第八章 土木工程结构体系

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1、第八章 土木工程结构体系第一节 梁、板、柱一、梁梁是将楼板上或屋面上的荷载传至柱子或墙上的受弯构件。梁上作用的荷载一般与梁轴线垂直，在这样的荷载作用下，梁要受弯，其轴线由原来的直线变成曲线，这种弯曲形式称为弯曲变形，产生弯曲变形的构件称为受弯构件（图7-1）。梁和板是建筑工程结构中典型的受弯构件。图 7-1 平面弯曲的梁梁的截面高度与跨度之比一般为 1/81/16。高跨比大于1/4 的梁称为深梁。梁截面高度一般大于其截面宽度，但因工程需要，梁宽大于梁高时，称为扁梁。梁截面高度沿梁轴线变化的梁，称为变截面梁。（一）梁上作用的荷载作用在梁上的荷载常见的有下列几类：1.集中力 即作用在梁微小局部上的

2、横向力，图 7-2 所示。2.集中力偶 即作用在通过梁轴线的平面或与梁轴线平面平行的平面，图 7-2 中的力偶 m。图 7-2 作用集中力 P 和集中力偶 m 的梁。3.分布荷载 即沿梁长连续分布的横向力，分布荷载可分为均布荷载（沿梁长均匀分布的荷载，图 7-3a）与非均布荷载（沿梁长非均匀分布的荷载，图 7-3b）（a）均布荷载（b）非均布荷载图 7-3 作用分布荷载的梁（二）梁的分类1.建筑工程中，梁按材料分类，常用的有混凝土梁、钢梁及钢混凝土组合梁。（1）混凝土梁混凝土梁截面形式常用的有矩形、T 形及花篮形等（图7-4）。混凝土梁分为现浇钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁。图 7-4 混凝

3、土梁的截面类型现浇钢筋混凝土梁是目前应用最广泛的梁，是由混凝土、纵向钢筋和箍筋组成。由于混凝土抗拉强度低，所以在梁的受拉区设置纵向钢筋以抵抗弯矩引起的拉力，使梁的承载力得以极大提高，并显著提高梁的变形能力。梁的剪力由混凝土和箍筋共同承担。钢筋混凝土梁的配筋示意图见图 7-5。图 7-5 钢筋混凝土梁的配筋预应力混凝土梁是在梁的受拉区对混凝土施加预压应力，如图 7-6 所示，并使梁产生向上的预起拱，可有效控制梁的裂缝宽度和挠度。预制的预应力混凝土梁一般均为后张预应力，在非地震区或低烈度地震设防区可采用无粘结预应力梁，在高烈度区宜采用有粘结预应力梁。预应力混凝土梁一般采用高强度的混凝土和高强度钢筋

4、，可有效节省材料，减小截面尺寸。因此，当梁的跨度达到 12m 以上时宜采用预应力混凝土梁。图 7-6 施加预压应力的预应力混凝土梁（2）钢梁钢梁的材料强度高，塑性好，钢材便于加工和安装，因此钢梁的使用范围较广。由于材料强度高，所以钢梁的截面尺寸较小，其自重较轻。钢梁可由型钢直接制作，其截面形式如图 7-7 所示。图 7-7 钢梁的截面类型（3）钢混凝土组合梁钢混凝土组合梁通常情况下由钢筋混凝土翼板、钢梁、板托和抗剪连接件四个部分组成，如图 7-8 所示。在钢梁上支放混凝土楼板，且在两者之间设置一些抗剪连接件，以阻止混凝土与钢梁在受弯时的相互错动，使之组合成一个整体，这种组合构件称为钢混凝土组合

5、梁。组合梁中常用的钢梁截面形式如图 7-9 所示。图 7-8 钢混凝土组合梁的组成图 7-9 组合梁中钢梁的截面形式组合梁的截面高度较小、自重轻、刚度大、延性好。与混凝土梁相比，组合梁具有以下特点：1）可以使混凝土梁的高度降低 1/41/3，自重减轻 40%60%。2）组合梁的强度提高，在组合梁的正弯矩区，混凝土受压，钢梁受拉，两种不同材料都能充分发挥各自的特长，且受力合理，节约材料。3）可节约施工支模、缩短施工周期。组合梁与钢梁相比具有以下特点：1）可以使钢梁的高度降低 1/41/3，刚度增大 1/41/3。2）处于受压区的混凝土板刚度较大，对避免钢梁的整体稳定性和局部失稳有明显的作用，使钢

6、梁用于防止失稳方面的材料大大节省。3）可利用钢梁上组合楼板混凝土的受压作用，增加梁截面的有效高度，提高梁的抗弯承载力和抗弯刚度，从而节省钢材和降低造价。2.梁按支承条件可分为简支梁、连续梁和悬臂梁。（1）简支梁简支梁的两端搁置支承物上，一端可视为可动铰支座，可动铰支座表示梁可绕该支座转动、也可平移；另一端可视为固定铰支座，固定铰支座表示梁可以自由转动但不能平移(图7-10)。简支梁是静定结构，一般用于小跨度结构，经济的截面高度一般为跨度的 1/81/12。图 7-10 简支梁（2）连续梁连续梁具有 2 个以上支座（图 7-11），为超静定梁，结构刚度较大，整体性较好。因连续梁的最大弯矩比简支梁

