第四篇鋼結(jié)構(gòu)及建筑地基基礎(chǔ)本篇主要包括鋼結(jié)構(gòu)和建筑地基基礎(chǔ)兩個(gè)主要方面的內(nèi)容.將介紹鋼結(jié)構(gòu)材料和鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及鋼結(jié)構(gòu)的連接;介紹地基基礎(chǔ)的基本規(guī)定,地基的計(jì)算,無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)和柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ).

第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介本章內(nèi)容:1.了解鋼結(jié)構(gòu)的材料和鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn).重點(diǎn)了解鋼結(jié)構(gòu)材料.2.掌握鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件.重點(diǎn)掌握構(gòu)件的穩(wěn)定性3.掌握鋼結(jié)構(gòu)的連接.重點(diǎn)掌握焊縫連接和螺栓連接12.1鋼結(jié)構(gòu)的材料和鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu):用熱軋型鋼,鋼板,鋼管或冷加工的薄壁型鋼等鋼材通過焊接、螺栓連接或鉚接等方式制造的結(jié)構(gòu).一、鋼結(jié)構(gòu)的材料(一)鋼材第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介低碳鋼(含碳量不高于0.2%)Q235低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345,Q390型鋼:工字鋼,槽鋼,角鋼,鋼管,H型鋼等鋼材的表示方法:槽鋼,工字鋼:I18,I12等角鋼:∟100×8,∟100×80×8鋼管:300×8(二)連接材料1.焊條(或焊絲)2.普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓3.鉚釘?shù)谑落摻Y(jié)構(gòu)簡介一、軸心受力構(gòu)件1.截面形式:實(shí)腹式,格構(gòu)式

第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介2.計(jì)算內(nèi)容:(1)軸心受拉構(gòu)件:強(qiáng)度,剛度(長細(xì)比)(2)軸心受壓構(gòu)件:強(qiáng)度,剛度,穩(wěn)定性(整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性)3.受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性(1)整體失穩(wěn):軸心受壓構(gòu)件有可能在截面平均應(yīng)力低于鋼材屈服強(qiáng)度之前,由于外力的輕微擾動(dòng)就可能使構(gòu)件產(chǎn)生較大的彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形從而導(dǎo)致喪失承載力(如圖).第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介(2)整體穩(wěn)定的計(jì)算

:軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù).3.受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定性(1)局部失穩(wěn):軸心受壓構(gòu)件,有可能在喪失整體穩(wěn)定或達(dá)到受壓承載力之前,薄板先發(fā)生屈曲(板件偏離原來的平面位置而發(fā)生波狀鼓曲).(2)措施:限制翼緣寬厚比和腹板高厚比第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介

承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載:考慮截面塑性發(fā)展系數(shù)2.受剪:按材料力學(xué)公式計(jì)算最大剪應(yīng)力,并且不應(yīng)超過鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.3.局部受壓:鋼梁承受局部集中荷載時(shí),需進(jìn)行局部受壓計(jì)算.第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介(二)鋼梁的整體穩(wěn)定性的計(jì)算1.梁喪失整體穩(wěn)定性:當(dāng)荷載達(dá)到某一數(shù)值后,梁在擾力作用下可能突然發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn),由于變形很快增加,導(dǎo)致梁不能繼續(xù)承載.第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介2.影響鋼梁整體穩(wěn)定性的主要因素:(1)梁側(cè)向支撐點(diǎn)的距離l或無支跨度l0(l或l0越小穩(wěn)定性越好)(2)梁的截面尺寸和慣性矩(增加受壓翼緣的寬度,可顯著提高整體穩(wěn)定性)(3)梁端支承對(duì)截面的約束(約束使梁的側(cè)向計(jì)算長度減小,從而提高穩(wěn)定性)(4)荷載類型和作用位置(跨中點(diǎn)一個(gè)集中荷載時(shí)對(duì)穩(wěn)定有利,純彎曲對(duì)穩(wěn)定不利;荷載作用于受壓翼緣,整體穩(wěn)定性降低;荷載作用于下翼緣時(shí)整體穩(wěn)定性提高).3.梁整體穩(wěn)定性計(jì)算

