钢筋混凝土结构设计 2_钢筋混凝土结构设计
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钢筋混凝土结构设计
一、受弯构件正截面承载力计算
1、了解适筋梁的三个受力阶段，以及配筋率对梁正截面破坏形态的影响。
2、掌握单筋矩形、双筋矩形和T形截面受弯构件正截面设计和复核方法。
3、掌握梁、板的一般构造要求。
【1】 单筋矩形截面受弯构件截面设计计算步骤（表格法）： 【2】单筋矩形截面受弯构件截面复核步骤（表格法）： 【3】双筋矩形截面梁截面设计计算步骤（表格法）： 【4】T形截面梁截面设计计算步骤（表格法）：
小结：
（1）根据配筋率不同，受弯构件正截面破坏形态有三种：适筋破坏、超筋破坏和少筋破坏。其中，超筋破坏和少筋破坏在设计中不允许出现，必须通过限制条件加以避免。
（2）适筋梁的破坏经历了三个阶段，受拉区砼开裂和受拉钢筋屈服是划分三个阶段的界限状态。（3）根据适筋梁第阶段截面的实际应力图形，经过计算假定的简化，并取得等效矩形压力图形代替实际的曲线压力应力图形，就可以得到受弯构件正截面承载力计算的计算应力图形。（4）在单筋矩形截面应力图形中，纵向钢筋承担的拉力为fyAs，受压区砼承担的压力为
（单筋矩形截面），或者α1 fcb′f x（第一类T形截面），或者α1 fcb x +α1 fc(b′f-b)h′f（第二类T形截面）。双筋截面时，受压区再加上纵向钢筋承担的压力f ′yA′s。正截面受弯承载力的基本计算公式，就是根据这个应力图的平衡条件∑N =0和∑M =0列出的。基本公式的适应条件：单筋矩形截面ξ≤ξb和ρ≥ρξ≤ξb和x≥2α′s。
（5）受弯构件的正截面承载力计算分截面设计和截面复核两类问题。
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；双筋截面截面设计时一般有两个未知数x和As，对单筋矩形截面，可通过联立基本公式求解和表格法求解。
对双筋矩形截面，分As未知和As已知两种情况。当As未知时，有三个未知数As，As，x，可取补充条件x=ξbh0按基本公式求解。当As已知时，可分解成单筋矩形截面和受压钢筋与部分受拉钢筋组成的截面，用表格法求解。
对T形截面，计算时先要判别T形截面的类型，对第一类T形截面可按宽度为b′f的单筋矩形截面求解；对第二类T形截面可分解成单筋矩形截面和受压翼缘砼与部分受拉钢筋组成的截面，用表格法求解。
截面复核时一般有两个未知数x和Mu，可用基本公式联立方程求解。梁、板的一般构造要求
1）梁的截面高度可根据高跨比h/l0来估计。（详见《规范》）
2）梁的截面宽度b，对矩形截面取（1/2~1/3）h；对T形截面取（1/2.5~1/4）h。（详见《规范》）3）梁的支承长度应满足纵向受力钢筋的锚固和支座局部抗压承载力要求。4）梁的钢筋（弯起钢筋见《规范》）：①纵筋及搭接，通常用12~25mm，不宜大于28mm，上部纵筋在梁中1/3跨内搭接，（具体配筋应由计算确定）下部纵筋在距支座0.1l0外搭接，搭接长度为ll，搭接区段长度为1.3ll，凡中点在此区段内的搭接接头都属于同一搭接区段，同一搭接区段的钢筋搭接接头面积百分率对于梁、板及墙不宜小于25%，对于柱类构件不宜大于50%，工程有必要放大时，梁不应大于50%，板、墙可以适当放宽。②纵筋锚固，抗震设计时，楼层框架梁上部和下部纵筋伸入边支座内水平段≥0.4laE，弯折段为15d，伸入中间支座或节点≥{laE，0.5hc+5d}max，梁上部的弯矩负筋两排时，不论边支座还是中支座或节点，上排在ln1/
