修正，基 本锚固长度乘以一定修正系数。 （1）对HRB335、HRB400、RRB400级钢筋， 直径大于25mm时乘以系数0.8 （2）对HRB335、HRB400、RRB400级的外包 环 氧树脂 的钢筋乘以系数1.25 （3）施工中受到扰动的钢筋乘以系数1.1 （4）受拉钢筋末端采用机器锚固措施时乘以系数 0.7 、受压钢筋的锚固长度 其锚固长度不应小于受拉钢筋的锚固长度的0.7 倍。 图4.50 纵向受力钢筋的机器锚固措施 u 纵向受力钢筋的连接 连接方法：绑扎搭接、机械连接或焊接。 (1) 绑扎搭接 适用范围： 轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢 筋不

16、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 压钢筋不宜绑扎搭接接头。 受拉搭接长度（但不小于300mm）： Ll=la 同一搭接范围内搭接钢筋同一搭接范围内搭接钢筋 面积百分率面积百分率 25%50%100% 1.21.41.6 同一连接区段内的钢筋搭接接头百分率，对于 梁类和墙类内构件不宜大于25%，柱类不应大 于50%。 受压钢筋搭接长度不应少于0.7Ll，且不小于 200mm 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按表3.1.8采用 图3.1.15钢筋搭接接头的间距 规范规定规范规定:两搭接接头的中心距应不小于两搭接接头的中心距应不小于1.3搭接长度搭接长度 （见图

17、（见图3.1.15），否则，则认为两搭接接头属于），否则，则认为两搭接接头属于 同一搭接范围同一搭接范围 连接区段 机械连接 技术: 锥螺连接、挤压连接等 连接区段: 35d 受拉钢筋搭接接头百分率: 50%; 受压钢筋不受限制 连接区段: 35d且500mm 受拉钢筋搭接接头百分率: 50%; 受压钢筋不受限制 机械连接 截面破坏形式截面破坏形式:通常有正截面破坏和斜截面破坏 M 3.2 正截面承载力计算正截面承载力计算 正截面破坏: 沿弯矩最大的截面破坏。 斜截面破坏: 沿剪力最大的截面破坏。 3.2.1 3.2.1 单筋矩形截面单筋矩形截面 0 bh As 配筋率配筋率： 1 1、单筋截

18、面单筋截面受弯构件正截面受弯构件正截面破坏特征破坏特征 h0 对于梁： h0=h-35mm(一排钢筋) h0h-60mm (二排钢筋） 对于板： h0h-20mm 有效高度 h0 注意： 当砼C20时, 有效高度h0相应再减5mm。 as h AS： 钢筋面积 2 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计 算 单筋矩形截面： 只在截面的受拉区配有纵向 受力钢筋的矩形截面，称为单筋矩形截面。见 图所示。 钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力计算， 应 以适筋梁第a阶段为依据。 图单筋矩形截面 1 )基本假定基本假定 基本假定基本假定: a. 平截面假定；梁弯曲变形后正截面应变仍保持平面 b. 不考虑混凝土

19、抗拉强度； c. 压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图。 两应力图形面积相等且合理C作用点不变。等效原则等效原则: 之之间间内内插插。的的取取值值：，94. 0,74. 0,80; 1, 8 . 0,50 111111 CC (1)计算原则计算原则 图3.2.1受弯构件正截面应力图 (a) 横截面；(b) 实际应力图;(c) 等效应力图；(d) 计算截面 相对受压区高度: =x/ h0 相对界限受压区高度: b=xb/ h0 b 表明构件破坏为超筋破坏 b 表明构件破坏不是超筋破坏 3) 适筋梁与超筋梁的界限-界限相对 受压区高度b 钢筋级别钢筋级别 b C50C55C60C65C70C7

20、5C80 HPB235 0.614 HRB335 0.5500.5410.5310.5220.5120.5030.493 HRB400 RRB400 0.5180.5080.4990.4900.4810.4720.463 表3.2.2:相对界限受压区高度: b C=fcbx Ts=sAs M fc x=xn sy Af 0 hx bb bcbx fC 1 c f 1 4）适筋梁与少筋梁的界限-截面最小配筋率 =AS/(bh0) min=man（0.45ft/fy， 0.2%） bhAs min min 表明构件破坏不是少筋破坏 (2). 基本公式的适用条件 基本计算公式基本计算公式 0 X s

