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混凝土结构设计复习资料

1. 单向板：L2/L1≥3时,作用于板上荷载q主要由短向板承受,长向板带分配的荷载很小,可忽略不计,荷载由短向板带承受的四边支承板称为单向板,由单向板组成的梁板结构称为单向板梁板结构。
2. 双向板: L2/L1＜3时,作用于板上荷载q虽然主要由短向板带承受,但长向板带所分配的荷载虽小却不能忽略不计,荷载由两个方向板带共同承受的四边支承板称为双向板。
3. 塑性铰线：当双向板在荷载作用下，达到承载力极限状态时，在混凝土板面的上部或下部形成许多条裂缝线，将双向板分割成许多板块，裂缝处的受拉钢筋达到屈服强度，在荷载基本不变的情况下，界面能够承受弯矩并发生转动，此混凝土裂缝线即为塑性铰线。 塑性铰发生在杆件结构中，塑性铰线发生在板式结构中。
4. 双向板计算简图
5. 梯段斜梁：斜梁进行内力分析时，由于斜梁的受弯线刚度远大于平台梁的受扭线刚度，故将斜梁简化为斜向简支梁，斜梁内力又可简化为水平方向简支梁进行计算，计算跨度按斜梁斜向跨度的水平投影长度取值。
6. 单层厂房组成：屋盖结构，纵、横向平面排架，围护结构，支撑系统，基础。
7. 屋盖结构：由排架柱顶以上部分各构件（包括屋面板、天窗架、屋架、托架）组成，其作用主要是维护和承重（承受屋盖结构的自重、屋面活载、雪载和其他荷载，并将这些荷载传给排架柱），以及采光和通风。
屋盖结构分无檩和有檩两种体系。 无檩体系由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括天窗架和托架等构件。有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成。
8. 纵、横向平面排架：横向平面排架由横梁（屋架或屋面梁）和横向柱列（包括基础）组成，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载（包括结构自重、屋面活载、雪载和吊车竖向荷载等）及横向水平荷载（包括风载、吊车横向制动力、横向水平地震作用等）主要通过横向平面排架传至基础及地基。
纵向平面排架由连系梁、吊车梁、纵向柱列（包括基础）和柱间支撑等组成，其作用时保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等。
9. 围护结构：包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重及作用在墙面上的风荷载。
10. 荷载传递路径：竖向荷载、横向荷载和纵向水平荷载。横向排架是主要承重结构，屋架、吊车梁、排架柱和基础是主要承重构件。
11. 支撑：分为屋盖支撑和柱间支撑。
屋盖支撑组成及其作用：包括上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑与纵向水平系杆、天窗架支撑等。
（1）上弦横向水平支撑作用：保证屋架上弦杆在平面外的稳定和屋盖纵向水平刚度，并作为山墙抗风柱顶端的水平支座，承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并将其传至厂房的纵向柱列。 布置原则：有檩体系或跨度较大的无檩体系，当屋面板与屋架焊接点的质量不能保证，且抗风柱与屋架上弦连接时。 纵向天窗通到厂房端部第二柱间或通过伸缩缝时，在第一或第二柱间的天窗架范围内设上弦横向水平支撑，并在天窗架范围内沿纵向设置一至三道通长的受压系杆。
（2）下弦横向水平支撑作用：将山墙风荷载及纵向水平荷载传至纵向柱列，同时防止物价下弦的侧向振动。 布置原则：山墙抗风柱与屋架下弦连接时；有吊点设在屋架下弦的纵向运行的悬挂式吊车（或电葫芦）时；厂房内有较大的振动源，如设有硬钩吊车或50kN以上的锻锤时。