3、下排在ln/4处均截断。屋面框架梁上部纵筋当柱外侧纵筋配筋率小于1.2%时，伸至柱外侧向下弯折至梁底或腋的根部；当柱外侧纵筋配筋率大于1.2%时，伸入柱内长度为1.7laE。下部纵筋伸入边柱内水平段≥0.4laE，弯折段为15d。非抗震设计时，楼层框架梁上部和下部纵筋伸入端支座内水平段≥0.4la，弯折
段为15d（当下部筋在中间支座或节点弯锚时也符合），直锚时伸入端支座和中间支座均≥la，下部纵筋在端支座也可直锚，直锚长度≥la，梁上部的弯矩负筋两排时，不论端支座还是中支座或节点，上排在ln1/
3、下排在ln/4处均截断。屋面框架梁上部纵筋当柱外侧纵筋配筋率大于1.2%时，伸至柱外侧向下弯折至梁底或腋的根部；当梁上部纵筋配筋率大于1.2%时，也伸至柱外侧向下弯折至梁底或腋的根部。③纵向构造筋及扭筋，当梁腹板hw≥450mm时，应设置截面积≥0.1%bh的构造筋，其间距不宜大于200mm，构造筋和扭筋用拉结筋联系，直径与箍筋相同，间距常取箍筋间距的2倍。④梁箍筋抗震设计，当一级抗震时，箍筋最小直径为10mm，箍筋加密区长为{2h，500}max，间距为{箍筋直径6倍，h/4，100}min；当二至四级抗震时，箍筋最小直径为8mm，箍筋加密区长为{1.5h，500}max，间距二级抗震为{箍筋直径8倍，h/4，100} min（三、四级抗震间距可适当加大d）；⑤吊筋、拉结筋及附加箍筋（应注意吊筋直径具体见设计说明，构造见101图集；当b＜350mm时，拉结筋直径为6mm，当b＞350mm时，其直径为8mm，间距为2倍箍筋间距且上下相互错开；附加箍筋间距为8d，附加箍筋区梁箍筋正常照设）⑥不伸入支座的梁下部纵筋的截断点在距端支座、中间支座或节点0.1l0处截断。
5）板的截面、厚度及板的钢筋按设计计算和《规范》10.1节有关规定确定。
二、受弯构件斜截面承载力计算
1、了解影响斜截面受剪承载力的主要因素和斜截面受剪破坏的三种主要形态。
2、熟练掌握斜截面受剪承载力破坏的计算方法。
3、掌握抵抗弯矩图的画法以及纵向受力钢筋弯起和截断的构造要求。
4、掌握钢筋锚固、连接和箍筋、弯筋的构造要求。
【1】斜截面受剪承载力计算截面设计计算步骤（表格法）：
（注：
1、集中荷载作用情况包括多种作用荷载，其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力占总剪力值的75﹪以上的独立梁；
2、当λ3时，取λ=3。）
小结：
（1）根据剪跨比和箍筋用量不同，斜截面受剪的破坏形态有三种：斜压破坏、斜拉破坏和剪压破坏。其中，斜压和斜拉破坏在工程中不允许出现，应通过限制截面尺寸和控制箍筋的最小配筋率来防止这两种破坏，而对剪压破坏是通过计算来防止。
（2）斜截面受剪承载力计算公式是以剪压破坏为依据建立的。其受剪承载力有三部分组成：Vu=Vc+Vsv+Vsb，对于一般情况，Vc=0.7ft bh0，Vsv=1.25fyvAsv h0/s，Vsb=0.8fyAsbsinαs；对集中荷载作用的独立梁（包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座截面或节边缘产生的剪力值大于总剪力的75﹪的情况），只要将一般情况中Vc的系数0.7换成1.75/（λ+1），将Vsv的系数1.25换成1，其余不变就可以了。
（3）斜截面承载力计算包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力两个方面，斜截面受剪承载力是经过计算在梁中配置足够的腹筋来保证的，而斜截面受剪承载力则是通过构造措施来保证的，这些构造措施有纵向钢筋的弯起和截断等。
