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第二章结构设计方法与设计指标第三四节上课用

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结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 第三节 建筑结构材料的设计指标 一. 钢筋的成份、级别、品种 热轧钢筋 强度等级代号 HPB235级、HRB335级、RRB400 HPB---热轧光圆钢筋 HRB---热轧带肋钢筋 RRB---余热处理钢筋 钢筋的设计指标 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 按 化 学 成 分 碳素钢 低合金钢-在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、 钛、钒、铬等合金元素。有效提高钢材的 强度,改善钢材的其它性能。 低碳钢-含碳量0.25% 中碳钢-含碳量0.25%~0.6% 高碳钢-含碳量0.6%~1.4% 除铁外,含少 量碳、硅、锰 、硫、磷 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 按 外 形 光面钢筋 变形钢筋:等高肋钢筋、月牙肋钢筋 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 热轧钢筋 - 将钢材在高温下轧制而成,根据强度高低,分为Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ三个级别 冷拉钢筋 -由热轧钢筋在常温下机械拉伸而成,屈服强度得到提 高(冷拉时效),分为冷拉Ⅰ、冷拉Ⅱ、冷拉Ⅲ、冷拉Ⅳ 冷轧带肋钢筋 -由热轧圆盘条经冷轧减小直径后在其表面冷轧成 带有斜肋的钢筋,明显提高屈服强度,三个级别 LL550,LL650,LL800 热处理钢筋 -将热轧的螺纹钢筋再通过淬火和回火的调质热处理, 显著提高强度。 按 加 工 方 法 钢丝:碳素钢丝、刻痕钢丝及钢绞线 冷拔钢筋 -在常温下,使钢筋拉过一个直径较小的设备(如图) ,改变力学性能。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 冷拔钢筋 既能提高抗拉强度又能提高抗压强度。 冷拔钢筋属于硬钢。 二. 钢筋的设计指标(强度标准值与强度设计值) ◆材料强度标准值:取具有95%保证率的材料强度值为该值 强度特征值。 钢筋强度设计值= 钢筋强度标准值÷钢筋材料分项系数γs u普通钢筋的强度标准值、强度设计值及弹性模量 一. 混凝土的组成结构 普通混凝土:水泥+砂+石+水 人工石材,是多相复合材料 通常把混凝土的结构分为三种类型: A.微观结构:水泥石结构,包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化 完的水泥颗粒和凝胶孔组成。 B.亚微观结构:水泥砂浆结构。 C.宏观结构:砂浆和粗骨料两组分体系。 混凝土的设计指标 二. 混凝土的强度 混凝土结构中,主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是 混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 1)立方体抗压强度 f cu :边长为150mm的混凝土立方 体试件,在标准条件下(温度为20±3℃,湿度≥90%)养护 28天,用标准试验方法(加载速度0.3~0.5N/mm2/s,两端不 涂润滑剂)测得的具有95%保证率的抗压强度,作为混凝 土立方体抗压强度标准值,用符号fcu,k表示,以N/mm2(MPa )计, 并以此作为划分混凝土强度等级的依据。 《规范》根据强度范围,从C15~C80共划分为14个强度 等级,级差为5N/mm2,C50以上为高强混凝土。 三. 混凝土的设计指标(强度标准值与强度设计值) 混凝土强度设计值= 混凝土强度标准值÷砼材料分项系数γc ◆材料强度标准值:取具有95%保证率的材料强度值为该值 强度特征值。 u混凝土的强度标准值、强度设计值及弹性模量 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 (1)块材￿ 块材是砌体的主要组成部分,通常占砌体总体 积的78%以上。我国目前的块材主要有以下几类: 1)砖￿ ①烧结普通砖￿ 烧结普通砖简称普通砖,指以黏土、页岩、煤 矸石、粉煤灰为主要原料,经过焙烧而成的实心的 或孔洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖。 一、砌体材料种类及强度等级 砌体材料的设计指标 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 烧结普通砖可分为烧结黏土砖、烧结页岩砖、 烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。全国统一规定这 种砖的尺寸为240mm×115mm×53mm,习惯上称标 准砖。 烧结普通砖的强度等级有MU30、MU25、MU20 、MU15和MU10五个等级。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 ②非烧结硅酸盐砖￿ 非烧结硅酸盐砖是指以硅酸盐材料、石灰、砂 石、矿渣、粉煤灰等为主要材料压制成型后经蒸汽 养护制成的实心砖。常用的有蒸压灰砂砖、蒸压粉 煤灰砖、炉渣砖、矿渣砖等。￿ 蒸压灰砂砖简称灰砂砖,是以石灰和砂为主要 原料,经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实 心砖,其强度等级有MU25、MU20、MU15和MU10 。