21、yc Afbxf 1 2 01 x hbxfMM cu 2 0 x hAfMM syu s ahh 0 其中，其中， 弯矩设计值 混凝土轴心抗压强 度设计值，按2.2.2采用 钢筋抗拉强度设计 值，按2.1.1采用 混凝土受压区高度x f f M y c ( 0 )0M ( 0 )0M 图3.2.4单筋矩形截面受弯构件计 算图形 计算有两种情况一:截面设计 二:截面验算 1.截面设计 已知:弯矩设计值M,材料强度等级，确定梁的截面尺寸b、h， 计算: 受拉钢筋截面面积As。 设计步聚如下: (3).计算方法计算方法,步聚步聚 第一步：确定截面有效高度 h0 =h-s h0=h-35mm(一排钢

22、筋) h0h-60mm (二排钢筋） h0h-20mm 对于梁 对于板 当砼C20时, 有效高度h0相应再减5mm。 第二步：计算混凝土受压区高度x x，并判断是否属超 筋梁 若x xb bh h0 0，则不属超筋梁。否则为超筋梁，应加 大截面尺寸，或提高混凝土强度等级，或改用双筋 截面。 第三步：计算钢筋截面面积A As s，并判断是否属少筋梁 若A As smin min bh bh，则不属少筋梁。否则为少筋梁， 应 A As s= =min minbh bh 。 bf M hhx c1 2 00 2 yc fbxfA/ 1s 第四步：选配钢筋，绘出截面配筋图 例题讲解： 【例3.2.1】

23、已知钢筋混凝土矩形截面简支梁,弯矩设 计值M=80kNm,截面尺寸bh为200mm450mm； 采用C25级混凝土, HRB400级钢筋。求跨中截面纵 向受拉钢筋的数量. 【解】;查表得 fc=11.9 N/mm2， ft=1.27 N/mm2， fy =360 N/mm2， 1=1.0，b=0.518 1. 确定截面有效高度h0 假设纵向受力钢筋为单层，则h 0 =h-35=450- 35=415mm 2. 计算x，并判断是否为超筋梁 = =91.0 =0.518415=215.0mm 不属超筋梁。 bf M hhx c1 2 00 2 2009 .110 . 1 10802 415415

24、6 2 0bh 3. 计算As ，并判断是否为少筋梁 =1.011.920091.0/360=601.6mm2 0.45ft/fy =0.451.27/360=0.16%0.2%，取 min=0.2% A s ， m i n = 0 . 2 % 2 0 0 4 5 0 = 1 8 0 m m 2 As=601.6mm2 不属少筋梁。 4. 选配钢筋 选配4 14（As=615mm2），如图3.2.4所示。 y1s fbxfA c 图3.2.4 例3.2.1附图 【例3.2.23.2.2】某教学楼钢筋混凝土矩形截面简支梁，安全等级为二级，截面尺 寸b bh h=250=250550mm550mm

25、，承受恒载标准值10kN/m10kN/m（不包括梁的自重），活荷载 标准值12kN/m12kN/m，计算跨度=6m=6m，采用C20C20级混凝土，HRB335HRB335级钢筋。试确定 纵向受力钢筋的数量。 【解】查表得fc=9.6N/mm2，ft =1.10N/mm2， fy =300N/mm2，b=0.550，1=1.0，结构重要 性系数0=1.0，可变荷载组合值系数c=0.7 . 计算弯矩设计值M 钢筋混凝土重度为25kN/m3 ，故作用在梁上的 恒荷载标准值为： gk=10+0.250.5525=13.438kN/m 简支梁在恒荷载标准值作用下的跨中弯矩为 Mgk=gk l02/8=