第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介(三)剛度驗(yàn)算(撓度)三、拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件1.截面形式第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介2.計(jì)算內(nèi)容:(1)拉彎構(gòu)件:強(qiáng)度,剛度(長細(xì)比)(2)壓彎構(gòu)件:強(qiáng)度,剛度,整體穩(wěn)定性(平面內(nèi)整體穩(wěn)定性和平面外整體穩(wěn)定性),局部穩(wěn)定性(3)壓彎構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介12.3鋼結(jié)構(gòu)的連接一、焊縫連接優(yōu)點(diǎn):靈活方便,構(gòu)造簡單,易于采用自動(dòng)化操作,焊接不削弱截面,節(jié)省鋼材,密封性好,剛度大.缺點(diǎn):施工質(zhì)量難控制(焊接殘余應(yīng)力和殘余變形);焊接對(duì)疲勞和脆斷敏感,在低溫下更易斷裂.(一)焊接方法主要方法:電弧焊其它方法:電阻焊電弧焊:手工電弧焊和自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧電弧焊(如圖)第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介

對(duì)接焊縫:正對(duì)接焊縫,斜對(duì)接焊縫角焊縫:正面角焊縫,側(cè)面角焊縫第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介(三)焊縫的計(jì)算和構(gòu)造1.對(duì)接焊縫2.角焊縫直角角焊縫:斜角角焊縫:第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介焊角尺寸:焊縫有效高度:第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介高強(qiáng)度螺栓采用材料強(qiáng)度為普通螺栓的3-4倍,其布置和排列要求與普通螺栓類似,同時(shí)要考慮施加緊固預(yù)拉力的可行性.(二)螺栓的傳力

1.抗剪螺栓連接連接受力后,被連接的接觸面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的趨勢,依靠螺栓桿的承壓和抗剪傳遞垂直于螺栓桿方向的外力.第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介

破壞形式:(1)栓桿直徑較小時(shí),螺桿剪切破壞;(2)當(dāng)栓桿直徑較大,板件較薄時(shí),板件可能先被擠壞,由于栓桿和板件的擠壓是相對(duì)的,故也把這種破壞叫做螺栓承壓破壞,(3)板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉斷;(4)端距太小,端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞.第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介2.抗拉螺栓連接連接受力后,被連接板件的接觸面產(chǎn)生相互脫離的趨勢,依靠螺栓桿直接承受拉力來傳遞平行于栓桿方向的外力.3.對(duì)于高強(qiáng)螺栓連接,在螺栓安裝時(shí)施加緊固預(yù)拉力,使連接板間產(chǎn)生摩擦力來傳遞剪力.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力通過緊固螺母建立,預(yù)拉力越高,越充分發(fā)揮材料潛力.