7、小，所以在荷载和跨度相同的情况下，连续梁的截面高度可比简支梁小。图 7-11 连续梁（3）悬臂梁悬臂梁的一端为固定支座、另一端为自由端（图 7-12）。悬臂梁广泛用于阳台、雨棚、体育场的看台等部位。悬臂梁的根部受力最大，在相同的均布荷载作用下，跨度相同的悬臂梁和简支梁相比，悬臂梁根部的最大弯矩是简支梁的 4 倍，最大挠度是简支梁的 10 倍，因此，一般悬臂梁的悬臂长度不宜超过根部截面高度的 6 倍，当悬臂长度较大时，宜把悬臂梁做成变截面梁。图 7-12 悬臂梁二、板板是将恒荷载和活荷载通过梁（或直接）传递到竖向支撑结构（墙、柱）的主要水平构件，板的长、宽两个方向的尺寸远大于其厚度，如房屋建筑中

8、的楼盖，板是典型的受弯构件。钢筋混凝土楼板按其施工方式分为现浇整体式钢筋混凝土楼板、装配整体式钢筋混凝土楼板。其中应用最广泛的是现浇钢筋混凝土楼板，现浇整体式钢筋混凝土楼板具有整体性好、刚度大、抗震性强、防水性好等优点，适用于楼面荷载大，平面形状不规则或有较大集中设备荷载、振动荷载作用、对防防漏或抗震要求较高的建筑物。（一）现浇整体式钢筋混凝土楼板现浇整体式钢筋混凝土楼板按受力和支撑条件的不同，分为肋梁楼板、井式楼板、无梁楼板和压型钢板组合楼板。1.肋梁楼板肋梁楼板由板、次梁和主梁组成。板被梁分成若干区格，每一区格的板一般是支撑在主梁、次梁或者墙上。当区格板的长边长度l2与短边长度l1的比值l

9、2/l12 时，板上荷载主要沿短边方向传递到支撑梁上，而沿长边方向传递的荷载很小，。可以忽略不计，计算时可以仅考虑短边方向的受弯作用，这种仅沿短边方向受力的板，称为单向板肋梁楼板（图 7-13a）。当区格板的长短边之比l2/l12 时，板上荷载将通过两个方向传递到相应的支撑梁或墙上，此时，板计算时要考虑两个方向的受力，这种板沿两个方向受力，称为双向板肋梁楼板。双向板使板的受力和传力更加合理，构件的材料更能充分发挥作用（图 7-13b）(a) 单向板肋梁楼板(b)双向板肋梁楼板图 7-13 肋梁楼板肋梁楼板广泛用于多层及高层房屋的楼、屋盖结构中，其中双向板肋梁楼盖多用于公共建筑的高层建筑，单向板

10、肋梁楼盖多用于多层厂房和公共建筑中。2.井式楼板井式楼板是双向板的发展，是双向板和交叉梁系组成的楼板。当建筑上需要空间较大时，经常将楼板划分为若干接近正方形的小区格，两个方向的梁截面高度相同，无主、次梁之分，梁格布置呈“井”字，故称为井式楼板（图 7-14）。井式楼板可少设或不设内柱，能跨越较大的空间，顶棚比较美观，适用于正方形或接近于正方形的公共建筑的门厅、中小型礼堂、餐厅等。但井式楼板与肋梁楼板相比，因井式楼板的梁跨度大，所以其钢筋用量较多，造价较高。图 7-14 井式楼板3.无梁楼板无梁楼板为板柱结构体系，楼板不设梁，将板直接支撑于柱上，所以称为无梁楼板（图 7-15）。无梁楼板所占用的

11、结构高度小，支模简单，但板厚较大。因无梁楼板除受弯外，在柱边会受到较大的冲切，所以在柱网较大时，柱顶要设置柱帽，这样可提高板的抗冲切能力，减小板的计算跨度。无梁楼板适用于柱网尺寸不超过 6m 的图书馆、仓库等建筑。图 7-15 无梁楼板4.压型钢板组合楼板压型钢板与混凝土组合板是在压型钢板上现浇混凝土，且配置适量钢筋所构成的一种板。压型钢板利用凹凸相间的压型薄钢板作衬板与现浇混凝土浇注在一起支承在钢梁上构成整体型楼板，图 7-16 所示，压型钢板组合板的常用截面形式如图 7-17。目前，在钢结构及组合结构房屋的楼盖和屋盖中，尤其是高层建筑钢结构的楼板中，普遍采用压型钢板与混凝土组合板。图 7-