（4）抵抗弯矩图是实际配置的钢筋在梁各正截面所承受的弯矩图，通过抵抗弯矩图可以确定钢筋弯起和截断的位置。抵抗弯矩图必须包住设计弯矩图，两者越贴近，钢筋利用越充分。同一根梁、同一个设计弯矩图，可以有不同的纵筋布置方案、不同的抵抗弯矩图。
三、受压构件承载力计算
1、了解配有普通箍筋和配有螺旋式箍筋轴心受柱的破坏特征，掌握轴心受压构件的设计方法。
2、深入理解偏心受压构件正截面的两种破坏形式（ξ≤ξb，大偏心受压；ξ>ξb，小偏心受压）及各自的破坏特征，并能熟练掌握其判别方法。
3、熟练掌握对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力的计算方法，了解对称配筋工字型截面偏心受压构件正截面承载力计算方法，了解偏心受压构件斜截面受剪承载力计算方法。
4、掌握受压构件的一般构造要求。
【1】轴心受压构件承载力计算公式：
【2】配有螺旋式间接钢筋的轴心受压柱计算公式：
【3】对称配筋矩形截面偏心受压构件截面设计计算步骤（表格法）： 【4】工字型截面偏心受压构件正截面承载力计算公式： 【5】偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式：（注：e=ηei+h/2-αs；e′=ηei-h/2+αs）
小结：
（1）配有普通箍筋的轴心受压构件承载力由砼和纵向受力钢筋两部分抗压承载力组成，同时对长细比较大的柱子还要考虑纵向弯曲的影响，其计算公式为N≤0.9φ（fcAcor+f′cAs）。
配有螺旋式和焊接环式间接钢筋的轴心受压构件承载力，除了应考虑砼和纵向钢筋影响外，还应考虑间接钢筋对承载力提高的影响。其计算公式为N≤0.9（fcAcor+fyAs+2αfyAo）。
（2）偏心受压构件按其破坏特征不同，分大偏心受压和小偏心受压。大偏心受压破坏时，受拉钢筋先达到屈服强度，最后另一侧受压砼被压碎，并且受压钢筋也达到受压屈服强度。小偏心受压破坏时，距轴力近测砼先被压碎，受压钢筋也达到受压屈服强度，而距轴力远侧的钢筋无论受拉还是受压均未达到屈服强度。此外，对非对称配筋的小偏心受压构件，还可能发生距轴力远侧砼先被压坏而反向破坏。
（3）大偏心受压构件，应该用相对受压高度ξ（或受压区高度x）判别，当ξ≤ξb（或x≤ξb h0）时，为大偏心受压；当ξ≥ξb（或x≥ξbh0）时，为小偏心受压。
（4）计算偏心受压构件时，无论哪种情况，都必须先计算ηei。其中初始偏心距ei=e0+ea，e0=M/N，ea取{20mm，h/30}max，对于偏心距增大系数η，当l0/h≤5时，取η=1；当l0/h>5时，η用（7.10）计算。
（5）对小偏心受压构件，无论截面设计还是截面复核都必须由轴心受压构件验算垂直于力矩作用平面的受压承载力，其稳定系数φ应取矩形截面短边尺寸b计算。
（6）偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式是在受弯构件受剪受剪承载力计算公式的基础上加上一项影响得到的，这项影响是由于轴向压力存在对构件受剪承载力产生的有利影响。
柱的一般构造要求
（1）一般柱截面用正方形和圆形，截面尺寸不宜小于250mm×250mm，当长边超过600~800mm时，为节省砼和减轻自重常用工字形截面。为避免长细比过大，常取l0/h≥25和l0/b≥30，偏心受压柱h/b控制在1.5~3之间，工字形截面柱翼缘厚度h′f不宜小于120mm，腹板厚度b不宜小于100mm。
