结构设计与构造412000第一章第二节

3.0结构构造

3.1结构构造设计要求

一、混凝土结构的受力特点及其构造

1.混凝土结构的优点：

（1）强度较高，钢筋和混凝土两种材料的强度都能充分利用；

（2）可模性好，适用面广；

（3）耐久性和耐火性较好，维护费用低；

（4）现浇混凝土结构的整体性好、延性好，适用于抗震抗爆结构，同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构；

（5）易于就地取材。

混凝土结构的缺点：自重大，抗裂性较差，施工复杂，工期较长。

2．钢筋和混凝土的材料性能

（1）对于有明显流幅的钢筋，其性能的基本指标有屈服强度、延伸率、强屈比和冷弯性能四项。冷弯性能是反映钢筋塑性性能的另一个指标。

（2）混凝土

抗压强度：采用150mm立方体强度以fcu作为混凝土的强度等级，单位是N/mm2(Mpa),分十四个等级，即C15-C80，级差为5 N/mm2。

棱柱体抗压强度fc ，采用150mm*150mm*300mm的棱柱体作为标准试件试验所得。

抗拉强度ft，是计算抗裂的重要指标，砼的抗拉强度很低。

（3）钢筋与混凝土的共同工作

钢筋与混凝土的互相作用叫粘结。钢筋与混凝土能够共同工作是依靠它们之间的粘结强度。钢筋与混凝土接触面的剪应力称为粘结应力。影响粘结强度的主要因素有：混凝土的强度、保护层的厚度和钢筋之间的净距离等。

3.极限状态设计方法的基本概念

我国规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,基本原则为：

（1）结构功能：建筑结构必须满足安全性适用性和耐久性的要求。

（2）可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能要求的能力，称为结构的可靠性，可靠度是可靠性的定量指标。

（3）极限状态设计实用表达式：为满足可靠度要求，在实际设计中采取如下措施：

在计算杆件内力时，对荷载标准值乘以一个大于1的系数，称荷载分项系数；

在计算结构的抗力时，将材料的标准值除以一个大于1 的系数，称材料分项系数；

对安全等级不同的建筑结构，采用一个重要性系数进行调整。

4．钢筋混凝土梁的配筋原理及构造要求

（1）适筋梁正截面受（弯）力阶段分析：（计算确定截面尺寸和纵向受力钢筋）

第Ⅰ阶段：M很小，混凝土钢筋都处在弹性工作阶段。第Ⅰ阶段结束时拉区混凝土到达ft（抗拉强度），混凝土开裂。这个阶段可作为混凝土抗拉度的计算依据。

第Ⅱ阶段：M增大，拉区混凝土开裂，逐步退出工作，中和轴上移。压区混凝土出现塑性变形，压应变呈曲线，第Ⅱ阶段结束时，钢筋应力刚到达屈服。此阶段梁带裂缝工作，这个阶段是计算正常使用极限状态变形和裂缝宽度的依据。

第Ⅲ阶段：钢筋屈服后，应力不再增加，应变迅速增大，混凝土裂缝向上发展，中和轴迅速上移，混凝土压区高度减小，梁的挠度急剧增大。当混凝土达到极限压应变时，混凝土被压碎，梁即破坏。此阶段是承载能力极限状态计算的依据。

正截面受弯对梁的配筋量在规范中明确地作出规定，不允许设计成超筋梁和少筋梁，对最大、最小配筋率均有限值，它们的破坏是没有预兆的脆性破坏。

（2）梁的斜截面受剪承载能力保证措施：（计算确定箍筋和弯起钢筋）

受弯构件截面上除弯矩M外，通常还作用有剪力V，在弯矩和剪力的共同作用下，可能产生斜裂缝，并沿斜裂缝截面发生破坏。

1）影响斜截面受力性能的主要因素：剪跨比和高跨比、混凝土的强度等级、腹筋的数量，箍筋和弯起钢筋统称为腹筋。

2）为了防止斜截面的破坏，通常采用下列措施：

限制梁的截面最小尺寸，其中包含混凝土强度等级因素；

适当配置箍筋，并满足规范的构造要求；

当上述两项措施还不能满足要求时，可适当配置弯起钢筋，并满足规范构造要求。

5．梁、板的受力特点及构造要求

梁、板按支承情况分，有简支梁板和多跨连续梁板。

（1）单向板与多向板的受力特点

两短边支承的板是单向板，一个方向受弯；双向板为四边支承，双向受弯。

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.1条规定：

当长边与短边比值介于2与3之间时，宜按双向板计算；当长边与短边比值小于2时，应按双向板计算。（双向板的长短边钢筋都是受力钢筋，一般短边钢筋放在下面）

沿两短边支承的板应按单向板计算；对于四边支承的板，当长边与短边比值大于3时，可按沿短边方向的单向板计算。但应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋。（单向板的短边钢筋是受力钢筋，应放在下面，长边是构造筋，放在上边）

