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建築結構受力特點及其構造有哪些

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建築結構受力特點及其構造有哪些
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一、混凝土結構的受力特點及其構造

1.混凝土結構的優點與缺點

(1)混凝土結構的優點:

1)強度較高,鋼筋和混凝土兩種材料的強度都能充分利用;

2)可模性好,适用面廣;

3)耐久性和耐火性較好,維護費用低;

4)現澆混凝土結構的整體性好,延性好,适用于抗震抗爆結構,同時防振性和防輻射性能較好,适用于防護結構;

5)易于就地取材。

(2)混凝土結構的缺點:自重大,抗裂性較差,施工複雜,工期較長。由于鋼筋混凝土結構有很多優點,适用于各種結構形式,因而在房屋建築中得到廣泛應用。

2.鋼筋和混凝土的材料性能

(1)鋼筋。

1)熱軋鋼筋的種類:熱軋鋼筋由普通低碳鋼(含碳量不大于0.25%)和普通低合金鋼(合金元素不大于5%)制成。

2)鋼筋的力學性能:建築鋼筋分兩類,一類為有明顯流幅的鋼筋,另一類為沒有明顯流幅的鋼筋。明顯流幅的鋼筋含碳量少,塑性好,延伸率大。無明顯流幅的鋼筋含碳量多,強度高,塑性差,延伸率小,沒有屈服台階,脆性破壞。

對于有明顯流幅的鋼筋,其性能的基本指标有屈服強度、延伸率、強屈比和冷彎性能四項。冷彎性能是反映鋼筋塑性性能的另一個指标。

3)鋼筋的成分:鐵是主要元素,還有少量的碳、錳、矽、釩、钛等;另外,還有少量有害元素,如硫、磷。

(2)混凝土。

1)抗壓強度:立方體強度fcu。作為混凝土的強度等級。單位是MPa,C20表示抗壓強度為20MPa。規範共分14個等級,C15~C80,級差為5MPa。

2)棱柱體抗壓強度fc,該強度是采用150mm×150mm×300mm的棱柱體作為标準試件試驗所得。

3)抗拉強度ft,是計算抗裂的重要指标。混凝土的抗拉強度很低。

(3)鋼筋與混凝土的共同工作。

鋼筋與混凝土的相互作用叫黏結。鋼筋與混凝土能夠共同工作是依靠它們之間的黏結強度。混凝土與鋼筋接觸面的剪應力稱黏結應力。影響黏結強度的主要因素有混凝土的強度、保護層的厚度和鋼筋之間的淨距離等。

3.極限狀态設計方法的基本概念

我國現行規範采用以概率理論為基礎的極限狀态設計方法,其基本原則如下。

(1)結構功能:建築結構必須滿足安全性、适用性和耐久性的要求。

(2)可靠度:結構在規定的時間内,在規定的條件下,完成預定功能要求的能力,稱為結構的可靠性,可靠度是可靠性的定量指标。

(3)極限狀态設計的實用表達式:為了滿足可靠度的要求,在實際設計中采取如下措施。

1)一般情況下在計算杆件内力時,對荷載标準值乘以一個大于1的系數,稱荷載分項系數。

2)在計算結構的抗力時,将材料的标準值除以一個大于1的系數,稱材料分項系數。

3)對安全等級不同的建築結構,采用一個重要性系數進行調整。在采用上述措施後,可靠度指标便得到了滿足。這就是以分項系數表達的極限狀态設計方法。

4.梁、闆的受力特點及構造要求

(1)單向闆與雙向闆的受力特點。

兩對邊支承的闆是單向闆,一個方向受彎;而雙向闆為四邊支承,雙向受彎。當長邊與短邊之比小于或等于2時,應按雙向闆計算;當長邊與短邊之比大于2但小于3時,宜按雙向闆計算;當按沿短邊方向受力的單向闆計算時,應沿長邊方向布置足夠數量的構造筋;當長邊與短邊長度之比大于或等于3時,可按沿短邊方向受力的單向闆計算。

