结构设计原理第四章

《混凝⼟结构设计原理》第四章_课堂笔记《混凝⼟结构设计原理》第四章受弯构件正截⾯承载⼒计算课堂笔记◆知识点掌握：受弯构件是⼟⽊⼯程中⽤得最普遍的构件。

与构件计算轴线垂直的截⾯称为正截⾯，受弯构件正截⾯承载⼒计算就是满⾜要求：M≤Mu。

这⾥M为受弯构件正截⾯的设计弯矩,Mu为受弯构件正截⾯受弯承载⼒，是由正截⾯上的材料所产⽣的抗⼒，其计算及应⽤是本章的中⼼问题。

◆主要内容受弯构件的⼀般构造要求受弯构件正截⾯承载⼒的试验研究受弯构件正截⾯承载⼒的计算理论单筋矩形戴⾯受弯承载⼒计算双筋矩形截⾯受弯承载⼒计算T形截⾯受弯承载⼒计算◆学习要求1.深⼊理解适筋梁的三个受⼒阶段，配筋率对梁正截⾯破坏形态的影响及正截⾯抗弯承载⼒的截⾯应⼒计算图形。

2.熟练掌握单筋矩形、双筋矩形和T形截⾯受弯构件正截⾯设计和复核的握法，包括适⽤条件的验算。

重点难点◆本章的重点:1.适筋梁的受⼒阶段，配筋率对正截⾯破坏形态的影响及正截⾯抗弯承载⼒的截⾯应⼒计算图形。

2.单筋矩形、双筋矩形和T形截⾯受弯构件正截⾯抗弯承载⼒的计算。

本章的难点：重点1也是本章的难点。

⼀、受弯构件的⼀般构造（⼀）受弯构件常见截⾯形式结构中常⽤的梁、板是典型的受弯构件:受弯构件的常见截⾯形式的有矩形、T形、⼯字形、箱形、预制板常见的有空⼼板、槽型板等；为施⼯⽅便和结构整体性，也可采⽤预制和现浇结合，形成叠合梁和叠合板。

（⼆）受弯构件的截⾯尺⼨为统⼀模板尺⼨，⽅便施⼯，宜按下述采⽤:截⾯宽度b=120, 150 , 180、200、220、250、300以上级差为50mm。

截⾯⾼度h=250, 300,…、750、800mm，每次级差为50mm，800mm以上级差为100mm。

板的厚度与使⽤要求有关，板厚以10mm为模数。

但板的厚度不应过⼩。

（三）受弯构件材料选择与⼀般构造1.受弯构件的混凝⼟等级2.受弯构件的混凝⼟保护层厚度纵向受⼒钢筋的外表⾯到截⾯边缘的最⼩垂直距离，称为混凝⼟保护层厚度，⽤c表⽰。

第四章教材P97习题1：钢筋混凝土简支梁，计算跨度为m 7.50=l ，承受均布荷载为kN/m 5.26 (已考虑和在分项系数，但不包括梁自重)。

混凝土强度等级为C20，环境类别为一类，采用HRB400钢筋。

试确定梁的截面尺寸并计算受拉钢筋截面面积和选择钢筋。

提示：(1)根据梁的跨度初选截面尺寸；(2)钢筋混凝土容重为25kN/m 3；(3)本题的计算结果有多种答案。

解：(1)初选截面 根据梁的高跨比和高宽比，查表4-1，初选梁的截面尺寸为250mm ⨯500mm 。

(2)设计参数 查附录1、附录6可知，C20混凝土f c =9.6N/mm 2，f t =1.1N/mm 2,HRB400级钢筋f y =360N/mm 2；查表4-5，α1=1.0，ξb =0.518。

查附录16，一类环境，c =25mm ，假定钢筋单排布置，则a s =c +d s +d /2=45mm ，h 0=h –45=455mm%138.03601.145.045.0%2.0min =⨯=>=y t f f ρ。

(3)内力计算梁上均布荷载设计值：由可变荷载效应控制的组合kN/m 25.305.265.025.0252.1k Q k G =+⨯⨯⨯=+=q g p γγ由永久荷载效应控制的组合kN/m 77.225.267.05.025.02535.1k Q k G =⨯+⨯⨯⨯=+=q g p ψγγ跨中最大弯矩设计值：m kN 85.1227.525.30810.1812200⋅=⨯⨯⨯==pl M γ (4)计算钢筋截面面积由式(4-11)可得mm 7.235mm 5.1312506.90.11085.122245545520b 62120=<=⨯⨯⨯⨯--=--=h b f M h h x c ξα由式(4-11)可得2min 2y c 1s mm 250500250%2.0mm 7.8763605.1312506.90.1=⨯⨯=>=⨯⨯⨯==bh f bx f A ρα符合适用条件。

