钢筋混凝土井字梁结构设计研究

论文摘要

井字梁结构是一种空间受力体系，在工业与民用建筑中有着较为广泛的应用，如在礼堂、宾馆及商场等一些大型公共建筑入口大厅中常被采用。这种结构为交叉梁系，受力合理，能够满足像会议室、娱乐厅的大柱网、大跨度的设计要求。同时，这种结构形式能给人一种美观、舒适的感觉，能容易的满足建筑处理和装饰要求。许多学者曾采用结构力学方法，在首先求解出内力和位移解析解的基础上，完成其内力和变形计算。但此前的成果均集中在矩形平面井字梁结构而鲜见涉及圆形井字梁结构。本文研究的是周边固定、梁正交放置的圆形钢筋混凝土井字梁结构设计，推导出周边固定圆形井字梁结构内力和位移的解析式，得到确定周边固定圆形井字梁结构梁截面尺寸的方程和满足裂缝宽度的最大钢筋直径的计算公式。对于内力和位移的计算，本文参照双向板内力、位移的分析方法对井字梁结构的内力、位移进行研究。首先对井字梁结构假定一个连续的位移场，运用能量原理和势能驻值条件，得出两个方向每根梁挠度的解析解，再利用挠度与弯矩的关系就可得到相应的弯矩和剪力。最终所得的井字梁内力和位移的计算公式简单实用，该公式的计算结果也有很高的精度。井字梁截面选择是设计的关键问题之一。本文在弹性理论的各项假定下，结合规范的允许挠度，得出了关于井字梁高的方程。该方程全面考虑了影响梁刚度的各种因素。当井字梁结构中梁的间距、数量、跨度及所用钢筋、混凝土材料确定时，即可得到关于h的一元高次方程，求解该方程，就可确定h。井字梁矩形截面高宽比一般为h/b=2.0~3.5，井字梁截面便可完全确定。裂缝宽度控制对于保证结构的耐久性是必不可少的内容。本文从规范计算裂缝宽度的公式出发，经过适当的推导和简化，建立了简单的公式，用钢筋直径来控制裂缝宽度。只要所选钢筋满足这个公式和相应的构造措施，裂缝宽度就会满足规范要求。还应强调的是，防腐蚀不单纯是限制混凝土表面的裂缝宽度这一个问题，保证质量良好而且相当密实的混凝土具有一个适当的厚度对于耐久的结构也是很重要的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 平板体系
• 1.1.2 板梁体系
• 1.1.3 主次梁体系
• 1.1.4 双向密肋体系
• 1.1.5 空间桁架体系
• 1.2 井字梁结构计算方法
• 1.2.1 荷载分配法
• 1.2.2 拟板法
• 1.2.3 有限差分法
• 1.2.4 里茨法
• 1.2.5 网格结构的矩阵位移分析法
• 1.2.6 有限单元法
• 1.3 钢筋混凝土井字梁结构研究现状
• 1.4 本论文研究的主要目的和内容
• 第2章 圆形井字梁内力与位移计算新方法
• 2.1 概述
• 2.1.1 位移场
• 2.1.2 弹性体系的应变能
• 2.1.3 荷载势能
• 2.1.4 结构势能
• 2.1.5 各根梁的位移函数
• 2.2 圆形井字梁挠度和内力计算公式
• 2.2.1 X 方向梁的内力及挠度计算公式
• 2.2.2 Y 方向梁的内力及挠度计算公式
• 2.3 圆形井字梁内力和挠度求解方法应用及精度比较
• 2.3.1 圆形井字梁结构1
• 2.3.2 圆形井字梁结构2
• 2.3.3 圆形井字梁结构3
• 2.4 边框架梁刚度对本文公式精度影响分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 圆形井字梁截面尺寸确定新方法
• 3.1 概述
• 3.2 使用荷载下钢筋混凝土梁的挠度控制
• 3.2.1 控制挠度的必要性
• 3.2.2 挠度的控制方法
• 3.3 圆形井字梁截面尺寸计算方程
• 3.3.1 圆形井字梁结构最大挠度
• 3.3.2 圆形井字梁平均有效惯性矩公式
• 3.3.3 圆形井字梁截面尺寸计算方程
• 3.4 圆形井字梁截面尺寸确定方法应用
• 3.4.1 圆形井字梁结构 1
• 3.4.2 圆形井字梁结构 2
• 3.5 圆形井字梁截面尺寸计算结果合理性的验证
• 3.5.1 圆形井字梁结构 1 长期刚度
• 3.5.2 圆形井字梁结构 2 长期刚度
• 3.6 井字梁结构梁截面高度影响因素参数分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 裂缝宽度控制计算
• 4.1 概述
• 4.2 控制裂缝的要求
• 4.2.1 美学上的考虑
• 4.2.2 防锈蚀
• 4.3 开裂的各种原因
• 4.3.1 由可塑状态混凝土的下沉所产生的裂缝
• 4.3.2 由体积变化所引起的裂缝
• 4.3.3 由作用荷载或支座反力所产生的正应力和弯曲应力引起的裂缝
• 4.4 裂缝宽度控制计算公式
• 4.5 公式说明
• 4.6 本章小结
• 第5章 设计实例
• 5.1 工程实例
• 5.1.1 结构计算
• 5.1.2 井字梁双向配筋图
• 5.1.3 工程实况
• 5.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