（3）纵向水平支撑作用：加强屋盖结构的横向水平刚度。 布置原则：厂房内设有硬钩桥式吊车或50kN级以上锻锤时，可沿中间柱列适当增加纵向水平支撑；纵向水平支撑及横向水平支撑应尽量连接成封闭的水平支撑系统。
（4）垂直支撑和水平系杆作用：垂直支撑用来保证屋架承受荷载后在平面外的稳定并传递纵向水平力，其应与横向水平支撑不知在同一柱间内。水平系杆分为上、下弦水平系杆，上弦系杆可保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定，下弦水平系杆可防止在吊车或其他水平振动时屋架下弦发生侧向颤动。
（5）天窗架支撑作用：保证天窗架上弦的侧向稳定和将天窗端壁上的风荷载传给屋架。
柱间支撑：是纵向平米昂排架中最主要的抗侧力构件，其作用是承受由抗风柱和屋盖横向水平支撑传来的山墙风载，由屋盖结构传来的纵向水平地震作用及由吊车梁传来的吊车纵向水平制动力，并将它们传给基础。另外，柱间支撑还能提高厂房结构的纵向刚度。
布置原则：设有重级工作制的吊车或中、轻级工作制吊车但起重量≥100kN；厂房跨度≥18m，或柱高≥8m 纵向柱的总数每排在7根以下；设有起重量30kN以上的悬挂吊车；露天吊车的柱列。
12. 牛腿受力特点及破坏形式：从加载到破话，牛腿答题经历弹性、裂缝出现与开展和破坏三个阶段。
破坏形式：（1）弯压破坏：当0.75<a/h0 ≤1时，裂缝逐渐发展，裂缝以外的部分绕牛腿和下柱的交点转动，最后压区混凝土被压碎，牛腿破坏。受拉钢筋不足引起。（2）斜压破坏：当0.1<a/h0 ≤0.75 时，发生斜压破坏，分两种情况：裂缝2出现后，出现裂缝3，两裂缝间的斜向段柱被压坏；裂缝2出现后，承压板下突然出现裂缝4而破坏。（3）剪切破坏：当a/h0 ≤0.1时，发生剪切破坏，牛腿中出现一系列短斜裂缝混凝土被剪坏。
排架中柱子牛腿的设计内容.
确定牛腿的截面尺寸 、承载力计算、配筋构造
13. 屋架荷载组合：屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中区较大值；风荷载对屋架一般为吸力，起较小屋架内力的作用，可不考虑。对于屋面活荷载，它们即可以作用于全跨，也有可能作用于半跨；而半跨荷载作用是可能是屋架腹杆内力最大，甚至使内力符号发生改变。设计屋架时应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨恒载+全跨活载；（2）全跨恒载+半跨活载；（3）屋架（包括屋盖支撑）自重重力荷载+半跨屋面板重力荷载+半跨屋面安装活载。
14. 框架结构布置方法：横向承重布置、纵向承重布置、双向承重布置。
15. 结构布置大概尺寸：板的合理跨度为1.7-2.7m；次梁为4-7m；主梁为5-8m。框架梁：hb=（1/8~1/18）l0；bb=（1/2~1/4）hb。 扁梁截面尺寸：hb=（1/18~1/25）l0；bb=（1~3）hb。 框架柱截面尺寸：bc=（1/12~1/18）Hi；hc=（1~2）bc
16. 竖向荷载作用下的内力计算方法：（1）分层法，基本假定：竖向荷载作用下，框架侧移小，忽略不计；每层梁上的荷载对其他各层梁的影响很小，忽略不计。（2）叠代法（3）系数法
17. 水平荷载作用下的内力计算方法：（1）反弯点法，适用范围：梁的线刚度与柱的线刚度之比不小于3；初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用下的弯矩值。（2）D值法 （3）门架法：适用于25层以内、高宽比不大于4的框架结构计算。 基本假定：梁、柱的反弯点位于它们的中点处；柱中点的水平剪力按各柱支承框架梁的长度与框架总宽度之比进行分配。 计算步骤：画出框架的单线条图，碧昂在各层柱的中点处标出该层由水平荷载产生的总剪力求顶层各柱剪力计算顶层各柱弯矩计算顶层梁端弯矩求框架梁剪力求其他各层梁、柱的内力。
18. 内力组合：计算各主要截面可能发生的最不利内力的工作，称为内力组合。