26、13.43862/8=60.471kN. m 简支梁在活荷载标准值作用下的跨中弯矩为： Mqk=qk l02/8=1262/8=54kNm 由恒载效应控制的跨中弯矩为： M=0 （GMgk+QcMq k） =1.0（1.3560.471+1.40.754） =134.556kNm 由活载效应控制的跨中弯矩为： M=0(GMgk+QMq k)=1.0(1.260.471+1.454） =148.165kNm 取较大值得跨中弯矩设计值M=148.165kNm。 2）复核己知截面的承载力 己知：构件截面尺寸b、h，钢筋截面面积A s， 混凝土强度等级，钢筋级别，弯矩设计值 M 求：复核截面是否安全

27、计算步骤： 确定截面有效高度h0 判断梁的类型 若 ，且 为适筋 梁； 若x ，为超筋梁； 若Asmin bh，为少筋梁。 计算截面受弯承载力Mu 适筋梁 超筋梁 bf fA x c1 ys bhAs min 0bh x 0b h 2 0ysu xhfAM )5 . 01 ( bb 2 0c1maxu, bhfM 对少筋梁，应将其受弯承载力降低使用（已建成工程）或修改设计。 判断截面是否安全 若MMu，则截面安全。 【例3.2.4】某钢筋混凝土矩形截面梁截面尺寸 0000，混凝土强度等级为C2，纵向受拉钢 筋18, HRB400,弯矩设计值M=105kNm， 验算此梁是否安全。 【解】：确定计

28、算数据：fc=11.9N/mm2, fy=360N/mm2, ft=1.27N/mm2, As=763mm2, b=0.5180, 1=1.0, 计算h0 h0=(50-35)mm=465mm 求x, 判断梁的类型 x=fyAs/(1fcb)=763360/(1.011.9200) =115.4mm bh0=0.5180465mm=240.9mm 属于不超筋 min=0.45ft/fy=0.451.27/360=0.1 6%0.2% 取较大者,min=0.2% vAs,min=0.2%200500=200mm2 hh f f hb 12 f hb 6 f hb 5 按翼缘高度 f h 考虑 当

29、 05.0 0 hh f f hb 12 b f hb 5 T型截面的分类 两类T形截面的判别：当x=hf时，为两类T形截面的界限情况。 ：x=hf 计算T形截面梁时，按受压区高度的不同， 可分为下述两种类型 界限状态： 第一类T形截面：中和轴在翼缘内，即xhf； 第二类T形截面：中和轴在梁肋部, 即xhf。 v f hx 判断条件：当符合下列条件时，为第一类 形截面，否则为第二类形截面： 。 或 式中 x 混凝土受压区高度； T形截面受压翼缘的高度。 ffc1sy hbfAf )2/( f0ffc1 hhhbfM f h 3 第一类T形截面的设计计算步 骤 第一步：确定翼缘计算宽度bf 表3

30、.2.5 第二步： 判别T形截面类型 为第 一类T形 第三步：计算X 第四步：计算As, 并判断是否属少筋梁 min bh 选配钢筋 2 0 1 2 o cf M xhh a f b 1 / Sf Aa fcb xfy )2/( f0ffc1 hhhbfM 计算步骤如图3.2.113.2.11。 【例3.2.5】某现浇肋形楼盖次梁，截面尺寸如图 3.2.12所示，梁的计算跨度4.8m ，跨中弯矩设计 值为95kNm，采用C25级混凝土和HRB400级钢 筋。试确定纵向钢筋截面面积。 【解】查表：得 fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2， fy=360N/mm2，1=1.0，b=0

31、.518 假定纵向钢筋排一层，则h0 = h-35 =400 -35 = 365mm， 1. 确定翼缘计算宽度 根据表3.2.5有： 按 梁 的 计 算 跨 度 考 虑 ： b f =l / 3=4800/3=1600mm 按梁净距sn 考虑：bf=b+sn =3000mm 按翼缘厚度hf考虑：hf/h0 =80/365=0.2190.1， 故不受此项限制。 取较小值得翼缘计算宽度=1600mm。 2. 判别T形截面的类型 =11.9160080 （365-80/2） =495.04106Nmm M=95kNm 属于第一类形截面。 3. 计算x 6 22 00 1c 229510 365365

