第10章 混凝土結構的分析方法

第十章混凝土結構的分析方法

第一節(jié)混凝土結構的分類第二節(jié)結構分析應遵循的基本原則第三節(jié)分析方法及其適用范圍【教學要求】上冊中介紹了混凝土結構的材料性能和各種基本構件的設計方法及構造要求。下冊中將對混凝土結構的分析方法以及混凝土梁板結構、單層廠房結構和多層房屋框架結構的設計計算方法進行介紹。一、結構的定義廣義的結構是指房屋建筑和土木工程的建筑物、構筑物及其相關組成部分的實體；狹義的結構是指各種工程實體的承重骨架。任何一棟建筑物都可能包含承重結構、圍護結構、裝飾結構等，本課程中的結構是特指其承重結構。二、混凝土結構的分類方法（一）按結構構件的幾何形狀尺寸和受力特點分類1.桿系結構由桿件組成的結構稱為桿系結構，如連續(xù)梁、桁架、框架、排架結構等。他們是實際工程中數(shù)量最多、使用面最廣的一類結構。連續(xù)梁6桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結構,又稱為屋架。7桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結構,又稱為屋架。8組成桁架的所有各桿都是直桿，所有各桿的中心線(軸線)都在同一平面內。9桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點均為鉸接節(jié)點。10魯班鎖排架結構排架結構由屋架（或屋面梁）、柱和基礎組成柱與屋架鉸接框架結構承受荷載：既能承受豎向重力荷載又能承受側向水平荷載，不需另設支撐構件特點：組成的空間寬敞，可以靈活進行建筑布置應用：適用于多種建筑物，對辦公樓、商業(yè)或科教建筑更為適宜2.板殼結構特點：兩個方向的尺寸遠大于第三個方向尺寸。平者為板，曲者為殼。板以彎曲為主，殼以壓力為主。

無梁樓蓋單向板肋梁樓蓋

雙向板肋梁樓蓋板殼體組成：殼壁、邊緣構件（直梁、

曲梁、拱）應用：可作為屋蓋單層建筑物的覆蓋結構（形式新穎，多用于各類中小型可供觀賞的建筑物以及

大跨度的公共建筑物）

國家大劇院

總建筑面積近15萬平方米，該工程外部圍護結構為鋼結構網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285m。設計為法國巴黎機場公司安德魯建筑師，整體結構用鋼量達6750噸。3.塊體結構特點：三個方向的尺寸為同量級的結構。柱下獨立基礎和設備基礎、橋臺和橋墩。4.索結構主要受力構件為柔性的纜索及其支承構件。纜索只能承受拉力，不能承受壓力。索結構可以跨越很大的空間，特別適合于在大跨結構中使用。5.膜結構用膜材制作的結構，稱為膜結構。與纜索一樣，只能承受拉力，不能承受壓力膜材常配合鋼索、鋼支柱、鋼桁架及其支撐系統(tǒng)組成。膜結構具有造型自如、形式多樣、白天透光、夜間發(fā)亮、耐久性強、自潔性高、結構輕巧、施工快捷等優(yōu)點，近年來在許多體育場館的屋蓋結構中被廣泛采用。（二）按結構所在空間位置分類1.水平承重結構房屋中的樓蓋結構和屋蓋結構。2.豎向承重結構如房屋結構中的框架結構、排架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構和筒體結構剪力墻結構金茂大廈平面金茂大廈立面3.底部承重結構房屋中的地基和基礎。水平承重結構豎向承重結構底部承重結構

水平承重結構，豎向承重結構，底部承重結構之間的荷載傳遞關系如上圖所示。它們是一個整體，它們相互作用、相互影響，構件可能有交叉，影響可能反向作用。第二節(jié)結構分析應遵循的原則一、結構分析的步驟結構選型和布置確定之后，可以進行結構分析。步驟如下：（1）假定結構構件截面尺寸，選擇材料的品種和級別。（2）確定結構計算簡圖。（3）計算荷載的大小。（4）選擇合適的結構分析方法。（5）進行結構的內力和變形計算。進行配筋計算，驗算變形和裂縫。二、結構分析的基本原則（1）所有情況下均應對結構進行整體分析。在所有的情況下，設計計算、驗收前均應對結構的整體進行分析。必要時，結構中的重要部位、形狀突變部位以及內力和變形有異常變化的部分（例如較大孔洞周圍、節(jié)點及其附近區(qū)域、支座和集中荷載附近等）應另作更詳細的局部分析。（2）當結構在施工和使用期間有多種受力狀況時，應分別進行受力分析。結構在不同的工作階段，例如結構的施工期、檢修期和使用期，預制構件的制作、運輸和安裝階段等，應確定其可能的不利作用效應組合。對于重要的結構，應考慮偶然作用可能帶來的嚴重后果，進行相應的結構防倒塌分析。（3）結構分析所需的各種幾何尺寸，以及所采用的計算圖形、邊界條件，作用的取值與組合、材料性能的計算指標、初始應力和變形狀況等，應符合結構的實際工作狀況，并應具有相應的構造保證措施。（4）結構分析應符合下列要求：1）應滿足力學平衡條件；

2）應在不同程度上符合變形協(xié)調條件；

3）應采用合理的材料或構件單元的本構關系。4）結構的分析方法應根據(jù)結構類型、構件布置、材料性能和受力特點等進行選擇。

5）結構分析所采用的電算程序應經過考核和驗證，其技術條件應符合有關標準的要求。第三節(jié)分析方法及其適用范圍混凝土結構的分析方法可歸納為五類：（1）線彈性分析方法；（2）考慮塑性內力重分布的分析方法；（3）塑性極限分析方法；（4）非線性分析方法；（5）實驗分析方法。條文說明：現(xiàn)有的結構分析方法可歸納為五類。各類方法的主要特點和應用范圍如下：1

彈性分析方法是最基本和最成熟的結構分析方法，也是其他分析方法的基礎和特例。它適用于分析一般結構。大部分混凝土結構的設計均基于此方法。結構內力的彈性分析和截面承載力的極限狀態(tài)設計相結合，實用上簡易可行。按此設計的結構，其承載力一般偏于安全。少數(shù)結構因混凝土開裂部分的剛度減小而發(fā)生內力重分布，可能影響其他部分的開裂和變形狀況?？紤]到混凝土結構開裂后剛度的減小，對梁、柱構件可分別取用不同的折減剛度值，且不再考慮剛度隨作用效應而變化。在此基礎上，結構的內力和變形仍可采用彈性方法進行分析。2

考慮塑性內力重分布的分析方法設計超靜定混凝土結構，具有充分發(fā)揮結構潛力，節(jié)約材料，簡化設計和方便施工等優(yōu)點。但應注意到，結構的變形和裂縫可能相應增大。3

彈塑性分析方法以鋼筋混凝土的實際力學性能為依據(jù)，引入相應的本構關系后，可進行結構受力全過程的分析，而且可以較好地解決各種體型和受力復雜結構的分析問題。但這種分析方法比較復雜，計算工作量大，各種非線性本構關系尚不夠完善和統(tǒng)一，至今應用范圍仍然有限。主要用于重要、復雜結構工程的分析和罕遇地震作用下的結構分析。4塑性極限