組合結構設計原理全套課件（上）

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1、組合結構設計原理,劉清 主編 阿肯江托乎提 副主編 重慶大學出版社,第1章 緒論 1.1 組合結構的一般概念及其特點 1.1.1 組合樓板 1.1.2 組合梁 1.1.3 鋼管混凝土柱 1.1.4 鋼骨混凝土構件 1.2 國內(nèi)外組合結構的發(fā)展及應用 1.2.1 國外的發(fā)展情況,目錄,1.2.2 國內(nèi)的發(fā)展情況 1.3 組合結構材料 1.3.1 組合樓板和組合梁結構材料 1.3.2 鋼骨混凝土組合構件材料 1.3.3 組合結構構件中混凝土及鋼筋材料 第2章 鋼管混凝土基本計算理論 2.1 概述 2.2 軸心受壓構件的基本工作性能,2.2.1 彈性工作階段 2.2.2 彈塑性工作階段 2.2.3

2、 強化階段 2.3 軸心受壓構件的強度及穩(wěn)定計算 2.3.1 鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力計算 2.3.2 鋼管混凝土柱的抗拉強度 2.3.3 軸心受壓構件的穩(wěn)定計算 2.4 偏心受壓構件的承載力計算 2.4.1 基本工作性能,2.4.2 計算方法 2.4.3 鋼管混凝土偏壓柱強度計算的流程圖 2.4.4 例題解析 2.5 鋼管混凝土格構柱的承載力計算 2.5.1 基本計算原則 2.5.2 例題解析 2.6 鋼管混凝土在橋梁中的應用 第3章 鋼骨混凝土構件設計與計算,3.1 概述 3.1.1 鋼骨混凝土結構與組合結構 3.1.2 鋼骨混凝土結構的特點 3.1.3 鋼骨混凝土構件的力學特性與計算

3、的基本原則 3.2 鋼骨混凝土梁 3.2.1 鋼骨混凝土梁正截面承載力 3.2.2 鋼骨混凝土梁斜截面承載力 3.2.3 梁上開洞與補強,3.2.4 鋼骨混凝土受彎構件的變形和裂縫寬度計算 3.3 鋼骨混凝土柱 3.3.1 鋼骨混凝土柱正截面的受力性能與破壞形態(tài) 3.3.2 鋼骨混凝土柱正截面承載力計算 3.3.3 斜截面的破壞形態(tài) 3.3.4 鋼骨混凝土柱斜截面承載力計算 3.3.5 鋼骨混凝土柱截面限值 3.4 鋼骨混凝土剪力墻,3.4.1 有邊框與無邊框鋼骨混凝土剪力墻 3.4.2 鋼骨混凝土剪力墻正截面承載力計算 3.4.3 鋼骨混凝土剪力墻斜截面承載力計算 3.5 鋼骨混凝土框架梁柱

4、節(jié)點 3.5.1 框架梁柱節(jié)點的受力性能與破壞形態(tài) 3.5.2 影響鋼骨混凝土框架梁柱節(jié)點承載力的主要因素 3.5.3 框架梁節(jié)點抗剪度驗算 3.5.4 框架梁柱節(jié)點核心區(qū)內(nèi)力的傳遞,3.6 鋼骨混凝土柱腳 3.6.1 柱腳的分類與主要力學特性 3.6.2 非埋入式柱腳 3.6.3 埋入式柱腳 3.7 鋼骨的拼接 3.7.1 鋼骨拼接的基本要求 3.7.2 鋼骨拼接處的內(nèi)力計算 3.7.3 鋼骨拼接處的補強,3.8 鋼骨混凝土構件的構造要求 3.8.1 一般構造要求 3.8.2 梁 3.8.3 柱 3.8.4 剪力墻 3.8.5 框架梁柱節(jié)點 3.8.6 柱與柱的連接 3.8.7 梁與墻的連接

