结构概念设计-结构的水平体系.ppt

概述概述(Introduction)第第3章章结构的水平体系结构的水平体系TheHorizontalSystemofStructureTheHorizontalSystemofStructure3.1钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析(MechanicalAnalysisofR.C.Beam)3.2结构水平体系的主要类型和特点结构水平体系的主要类型和特点(TheMajorStylesandCharacteristicsofHorizontalStructuralSystem)概述概述(Introduction)6/12/20221结构概念设计-结构的水平体系第第3 3章章 概述概述 ( ( Introduction) 由板、梁、桁架等多种水平构件组成由板、梁、桁架等多种水平构件组成在竖直方向，通过平面外弯、剪承在竖直方向，通过平面外弯、剪承受竖向荷载，把它传给竖向结构体系受竖向荷载，把它传给竖向结构体系结结构构的的水水平平体体系系 在水平方向，通过平面内的弯在水平方向，通过平面内的弯 、剪、剪承受水平荷载，并把它传给抗侧力的竖承受水平荷载，并把它传给抗侧力的竖向结构体系。

向结构体系NVV应应 当当 指指 出出（1 1）水平体系构件的竖向高度）水平体系构件的竖向高度( (例如板厚、例如板厚、梁高）比起它的跨度要小得多梁高）比起它的跨度要小得多2 2）竖向荷载在数值上比水平荷载大得多竖向荷载在数值上比水平荷载大得多 因此，水平体系构件在竖直方向上的弯剪承因此，水平体系构件在竖直方向上的弯剪承载力和变形是控制这些结构构件设计计算的载力和变形是控制这些结构构件设计计算的主要因素主要因素6/12/20222结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析(MechanicalAnalysisofR.C.Beam)3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析(MechanicalAnalysisofR.C.Beam)3.2 3.2 结构水平体系的主要类型和特点结构水平体系的主要类型和特点 (TheMajorStylesandCharacteristicsofHorizontalStructuralSystem)概述概述(Introduction)第第3 3章章 结构的水平体系结构的水平体系TheHorizontalSystemofStructureTheHorizontalSystemofStructure6/12/20223结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析梁梁是是最最常常见见的的水水平平结结构构构构件件，应应用用很很广广，主主要要承承受弯矩和剪力，是最典型的受弯构件。

受弯矩和剪力，是最典型的受弯构件在在混混凝凝土土梁梁的的受受拉拉区区适适当当配配置置钢钢筋筋，由由钢钢筋筋来来承承担担混混凝凝土土中中的的拉拉应应力力，可可大大大大提提高高梁梁的的承承载载能能力力实实际际上上，钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁( (或或结结构构) )是是钢钢筋筋和和混混凝凝土土两两种种不不同同材材料料组组合合而而成成的的组组合合结结构构，两两种种材材料料充充分分发发挥挥各各自自的的特特长长，共共同同工工作作，受受力力合合理理凡凡是是梁梁中中混混凝凝土土抗抗拉拉不不足足的的部部位位，都都可可以用钢筋来加强以用钢筋来加强VM根据力学知识，如果将根据力学知识，如果将钢筋沿梁的主拉应力迹线布钢筋沿梁的主拉应力迹线布置，受力最为合理但通常置，受力最为合理但通常钢筋是一根一根的直筋，这钢筋是一根一根的直筋，这样布置施工上有一定困难样布置施工上有一定困难a)6/12/20224结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁试试验验试验梁试验梁反力架反力架分配梁分配梁6/12/20225结构概念设计-结构的水平体系3.1钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土钢筋混凝土适筋适筋梁正截面破坏梁正截面破坏纵筋首先屈服纵筋首先屈服混混凝凝土土随随后后压压碎碎6/12/20226结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土钢筋混凝土超筋超筋梁正截面破坏梁正截面破坏混凝土受压区被压坏混凝土受压区被压坏侧侧向向受受拉拉破破坏坏向向上上受受拉拉破破坏坏总之，是在垂总之，是在垂直主压应力方向发直主压应力方向发生受拉破坏。

