混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第一章緒論

1、0.11.1 1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念 結(jié)構(gòu)的分類(lèi)及本門(mén)課程的研究對(duì)象結(jié)構(gòu)的分類(lèi)及本門(mén)課程的研究對(duì)象結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)：廣義上指房屋建筑和土木工程的建筑物、廣義上指房屋建筑和土木工程的建筑物、 構(gòu)筑物構(gòu)筑物 及其相關(guān)組成部分的實(shí)體。及其相關(guān)組成部分的實(shí)體。 狹義上指各種工程實(shí)體的承重骨架。狹義上指各種工程實(shí)體的承重骨架。建筑結(jié)構(gòu)：建筑結(jié)構(gòu)：由基本構(gòu)件（板、梁、墻、柱、基礎(chǔ)等），按照由基本構(gòu)件（板、梁、墻、柱、基礎(chǔ)等），按照一定的組成規(guī)則，通過(guò)正確的連接方式所組成的能承受并一定的組成規(guī)則，通過(guò)正確的連接方式所組成的能承受并傳遞作用的體系（骨架）。傳遞作用的體系（骨架）?；炷两Y(jié)

2、構(gòu)：混凝土結(jié)構(gòu)：以混凝土為主要材料制作而成的結(jié)構(gòu)。以混凝土為主要材料制作而成的結(jié)構(gòu)。 研究混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中各種基本構(gòu)研究混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中各種基本構(gòu)件的件的強(qiáng)度強(qiáng)度、剛度剛度和和抗裂度抗裂度設(shè)計(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)問(wèn)題。柱下基礎(chǔ)樓板柱梁梁墻樓梯墻下基礎(chǔ)地下室底板（1 1）按組成材料分）按組成材料分u混凝土結(jié)構(gòu)：混凝土結(jié)構(gòu)： 素混凝土結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu)（plain concrete structure） （如設(shè)備基（如設(shè)備基礎(chǔ)、混凝土擋土墻等）礎(chǔ)、混凝土擋土墻等） 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（reinforced concrete structure） （如（如一般鋼筋混凝土板、

3、梁、柱、剪力墻、基礎(chǔ)等）一般鋼筋混凝土板、梁、柱、剪力墻、基礎(chǔ)等） 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（pre-stressed concrete structure ） （如預(yù)應(yīng)力板、梁、柱等）（如預(yù)應(yīng)力板、梁、柱等） 纖維混凝土結(jié)構(gòu)纖維混凝土結(jié)構(gòu)（fiber concrete structure ） 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ concrete-filled tube structure ）結(jié)構(gòu)的分類(lèi)結(jié)構(gòu)的分類(lèi)素砼結(jié)構(gòu)素砼結(jié)構(gòu)鋼筋砼結(jié)構(gòu)鋼筋砼結(jié)構(gòu)勁性砼結(jié)構(gòu)勁性砼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)鋼管砼結(jié)構(gòu)鋼管砼結(jié)構(gòu)u砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)u木結(jié)構(gòu)（現(xiàn)采用較少）木結(jié)構(gòu)（現(xiàn)采用較少）u鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)u組

4、合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)（2 2）按應(yīng)用領(lǐng)域分）按應(yīng)用領(lǐng)域分u建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)u橋梁結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)u水電結(jié)構(gòu)水電結(jié)構(gòu)u特種結(jié)構(gòu)特種結(jié)構(gòu)（如煙囪、水池、水塔、筒倉(cāng)、擋土墻等）（如煙囪、水池、水塔、筒倉(cāng)、擋土墻等）為什么要將鋼筋配置在混凝土結(jié)構(gòu)中為什么要將鋼筋配置在混凝土結(jié)構(gòu)中素混凝土梁素混凝土梁 破壞特征：破壞特征：一裂即斷，脆性，一裂即斷，脆性， 破壞無(wú)預(yù)兆；破壞無(wú)預(yù)兆；F Fmaxmax8kN8kN 破壞特征：破壞特征：裂不等于壞，裂不等于壞， 破壞有預(yù)兆；破壞有預(yù)兆；F Fmaxmax36kN36kN鋼筋混凝土梁鋼筋混凝土梁由此可見(jiàn)，素混凝土結(jié)構(gòu)中加入少量鋼筋以后：由此可見(jiàn)，素混凝土結(jié)構(gòu)中加入少量鋼筋