5、 3.8.8 柱腳 3.8.9 鋼骨拼接,第4章 組合樓蓋設計 4.1 組合樓板與非組合樓板的設計 4.1.1 組合樓板與非組合樓板的應用特點 4.1.2 壓型鋼板及栓釘?shù)膹姸仍O計值和板型選用 4.1.3 壓型鋼板在施工階段的受彎承載力及撓度計算 4.1.4 壓型鋼板組合樓板的承載力計算 4.1.5 組合樓板的撓度、裂縫及自振頻率驗算,4.1.6 組合樓板的構造要求 4.2 組合梁設計 4.2.1 組合染的特點及類型 4.2.2 組合梁的基本設計原則 4.2.3 簡支組合梁設計 4.2.4 連續(xù)組合梁設計,第1章 緒論,1.1 組合結構的一般概念及其特點 目前研究較為成熟與應用較多的主要有下列

6、幾種鋼與混凝土組合構件： 組合樓蓋； 組合梁； 鋼管混凝土柱； 鋼骨混凝土構件。,1.1.1 組合樓板 在高層建筑結構中，采用高強、輕規(guī)格的壓型鋼板樓蓋，上面澆筑混凝土面層。 1.1.2 組合梁 將鋼梁與混凝土板組合在一起形成組合梁。 1.1.3 鋼管混凝土柱 在鋼管中填充混凝土的結構稱為鋼管混凝土結構。,1.1.4 鋼骨混凝土構件 鋼骨混凝土構件是在混凝土中主要配置軋制或焊接型鋼。 鋼骨混凝土構件主要有兩種類型：一種是鋼骨混凝土柱，另一種是鋼骨混凝土剪力墻。 1.2 國內(nèi)外組合結構的發(fā)展及應用 1.2.1 國外的發(fā)展情況,1.2.2 國內(nèi)的發(fā)展情況 1.3 組合結構材料 1.3.1 組合樓板

7、和組合梁結構材料 (1)壓型鋼板 (2)組合梁 (3)抗剪連接件 1.3.2 鋼骨混凝土組合構件材料,1.3.3 組合結構構件中混凝土及鋼筋材料,第2章 鋼管混凝土基本計算理論,2.1 概述,圖2.1 鋼管混凝土,1)承載力大大提高 2)具有良好的塑性和抗震性能 3)經(jīng)濟效果顯著 2.2 軸心受壓構件的基本工作性能 橫向應變與縱向應變的關系為： 1ss3s，1cc3c (2.1),圖2.2 鋼管混凝土軸向壓力作用時內(nèi)力狀態(tài),2.2.1 彈性工作階段,圖2.3 鋼管混凝土軸心受壓構件的三種情況,2.2.2 彈塑性工作階段 2.2.3 強化階段 2.3 軸心受壓構件的強度及穩(wěn)定計算 2.

8、3.1 鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力計算 (2.2) 0 (2.3),(2.4),(2.5),2.3.2 鋼管混凝土柱的抗拉強度 CECS2890中的表達式如下： f (2.6) 2.3.3 軸心受壓構件的穩(wěn)定計算 2.4 偏心受壓構件的承載力計算 影響鋼管混凝土柱極限承載力的主要因素有： 鋼管對核心混凝土的套箍強化作用； 構件的長細比； 構件的偏心率；,柱端的約束條件(轉動和側移)； 沿柱身的彎 2.4.1 基本工作性能 2.4.2 計算方法 1)鋼管混凝土偏心受壓柱的承載力應滿足下列條件：

9、 (2.7) 當Ie/d時，,(2.8),當le /時，1 (2.9) 3)考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù)按下式計算： 當e0rc1.55時， e1/(11.85e0rc) (2.10) e0M/ 當e0/1.55時， e0.4/(e0rc) (2.11) 4)柱的等效計算長度的計算： 對于兩支承點之間無橫向荷載作用的框,架柱和桿件，其等效計算長度按下列公式確定： lekl0 (2.12b),圖2.4 框架柱,對于懸臂柱，其等效計算長度按下列公式確定： lek (2.13),,(