34、 ，1=1.0，b=0.518 假设纵向钢筋排两排，则h0 =800-60=740mm 1. 1. 确定b bf f 按计算跨度l l0 0 考虑： b bf f = = l l0 0/3=7000/3=2333.33mm/3=7000/3=2333.33mm 按翼缘高度考虑：h hf f/h h0 0=100/740=0.1350.1=100/740=0.1350.1，则 b bf f=b b+12+12h hf f=300+12=300+12100=1500mm100=1500mm 上述两项均大于实际翼缘宽度600mm600mm，故取b bf f =600mm =600mm 2. 2. 判

35、别T T形截面的类型 =1.0=1.011.911.9600 600 100100（740-100/2740-100/2） = 492.66= 492.66106 Nmm106 NmmM M = = 695kNm695kNm 该梁为第二类T T形截面。 )2/( f0ffc1 hhhbf 3. 计算x 4. 计算As 1cff0f 2 00 1c 6 2 0 2/ 2 2 695 101.0 11.9600300100740100/ 2 740740 1.0 11.9300 195.720.518740382.32 b Mfbb hhh xhh f b mmhmmmm 1c1cff 2 / (

36、1.011.9300195.72 / 3601.011.9 600-300100/360=2932.6mm syy Af bxffbb hf 选配6 HRB 25（As =2945mm2），钢筋布置如图3.2.13。 教学情境一：钢筋 混凝土结构设计 任务2 钢筋混凝土纵向 受力构件计算 钢筋混凝土受力构件的分类钢筋混凝土受力构件的分类 4.1 4.1 受压构件构造要求受压构件构造要求 一、材料强度一、材料强度 混凝土：宜采用较高强度等级的混凝土，一般采用C25 C25 及 以 上等级的混凝土。高层建筑采用混凝土C40C40以上。 钢筋：不宜选用高强度钢筋，一般采用HRB400HRB400和H

37、RB335HRB335。 二、二、 截面形式及尺寸要求截面形式及尺寸要求 1.1.截面形状：正方形、矩形、圆形、环形。 2.2.截面尺寸：截面尺寸一般应符合 2525及 3030（其中 为柱的计算长度，h h和b b分别为截面的高度 0 /lh0 /lb 0 l 和宽度）。 对于方形和矩形截面，其尺寸不宜小于250250250mm250mm。为 了便于模板尺寸模数化，柱截面边长在800mm800mm以下者，宜取 50mm 50mm 的倍数；在800mm800mm以上者，取为100mm100mm的倍数 三、配筋构造三、配筋构造 （1 1）纵向受力钢筋 1 1）设置纵向受力钢筋的目的：协助混凝土承

38、受压力；承受 可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力；防 止构件突然的脆性破坏。 2 2）布置方式 轴心受压柱的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置； 偏心受压柱的纵向受力钢筋放置在弯矩作用方向的两对边； 圆柱中纵向受力钢筋宜沿周边均匀布置。 3 3）构造要求： 纵向受力钢筋直径d d 不宜小于12mm12mm，通常采用 1212 32mm32mm。一般宜采用根数较少，直径较粗的钢筋，以保证骨架 的刚度。方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于根， 圆柱中纵向受力钢筋不宜少于8 8根且不应少于6 6根。 纵向受力钢筋的净距不应小于50mm，偏心受压柱中垂 直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受

39、力钢筋及轴心受压柱中各 边的纵向受力钢筋的中距不宜大于300mm（图4.1.1）。 受压构件纵向钢筋的最小配筋率应符合表3.2.33.2.3的规定。 全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5 5。受压钢筋的配筋率一般 不超过3 3，通常在0.5 0.5 2 2之间。 4 4）配筋方式：对称配筋、非对称配筋 对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边对称布置相同 的纵向受力钢筋。 非对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边布置不同的纵 向受力钢筋。 （2 2）箍筋 1 1）作用：；A A：保证纵向钢筋的位置正确； B B：防止纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。 2 2）构造要求 受压构件中的周边箍筋应做成封闭式。