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 蒸压粉煤灰砖简称粉煤灰砖,又称烟灰砖,是 以粉煤灰、石灰为主要原料,掺配适量的石膏和集 料,经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的 实心砖,有MU20、MU15、MU10和MU7.5四个强度 等级。 炉渣砖亦称煤渣砖,以炉渣为主要原料,掺配 适量的石灰、石膏或其他集料制成。 矿渣砖以未经水淬处理的高炉炉渣为主要原料 ,掺配适量的石灰、粉煤灰或炉渣制成。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 ③烧结多孔砖￿ 烧结多孔砖简称多孔砖,是指以黏土、页岩、 煤矸石或粉煤灰为主要原料,经焙烧而成的具有竖 向孔洞(孔洞率不小于25%,孔的尺寸小而数量多)的 砖。其外形尺寸,长度为290、240、190mm,宽度 为240、190、180、175、140、115mm,高度为 90mm。型号有KM1、KP1和KP2三种(图2.9)。 烧结多孔砖主要用于承重部位,其强度等级划 分为MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 图2.9 几种多孔砖的规格和孔洞形式 (a)KM1型;(b)KM1型配砖;(c)KP1型; (d)KP2型;(e)、(f)KP2型配砖 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 2)砌块￿ 指除普通砖和黏土空心砖及石材以外的块材。 砌块尺寸较大,可分为小型、中型和大型三类 。 高度在180~350mm的一般称为小型砌块,便于 手工砌筑,使用上也较灵活。高度在350~900mm的 一般称为中型砌块。高度大于900mm的一般称为大 型砌块。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 砌块一般用混凝土或水泥炉渣浇制而成,也可 用粉煤灰蒸养而成,主要有混凝土空心砌块、加气 混凝土砌块、水泥炉渣空心砌块、粉煤灰硅酸盐砌 块。 混凝土小型空心砌块的主要规格尺寸为 390mm×190mm×190mm(图2.10),是墙体材料 改革的方向之一。￿ 砌块的强度等级分为MU20、MU15、MU10、 MU7.5和MU5五级。￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 图2.10 混凝土小型空心砌块块型 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 3)石材￿ 石材抗压强度高,抗冻性、抗水性及耐久性均 较好,通常用于建筑物基础、挡土墙等,也可用于 建筑物墙体。砌体中的石材应选用无明显风化的天 然石材。 石材的强度等级共分七级:MU100、MU80、 MU60、MU50、MU40、MU30和MU20。￿ 石材按加工后的外形规则程度分为料石和毛石 两种。￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 ①料石￿ 细料石通过细加工,外形规则,叠砌面凹入深度不 应大于10mm,截面的宽度、高度不应小于200mm,且 不应小于长度的1/4。￿ 半细料石 规格尺寸同细料石,但叠砌面凹入深 度不应大于15mm。￿ 粗料石 规格尺寸同细料石,但叠砌面凹入深度 不应大于20mm。￿ ②毛石￿ 形状不规则,中部厚度不小于200mm的石材。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 (2)砂浆￿ 砌体中砂浆的作用是将块材连成整体,从而改 善块材在砌体中的受力状态,使其应力均匀分布, 同时因砂浆填满了块材间的缝隙,也降低了砌体的 透气性,提高了砌体的防水、隔热、抗冻等性能。 按配料成分不同,砂浆分为以下几种:￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 1)水泥砂浆￿ 水泥砂浆的主要特点是强度高,耐久性和耐火 性好,但其流动性和保水性差,相对而言施工较困 难。在强度等级相同的条件下,采用水泥砂浆砌筑 的砌体强度要比用其他砂浆时低。水泥砂浆常用于 地下结构或经常受水侵蚀的砌体部位。￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 2)水泥混合砂浆￿ 水泥混合砂浆包括水泥石灰砂浆、水泥黏土砂 浆,其强度较高,且耐久性、流动性和保水性均较 好,便于施工,容易保证施工质量,常用于地上砌 体,是最常用的砂浆。￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 3)非水泥砂浆￿ 非水泥砂浆有石灰砂浆、黏土砂浆、石膏砂浆 。石灰砂浆强度较低,耐久性也差,流动性和保水 性较好,通常用于地上砌体。黏土砂浆强度低,可 用于临时建筑或简易建筑。石膏砂浆硬化快,可用 于不受潮湿的地上砌体。￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 4)混凝土砌块砌筑砂浆￿ 它是由水泥、砂、水以及根据需要掺入的掺合 料和外加剂等组成,按一定比例采用机械拌和制成 ,专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆,简称砌块 专用砂浆,其强度等级用Mb表示。￿ 砂浆的强度等级由通过标准试验方法测得的边 长为70.7mm立方体的28d龄期抗压强度平均值确定 ,共有M15、M10、M7.5、M5和M2.5五级。￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 《砌体规范》规定,五层及五层以上房屋的墙 ,以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最 低强度等级为:砖MU10,砌块MU7.5,石材MU30, 砂浆M5。