10、a)單曲壓彎,(b)雙曲壓彎,圖2.5 懸臂柱,5)在任何情況下均應滿足下列條件： le0 (2.14) 2.4.3 鋼管混凝土偏壓柱強度計算的流程圖,圖2.6 無側移框架柱承載力計算框圖,圖2.7 有側移框架柱承載力計算框圖,2.5 鋼管混凝土格構柱的承載力計算 2.5.1 基本計算原則,圖2.11,格構柱的整體承載力應滿足下列條件： NN (2.15) 在任何條件下，都應滿足下列條件：,*,(2.16),(2.17),(2.18),(2.19),(2.20),對于對稱的雙肢柱和四肢柱： 對于三肢柱和不對稱的多肢柱：,(2.21),(2.22),

11、(2.23),(2.24),當長細比*16時， 當長細比*16時， a.對于雙肢格構柱(圖2.12(a)),(2.25),(2.26),圖2.12 格構柱截面,當綴件為綴板時， 當綴件為綴條時， b.對于四肢格構柱(圖2.12 (b)) 當綴件為綴板時，,當綴件為綴條時， c.綴件為綴條的三肢格構柱(圖2.12(c)),(2.27),圖2.13 格構式框架柱,圖2.1.4 格構式懸臂柱,,Lei=iHi (2.28),*,單階柱 12 /1 (2.29) 雙階柱 1 31 (2.30) 2 32 (2.31),圖2

12、.15 例2.6計算簡圖,2.6 鋼管混凝土在橋梁中的應用,第3章 鋼骨混凝土構件設計與計算,3.1 概述 3.1.1 鋼骨混凝土結構與組合結構,3.1.2 鋼骨混凝土結構的特點 3.1.3 鋼骨混凝土構件的力學特性與計算的基本原則 (1)鋼骨混凝土構件的力學特性 (2)鋼骨混凝土構件計算的基本假定 1)鋼骨混凝土構件剛度的計算,(3.1),2) 鋼骨混凝土結構設計的基本原則 3)承載力抗震調(diào)整系數(shù) 3.2 鋼骨混凝土梁 3.2.1 鋼骨混凝土梁正截面承載力 (1)鋼骨混凝土梁的受力性能與破壞形態(tài),1)荷載變形曲線圖,圖3.1 鋼骨混凝土梁的荷載變形曲線,2)截面應變,圖3.2 鋼骨混凝土梁

13、彎矩應力分布,3)反復荷載作用下的性能,圖3.3 鋼骨混凝土梁在反復彎曲作用下的滯回曲線,圖3.4 鋼骨混凝土梁在反復彎剪作用下的滯回曲線,(2)正截面承載力計算公式 (3.2) 1)鋼骨部分的受彎承載力 (3.3) (3.4) 2)鋼筋混凝土部分的受彎承載力 鋼筋混凝土部分的受彎承載力為： (3.5),(3)強度疊加法 1)簡單疊加法,圖3.5 鋼骨混凝土構件承載力分解,2)一般疊加法,圖3.6 受彎承載力疊加 圖3.7 例3.1,3.2.2 鋼骨混凝土梁斜截面承載力 (1)斜截面破壞形態(tài),圖3.8 反復彎剪作用下鋼骨混凝土梁的滯回曲線(剪切破壞),圖3.9

14、鋼骨混凝土構件的剪切粘結破壞,(2)斜截面承載力 (3.6) 1)剪力設計值V (3.7) (3.8) 2)鋼骨部分的受剪承載力V y 當無地震作用組合時，鋼骨部分的受剪承載力為： (3.9),SS,當有地震作用組合時，鋼骨部分的受剪承載力為： (3.10) 3)鋼筋混凝土部分的受剪承載力V 無地震作用組合時 (3.11) (3.12) 有地震作用組合時 (3.13),(3.14) 4)鋼骨混凝土梁受剪承載力限值 當無地震作用組合時， (3.15) 當有地震作用組合時， (3.16) 當無地震作用組合時， (3.17),當有地震作用組合時， (3.18) 3.2.3 梁上開洞與補強 (1)帶有