第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介穩(wěn),應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施和進(jìn)行必要的驗(yàn)算.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件還應(yīng)進(jìn)行剛度驗(yàn)算.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要連接方法是焊接和螺栓連接,其中焊接是最基本的連接方法.焊縫包括對(duì)接焊縫和角焊縫.對(duì)接焊縫的受力情況基本上與焊件相同,受力性能好;而角焊縫便于加工,以傳遞剪力為主.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)連接受力情況進(jìn)行焊縫計(jì)算.思考題:1.鋼結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)?主要應(yīng)用范圍如何?2.軸心受壓構(gòu)件為什么要保證整體穩(wěn)定性?3.什么是局部失穩(wěn)?受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件采取哪些措第十二章鋼結(jié)構(gòu)簡介施防止局部失穩(wěn)?4.在彎矩作用下,鋼梁截面應(yīng)力分布有哪幾種情形?5.影響鋼梁整體穩(wěn)定性的因素有哪些?6.在焊接中,對(duì)接焊縫與角焊縫的受力有哪些差別?第十三章建筑地基基礎(chǔ)(二)乙級(jí)指除甲級(jí),丙級(jí)以外的工業(yè)與民用建筑物(三)丙級(jí)指場地和地基條件簡單,荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業(yè)建筑物;次要的輕型建筑物二、地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)規(guī)定(一)承載力計(jì)算(二)地基變形驗(yàn)算1.設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí),乙級(jí)的建筑物,均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì).2.一般的設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)建筑物,可不做地基變形計(jì)算,見下表.第十三章建筑地基基礎(chǔ)(三)穩(wěn)定性驗(yàn)算對(duì)經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑,高聳結(jié)構(gòu)和擋土墻等,以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物,應(yīng)驗(yàn)算穩(wěn)定第十三章建筑地基基礎(chǔ)(四)抗浮驗(yàn)算當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺,建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時(shí),尚應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算.三、巖土工程勘探四、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載效應(yīng)組合(一)確定基礎(chǔ)地面面積時(shí)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合:按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值:按可變荷載計(jì)算的荷載效應(yīng)值:可變荷載的組合值系數(shù)第十三章建筑地基基礎(chǔ)(二)計(jì)算地基變形時(shí)采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合,且不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用.:準(zhǔn)永久值系數(shù)(三)確定基礎(chǔ)高度、基礎(chǔ)內(nèi)力和配筋時(shí)按承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合.13.2地基計(jì)算地基計(jì)算包括基礎(chǔ)埋深、承載力計(jì)算等

第十三章建筑地基基礎(chǔ)一、基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)的埋深按以下條件確定:(一)建筑物的用途,有無地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施,基礎(chǔ)的型式和構(gòu)造(二)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)應(yīng)盡量淺埋,且宜埋置在地下水位之上.(三)與原有相鄰建筑的關(guān)系當(dāng)存在相鄰建筑物時(shí),新建建筑物的基礎(chǔ)埋深不宜大于原有建筑基礎(chǔ).當(dāng)埋深大于原有建筑基礎(chǔ)時(shí),兩基礎(chǔ)間應(yīng)保持一定凈距,其數(shù)值取相鄰兩基礎(chǔ)底面高差的1-2倍.(四)考慮地基土凍脹和融陷的影響(五)高層建筑基礎(chǔ)第十三章建筑地基基礎(chǔ)高層建筑筏形基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)的埋深應(yīng)滿足地基承載力,變形和穩(wěn)定性的要求.二、承載力計(jì)算(一)基礎(chǔ)底面的壓力計(jì)算1.軸心荷載作用時(shí)

:修正后的地基承載力特征值:相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的平均壓力值:

第十三章建筑地基基礎(chǔ):相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí),上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力值:基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重,可取為:基礎(chǔ)底面面積.2.偏心荷載作用時(shí)

:相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí),基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓力值:

第十三章建筑地基基礎(chǔ):基礎(chǔ)底面的抵抗矩:相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí),作用于基礎(chǔ)底面的力矩值.當(dāng)偏心距時(shí),應(yīng)按下式計(jì)算:第十三章建筑地基基礎(chǔ)(二)地基承載力特征值當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí),尚應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行修正,修正后的地基承載力特征值為,.13.3無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)也稱為剛性基礎(chǔ),指由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的墻下條形基礎(chǔ)或柱下獨(dú)立基礎(chǔ).這類基礎(chǔ)適用于多層民用建筑和輕型廠房.一、無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的材料無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的材料主要有:混凝土、毛石混凝土、毛石、灰土、三合土等.其質(zhì)量要求見下表．第十三章建筑地基基礎(chǔ)