(2)連續梁、闆的受力特點。

現澆肋形樓蓋中的闆、次梁和主梁,一般均為多跨連續梁(闆)。連續梁(闆)的内力計算是主要内容,配筋計算與簡支梁相同。内力計算有兩種方法。主梁按彈性理論計算,次梁和闆可考慮塑性變形内力重分布的方法計算。彈性理論的計算是把材料看成彈性的,用結構力學的方法,考慮荷載的不利組合,計算内力,畫出包絡圖,進行配筋計算。均布荷載下,等跨連續闆和連續次梁的内力計算,可考慮塑性變形的内力重分布。允許支座出現塑性鉸,将支座截面的負彎矩調低,即減少負彎矩,調整的幅度,必須遵守一定的原則。連續梁、闆的受力特點是,跨中有正彎矩,支座有負彎矩。因此,跨中按最大正彎矩計算正筋,支座按最大負彎矩計算負筋。鋼筋的截斷位置按規範要求截斷。

(3)梁、闆的構造要求。梁最常用的截面形式有矩形和T形。梁的截面高度一般按跨度來确定,寬度一般是高度的1/3。梁的支承長度不能小于規範規定的長度。縱向受力鋼筋宜優先選用HRB335、HRB400鋼筋,常用直徑為10~25mm,鋼筋之間的間距不應小于25mm,也不應小于直徑。保護層的厚度與梁所處環境有關,一般為25~40mm。闆的厚度與計算跨度有關,屋面闆一般不小于60mm,樓闆一般不小于80mm,闆的支承長度不能小于規範規定的長度,闆的保護層厚度一般為15~30mm。受力鋼筋直徑常用6mm、8mm、10mm、12mm。間距不宜大于250mm。

梁、闆混凝土的強度等級~般采用C20以上。

二、掌握砌體結構的受力特點及其構造

1.砌體材料及砌體的力學性能

(1)砌塊。

磚、砌塊根據其原料、生産工藝和孔洞率來分類。由黏土、石岩、煤矸石或粉煤灰為主要原料,經焙燒而成的實心或孔洞率不大于規定值且外形尺寸符合規定的磚,稱為燒結普通磚;孔洞率大于25%,孔的尺寸小而數量多,主要用于承重部位的磚稱為燒結多孔磚,簡稱多孔磚。燒結普通磚又分為燒結黏土磚、燒結頁岩磚、燒結煤矸石磚和燒結粉煤灰磚。以石灰和砂為主要原料,或以粉煤灰、石灰并摻石膏和骨料為主要原料,經坯料制備、壓制成型、高壓蒸汽養護而成的實心磚,稱為蒸壓灰砂磚或蒸壓粉煤灰磚,簡稱灰砂磚或粉煤灰磚。

(2)砂漿。

砂漿可使砌體中的塊體和砂漿之間産生一定的黏結強度,保證兩者能較好地共同工作,使砌體受力均勻,從而具有相應的抗壓、抗彎、抗剪和抗拉強度。砂漿按組成材料的不同,可分為:水泥砂漿,水泥混合砂漿,石灰、石膏、黏土砂漿。

(3)砌體。

按照标準的方法砌築的磚砌體試件,軸壓試驗分三個階段。第1階段,從加載開始直到在個别磚塊上出現初始裂縫,該階段屬彈性階段,出現裂縫時的荷載約為0.5~0.7倍極限荷載。第Ⅱ階段,繼續加載後個别磚塊的裂縫陸續發展成少數平行于加載方向的小段裂縫,試件變形增加較快,此時的荷載不到極限荷載的0.8倍。第Ⅲ階段,繼續加載時小段裂縫會較快沿豎向發展成上下貫通整個試件的縱向裂縫。試件被分割成若幹個小的磚柱,直到小磚柱因橫向變形過大發生失穩,體積膨脹,導緻整個試件破壞。