生受拉破坏6/12/20227结构概念设计-结构的水平体系3.1钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁斜截面钢筋混凝土梁斜截面剪压剪压破坏破坏剪剪压压破破坏坏6/12/20228结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁斜截面钢筋混凝土梁斜截面剪压剪压破坏破坏剪剪压压区区斜斜裂裂缝缝6/12/20229结构概念设计-结构的水平体系(b)(c)弯起筋弯起筋架立筋或受压筋架立筋或受压筋 钢箍钢箍纵筋纵筋(d)钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁中中的的钢钢筋筋布布置置如如图图 (b)(b)所所示示，下下部部纵纵筋筋主主要要用用来来承承受受弯弯矩矩引引起起的的拉拉力力，钢钢箍箍和和弯弯起起钢钢筋筋主主要要用用来来承承受受斜斜截截面面上上的的主主拉拉应应力力支支座座附附近近弯弯矩矩小小，纵纵筋筋在在靠靠近近支支座座附附近近不不能能被被充充分分利利用用，所所以以可可弯弯起起来来承承受受斜斜截截面面上上的的拉拉力力钢钢筋筋的的抗抗压压强强度度也也很很高高，埋埋在在混混凝凝土土中中还还不不易易失失稳稳，有有时时也也用用来来帮帮助助受受压压区区混混凝凝土土抗抗压压，以以提提高受压区的承载力。

高受压区的承载力由由于于钢钢筋筋拉拉应应力力较较高高，一一般般情情况况下下钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁是是带带裂裂缝缝工工作作的的，主主要要有有跨跨中中附附近近的的垂垂直直裂裂缝缝和和支支座座附附近近的的斜斜裂裂缝缝随随着着荷荷载载的的增增大大，裂裂缝缝会会不不断断扩扩大大和和延延伸伸钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁开开裂裂以以后后的的工工作作状状态态比比较较复复杂杂，为为加加深深对对钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁开开裂裂后后工工作作状状态态的的理理解解，可可以以运运用用学学得得的的结结构构概概念念，把把它它设设想想为为某某种种我我们已经比较熟悉的结构们已经比较熟悉的结构3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析（1 1） 把把钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁设设想想为为带带有有下下斜斜腹腹杆杆的的一一个个平平行行弦弦桁桁架架，此此时时受受拉拉纵纵筋筋为为下下弦弦，上上部部受受压压混混凝凝土土为为上上弦弦( (上上部部受受压压纵纵筋筋也也可可看看作作是是上上弦弦的的一一部部分分) )，钢钢箍箍为为竖竖向向腹腹杆杆，而而弯弯起起钢钢筋筋则则是是下下斜斜式式受受拉拉腹腹杆杆( (图图c) c) 。

跨跨中中没没有有弯弯起起钢钢筋筋的的梁梁段段，可可以以设设想想由由混混凝凝土土充当受压斜腹杆充当受压斜腹杆2 2） 把把只只有有一一排排弯弯起起筋筋的的钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁看看作作下下沉沉式式桁桁架架( (图图d) d) ，受受力力状状态态基基本本相相同同，只只是是中中间间由由混混凝凝土土充充当当受受压压腹腹杆杆的的梁梁段段长长一些而已一些而已 6/12/202210结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析（3 3） 对对于于没没有有弯弯起起钢钢筋筋的的梁梁，可可以以设设想想为为带带有有上上斜斜腹腹杆杆的的平平行行弦弦桁桁架架，由由梁梁腹腹混混凝凝土充当斜向受压腹杆土充当斜向受压腹杆( (图图e) ) 学学过过钢钢筋筋混混凝凝土土基基本本构构件件的的同同学学一一定定还还记记得得，在在梁梁的的斜斜截截面面计计算算中中有有一一个个截截面面限限制制条条件件，对对于于一一般般截截面面梁梁，其其表表达达式式为为：V = 0.25bh0fc式中：式中： fc c 混凝土的抗压强度设计值；混凝土的抗压强度设计值； b 和和h0 0 分别为截面宽度和有效高度。