15、圓形孔洞截面的承載力計算 (3.19) (3.20),圖3.10 帶有圓孔梁鋼骨腹板的剪應力分布,圖3.11 圓形開孔位置處加強筋設置,(2)帶有矩形孔洞截面的承載力計算 1)孔洞上下弦的內(nèi)力與配筋 受壓弦桿： 受拉弦桿：,(3.21),(3.22),2)矩形孔洞兩側的加強箍筋,圖3.12,3.2.4 鋼骨混凝土受彎構件的變形和裂縫寬度計算 (1)在正常使用條件下鋼骨混凝土梁的彎矩撓度曲線 (2)鋼骨混凝土梁的短期剛度 1)基本假定 (3.25) (3.26) (3.27),圖3.13 鋼骨混凝土梁在短期彎矩下的截面應力和應變分布,(3.28) (3.29) 2)短期荷載組合下的截面抗彎剛度

16、 (3.30) (3.31) (3.32),(3.33) (3.34) (3.35) 3)長期荷載作用下的剛度 (3.36) (3.37),(3.38) 4)變形計算 (3)裂縫寬度驗算 (3.39) (3.40) (3.41) (3.42),3.3 鋼骨混凝土柱 3.3.1 鋼骨混凝土柱正截面的受力性能與破壞形態(tài) (1)軸心受壓構件 (2)偏心受壓構件,圖3.14 實腹鋼骨混凝土柱的滯回曲線 (a)NNU0；NNU0.3；NNU0.6,圖3.15 鋼筋混凝土構件發(fā)生剪切破壞時的滯回曲線 (a)NNU0；NNU0.3；NNU0.6,圖3.16 鋼骨混凝土構件發(fā)生剪切破壞時的滯回曲線 (a)NN

17、U0；NNU0.3；NNU0.6,3.3.2 鋼骨混凝土柱正截面的承載力計算 (1)軸心受壓構件 (3.43),(3.44) (2)承受軸力與單向彎矩的構件 (3.45),(3.46),(3.47),(3.48),(3.49),1)簡化疊加法,(3.50),(3.51),圖3.17 強軸受彎時的簡單強度疊加 圖3.18 弱軸受彎時的簡單強度疊加,2) 一般疊加法,圖3.19 一般疊加法 圖3.20 一般疊加法與簡單疊加法,3)鋼骨部分的承載力計算 軸心受力 (3.52) (3.53) 軸力與彎矩共同作用 (3.54) (3.55),4)鋼筋混凝土部分的承載力 軸心受力 (3.5

18、6) (3.57) 軸力與彎矩共同作用 (3.58) (3.59) (3.60),(3.61),(3.62),(3.63),(3.64),(3.65),5)非對稱截面計算,(3.66),(3.67),(3.68),圖3.21 非對稱鋼骨截面置換為對稱截面,(3)雙向偏心受壓構件,(3.69),圖3.22 雙向偏心柱,(3.70) 2)鋼筋混凝土部分 (3.71),圖3.23 x，y方向受彎承載力的關系,3)簡化計算方法,(3.72),(3.73),(3.74),(3.75),圖3.24,圖3.25 例3.3,(4)混凝土部分,圖3.26 例3.4,3.3.3 斜截面的破壞形態(tài),圖3.27 鋼骨

19、混凝土柱剪切粘結破壞,圖3.28 發(fā)生剪切破壞時鋼骨混凝土柱的滯回曲線,(1)混凝土 (2)鋼骨 (3)箍筋 (4)剪跨比的影響 (5)軸壓比的影響 3.3.4 鋼骨混凝土柱斜截面承載力計算 (3.76) ()剪力設計值 (3.77),(3.78) (3.79),(2)受剪承載力 1)鋼骨部分的承載力V y (3.80) (3.81) 2)鋼筋混凝土部分的承載力 (3.82) (3.83),SS,3.3.5 鋼骨混凝土柱截面限值 (1)剪壓比限值 當無地震作用組合時， (3.84) 當有地震作用組合時， (3.85) 當無地震作用組合時， (3.86) 當有地震作用組合時，,(3.87) (2