第四章小结1、斜截面强度计算是钢筋混凝土结构的一个重要问题。

设计受弯构件时，必须同时解决正截面强度和斜截面强度的计算与构造问题。

2、梁沿斜截面破坏的主要形态有斜压、剪压和斜拉三种。

影响斜截面抗剪强度的主要因素有：剪跨比、混凝土强度、纵向受拉钢筋配筋率和箍筋数量及强度等。

3、斜截面抗剪强度的计算公式是以剪压破坏为基础建立的。

对于斜压和斜拉破坏，一般采用截面限制条件和构造措施予以避免。

斜截面抗剪强度的计算图式、基本计算公式和适用条件，斜截面抗剪设计和复核的方法及步骤。

4、斜截面强度有两个方面：一是斜截面抗剪强度，通过计算配置箍筋或配置箍筋和弯起钢筋来保证，一是斜截面抗弯强度，通过采用一定的构造措施来保证。

第四章 受弯构件斜截面承载力计算一、填空题：1、在钢筋混凝土受弯构件中，（ ） 和 （ ）称为腹筋或剪力钢筋。

2、影响受弯构件斜截面抗剪力的主要因素（ ） 、（ ） 、（ ）和（ ）。

3、受弯构件斜截面破坏的主要形态（ ）、（ ） 和（ ）。

桥规抗剪承载力公式是以（ ）破坏形态的受力特征为基础建立的。

4、梁中箍筋的配箍率公式：（ ）。

5、纵筋的配筋率越大，受剪承载力越高，这是由于（ ）和（ ）。

6、梁式结构受拉主钢筋应有不少于（ ）根并不少于（ ）的受拉主钢筋通过支点。

7、支座中心向跨径方向长度在一倍梁高范围内，箍筋间距应不大于（ ）。

8、控制最小配箍率的目的（ ），限制截面最小尺寸的目的（ ）。

9、影响有腹筋梁斜截面抗剪能力的主要因素有：（ ）、 （ ） 、 （ ）、 （ ） 。

10、钢筋混凝土梁沿斜截面的主要破坏形态有斜压破坏、斜拉破坏和剪压破坏等。

在设计时，对于斜压和斜拉破坏，一般是采用（ ） 和 （ ） 予以避免，对于常见的剪压破坏形态，梁的斜截面抗剪能力变化幅度较大，故必须进行斜截面抗剪承载力的计算。

《公路桥规》规定，对于配有腹筋的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力的计算采用下属半经验半理论的公式：ssb sd sv sv k cu u d A f f f p bh V V θραααγsin )1075.0()6.02()1045.0(3,033210∑⨯++⨯=≤--11、对于已经设计好的等高度钢筋混凝土简支梁进行全梁承载能力校核，就是进一步检查梁沿长度上的截面的（ ）、 （ ）和 （ 是否满足要求。

《服装结构设计与制图》——第四章结构设计原理一、教学目标教学目的：了解服装结构设计的基本原理，能对服装效果图的外形轮廓的准确审视。

掌握结构线是服装结构的具体表现，其特征以及相互间的吻合是结构设计的重要表现手法，熟悉结构线的各种画法。

教学要求：1.能准确审视服装效果图，掌握服装各部位的吻合、各部件的组合关系。

2.明确结构线是服装结构的具体表现，掌握结构线在结构制图中的正确使用。

二、课程内容第一节服装效果图的审视与结构分解一、服装效果图的外形轮廓审视：服装设计效果图也有人称为服装画，是设计者对服装造型款式的具体形象的表达，是设计者的创造构思语言，是作为结构设计的主要依据。

效果图的伸视包括对效果图的类别、（工艺型、具实型、夸张型、艺术型）款式的功能属性、（实用型、表演型、广告服装）平视与透视结构、（外部造型、部件之间相连、穿脱形式、各部位舒适量）结构的可分解性、（重点）材料性质与组成、（面、里、辅料的种类、纹样、色彩、毛向、布纹、可烫性、可缝性））工艺处理形式（装饰线、开口、开衩、辑明线及各种材料的组合）等内容。