40、 箍筋直径不应小于d/4d/4（d d为纵向钢筋的最大直径），且 不应小于6mm6mm。 箍筋间距不应大于400mm400mm及构件截面的短边尺寸，且不 应大于15d15d（d d为纵向受力钢筋的最小直径）。 在纵筋搭接长度范围内： 箍筋的直径: : 不宜小于搭接钢筋直径的0.250.25倍。 箍筋间距: : 当搭接钢筋为受拉时，不应大于5d5d（为受力钢筋 中最小直径），且不应大于100mm100mm； 当搭接钢筋为受压时箍筋间距: : 不应大于10d10d，且不应大于 200 mm200 mm； 当搭接受压钢筋直径大于25mm25mm时: : 应在搭接接头两个端面外 100mm100mm范

41、围内设置2 2根箍筋。 轴心受压柱：当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵 向受力钢筋多于 3 3根时，或当柱截面短边尺寸不大于 400mm,400mm,但各边纵向钢筋多于4 4根时，应设置复合箍筋，以 防止中间钢筋被压屈。复合箍筋的直径、间距与前述箍 筋相同。 偏心受压；当 h600mm 时在柱侧面设置直径为10 16 的构造钢筋，并设置相应的复合箍筋与拉筋。 对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋 箍筋（图4.1.34.1.3）。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向 外。 机械连接 4.2.1 4.2.1 轴心受压构件的破坏特征轴心受压构件的破坏特征 按照长细比 l 的大小，轴心受

42、压柱可分为短柱 和长柱两类。对方形和矩形柱，当 l 8 时属于短 柱，否则为长柱。其中l为柱的计算长度，为矩形截 面的短边尺寸。 1轴心受压短柱的破坏特征 4.2 4.2 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 （1）当轴向力较小时，构件的压缩变形主要为弹性变 形，轴向力在截面内产生的压应力由混凝土合钢筋共同 承担。 （2）随着荷载的增大，构件变形迅速增大，此时混凝 土塑性变形增加，弹性模量降低，应力增加缓慢，而钢 筋应力的增加则越来越快。在临近破坏时，柱子表面出 现纵向裂缝，混凝土保护层开始剥落，最后，箍筋之间 的纵向钢筋压屈而向外凸出，混凝土被压碎崩裂而破坏。 破坏时混凝土的应力达到

43、棱柱体抗压强度。 当短柱破坏时，混凝土 达到极限压应变 =0.002，相应 的纵向钢筋应力值 =Es=21050.002=400N/mm2。 因此，当纵筋为高强度钢筋时， 构件破坏时纵筋可能达不到屈 服强度。显然，在受压构件内 配置高强度的钢筋不能充分发 挥其作用，这是不经济 的。 （1）初始偏心距导致附加弯矩，附 加弯矩产生的水平挠度又加大了初始 偏心距；较大的初始偏心距将导致承 截能力的降低。破坏时首先在凹边出 现纵向裂缝，接着混凝土被压碎，纵 向钢筋被压弯向外凸出，侧向挠度急 速发展，最终柱子失去平衡并将凸边 混凝土拉裂而破坏。 （2）长细比较大时，可能发生“失 稳破坏”。 由上述试验可

44、知，在同等条件下，即截面相同，配筋相 同，材料相同的条件下，长柱承载力低于短柱承载力。在确 定轴心受压构件承截力计算公式时，规范采用构件的稳定系 数 来表示长柱承截力降低的程度。长细比l0/b越大， 值越 小，当l0/b 8 8时， = = 1 1。 稳定系数 可按下式计算： （4.2.14.2.1） 式中 柱的计算长度; ; 矩形截面的短边尺寸，圆形截面可取 2 0 1 1 0.002( /8)lb 0 l b 2 3d b （ 为截面直径），对任意截面可取 （ 为截 面最小回转半径）。 构件的计算长度l0与构件两端支承情况有关，对于一般 的多层房屋的框架柱，梁柱为刚接的框架各层柱段。现 浇

46、纵向钢筋配筋率大于3%时， A 应改为Ac=AAs/； fy纵向钢筋的抗压强度设计值，按附表2.1.1采用； As全部纵向钢筋的截面面积。 式中系数0.9，是考虑到初始偏心的影响，以及主要 承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性，引入的承载力折减 系数； 2 2计算方法 （1 1）截面设计 已知：构件截面尺寸b bh h，轴向力设计值，构件 的计算长度，材料强度等级。 求：纵向钢筋截面面积 计算步骤如图4.2.54.2.5。 教学情境一：钢筋 混凝土结构设计 任 务 3 钢 筋 混 凝 土 楼 盖 设 计 现浇钢筋混凝土 整体式肋形楼盖 由板、次梁、主梁组成。是常见的梁板结构 板： a. 单向板：长

