第二篇 各种建筑结构
一、混凝土结构
二、砌体结构
三、钢结构
四、钢筋混凝土单层厂房
五、多高层钢筋混凝土结构
六、大跨度建筑结构
CH.4 混凝土结构
钢筋和混凝土材料的力学性能
钢筋混凝土受弯构件
钢筋混凝土受压构件
预应力混凝土结构的基本知识
钢筋混凝土平面楼盖
环球金融中心混凝土开浇
钢筋混凝土桩内部
一、基本概念
是 钢筋 和 砼 按一定方式组成的能 共同工作 的
建筑材料。
1,钢筋混凝土:
2,钢筋混凝土结构,是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。
? 砼:抗拉强度大约是抗压强度的 1/10 。
? 钢筋:抗拉抗压强度都很强 。
二、共同工作原理
1,钢筋和砼之间存在粘结力
2,钢筋和砼线膨胀系数接近
3,砼保护钢筋 NEXT
E.G.
4.1 钢筋和混凝土材料的力学性能
4.1.1 混凝土结构 —— 以混凝土为主要材料制作的结构。
4.1.1 混凝土结构 ( 1/2)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 1/4)
a,素混凝土梁
b,钢筋混凝土梁,受拉区配 2?20钢筋
F
F=13.4KN 截面开裂并破坏
Fcr=15 KN 截面开裂 ;Fu=87KN 截面破坏。
200
300
F
f
t
200
300
2?20
? 梁的承载力大大提高,梁的受力性能改善。
BACK
4.1.1 混凝土结构 ( 2/2)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 1/4)
示例
【 回顾 】
1,建筑结构基本要求?
3,什么是混凝土结构?什么是钢筋混凝土?
2,材料的基本力学指标有哪些?
?以混凝土为主要材料制作的结构。
?结构材料要有足够的、有一定环境适应度的强度;
?结构材料要有足够的刚度;
?结构材料要有相对低廉的价格。
?包括:强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛。
?是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。
一、钢筋的种类及选用
强度高,塑性低
强度高,粘结性好
强度高







热轧钢筋
钢 丝
钢绞线
热处理钢筋
HPB235
HRB335
HRB400
RRB400
光圆钢筋
变形钢筋
变形钢筋
变形钢筋






强度 塑性




4.1.2 钢筋
4.1.2 钢筋 ( 1/7)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 2/4)
Fig,我国常见钢筋外形
普通钢筋强度标准值 ( N / m m
2

种 类 符号 f yk
H PB 2 3 5 ( Q 2 3 5 ) 235
H R B 3 3 5 ( 2 0 M n S i ) 335




H R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i V, 2 0 M n S i N b, 2 0 M n T i )
R R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i )
400
4.1.2 钢筋 ( 2/7)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 2/4)
二、钢筋的力学性能
a,有明显屈服点(软钢)
0 ?
d
a
b c e
? oa— 弹性阶段
bc— 屈服阶段
cd— 硬化阶段
de— 颈缩阶段
d
0
?
?
? 条件屈服点 ?0.2 是残余应
变为 0.2%时的应力
c— 条件屈服强度
?0.2=0.85 fu
b,无明显屈服点(硬钢)
c?
0.2
0.2%
a— 比例极限 fp
c— 屈服强度 fy
d— 极限强度 fu
1,强度相关
4.1.2 钢筋 ( 3/7)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 2/4)
→ 是钢筋强度的设计依据
? 屈强比 反映钢筋的强度储备,
fy/fu=0.6~0.7。
f
y
?
y
Es
yy
ys
f
E
???
????
??
??
? 冲击韧性,是对于钢结构使用钢材的特殊要求,是检验钢材
对于冲击荷载的承受能力。
2,塑性性能
? 伸长率,钢材拉断后的塑性变形量较钢
材原始尺度的变化率,是衡量钢材变形
能力的重要指标。
? 冷弯指标,是检验钢材冷加工性能的指标,对于钢筋与钢板,
其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径
(相对板材厚度与钢筋直径)的弯曲角度。
伸长率,
d
0
?
??
4.1.2 钢筋 ( 4/7)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 2/4)
0
0
10o r 5 l
ll ???
? 越大,钢筋延性或塑性越好
3,钢材的加工性能
? 常见的建筑工程钢材加工有冷加工、热加工两类:
冷加工:板材、线材的冷弯;线材的冷拉、冷拔;
热加工:焊接。
? 冷拉后的钢筋 没有明显的屈服阶段,如
B图。
? 冷拉卸载后经过一段时间的停滞,再对
其张拉,会重新恢复屈服阶段而呈现出
屈服强度提高的应力应变图形;这种现
象被称为 冷做硬化 现象;
? 冷拉仅 提高钢筋的抗拉强度, 不提高其
抗压强度 ;
? 冷拉工艺 不改变钢筋的强度级别 。
0
σ
ε
A
B
冷拉
4.1.2 钢筋 ( 5/7)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 2/4)
? 冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其
通过小直径的硬质合金模具,使其截
面减小而长度增长;
? 冷拔后的钢筋的 强度会大大提高 ;
? 冷拔后钢筋的 塑性会降低 ;
? 冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同
一种钢筋。
0
σ
ε
冷拔
4.1.2 钢筋 ( 6/7)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 2/4)
三、钢筋的计算指标
1.钢筋的强度标准值
2.钢筋的强度设计值
具有 95%保证率 的基本代表值。其中,热轧钢筋根据屈服强度
确定,用 表示;预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的
强度根据极限抗拉强度确定,用 表示。yk
f
ptkf
1.1,,???? s
s
ykyk
yy
ffff ?
?