（一）结构的可分解性：效果图所显示的服装能够通过立体构成和平面构成的方式，图解成基本衣片的特征称结构的可分解性。

设计合理的服装都具有良好的可分解性，如果服装某部位不能图解成衣片，则称该部位不可分解。

审视服装效果图时，应注意分析以下几个方面：1.分析服装外形轮廓：即服装结构必须适合人体穿着需要，不能阻碍人体活动规律。

其服装是紧身型还是宽松型的。

常需特别注意的部位有领口、下摆、袖口、腰围等部位，要分析其大小能否通过人体头部、肩部、臀部等部位，如不能则需观察该部位附近是否有开口、折裥、装松紧带等工艺形式，这些工艺形式所提供的宽松量加上原来部位的大小能否使穿脱方便和美观。

2.分析衣缝线条的结构性：款式造型图分解成平面的结构图后衣片相关的部位结构图之间是否存在着重叠部分，即使两者分离的结构形式（如省道、分割线）使两者在重叠部分消失的同时仍能保持衣片形状的完整性。

结构设计原理叶见曙版课后习题4-6章答案第四章：刚架结构的基本概念和分析方法习题4-1：定义刚架结构，列举其特点，并结合实际案例进行说明。

答案：刚架结构是指由多个构件通过铰接或者铰接与刚性连接的节点组成的一种框架结构。

刚架结构的特点包括：节点可以是铰接的或者刚性连接的，构件可以是线性弹性的，节点可以是刚性的或者可变形的。

实际案例：一栋多层钢结构办公楼。

楼房的框架结构由钢梁和钢柱组成，构件之间通过刚性连接的节点连接在一起，形成了一个整体刚性的结构。

这种刚架结构能够承受楼房的自重和外部荷载，并且具有良好的抗震性能。

习题4-2：对于下列刚架结构，判断其是否为静定结构，并说明理由。

a) 一个刚架结构，有10个节点和15个构件。

b) 一个刚架结构，有10个节点和12个构件。

答案： a) 这个刚架结构是静定结构。

刚架结构的节点数目n和构件数目m之间的关系为n=2m-3。

在这个刚架结构中，节点数目为10，构件数目为15，满足n=2m-3的关系，所以是静定结构。

b) 这个刚架结构不是静定结构。

刚架结构的节点数目n和构件数目m之间的关系为n=2m-3。

在这个刚架结构中，节点数目为10，构件数目为12，不满足n=2m-3的关系，所以不是静定结构。

习题4-3：刚架结构的静力分析方法包括哪些？简要说明其原理。

答案：刚架结构的静力分析方法包括平衡法、位移法和力法。

平衡法是基于力的平衡原理进行分析的方法。

在平衡法中，首先根据结构的几何特征和外部荷载确定节点的受力情况，然后根据节点的受力平衡条件，得到节点的受力大小和方向。

位移法是基于结构的位移和刚度关系进行分析的方法。

在位移法中，首先假设结构的节点位移，然后根据结构的刚度关系，计算出节点的受力大小和方向，最后通过迭代计算，得到结构的位移和受力。

力法是基于力的平衡原理和受力平衡条件进行分析的方法。

在力法中，首先根据结构的几何特征和外部荷载确定节点的受力情况，然后根据节点的受力平衡条件，得到节点的受力大小和方向，最后通过迭代计算，得到结构的位移和受力。

4.1 由混凝土等级为C30，受拉钢筋为320,查表得，c f =14.32/N mm ，t f =1.432/N mm ，y f =3602/N mm ，s A =9422/N mm1α=1，1β=0.8，b ξ=0.518min max 0.45,0.2%0.2%t y f f ρ⎧⎫⎪⎪==⎨⎬⎪⎪⎩⎭s A =9422/N mm ≥0.2%⨯200⨯500=2002mm环境类别为一类，最小保护层20mm ，假设箍筋直径为8mms a =20+8+20/2=38mm 0h =500-38=462mm10y sc f A f bh ξα==≤b ξ=，满足适筋梁要求(10.5)s αξξ=-=0.224能负荷的极限弯矩210u s c M f bh αα==136.74kN m g =28ql解得q=30.387/kN m4.2由混凝土等级为C30，受拉钢筋为HRB500, 环境类别为一类可查表得c f =14.32/N mm ，t f =1.432/N mm ，y f =4352/N mm ，最小保护层20mm1α=1，1β=0.8，b ξ=11ycu sf E βε+=0.482按一排钢筋布置，取s a =40mm0h =600-40=560mm210s c Ma f bh α==0.169ξ1=≤b ξ=,满足满足适筋梁要求 10cs yf A bh f αξ==859.9 2mm可选3根直径20mm 的HRB500s A =942 2mm ≥ min A =0.2%×250×600=3002mm ，满足满足适筋梁要求4.3由混凝土等级为C30，受拉钢筋为HRB335, 环境类别为二类b 可查表得c f =14.32/N mm ，t f =1.432/N mm ，y f =3002/N mm ，最小保护层25mm1α=1，1β=0.8，b ξ=11ycu sf E βε+=0.55210s c Ma f bh α==0.051ξ1=≤b ξ=,满足满足适筋梁要求minmax 0.45,0.2%t y f f ρ⎧⎫⎪⎪==⎨⎬⎪⎪⎩⎭0.215%min A =0.215%×1000×100=2152mm10cs yf A bh f αξ==176 2mm8@200，实配钢筋面积s A =2512mm ≥min A设分布钢筋面积2s A2s A ≥15%s Aρ=20.15%1001000s A ≥⨯2s A ≥1502mm6 / 8 @240 ，2s A =1642mm4.4（1）材料选用受拉钢筋选HRB400，混凝土等级为C30，环境类别为一类，查表得c f =14.32/N mm ，t f =1.432/N mm ，y f =3602/N mm ，最小保护层20mm1α=1，1β=0.8，minmax 0.45,0.2%t y f f ρ⎧⎫⎪⎪==⎨⎬⎪⎪⎩⎭0.2%，b ξ=11y cu sf E βε+=0.518 （2）截面选择011()325~5201610h l mm =-=，选h=400mm11()133~20032b h mm =-=,选 b=200mm(3)弯矩计算钢筋混凝土重度为253/kN m ，故梁每单位长度自重标准值Gk g =25×0.4×0.15=1.5/kN m按永久荷载控制1M =1.35×（1.5+6）×5.22/ 8+1.4×0.7×9×5.22/ 8）=64.03/kN m按可变荷载控制2M =1.2×（1.5+6）×5.22/ 8+1.4×0.7×9×5.22/ 8）=73/kN mM={}12max ,M M =73/kN m （4）计算系数按一排布置受拉钢筋考虑，取s a =40mm ，则0h =400-40=360mms α=210c Mf bh α=0.197 ξ=1=0.219≤11b ycu sf E βξε=+=0.518，,满足满足适筋梁要求（5）10cs yf A bh f αξ==6262mm（6）选用钢筋 222，实配钢筋面积s A =7602mm ，可采用一排布置（7）s A =7602mm ≥min A =0.2%×200×400=1602mm ，满足要求。

第4章单个构件的承载能力--稳定性4.1 稳定问题的一般提法4.1.1 失稳的类别传统分类:分支点失稳和极值点失稳。

分支点失稳:在临界状态时,初始的平衡位形突变到与其临近的另一平衡位形。

（轴心压力下直杆）极值点失稳：没有平衡位形分岔,临界状态表现为结构不能再承受荷载增量。

按结构的极限承载能力：(1)稳定分岔屈曲：分岔屈曲后，结构还可承受荷载增量。

轴心压杆(2)不稳定分岔屈曲：分岔屈曲后,结构只能在比临界荷载低的荷载下才能维持平衡位形。

轴向荷载圆柱壳(3))跃越屈曲：结构以大幅度的变形从一个平衡位形跳到另一个平衡位形。

铰接坦拱，在发生跃越后, 荷载还可以显著增加,但是其变形大大超出了正常使用极限状态。

4.1.2 一阶和二阶分析材料力学：EI M //1+=ρ 高数：()()2/3222/1///1dx dy dx y d +±=ρ M>0 22/dx y d <0 ； M<0 22/dx y d >0 ；∴ M 与y ''符号相反()()EI M y y /1/2/32-='+''∴ （大挠度理论）当y '与1相比很小时 EI M y /-='' （1） （小挠度理论）不考虑变形，据圆心x 处 ()x h P M --=α1 一阶弯矩 考虑变形 ()()y p x h p M ----=δα2 二阶弯矩 将它们代入（1）式：()x h p y EI -=''α 一阶分析()()y p x h p y EI -+-=''δα 二阶分析边界条件: ()()000='=y y ()δ=h yEI ph 3/3αδ=()()]/)tan(3[)]3/([33kh kh kh EI ph -⨯=αδ （2） EI P k /2=由（2）有 ()∞=--32//)(t a n l i m kh kh kh kh π 得欧拉临界荷载 224/h EI P E π= 此为稳定分析过程：达临界荷载，构件刚度退化为0，无法保持稳定平衡，失稳过程本质上是压力使构件弯曲刚度减小，直至消失。