19. 控制截面：梁的控制截面：左端支座截面、跨中截面和右端支座截面。柱控制截面：柱顶截面、柱底截面。
20. 预应力混凝土：根据需要人为的引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消荷载应力的一种加筋混凝土。
21. 先张法与后张法：先张法是制作预应力混凝土构件时，先张拉预应力钢筋后浇灌混凝土的一种方法；后张法是先浇灌混凝土，待混凝土达到规定强度后再张拉预应力钢筋的一种方法。
22. 预应力混凝土不同的分类方式：先张法与后张法；全预应力和部分预应力；有粘结预应力和无粘结预应力。
23. 先张法工序：（1）在台座上用张拉机具张拉预应力钢筋至控制应力，并用夹具临时固定（2）支模并浇灌混凝土（3）养护混凝土至其强度达到设计强度的75%以上时，切断预应力筋。 先张法是通过预应力钢筋与混凝土之间懂得粘结力传递预应力的。
24. 后张法工序：（1）浇灌混凝土制作构件，并预留通道（2）养护混凝土到规定强度值（3）在孔道中穿筋，并在构件上用张拉机具张拉预应力筋至控制应力（4）张拉端用锚具锚住预应力筋，并在孔道内压力灌浆。 后张法构件是依靠其两端的锚具锚住预应力钢筋并传递应力的
25. 锚具要求：安全可靠；使用有效；节约钢材及制作简单。 锚具类型：锚块锚塞型、螺杆螺帽型、墩头型锚具。
26. 预应力混凝土与普通滚凝土相比：优点：（1）提高了构件的抗裂能力（2）增大了构件的刚度（3）充分利用高强度材料（4）扩大了构件的应用范围。 缺点：施工工序多、对施工技术要求高、需要张拉设备锚夹具等，且造价高
27. 预应力损失的类型：（1）张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σ1；（2）预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失σ2；（3）混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起的损失σ3；（4）预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失σ4；（5）混凝土收缩徐变引起的预应力损失σ5；（6）用螺旋式预应力钢筋做配筋的环形构件，由于混凝土的局部挤压引起的损失σ6（一般是发生于后张法制作圆形构件时）。
28. 预应力损失原因（与上对应）：
（1）由于锚具的压缩变形，锚具与垫板之间，垫板与垫板之间、垫板与构件之间的所有缝隙被挤紧或由于钢筋、钢丝、钢绞线在锚具内的滑移，使得被拉紧的预应力钢筋松动缩短引起的预应力损失；
（2）由于孔道的制作偏差。孔道壁粗糙等原因，张拉预应力筋时，钢筋与孔道壁发生接触摩擦，有长度效应和曲率效应；
（3）由于预应力钢筋与台座之间形成温差，使预应力筋内部紧张程度降低，预应力下降；
（4）钢筋受力后，在长度不变的条件下，钢筋应力随时间的增长而降低；
（5）混凝土在空气中结硬时体积收缩，而在预压力作用下，混凝土沿压力方向又发生徐变，两者都导致预应力混凝土构件的长度缩短，预应力钢筋也随之缩短，产生预应力损失；
（6）把钢筋张拉完毕锚固后，由于张紧的预应力筋挤压混凝土，钢筋处构件的直径减小，一圈内钢筋的周长减小，预应力下降。
29. 减少预应力损失措施：（1）尽量少用垫板；（2）采用一端张拉另一端补拉或两端张拉或超张拉；（3）采用两阶段升温养护来减少温差损失：先升温20-25℃，待混凝土的强度达到7.5-10N/mm2后，混凝土与预应力钢筋之间已具有足够的粘结力而构成整体；当再次升温时，二者可以共同变形；（4）采用超张拉；（5）增大构件配筋率，减小预应力钢筋混凝土的预压压力值，提高混凝土的强度等级；（6）增大构件的直径。
30. 先张法具有的预应力损失：σ1，σ3，σ4，σ5.
后张法具有的预应力损失：σ1，σ2，σ4，σ5.当为环形构件时还有σ6.