（2）柱（QZ、LZ锚固见101图集）的钢筋：①纵向受力钢筋及其搭接
纵筋直径常用12~32mm，根数不宜少于4根，圆形柱不宜少于6根，（具体配筋应由计算确定）当h≥600mm时，侧面应设直径10~16mm的纵向构造筋，及相应的复合箍筋和拉结筋，柱内纵筋的净距不应小于50mm，全部纵筋的配筋率不宜大于5%且不小于《规范》要求，一般在0.6%~2%之间。不论哪种连接，其接头位置应错开，同一截面内钢筋接头面积百分率不应大于50%，101图集规定抗震设计时搭接位置在离柱根部l0/3外，当中间节点时搭接位置在上下{ l0/6，h，500}max外，钢筋直径d＞28mm以及偏心受压时，纵筋不宜绑扎搭接。②纵筋锚固
抗震设计时在柱顶，当柱外侧纵筋配筋率大于1.2%时，65%的柱外侧纵筋弯锚与梁上部纵筋搭接，其他纵筋伸至柱内侧下弯8d，柱内侧纵筋伸至柱顶弯折12d，满足要求时亦可直锚；当梁上部纵筋配筋率大于1.2%时，柱外侧纵筋弯锚12d，内部纵筋同上。非抗震时同上。③箍筋（101图集41页有抗震箍筋加密区长度选用表）
柱上下两端加密一级抗震时，箍筋间距为{6d，100}min，最小直径为10mm，二级抗震时，箍筋间距为{8d，100}min，最小直径为8mm，三级抗震时，箍筋间距为{8d，150（柱根100）}min，最小直径为8mm，四级抗震时，箍筋间距为{8d，150（柱根100）}min，最小直径为6mm（柱根8mm），底层柱根部的加密区长度取≥l0/3。
四、受扭构件承载力计算
1、了解受扭构件在实际工程中的应用，了解平衡扭矩与协调扭转的区别。
2、掌握受扭构件承载力计算方法和受扭构件的构造要求。
【1】矩形截面钢筋混凝土纯扭构件承载力计算（工程中采用受扭箍筋和受扭纵筋共同承担扭矩的作用）【2】 弯剪扭构件承载力计算（计算公式见课本第六章）
小结
（1）在实际工程中，钢筋砼构件截面只要有扭矩作用，就称为受扭构件，常见的受扭构件的弯矩、剪力和扭矩同时存在的构件。
（2）钢筋砼受扭构件由砼、抗扭箍筋和抗扭纵筋来抵抗由外荷载在构件截面产生的扭矩。
（3）钢筋砼矩形截面纯扭构件的破坏形态分为少筋破坏、超筋破坏、适筋破坏和部分超筋破坏。其中，适筋破坏是计算构件承载力的依据，少筋破坏和超筋破坏在工程中严禁出现。设计时通过最小箍筋配筋率和最小纵筋配筋率防止少筋破坏；通过限制截面尺寸防止超筋破坏；通过控制受扭纵向钢筋与箍筋的配筋强度比ζ防止部分超筋破坏。
（4）构件抵抗某种内力的能力受其他同时作用内力影响的性质，称为构件承受各种内力的相关性。砼的抗剪能力随扭矩的增大而降低，而砼的抗扭能力随剪力的增大而降低，《规范》规定通过扭矩承载力降低系数βt来考虑剪扭构件砼抵抗剪力和扭矩之间的相关性。
（5）弯剪扭构件的配筋可按叠加法进行计算，即纵向钢筋截面面积由受弯承载力受扭承载力所需纵向钢筋进行叠加，其箍筋截面面积由受剪承载力和受扭承载力所需箍筋相加。
受扭构件的构造要求
1）计算的简化（见课本87页）2）配筋构造要求（见课本88页）3）最小配筋率（见课本88页）
五、受拉构件承载力计算
（1）掌握大小偏心受拉构件的判别和偏心受拉构件正截面承载力计算方法。
（2）掌握偏心受拉构件斜截面承载力计算方法。
【1】轴心受拉构件承载力计算
【2】偏心受拉构件承载力计算
小结
1）偏心受拉构件分大偏心受拉和小偏心受拉，当轴向力作用在钢筋As和A΄s合力点之间时，为小偏心受拉；当轴向力未作用在钢筋As和A΄s合力点之间时，为大偏心受拉。
2）大偏心受拉构件与大偏心受压构件正截面承载力计算公式是相似的，其计算方法可参照大偏心受压构件进行；所不同的是N为拉力，而且不考虑偏心距增大系数η和附加偏心距ea。