5、以后：承載力有很大提高；承載力有很大提高；受力性能和破壞特征有明顯改善。受力性能和破壞特征有明顯改善。PP鋼筋（加筋）鋼筋（加筋） +混凝土混凝土鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）拉壓、壓性能拉壓、壓性能均好均好抗壓性能好抗壓性能好利用混凝土抗壓，鋼筋利用混凝土抗壓，鋼筋受拉（亦可受壓）受拉（亦可受壓）-各盡其能，相得益彰各盡其能，相得益彰v 混凝土結(jié)硬后與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，可共同受混凝土結(jié)硬后與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，可共同受力，共同變形力，共同變形 。v 鋼筋與混凝土有相近的溫度線膨脹系數(shù)鋼筋與混凝土有相近的溫度線膨脹系數(shù), 溫度變化溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)變形而

6、使材料之時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)變形而使材料之間的粘結(jié)應(yīng)力受到破壞。間的粘結(jié)應(yīng)力受到破壞。 鋼筋：鋼筋： c=1.210-5-1 混凝土：混凝土： c=1.010-5 1.510-5-1v 混凝土可以保護(hù)鋼筋不發(fā)生銹蝕?；炷量梢员Ｗo(hù)鋼筋不發(fā)生銹蝕。 注意：玻璃纖維、碳纖維等抗拉強(qiáng)度高的材料也注意：玻璃纖維、碳纖維等抗拉強(qiáng)度高的材料也可作配筋用。可作配筋用。鋼筋和混凝土為什么能共同工作鋼筋和混凝土為什么能共同工作混凝土結(jié)構(gòu)主要的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)混凝土結(jié)構(gòu)主要的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)合理用材合理用材承載力大承載力大就地取材就地取材耐久、耐火耐久、耐火可模性好可模性好整體性好、剛度大整體性好、剛度大阻

7、隔射線阻隔射線 優(yōu)點(diǎn)多，缺點(diǎn)少；缺點(diǎn)可克服。優(yōu)點(diǎn)多，缺點(diǎn)少；缺點(diǎn)可克服。自重大自重大 混凝土：混凝土：2425 kN/m3 粘土磚粘土磚: 1819kN/m3 杉木：杉木：4 kN/m3易開(kāi)裂：帶裂縫工作易開(kāi)裂：帶裂縫工作費(fèi)工費(fèi)模費(fèi)工費(fèi)模施工受季節(jié)性影響施工受季節(jié)性影響隔熱隔聲性能差隔熱隔聲性能差缺點(diǎn)缺點(diǎn)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，正逐隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，正逐漸被克服漸被克服1.2 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用概況混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用概況v 1824年，英國(guó)人年，英國(guó)人J.Aspdin發(fā)明水泥；發(fā)明水泥；v 1850年，法國(guó)人年，法國(guó)人L.Lambot制成鐵絲網(wǎng)水泥船；制成鐵絲網(wǎng)水泥船；v 185

8、9年，轉(zhuǎn)爐煉鋼成功；年，轉(zhuǎn)爐煉鋼成功；v 1861年，法國(guó)人年，法國(guó)人J.Monier用鋼絲作為配筋制作了花盆并申用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請(qǐng)了專(zhuān)利，后又申請(qǐng)了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專(zhuān)利請(qǐng)了專(zhuān)利，后又申請(qǐng)了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專(zhuān)利-盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他仍被認(rèn)為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者；置在板的中部，他仍被認(rèn)為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者；v 1884年，德國(guó)人年，德國(guó)人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了鋼等提出了鋼筋應(yīng)配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計(jì)算理筋應(yīng)

9、配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計(jì)算理論。后來(lái)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。論。后來(lái)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。v 材料方面的發(fā)展：材料方面的發(fā)展：強(qiáng)度不斷提高強(qiáng)度不斷提高 美國(guó)美國(guó)60年代混凝土抗壓強(qiáng)度平均值：年代混凝土抗壓強(qiáng)度平均值：28N/mm2，70年年代代 ：42N/mm2，有特殊需要時(shí)：，有特殊需要時(shí)： 40N/mm2100 N/mm2，試，試驗(yàn)室中：驗(yàn)室中： 266 N/mm2。C10 C25 C60 C80 C100 C200輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用 容重一般為：容重一般為：14kN/m318kN/m3(普通混凝土為普通混凝土為24kN/m3)，加

10、氣混凝土、陶?；炷?、火山巖混凝土、，加氣混凝土、陶?；炷?、火山巖混凝土、碎磚混凝土等碎磚混凝土等高性能混凝土（高性能混凝土（HPC，High Performance Concrete) HPC是采用現(xiàn)代先進(jìn)的混凝土技術(shù)制作的，是以耐久是采用現(xiàn)代先進(jìn)的混凝土技術(shù)制作的，是以耐久性作為混凝土設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合不同建筑的性作為混凝土設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合不同建筑的具體要求，具有高強(qiáng)度、高韌性、高抗?jié)B性、易施工和經(jīng)具體要求，具有高強(qiáng)度、高韌性、高抗?jié)B性、易施工和經(jīng)濟(jì)性等。濟(jì)性等。纖維混凝土（纖維混凝土（FRC，F(xiàn)iber Reinforced Concrete) 鋼纖維、玻璃纖維、