各阶段的预应力损失：先张法：预压前（第一批）的损失：σ1+σ3+σ4 ；预压后（第二批）的损失：σ5 。后张法：预压前：σ1+σ2；预压后：σ4+σ5（+σ6）。
31.无粘结预应力的优点：
（1) 结构自重轻（2）施工方便，速度快（3）抗腐蚀能力强（4）使用性能良好（5）防火性能满足要求（6）抗震性能良好（7）应用广泛
32 空间作用：排架与排架排架与山墙之间的相互制约作用。
33厂房柱的控制截面：对于上柱，底部截面的弯矩和轴力比其他截面大，故通常取上住的底面作为控制截面；对于下柱，在吊车梁竖向荷载作用下，一般在牛腿面初的弯矩最大，在风荷载和吊车梁水平荷载作用下，柱底截面弯矩最大，通常下注取牛腿面和柱底两个截面做为控制截面。
34排架通常选取可能作为截面最不利荷载的组合：1、+Mamx及相应的N,V2、-Mamx及相应的N,V
3、Nmax及相应的+Mamx或-Mamx，V4、Nmin及相应的-Mamx或+Mamx，V
35根据M-N关系，得出下列四条规则：
1）大偏压，M不变时，N越小，As越大
2）大偏压，N不变时， M越大，As越大
3）小偏压，M不变时，N越大，As越大
4）小偏压，N不变时， M越大，As越大
36 内力组合注意事项
1永久荷载任何情况下都存在。
2吊车垂直荷载有最大轮压分别作用在一跨左、右两个柱子上的情况,但不会同时出现在两个柱子上。
3有吊车水平荷载时，必有垂直荷载。反之不一定。
4吊车水平荷载有两个方向，每次只选一项参加组合。
5风有左来风和右来风两种情况，但不会同时出现。
３７高层建筑结构布置内容及尺寸：
1柱网的布置：经济柱距：3.3~7.2m，梁跨：4.5~7.0m
2梁柱布置：主要承重框架(横向、纵向与双向)
3梁柱截面确定 一般情况框架梁 Ｈ=（1/8～１／１８）Ｌ，Ｂ＝（１／２～１／４）ｈ
矩形截面框架柱的边长:在非抗震设计时不宜小于 250mm，抗震设计时不宜小于300mm;
圆形框架柱的截面直径不宜小于350mm ;
沿房屋的竖向，框架柱截面的变化次数则不宜超过三次;
为避免短柱发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜小于4。
柱子：Ｂｃ＝（１／１２～１／１８）Ｈｉ　　ｈｃ＝（１～２）Ｂｃ
矩形截面，其宽度不宜小于200mm，一般取(1/2—1/3)梁高，且至少比柱宽小50mm。
当梁截面满足以上要求时，一般可以不做挠度验算。
为了统一模板尺寸以便于施工，梁的宽度b或高度h在200mm以上时取50mm为模数。
4楼盖/屋盖方案确定
5梁板体系、板柱、井形、密肋、组合
３８　板的经济跨度：
单向板1.5~3m
双向板4 .0~6 .0m
次梁经济跨度4.0一6.0m
３９　框架结构的特点
直接承重，也抵抗来自任何方向的水平。
灵活多样: 跨度、层高 、抽梁、抽柱(大开间、大空间) 、内收、外挑(外形变化要求)
４０框架结构体系
木结构
钢结构(自重轻、施工快、造价贵、防火)
预制钢柱、钢梁现场拼装
混凝土结构(可模性好、现浇、预制，预应力，造价低、自重大、施工慢)
４１竖向荷载作用下内力分析：
分层法基本假定：
ａ）在竖向荷载作用下，框架侧移小，因而忽略不计。
ｂ）每层梁上的荷载对其他各层的影响很小，可以忽略不计。认为某层框架梁上的荷载只给本层梁及与本层梁相连的框架产生剪力和弯矩
水平作用下计算方法：
反弯点法假定：
1）底层反弯点在距基础顶2/3柱高处
2）其它层柱没有转角位移，即梁的抗弯刚度“无穷大”。因此，反弯点在1/2柱高处
反弯点法适用范围：适用于梁的线刚度与柱的线刚度之比不小于３。常用在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用下的弯矩值。
Ｄ值法　是对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行计算修正后计算框架的一种方法。适用于梁的线刚度与柱的线刚度之比小于３。特别是考虑抗震要求＼有强柱弱梁的框架用Ｄ值法分析更合适。
预应力混凝土特点：
１提高刚度和抗裂度,减少变形。
２减轻结构自重
３提高梁的抗疲劳承载力保护钢筋免受大气腐蚀
４提高梁的抗扭和抗剪承载力，但不提高抗弯承载力。