3）偏心受拉构件斜截面受剪承载力公式是在无轴向力作用受剪承载力公式基础上加一项得到的，这一项是由于轴向拉力存在对构件承载力产生的不利影响。
六、钢筋砼构件变形和裂缝宽度验算
（1）了解受弯构件的变形特点，短期刚度和长期刚度的概念、裂缝出现的机理。（2）掌握受弯构件挠度和裂缝宽度的验算方法。（3）掌握减小构件挠度和裂缝宽度的措施。
小结
（1）钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度是一个变量，随荷载的增大而降低,随时间的增长而降低。
（2）钢筋混凝土受弯构件挠度的计算可以采用材料力学的方法进行，但计算时，必须用构件考虑荷载长期作用的刚度B代替E1。在等截面直杆中，B取同号弯矩区段内最大弯矩处值。
七、与预应力混凝土构件
（1）理解预应力混凝土构件的基本概念，了解施加预应力的方法，掌握预应力混凝土构件对材料的要求。
（2）掌握张拉控制应力的概念，了解预应力想损失的计算及其组合。
（3）掌握预应力混凝土构件的构造要求。
预应力混凝土构件是指在构件承受外荷载之前，预先对外荷载作用的受拉区的混凝土施加压应力的构件。
施加预应力的方法：先张法（在浇灌混凝土前先张拉钢筋的方法，用夹具固定一端，另一端张拉，之后夹具重复使用）和后张法（混凝土硬结后在构件上张拉钢筋的方法，张拉钢筋之后用锚具固定，利用锚具固定钢筋工作，锚具不可重复使用）
张拉控制应力和预应力损失的计算及预应力损失值的组合（详见具体《钢筋混凝土结构设计规范相关规定）
小结
（1）采用预应力混凝土构件的主要原因在于它既能很好的满足裂缝控制的要求又能充分的利用高强度材料，同时还可以提高构件的刚度、减小构件的变形。
（2）根据张拉钢筋与浇灌混凝土先后顺序的不同，预加应力的方法一般有两种，即先张法和后张法。先张法适应于工厂成批生产中、小型预应力混凝土构件；后张法适应于生产大型预应力混凝土构件。
（3）张拉控制应力是张拉钢筋时，钢筋所达到的最大应力，其取值既不能过高又不能过低。
（4）预应力损失是指由于张拉工艺和材料特性等原因，预应力钢筋从张拉开始直至使用的整个过程中，预应力钢筋的应力逐渐降低的现象。同时混凝土的预压应力也随之而降低。由于构件中预应力损失的存在，会使构件达不到预期的效果，因此应采取各种有效的措施，以减少各项预应力损失。
（5）构造要求是保证设计意图顺利实现的重要措施，必须严格按规定执行。
钢结构设计
钢结构材料
【1】 钢材的疲劳强度和疲劳计算
轴心受压构件
【2】 钢结构的连接，焊接、铆钉连接、螺栓连接，对焊焊缝的构造和计算，角焊缝的构造和计算 【3】 普通螺栓连接的构造和计算
【4】 摩擦型高强度螺栓的连接和计算 【5】 承压型高强度螺栓的计算
【6】 轴心受压构件的强度、刚度和稳定性计算
【7】 实腹式轴心受压构件的整体稳定性、局部稳定性计算及截面设计、截面选择和构造规定 【8】 格构式轴心受压构件截面设计原则、截面选择方法和构造规定
【9】 格构式轴心受压构件整体稳定性承载力、分肢稳定性验算缀材设计及设计步骤
【10】 柱头与柱角，梁与柱的连接
受弯构件
【11】 梁的抗弯强度计算、梁的抗剪强度计算、梁的局部承压强度计算、梁的折算应力计算
【12】 梁刚度计算、整体稳定计算、局部稳定计算
【13】 梁的拼接与连接 【14】 型钢梁的设计
【15】 刚与混凝土组合梁
拉弯与压弯构件
【16】
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