47、短比值大于等于3,在荷载作用下， 只在一个方向弯曲 或者主要在一个方向弯曲 的板。 。也叫梁式板。 b. 双向板：。长短比值小于等于2,在荷载作用 下，在两个方向弯曲， 且不能忽略任一方向 弯曲的板。 。也叫四边支撑板。 3 12 ll 2 12 ll 21 23l l1000mm时，或孔洞周边 有较大集中荷载时，应在洞边设肋梁。 （2）次梁 1）次梁的计算特点 1. 次梁的计算步骤 选择截面尺寸荷载计算按塑性方法 计算内力按正截面承载力条件计算纵筋按斜 截面承载力条件计算箍筋及弯起钢筋确定构造 钢筋。 2. 截面尺寸：满足此高跨比 （1/181/12）、宽高比（1/31/2）的要求 可不必验

48、算挠度和裂缝宽度。 3. 次梁的荷载包括次梁的自重及由板传来 的荷载，计算由板传来的荷载时，假定次梁 两侧板跨上的荷载各有1/2传给次梁。 4. 由于次梁与板整体浇筑，正截面计算时， 对跨中按T形截面计算，对支座按矩形截面 计算。 返回 2）次梁的构造要求 v1.主梁的计算特点 v（1）主梁一般按弹性理论计算，计算步骤同 次梁。 v（2） 主梁除承受次梁传来的集中荷载外， 还承受主梁的自重等荷载，一般为简化计算， 可把主梁自重等荷载折算成集中荷载作用于 次梁所对应的位置处。 v（3） 配筋计算时，主梁跨中截面也按T形截 面，而支座截面仍为矩形截面。 3 主梁的计算特点与构造要求主梁的计算特点与

49、构造要求 v（4） 在支座处，主、次梁的负弯矩钢筋相互交 叉，如图7.1.23所示，因此计算主梁支座截面负 弯矩钢筋时，主梁截面的有效高度近似按下式 计算： v 当负弯矩钢筋为一排布置时： v h0=h-(5060)mm v 当负弯矩钢筋为两排布置时： v h0=h-(7080)mm 图7.1.23. 主梁支座截面纵筋位置 v2.主梁的构造要求 v（1） 主梁的截面。主梁的截面尺寸：满足此高跨 比（1/141/8）和高宽比 （ 1/31/2） v（2） 伸入墙内的长度一般不应小于370mm v（3） 主梁纵向受力钢筋的弯起点和截断点应按 照弯矩包络图和材料抵抗弯矩图来确定。 v（4） 附加横向

50、钢筋。附加横向钢筋的布置如图 7.1.27。 v（5） 鸭筋。当主梁支座处的箍筋、弯起钢筋仍 不能共同承担全部剪力时，可设鸭筋，见图7.1.25， 鸭筋的两端应固定在受压区内。 图7.1.27. 附加横向钢筋的布置 7.3.1 7.3.1 钢筋砼楼梯的类型钢筋砼楼梯的类型 楼梯是房屋的竖向通道，一般由梯段、平台、组成， 平面布置，梯段踏步尺寸以及栏杆等由建筑设计确定。 按所用材料分为: : 木楼梯、钢楼梯和钢筋砼楼梯。 按施工方法分为: : 现浇整体式楼梯和预制装配式楼梯。 按构件受力不同: : 分为板式楼梯、梁式楼梯、剪刀式 （悬挑式）楼梯和螺旋式楼梯。 7.3 7.3 钢筋混凝土楼梯钢筋混