（2）连续梁、板的受力特点是，跨中有正弯矩，支座有负弯矩。因此，跨中按最大正弯矩计算正筋，支座按最大负弯矩计算负筋。钢筋的截断位置按规范要求截断。

（3）梁、板的构造要求

梁板的截面高度一般按跨度来定，梁高度宜采用为跨度的1/3。

二、砌体结构的受力特点及其构造

砌体的受力特点是抗压强度较高而抗拉强度很低，所以砌体结构房屋的静力计算简图大多设计成刚性方案，这时砌体受拉力较小，压力较大，可以发挥砌体的特点。

1. 墙、柱高厚比一一通过高厚比验算满足稳定性要求。

影响允许高厚比的主要因素有：砂浆强度；构件类型；砌体种类；支承约束条件、截面形式；墙体开洞、承重和非承重。

2. 砌体房屋结构的主要构造要求

墙体的构造措施主要包括三个方面，即：伸缩缝、沉降缝和圈梁。

（1）伸缩缝两侧宜设承重墙体，其基础可以不分开。

（2）沉降缝的基础必须分开。

（3）圈梁可以抵抗基础不均匀沉降引起的墙体内拉应力，同时可以增加房屋结构的整体性，防止因振动（包括地震）产生的不利影响。因此，圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭状。

钢筋混凝土圈梁构造：宽度宜与墙厚相同，当墙厚h≥240mm时，其宽度不宜小于2h/3。高度不小于120mm，纵向钢筋不少于4根，直径不小于10mm，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距不应大于300mm。

三、钢结构的受力特点及其构造

1.钢结构的连接：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。

2.钢结构的受力特点：受弯构件（钢梁）、受拉（桁架）受压构件（柱、桁架压杆）。

3.2结构抗震设计构造要求

一、地震的震级及烈度

震级是按照地震本身强度而定的等级标度，用以衡量某次地震的的大小，用符号M表示。一次地震只有一个等级。

地震烈度是某一地区的地面及建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。烈度因地而异，不同的地方，烈度值不一样。我国将地震烈度分为12度。

二、抗震设防

1.抗震设防的基本思想

（1）现行抗震设计规范适用于抗震设防烈度为6、7、8、9度地区建筑工程的抗震设计、隔震、消能减震设计。

（2）我国规范抗震设防的基本思想和原则是“三个水准"，简单地说就是“小震不坏、中震可修、大震不倒"

2．建筑物的抗震设计根据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁四个抗震设防类别。大量的建筑物属于丙类。

3.抗震结构的概念设计：

（1）选择对抗震有利的场地：开阔、平坦、密实、均匀的中硬土地段；

（2）建筑物形状力求简单规则平面上的质量中心和刚度中心尽可能接近；

（3）选择技术先进又经济合理的抗震结构体系，地震力的传递路线合理明确；

（4）保证结构的整体性，并使结构和连接部位有较好的延性；

（5）选择抗震性能比较好的建筑材料；

（6）非结构构件应于承重结构有可靠度连接以满足抗震要求。

三、抗震构造措施

1.多层砌体房屋的抗震构造措施

多层砌体房屋材料脆性大，抗拉、抗剪能力低，抵抗地震的能力差。震害表明，在强烈地震作用下，多层砌体房屋的破坏部位主要是墙身，楼盖本身的破坏较轻。因此，采取如下措施：

（1）设置钢筋混凝土构造柱，减少墙身的破坏，并改善其抗震性能，提高延性；

（2）设置钢筋混凝土圈梁与构造柱连接起来，增强房屋的整体性；

（3）加强墙体的连接，楼板和梁应有足够的支承长度和可靠连接；

（4）加强楼梯间的整体性等。

2．框架结构的抗震构造措施

震害调查表明，框架结构震害的严重部位多发生在框架梁柱节点和填充墙处；一般是柱的震害重于梁，柱顶的震害重于柱底，角柱的震害重于内柱，短柱的震害重于一般柱。

应采取措施：把框架设计成延性框架，遵守强柱、强节点、强锚固，避免短柱、加强甬柱，框架沿高度不宜突变，避免出现薄弱层，控制最小配筋率，限制配筋最小直径等原则。构造上采取受力筋锚固适当加长，节点处箍筋适当加密等措施。

3.设置必要的防震缝

防震缝可以将不规则的建筑物分割成几个规则的结构单元，每个单元在地震作用下受力明确合理，避免产生扭转或应力集中的薄弱部位，有利于抗震。

3.3历年真题

（2019）2.影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素有( )。

A.混凝土强度 B.钢筋抗拉强度 C.钢筋抗压强度 D.钢筋屈服强度

【答案】A

【解析】钢筋与混凝土的共同工作。影响粘结强度的主要因素有混凝土的强度、保护层的厚度和钢筋之间的净距离等。

（2019）24.框架结构抗震构造措施设计的原则有( )。

A.强柱、强节点、强锚固 B.避免长柱、加强角柱 C.框架沿高度不宜突变

D.控制最小配筋率 E.限制配筋最大直径

【答案】ACD

【解析】框架结构的抗震构造措施：把框架设计成延性框架，遵守强柱、强节点、强锚固，避免短柱、加强角柱，框架沿高度不宜突变，避免出现薄弱层，控制最小配筋率，限制配筋最小直径等原则。

（2021）3.不属于砌体结构主要构造措施的是（ ）。

A.圈梁 B.过梁 C.伸缩缝 D.沉降缝

【答案】B

【解析】墙体的构造措施主要包括三个方面，即伸缩缝、沉降缝和圈梁。