20、)軸壓比限值 3.4 鋼骨混凝土剪力墻 3.4.1 有邊框與無邊框鋼骨混凝土剪力墻,圖3.29 鋼骨混凝土剪力墻的形式,圖3.30 鋼骨混凝土剪力墻正截面承載力,3.4.2 鋼骨混凝土剪力墻正截面承載力計算 wu (3.89) (1)偏心受壓情況 (3.90) (3.91) 1) (3.92) (3.93),(3.94) (3.95) (3.96) (3.97) (3.98) (3.99),(3.100) (3.101) (3.102) (3.103),(2)偏心受拉情況 (3.104) (3.105) (3.106) 3.4.3 鋼骨混凝土剪力墻斜截面承載力計算 無邊框

21、墻 (3.107) 有邊框墻 (3.108),(1)鋼骨混凝土剪力墻的剪力設計值 (3.109) (3.110) (3.111) (2)鋼骨混凝土剪力墻斜截面承載力 1)鋼筋混凝土剪力墻斜截面承載力 無地震作用組合時： (3.112),有地震作用組合時： (3.113) 2)無邊框剪力墻中的鋼骨 當無地震作用組合時，鋼骨部分的受剪承載力為： (3.114) 當有地震作用組合時，鋼骨部分的受剪承載力為： (3.115),3)有邊框剪力墻中的鋼骨混凝土邊框柱 當無地震作用組合時： (3.116) 當有地震作用組合時： (3.117) (3.118),圖3

22、.31,3.5 鋼骨混凝土框架梁柱節(jié)點 3.5.1 框架梁柱節(jié)點的受力性能與破壞形態(tài),圖3.32 鋼骨混凝土梁柱節(jié)點破壞形態(tài),圖3.34 框架節(jié)點在反復荷載作用下的滯回曲線,3.5.2 影響鋼骨混凝土框架梁柱節(jié)點承載力的主要因素 (1)鋼骨腹板 (2)混凝土 (3)箍筋 (4)軸壓比 (5)翼緣框,圖3.35 混凝土斜壓桿示意,3.5.3 框架梁柱節(jié)點抗剪度驗算 (1)節(jié)點核心區(qū)的剪力設計值 1)無地震作用組合時的剪力設計值,圖3.36 典型梁柱節(jié)點核心區(qū),(3.119) 利用平衡條件X=0,可得 (3.120) (3.121) (3.122) (3.123),2)設防烈度為7度和8度時的剪力

23、設計值 當框架梁為鋼骨混凝土或鋼筋混凝土構件時， (3.124) 當框架梁為鋼梁時， (3.125) 3)設防烈度為9度時的剪力設計值 當框架梁為鋼管混凝土或鋼筋混凝土構件時， (3.126),當框架梁為鋼梁時， (3.127) (2)節(jié)點核心區(qū)的抗剪承載力 1)無地震作用組合 (3.128) 2)有地震作用組合 (3.129) 混凝土的抗剪承載力 (3.130),箍筋的受剪承載力 (3.131) 鋼骨腹板的受剪承載力 (3.132) 3.5.4 框架梁柱節(jié)點核心區(qū)內(nèi)力的傳遞 (1)鋼骨和鋼筋混凝土之間內(nèi)力的傳遞條件 (3.133) (3.134),(2)柱鋼骨腹板的應力集中 根據(jù)美國AISC標準的規(guī)定，純鋼結構的梁柱節(jié)點應滿足以下要求： (3.135)(3.136) (3.137) (3.138),圖3.37 節(jié)點加勁肋,圖3.38 鋼骨混凝土框架節(jié)點,