由于砂漿鋪砌不均,磚塊不僅受壓,而且還受彎、剪、局部壓力的聯合作用;由于磚和砂漿受壓後橫向變形不同,還使磚處于受拉狀态;此外,由于有豎縫存在,使磚塊在該處又有一個較高的應力區。因此,砌體中磚所受的應力,十分複雜,特别是拉、彎作用産生的内力,使磚較早出現豎向裂縫。這正是砌體抗壓強度比磚抗壓強度小得多的原因。規範根據試驗資料給出了不同砌體的強度設計值。影響磚砌體抗壓強度的主要因素包括:磚的強度等級;砂漿的強度等級及其厚度;砌築質量,包括飽滿度、砌築時磚的含水率、操作人員的技術水平等。

2.砌體房屋結構的主要構造要求

砌體結構的構造是确保房屋結構整體性和結構安全的可靠措施。牆體的構造措施主要包括三個方面,即伸縮縫、沉降縫和圈梁。

三、掌握鋼結構構件的受力特點及其連接類型

1.鋼結構的連接

(1)焊縫連接:焊縫連接是目前鋼結構的主要連接方法。其優點是構造簡單,節約鋼材,加工方便,易于采用自動化操作,不宜采用于直接承受動力荷載的結構,其他情況均可采用焊縫連接。

(2)鉚釘連接:鉚接由于構造複雜,用鋼量大,現已很少采用。因為鉚釘連接的塑性和韌性較好,傳力可靠,易于檢查,在一些重型和直接承受動力荷載的結構中,有時仍然采用。

(3)螺栓連接:螺栓連接又分為普通螺栓和高強度螺栓兩種。普通螺栓施工簡單,拆、裝方便。普通螺栓一般由Q235制成。高強度螺栓用合金鋼制成,高強度螺栓制作工藝精準,操作工序多,要求高。目前,在我國橋梁及大跨度結構房屋及工業廠房中已廣泛采用。

2.鋼結構構件制作、焊接、運輸、安裝、防火與防鏽

(1)制作:鋼結構制作包括放樣、号料、切割、校正等諸多環節。高強度螺栓處理後的摩擦面、抗滑移系數應符合設計要求。制作質量檢驗合格後進行除鏽和塗裝。一般安裝焊縫處留出30~50mm暫不塗裝。

(2)焊接:焊工必須經考試合格并取得合格證書且必須在其考試合格項目及其認可範圍内施焊。焊縫施焊後須在工藝規定的焊縫及部位打上焊工鋼印。焊接材料與母材應匹配,全焊透的一、二級焊縫應采用超聲波探傷進行内部缺陷檢驗,超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時,采用射線探傷。施工單位首次采用的鋼材、焊接材料、焊接方法等,應進行焊接工藝評定。

(3)運輸:運輸鋼構件時,要根據鋼構件的長度和重量選用車輛。鋼構件在車輛上的支點、兩端伸出的長度及綁紮方法均應保證構件不産生變形,不損傷塗層。

(4)安裝:鋼結構安裝要按施工組織設計進行,安裝程序須保證結構的穩定性和不導緻永久性變形。安裝柱時,每節柱的定位軸線須從地面控制軸線直接引上。鋼結構的柱、梁、屋架等主要構件安裝就位後,須立即進行校正、固定。由工廠處理的構件摩擦面,安裝前須複驗抗滑移系數,合格後方可安裝。

(5)防火與防鏽。

1)鋼結構防火性能較差。當溫度達到550℃時,鋼材的屈服強度大約降至正常溫度時屈服強度的0.7,結構即達到它的強度設計值而可能發生破壞。設計時應根據有關防火規範的規定,使建築結構能滿足相應防火标準的要求。在防火标準要求的時間内使鋼結構的溫度不超過臨界溫度,以保證結構正常承載能力。

2)外露的鋼結構可能會受到大氣,特别是被污染的大氣嚴重腐蝕,最常見的是生鏽。這就必須對構件的表面進行防腐蝕處理,以保證鋼結構的正常使用。防腐處理方法根據構件表面條件及使用壽命的要求決定。在進行構造設計時,應對構造做法妥善處理,避免諸如将槽鋼槽口朝上放置,造成積水等情況;大型構件應有人能進入的觀察口,以便檢查、維護構件内部情況等。
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