第四章受弯构件斜截面承载力一、填空题1、受弯构件的损坏形式有、2、受弯构件的正截面损坏发生在梁的。

，受弯构件的斜截面损坏发生在梁的，受弯构件内配置足够的受力纵筋是为了防备梁发生配置足够的腹筋是为了防备梁发生损坏。

损坏，3、梁内配置了足够的抗弯受力纵筋和足够的抗剪箍筋、弯起筋后，该梁并不意味着安全，因为还有可能发生、、；这些都需要经过绘制材料图，知足必定的结构要求来加以解决。

4、斜裂痕产生的原由是：因为支座邻近的弯矩和剪力共同作用，产生的超出了混凝土的极限抗拉强度而开裂的。

5、斜截面损坏的主要形态有、、，此中属于资料未充足利用的是、。

6、梁的斜截面承载力跟着剪跨比的增大而。

7、梁的斜截面损坏主要形态有 3 种，此中，以损坏的受力特点为依照成立斜截面承载力的计算公式。

8、跟着混凝土强度等级的提升，其斜截面承载力。

9、跟着纵向配筋率的提升，其斜截面承载力。

10、当梁上作用的剪力知足：V≤时，可不用计算抗剪腹筋用量，直接按结构配置箍筋知足S S max , d d min；当梁上作用的剪力知足：V≤时，仍可不用计算抗剪腹筋用量，除知足S S max, d d min以外，还应知足最小配箍率的要求；当梁上作用的剪力知足：V≥时，则一定计算抗剪腹筋用量。

11、当梁的配箍率过小或箍筋间距过大而且剪跨比较大时，发生的损坏形式为；当梁的配箍率过大或剪跨比较小时，发生的损坏形式为。

12、关于 T 形、工字形、倒T 形截面梁，当梁上作用着集中荷载时，需要考虑剪跨比影响的截面梁是。

13、对梁的斜截面承载力有有益影响，在斜截面承载力公式中没有考虑。

14、设置弯起筋的目的是、。

15、为了防备发生斜压损坏，梁上作用的剪力应知足：，为了防备发生斜拉损坏，梁内配置的箍筋应知足。

16、梁内需设置多排弯起筋时，第二排弯起筋计算用的剪力值应取当知足 V≤时，可不用设置弯起筋。

，17、当梁内的配筋状况为18、弯起筋应同时知足座负弯矩时，弯起筋应同时知足时，则不需绘制资料图。

【4-3】由《规范》表4.1.4和表4.2.3-1得f c ＝9.6N/mm 2，f t ＝1.1 N/mm 2，f y ＝210 N/mm 2。

有《规范》表9.2.1知，环境类别为一类的混凝土C20的保护层为20mm ，故设a s ＝25mm(题目中给定的)（1） 求最大弯矩设计值，M =1/8（g+q ）l 02=1/8×6×2.182=3.56kN.m （2） 假设%6.0=ρ（经济配筋率）614.013.0.06.90.1210006.01=<=⨯⨯==b cyf f ξαρξmm b f Mh c 55)5.01(10=-=ξξαmm a h h s 8025550=+=+=,取80mm,满足表4-8最小厚度60mm 的要求接下来按照h 已知，求所需要的钢筋面积4255.0122.0201=<==sb c us bhf Mααα 查表b ξξ<=13.020329mm h f MA sy us ==γ选)335(150@82mm As =φ,由《规范》表9.5.1得纵向受力钢筋的最小配筋百分率 %2.0%24.0%2101.145%45min >=⨯==yt f f ρ取ρmin ＝0.24％%24.0%61.05510003350>=⨯==bh A s ρ也可以A s,min ＝ρmin bh ＝0.24％×1000×80＝192mm 2 A s ＝335mm 2> A s,min ，满足要求。

（3）分布钢筋单位长度上分布钢筋的截面面积不应小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%，间距不宜大于250mm; 直径不宜小于6mm; 温度变化较大或集中荷载较大时，分布钢筋的截面面积应适当增加，其间距不宜大于200mm;A s 分=0.15×A s =0.15×335=50.25, 所计算的分布钢筋的面积非常少，因此按最大间距最小直径选取，可取)113(250@62mm As =φ。