（二）基礎(chǔ)底面寬度要求基礎(chǔ)底面寬度應(yīng)滿足：

：基礎(chǔ)臺(tái)階寬高比的允許值，按下表采用

第十三章建筑地基基礎(chǔ)13.4柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)一、設(shè)計(jì)的一般要求柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)屬于擴(kuò)展基礎(chǔ),常用于多層框架和單層工業(yè)廠房柱.設(shè)計(jì)時(shí),需確定基礎(chǔ)底面積、基礎(chǔ)高度及基礎(chǔ)配筋.第十三章建筑地基基礎(chǔ)(一)材料選擇1.混凝土:強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20,墊層為C10.2.鋼筋:采用HPB235級(jí)或HRB335級(jí)(二)混凝土保護(hù)層當(dāng)用混凝土墊層時(shí),底板鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度４０mm；無混凝土墊層時(shí)，底板鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度．（三）基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁的頂面標(biāo)高在任何情況下，基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁的頂面標(biāo)高不得高于室內(nèi)設(shè)計(jì)地坪（內(nèi)柱）或室外設(shè)計(jì)地面（外柱），一般應(yīng)低于設(shè)計(jì)地面．第十三章建筑地基基礎(chǔ)(四)基礎(chǔ)形狀和尺寸1.底板基礎(chǔ)底板尺寸為100mm的倍數(shù).軸心受壓基礎(chǔ)底板一般采用正方形,偏心受壓基礎(chǔ)的底板為矩形,其長邊和短邊之比一般為1.5-2.0,最大不超過3.2.基礎(chǔ)高度當(dāng)基礎(chǔ)高度時(shí),可采用錐形基礎(chǔ);當(dāng)基礎(chǔ)高度時(shí),宜采用階梯形基礎(chǔ),每階高度宜為300-500mm,階高和水平寬度(階寬)均采用100mm的倍數(shù),且最下一個(gè)階寬,其余階寬不大于相應(yīng)階高.基礎(chǔ)高度按抗沖切承載力計(jì)算確定,且現(xiàn)澆柱基礎(chǔ)有效高度尚應(yīng)滿足柱縱向受力鋼筋在基礎(chǔ)內(nèi)的錨固要求.第十三章建筑地基基礎(chǔ)二、基礎(chǔ)底板尺寸的確定(一)軸心受壓基礎(chǔ):基礎(chǔ)埋置深度:基礎(chǔ)底面面積第十三章建筑地基基礎(chǔ)當(dāng)為方形基礎(chǔ)時(shí),;當(dāng)為矩形基礎(chǔ)時(shí),若柱的長邊為,短邊為時(shí),則可取:(二)偏心受壓基礎(chǔ)偏心距為:第十三章建筑地基基礎(chǔ)

確定基礎(chǔ)底面尺寸時(shí),一般采用試算法:假定基礎(chǔ)長邊(一般為力矩作用方向)和短邊之比為1.5-2.0,將豎向力值擴(kuò)大1.2-1.4倍,先按軸心受壓求出并算出兩方向邊長,再計(jì)算,并滿足要求.第十三章建筑地基基礎(chǔ)三、基礎(chǔ)的抗沖切承載力1.基礎(chǔ)發(fā)生沖切破壞的原因是由于混凝土斜截面上的主拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度,從而引起斜拉破壞.2.為了防止沖切破壞的發(fā)生,對(duì)矩形截面柱的階形基礎(chǔ),在柱與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力應(yīng)進(jìn)行計(jì)算,并滿足下列要求:第十三章建筑地基基礎(chǔ):按荷載效應(yīng)組合計(jì)算并考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的基礎(chǔ)底面地基反力設(shè)計(jì)值(可扣除基礎(chǔ)自重及其上的土重),當(dāng)基礎(chǔ)偏心受力時(shí),可取最大的地基反力設(shè)計(jì)值第十三章建筑地基基礎(chǔ):驗(yàn)算沖切面的有效高度,取兩個(gè)配筋方向的截面有效高度的平均值:考慮沖切荷載時(shí)取用的多邊形面積:沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面的上邊長:沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面的下邊長:截面高度影響系數(shù):當(dāng)時(shí),取;當(dāng)時(shí),取,其間按線性內(nèi)插法取用.在設(shè)計(jì)時(shí),先按構(gòu)造要求選定基礎(chǔ)高度和階高,然后進(jìn)行驗(yàn)算,直到滿足要求為止.四、基礎(chǔ)底板配筋(一)軸心受壓基礎(chǔ)底板彎矩在結(jié)構(gòu)傳下的軸向力設(shè)計(jì)值的作用下,第十三章建筑地基基礎(chǔ)在基礎(chǔ)根部的I-I,II-II截面,其彎矩及為:第十三章建筑地基基礎(chǔ):基礎(chǔ)底板的長邊和短邊尺寸:相應(yīng)的柱截面尺寸(二)偏心受壓基礎(chǔ)底板彎矩求時(shí):