分别为截面宽度和有效高度 此此式式反反应应了了梁梁在在主主压压应应力力方方向向的的极极限限承承载载力力在在剪剪力力V作作用用下下梁梁在在主主拉拉应应力力方方向向产产生生拉拉应应力力的的同同时时，在在主主压压应应力力方方向向也也将将产产生生同同样样大大小小的的压压应应力力，过过大大的的斜斜向向压压应应力力有有可可能能使使梁梁在在斜斜压方向压碎压方向压碎对对比比图图e）的的支支座座斜斜腹腹杆杆，假假设设此此斜斜腹腹杆杆的的截截面面高高度为度为h1 1，则有，则有 b h1 fcsin a= V = 0.25 bh0 fc得得 h1=0.25h0/sin a 设设 主主 压压 力力 近近 似似 为为 45， 将将 sin45= 0.707代代 入入 上上 式式 得得 h1 =0.35 h0 也即这也即这斜腹杆斜腹杆的截面高度大约相当于的截面高度大约相当于0.35 h0 e)6/12/202211结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析（4）对对于于裂裂缝缝开开展展得得很很严严重重的的钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁，可可以以认认为为受受拉拉区区混混凝凝土土已已退退出出工工作作，此此时时，可可以以把把它它设设想想为为一一个个带带拉拉杆杆的的拱拱，拱拱拉拉力力由由纵纵筋筋承承担担，拱拱压压力力由由混混凝凝土土承承担担( (图图f) )。

梁梁上上各各截截面面的的弯弯矩矩M由由纵纵筋筋拉拉力力与与相相应应截截面面拱拱压压力力的的水水平平分分量量组组成成的的力力偶偶来来平平衡衡；各各截截面面的的剪剪力力由由相相应应截截面面拱拱压压力力的的竖竖向向分分量量来来平平衡衡越越靠靠近近支支座座，拱拱轴轴越越倾倾斜斜，其其抗抗剪剪力力的的竖向分量也越大竖向分量也越大拱拱”下下梁梁腹腹部部分分混混凝凝土土开开裂裂后后基基本本上上不不起起作作用用，挖挖几几个个洞洞对对承承载载力力也也没没有有明明显显影影响响因因此此，工工程程中中常常在在薄薄腹腹梁梁( (屋屋面面大大梁梁) )跨跨中中腹腹板板处处挖挖去去几几个个圆圆洞洞，这这样样既既可可减减轻轻自自重重，节节省省材材料料，还还可可以以穿穿越越管管线 拉拉杆杆拱拱的的拉拉力力也也可可由由支支座座推推力力来来承承担担，只只要要支支座座能能提提供供足足够够的的推推力力，则则拉拉杆杆可可以以取取消消( (图图g) g) ，拱拱作用不会有任何变化作用不会有任何变化 （f)（g)HHHHVVf6/12/202212结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析北北京京革革命命军军事事博博物物馆馆带带地地下下拉拉杆杆的的钢钢筋筋混混凝凝土土落落地地拱拱6/12/202213结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析敞肩式石拱桥敞肩式石拱桥6/12/202214结构概念设计-结构的水平体系3.1 3.1 钢筋混凝土梁的受力状态分析钢筋混凝土梁的受力状态分析（5 5）在在后后张张预预应应力力混混凝凝土土梁梁中中，有有时时也也采采用用曲曲线线配配筋筋( (图图h ) ) ，此此时时曲曲线线钢钢筋筋受受拉拉，上上部部“弦弦杆杆”混混凝凝土土受受压压，受受力力状状态态与与带带拉拉杆杆的的拱拱正正好好相相反反。

各各截截面面的的剪剪力力由由曲曲线线钢钢筋筋拉拉力力在在截截面面上上的的竖竖向向分分量量来来平平衡衡，上上弦弦只只提提供供压压力力，以以便便与与相相应应截截面面曲曲线线钢钢筋。