51、凝土楼梯 1 1. . 板式楼梯 板式楼梯由梯段、横梯梁和平台组成，梯板是一块 斜板，板的两端支承在平台梁上（最下端的梯段可支承 在横梁上，也可单独做基础）。 优点：下表面平整，施工支模方便。 缺点：斜板较厚，当跨度较大时，材料用量较多。 板式楼梯外观美观，多用于住宅、办公楼、教学楼等建 筑，目前跨度较大的公共建筑也多受用。 2.2.梁式楼梯 在楼梯斜板侧面设置斜梁，斜梁两端支承在横梯梁上， 横梯梁支承在梯间墙上或柱上，就构成了梁式楼梯。 特点：梯段较长时比较经济，但支模及施工都比板式楼梯 复杂，外观也显得笨重。 3.3.剪刀式楼梯 如图7.3.1c7.3.1c为剪刀式楼梯，整个楼梯由主体结构

52、的边 梁上挑出，其优点是首层休息平台和踏步下的空间可以较 好的利用，外形美观轻巧。缺点是受力复杂。 如下图为螺旋式楼梯，楼梯支模复杂，施工比较困 难，材料用量较多，造价高。多在美观要求较高的公 共建筑中采用。 7.3.2 7.3.2 现浇楼梯的计算与构造现浇楼梯的计算与构造 1. 现浇板式楼梯的计算与构造 （1）梯段板 螺旋式楼梯 v2 2）构造要求 v 梯段斜板配筋可采用弯起式或分离式。采用 弯起式配筋时，一半钢筋伸入支座，一半靠近支 座处弯起，支座截面负筋的用量一般可取与跨中 截面相同。受力钢筋的弯起点位置见图7.3.37.3.3。在 垂直受力钢筋方向仍应按构造配置分布钢筋 6250625

53、0，并要求每一个踏步下至少放置一根钢筋。 （2） 平台板与平台梁 平台板一般都是一块一端与平台梁整体连接， 另一端支承于砖墙上或钢筋混凝土过梁上的单向 板。当平台板两端都与梁整体连接时，跨中弯矩 按1/10pl02计算，当平台板一端简支时，跨中弯 矩按1/8pl02计算。 v梁式楼梯的计算包括踏步板、斜梁、平台 板、平台梁的计算。 v（1） 踏步板 v一般梁式楼梯的斜梁设置在踏步板的两侧。 因此踏步板可以按两端简支于斜梁上的简支板 计算，其计算单元可取一个踏步。 v板的高度可按折算高度，即h=c/2+/cos取 用，为板厚，一般取=3040mm。 7.3.3 现浇梁式楼梯的计算与构造现浇梁式楼

54、梯的计算与构造 图10.64 踏步板钢筋弯折 图7.63 楼梯结构布置图 v（2） 斜梁 v梯段斜梁通常支承于上、下平台梁上， 底层支承于地垄墙上，一般按简支梁计算。 当平台梁内移（如图10.59)时，斜梁应从 倾斜梯段部分延伸到平台部分，这就形成 了折线形斜梁。 v斜梁上所承受的荷载包括由踏步传来 的恒荷载与活荷载、斜梁自重与粉刷层等 重量。如图10.62。 v 1 1）计算要点 1.1.平台梁支承在两侧楼梯间的横墙上，按简支梁 计算。平台梁承受斜边梁传来的集中荷载，平台板 传来的均布荷载以及平台梁自重，计算简图见 7.3.117.3.11图所示。 2.2.平台梁的计算截面按倒L L形截面计

55、算。 3.3.平台梁横截两侧荷载不同，因此平台梁受有一 定的扭距作用，一般不需计算，但应适当增加配箍 量。平台梁受有斜边梁的集中荷载，所以在平台梁中 位于斜边梁支座两侧处，应设置附加横向箍筋。 图 平台梁计算简图 2）构造要求 平台梁一般构造要求与简支受弯构件相同，平台梁的高度应 保证斜边梁的主筋能放在平台梁的主筋上，即平台梁的底面 应低于斜边梁的底面，或与斜边梁底面齐平。 教学情境一：钢筋 混凝土结构设计 任 务 4 高 层 钢 筋 混 凝 土 房 屋 设 计 结构体系: :结构构件受力与传力的结构组成方式 称为结构体系. . 目前，钢筋混凝土多层及高层房屋常用的结构体 系有框架体系、框架-