2.1,,???? s
s
p t kp t k
pypy
ffff ?
?

a,热轧钢筋强度设计值:
b,预应力钢筋强度设计值:
见 P391表 4-2
见 P392表 4-5
四、钢筋的截面面积
常规直径,d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32mm12种。
—— 等于标准值除以分项系数。
4.1.2 钢筋 ( 7/7)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 2/4)
4.1.3 混凝土
一、混凝土的强度
a,定义:
水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块 ) 弹性骨架
(混凝土)
水泥 +水
石子、沙子
立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的 边长为
150mm的立方体 试件,在 28天 龄期,用 标准试验方法 测
得的抗压强度。
砼强度等级
kcuf,
1,立方体抗压强度
150mm
150mm
150mm
4.1.3 混凝土 ( 1/11)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4)
b,强度等级:
C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50~C80共 14级
C — 混凝土
15— 立方体抗压强度的标准值为 15N/mm2
a,定义:
b,折算:
轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的 截面为
150mm× 150mm高 300mm的棱柱体,在 28天 龄期,用 标准
试验方法 测得的抗压强度。
2,轴心抗压强度 ckf (棱柱体抗压强度)
kcuck ff,,21880 ???
1?
— 轴心抗压强度与立方体抗压强度比值
2?
— 高强混凝土脆性折减系数
0.88— 经验折减系数
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4)
150mm
300mm
4.1.3 混凝土 ( 2/11)
3,轴心抗拉强度 ? ? ? ? 450550
2 645113950880
..,.,?? ???
cut ff
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4)
? 混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多,一般只有抗压强度
的 5%~10%
4.1.3 混凝土 ( 3/11)
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4)
4,混凝土在复合应力作用下的强度
a,混凝土的双向受力强度
? 双向受拉:强度接近
单向受拉强度
? 双向受压:抗压强度和
极限压应变均有所提高
? 一拉一压:强度降低
4.1.3 混凝土 ( 4/11)
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4)
b,混凝土的三向受压强度
? 三向受压时,混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高
4.1.3 混凝土 ( 5/11)
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4)
? 在有剪应力作用时,混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度
c,混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
4.1.3 混凝土 ( 6/11)
二、混凝土的变形
?cu ?c
?c
0 A
B
C
D
fc
?0
残余变形 弹性变形
OA— 弹性阶段
AB— 微裂缝开展
BC— 弹塑性,竖向裂缝形成
CD— 下降段
? 混凝土是弹塑性材料
—— 收缩、徐变
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4)
受压混凝土一次短期
加荷的应力 -应变曲
线
4.1.3 混凝土 ( 7/11)
? 混凝土的弹性模量测定
)(
.
.
M P a
f
E
cu
c 734
22
10 5
?
?
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4) 4.1.3 混凝土 ( 8/11)
a,原因, 水分蒸发
c,影响因素,配合比、养护、体表比
b,对构件影响,a) 构件产生裂缝;
b) 引起预应力损失
1,收缩 —— 砼在空气中硬化体积减小的现象
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4) 4.1.3 混凝土 ( 9/11)
c,影响因素,配合比、养护、应力条件
b,对构件影响,a) 增大变形;
b) 引起内力重分布;
c) 引起预应力损失
2,徐变 —— 砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形
a,原因, 水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4) 4.1.3 混凝土 ( 10/11)
?建筑工程中,钢筋混凝土构件的混凝土强度等级 不应
低于 C15;
?当采用 HRB335级钢筋时,不宜 低于 C20;
?当采用 HRB400和 RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构
件,不得 低于 C20;
?预应力混凝土结构 不应 低于 C30;
?采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时,不
宜 低于 C40.
三、混凝土的选用
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 3/4) 4.1.3 混凝土 ( 11/11)
4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固
1,粘结力
4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固( 1/3)4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 4/4)
—— 若钢筋和混凝土有相对变形(滑移),就会在
钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的
相互作用力,这种力称为钢筋与混凝土的粘结
力。
? 化学胶结力,混凝土凝结时,由于水泥的水化作用在钢筋
与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力
? 摩擦力,混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力
? 机械咬合力,钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合
作用而产生的力
? 钢筋端部的锚固力,采取锚固措施后所造成的机械锚固力
2,粘结力的组成
? 钢筋与混凝土的粘结强度
通常采用 拔出试验 来测定
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 4/4)
3,粘结强度 —— 钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力
的最大值。
dl
F
b ?? ?
4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固( 2/3)
4,影响因素,a,钢筋的表面形状、直径;
b,砼的强度等级、保护层厚度;
c,侧向压力及横向钢筋;
d,浇筑位置;等
5,构造措施,钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、
钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。
4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能 ( 4/4)
? 进行拔出试验时,受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏,该临
界情况的锚固长度称为 基本锚固长度,用 表示
al
d
f
f
l
t
y
a ??
4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固( 3/3)
【 小结 】
1,建筑用钢筋的种类、力学性能
2,钢筋冷加工
3,混凝土的力学性能
4,混凝土的变形
5,钢筋与混凝土的粘结锚固