对安全等级为一级或设计使用年限大于50 年的房屋,墙、柱所用材料最低强度等级应至少提 高一级。￿ ￿ (3)砌体材料的选择 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 ￿一、钢材的品种 ￿ 钢结构用的钢材主要是碳素结构钢和低合金高 强度结构钢。￿ ①碳素结构钢￿ 碳素结构钢的牌号由字母Q、屈服点数值、质量 等级代号、脱氧方法代号(F、b、Z、TZ)四个部分 组成。 建筑钢材的设计指标 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 现举例说明钢号表示法及代表的意义:Q235A— —屈服强度为235N/mm2,A级,镇静钢;Q235B·F— —屈服强度为235N/mm2,B级,沸腾钢。￿ 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 ②低合金高强度结构钢￿ 低合金高强度结构钢是在钢的冶炼过程中添加 少量合金元素(合金元素的总量低于5%),以提高 钢材的强度、耐腐蚀性及低温冲击韧性等。低合金 高强度结构钢均为镇静钢或特殊镇静钢,所以它的 牌号只有Q、屈服点数值、质量等级三部分,其中质 量等级有A到E五个级别。 低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢,C、 D、E级属于特殊镇静钢。 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 钢材的强度具有变异性。按同一标准生产的钢 材,不同时期生产的各批钢材之间的强度不会完全 相同;即使同一炉钢轧制的钢材,其强度也会有差 异。因此,在结构设计中采用其强度标准值作为基 本代表值。 所谓强度标准值,是指正常情况下可能出现的 最小材料强度值。《统一标准》规定,材料强度标 准值应具有不小于95%的保证率。 建筑钢材的设计指标 结构设计方法与设计指标结构设计方法与设计指标 规范取国家标准规定的屈服强度废品限值作为 钢筋强度的标准值,以使结构设计时采用的钢筋强 度与国家规定的钢筋出厂检验强度一致。￿ 强度标准值除以材料分项系数γS即为材料强度设 计值。各类热轧钢筋材料分项系数γS的取值大约为 1.15。￿ 普通钢筋的强度标准值、强度设计值见表2-8(详 见P42)。钢材强度设计值根据钢材厚度或直径按表2- 6 (详见P42)采用。￿ 第三章 结构设计方法与设计指标 《建筑结构基础与识图》《建筑结构基础与识图》 §2–4 建筑结构抗震设防简介 一、基本概念 地震是一种自然现象。 地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位称为震源 。震源正上方的地面位置叫震中。地面某处至震中的水平距 离叫做震中距。 第三章 结构设计方法与设计指标 《建筑结构基础与识图》《建筑结构基础与识图》 地震震级是表示地震大小的一种度量,与震源释放的能 量大小有关,其数值是根据地震仪记录到的地震波图确定的 ,国际上通用的是里氏震级,用符号M表示。 地震烈度是指某一区域内的地表和各类建筑物遭受一次 地震影响的平均强弱程度。 一次地震,表示地震大小的震级只有一个。然而,由于 同一次地震对不同地点的影响不一样,随着距离震中的远近 变化,会出现多种不同的地震烈度。一般来说,距离震中近 ,地震烈度就高;距离震中越远,地震烈度也越低。 第三章 结构设计方法与设计指标 《建筑结构基础与识图》《建筑结构基础与识图》 抗震设防烈度是一个地区抗震设防依据的地震烈度,是 指国务院地震行政主管部门对建设工程制定的必须达到的抵 御地震破坏的准则和技术指标。 二、建筑抗震设防目的与设防标准 一般说来,建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求: 概念设计、抗震计算与构造措施。 1.抗震设防的目的和要求 许多国家的抗震设计规范都趋向于以“小震不坏、中震可 修、大震不倒”作为建筑抗震设计的基本准则。 第三章 结构设计方法与设计指标 《建筑结构基础与识图》《建筑结构基础与识图》 我国《建筑抗震设计规范》明确提出了三个水准的抗震设防要 求: 第一水准:当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,建 筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用; 第二水准:当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时,建 筑物可能损坏,但经一般修理即可恢复正常使用; 第三水准:当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时,建 筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。 第三章 结构设计方法与设计指标 《建筑结构基础与识图》《建筑结构基础与识图》 2.建筑物重要性分类与设防标准 对于不同用途建筑物的抗震设防,不宜采用同一标准, 而应根据其破坏后果加以区别对待。我国建筑抗震设计规范 将建筑物按其用途的重要性分为四类:甲类建筑、乙类建筑 、丙类建筑、丁类建筑 (p.43~44)。 三、抗震等级 抗震等级是结构构件抗震设防的标准。房屋应根据烈度 、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应 的计算和构造措施要求。抗震等级体现了不同的抗震要求, 共分为一、二、三、四级,其中一级抗震要求最高(p.45) 。
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