56、剪力墙体系、剪力墙体系和筒 体体系等。 8.1.1 8.1.1 框架结构框架结构 1.1.概念: :由梁和柱为主要承重构件组成的承受竖 向和水平作用的结构称为框架结构。 8.1 8.1 常用结构体系常用结构体系 图8.1.2框架结构图 (a) 平面图；(b) -剖面图 2.2.特点 将承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙 只起围护、分隔作用。 框架结构在水平荷载下表现出抗侧移刚度小， 水平位移大的特点，属于柔性结构。 3.3.应用 广泛应用于多层工业厂房及多高层办公楼、医 院、旅馆、教学楼、住宅等。框架结构的适用高 度为6 61515层，非地震区也可建到15152020层。 4.4.异形柱框架

57、的概念 柱截面为L形、T形、Z型或十字形 （图8.1.2）的框架结构称为异形柱框 架。其柱截面厚度与墙厚相同，一般 为180300mm。 异形柱框架的优点: :柱截面宽度等于墙厚，室内墙 面平整，便于布置。 缺点：但其抗震性能较差。 适用范围：一般用于非抗震设计或按6、7度抗震 设计的12层以下的建筑。 8.1.2 8.1.2 剪力墙体系剪力墙体系 1 1. .概念：利用建筑物的墙体作为竖向承 重和抵抗侧力的结构称为剪力墙结构。 剪力墙实质上是固结于基础的钢筋混凝土墙 片，具有很高的抗侧移能力。因其既承担竖向荷 载，又承担水平荷载剪力，故名剪力墙。一般 情况下，剪力墙结构楼盖内不设梁，楼板直接

58、支 承在墙上，墙体既是承重构件，又起围护、分隔 作用。 剪力墙剪力墙 2.2.特点 钢筋混凝土剪力墙结构横墙多，侧向刚度大，整 体性好，对承受水平力有利；无凸出墙面的梁柱，整 齐美观，特别适合居住建筑，并可使用大模板、隧道 模、桌模、滑升模板等先进施工方法，利于缩短工期， 节省人力。但剪力墙体系的房间划分受到较大限制。 3.3.应用 一般用于住宅、旅馆等开间要求较小的建筑，适 用高度为15155050层。 框支剪力墙体系。 当高层剪力墙结构的底部要求有较大空间时，可 将底部一层或几层部份剪力墙设计为框支剪力墙， 形成部份框支剪力墙体系。 部分框支剪力墙结构属竖向不规则结构，上、下层 不同结构的

59、内力和变形通过转换层传递，抗震性能 较差，烈度为9度的地区不应采用。 8.1.3 8.1.3 框架框架- -剪力墙体系剪力墙体系 1.概念:在框架结构中的适当部 位增设一定数量的钢筋混凝土 剪力墙， 形成的框架和剪力墙结合在一 起共同承受竖向和水平力的体 系叫做框架-剪力墙体系简称框 -剪体系。 2.2.特点 框架- -剪力墙体系的侧向刚度比框架结构大，大 部分水平力由剪力墙承担，而竖向荷载主要由框架 承受，因而用于高层房屋比框架结构更为经济合理； 同时由于它只在部份位置上有剪力墙，保持了框架 结构易于分割空间、立面易于变化等优点；此外， 这种体系的抗震性能也较好。 3.3.应用 框- -剪体

60、系广泛应用于多层及高层办公楼、旅 馆等建筑中。适用高度为15152525层，一般不宜超过 3030层。 8.1.4 8.1.4 筒体体系筒体体系 1.概念:由筒体为主组成的承受竖向和水 平作用的结构称为筒体结构体系。 筒体是由若干片剪力墙围合而成的封闭井 筒式结构，其受力与一个固定于基础上的筒 形悬臂构件相似。 根据开孔的多少，筒体有空腹筒和实腹筒之分。 实腹筒一般由电梯井、楼梯间、管道井 等形成，开孔少，因其常位于房屋中部，故 又称核心筒。 空腹筒又称框筒，由布置在房屋四周的 密排立柱和截面高度很大的横梁组成。 梁高一般0.61.22m。筒体体系就是由 核心筒、框筒等基本单元组成的。 2.类

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