求時(shí):

(三)底板配筋計(jì)算及構(gòu)造第十三章建筑地基基礎(chǔ)

根據(jù)計(jì)算的配筋量選擇配筋,其直徑不小于10mm,間距不大于200mm.沿長邊方向的鋼筋置于板的外側(cè),沿短邊方向的鋼筋與垂直,置于的內(nèi)側(cè).當(dāng)板的邊長大于3m時(shí),鋼筋的長度可取板長的0.9倍,并交錯(cuò)排列.(見下圖)第十三章建筑地基基礎(chǔ)五、現(xiàn)澆柱基礎(chǔ)的插筋(一)插筋的固定第十三章建筑地基基礎(chǔ)在基礎(chǔ)內(nèi),插筋與適當(dāng)?shù)墓拷罱M成骨架,豎立于底板的鋼筋網(wǎng)上(如上圖).當(dāng)基礎(chǔ)高度較小時(shí),全部插筋伸至底板鋼筋網(wǎng);當(dāng)基礎(chǔ)高度較大時(shí),可僅將四角的插筋伸至底板鋼筋網(wǎng)處,其余插筋可只錨固與基礎(chǔ)頂面以下長度處.(二)基礎(chǔ)中的插筋搭接位置根據(jù)地面與基礎(chǔ)頂面的距離決定:(1)當(dāng)時(shí),其搭接位置在基礎(chǔ)頂面處,即基礎(chǔ)插筋與柱鋼筋直接搭接(下圖a)(2)當(dāng)時(shí),搭接位置在地面標(biāo)高以下150mm處,施工縫也在該處(下圖b)(3)當(dāng)時(shí),其搭接位置在基礎(chǔ)頂面及地面標(biāo)高以下150mm,施工縫也在該二處設(shè)置(下圖c)第十三章建筑地基基礎(chǔ)

在插筋搭接范圍內(nèi),縱向鋼筋搭接長度取(軸心受壓時(shí)取);箍筋間距不大于100mm且不大于(為縱向受力鋼筋的最小直徑).第十三章建筑地基基礎(chǔ)(三)基礎(chǔ)插筋與柱內(nèi)受力鋼筋的搭接對(duì)軸心受壓柱或偏心距的小偏心受壓柱,或每側(cè)受力鋼筋不多于3根的一般偏心受壓柱,所有縱向鋼筋可在同一平面內(nèi)搭接.在時(shí),若柱截面一側(cè)受力鋼筋為4-8根,應(yīng)在兩個(gè)平面搭接;多于8根時(shí),應(yīng)在三個(gè)平面搭接.搭接長度各為.同一平面指一個(gè)搭接范圍內(nèi)的平面.第十三章建筑地基基礎(chǔ)例1某240mm厚承重墻,由上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的軸心壓力標(biāo)準(zhǔn)值Nk=162kN/m2(設(shè)計(jì)值N=210kN/m2),基礎(chǔ)埋深d=1.60m,地基承載力特征值fa=180kN/m2,灰土抗壓承載力f1=250kN/m2.試設(shè)計(jì)該墻下條形基礎(chǔ).