11、碳纖維及合成纖維等，短纖維或鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維及合成纖維等，短纖維或連續(xù)的長(zhǎng)纖維作為混凝土的增強(qiáng)材料。連續(xù)的長(zhǎng)纖維作為混凝土的增強(qiáng)材料。結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 在混凝土的受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)在混凝土的受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重結(jié)構(gòu)體系的豐富結(jié)構(gòu)體系的豐富 不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系：混凝土不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等v 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：高層、大跨。如

12、：高層、大跨。如： 臺(tái)北臺(tái)北101，101層，層，508m, 鋼結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)； 馬來(lái)西亞吉隆坡石油大廈，馬來(lái)西亞吉隆坡石油大廈，88層，層，452m，鋼，鋼-混凝土混凝土 結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)； 上海金茂大廈，上海金茂大廈，88層，層，421m，鋼，鋼-混凝土結(jié)構(gòu)；混凝土結(jié)構(gòu)； 香港國(guó)際金融中心，香港國(guó)際金融中心，88層，層，415m，混合結(jié)構(gòu)；，混合結(jié)構(gòu)； 美國(guó)亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)主體育館美國(guó)亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)主體育館240m193m， 張拉整體結(jié)構(gòu)；張拉整體結(jié)構(gòu)； 橋梁跨度也越來(lái)越大。如四川萬(wàn)縣拱橋，跨度為橋梁跨度也越來(lái)越大。如四川萬(wàn)縣拱橋，跨度為420m。 哈利法塔(迪拜塔高度為世界第一，160層828米)

13、國(guó)際金融中心國(guó)際金融中心 88層層, 415m鋼鋼-混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)臺(tái)北臺(tái)北101101層層, 508m鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)金茂大廈金茂大廈88層層, 421m鋼鋼-混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)廣州中信大廈廣州中信大廈80層層, 391m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重慶市萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋重慶市萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋跨度為跨度為420m施工中的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工中的鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)v設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法: 允許應(yīng)允許應(yīng)力設(shè)計(jì)力設(shè)計(jì)法法破壞階破壞階段設(shè)計(jì)段設(shè)計(jì)法法極限狀極限狀態(tài)設(shè)計(jì)態(tài)設(shè)計(jì)法法半經(jīng)驗(yàn)半概率半經(jīng)驗(yàn)半概率法法近似概率法近似概率法全概率法全概率法生命全過(guò)程設(shè)生命全過(guò)程設(shè)計(jì)法計(jì)法材料力學(xué)的方法材料力學(xué)的方法按經(jīng)驗(yàn)法

14、確定按經(jīng)驗(yàn)法確定安全系數(shù)安全系數(shù)BJG21-66 TJ10-74 GBJ11-89 GB50010 理論研究方面的發(fā)展理論研究方面的發(fā)展: 結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-如何設(shè)計(jì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)荷載的確定方法荷載的確定方法結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析：線性和非線性結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析：線性和非線性構(gòu)件的承載力計(jì)算、設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施構(gòu)件的承載力計(jì)算、設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施未來(lái)的方向：計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整未來(lái)的方向：計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應(yīng)用體空間作用分析方法的完善與應(yīng)用結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-舊結(jié)構(gòu)的維護(hù)、改造與加固（80年代中期發(fā)展起來(lái)）承載力計(jì)算承載力計(jì)算耐久性評(píng)估耐久性評(píng)估壽命預(yù)測(cè)壽

15、命預(yù)測(cè)損傷分析損傷分析加固理論加固理論結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)的完善混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用v 工程應(yīng)用：工程應(yīng)用：工業(yè)與民用建筑橋梁隧道礦井水利水電海港近海工程海底建筑地下建筑核電站安全殼月球表面建筑混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 1.房屋工程我國(guó)超過(guò)100m高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或?yàn)榛炷梁弯摰慕M合結(jié)構(gòu)混凝土組合柱組合樓板鋼柱組合梁組合桁架鋼筋混凝土筒體 2.交通工程隧道、橋梁、高速公路、城市高架公路、地鐵大都采用混凝土結(jié)構(gòu)。如1994年建成的上海內(nèi)環(huán)線浦西段高架公路，以及與之相連的南浦大橋、楊浦大橋的塔架，1995年建成的地鐵一號(hào)線、延安東路隧道、英吉利海峽隧道等3.水利工程大壩

16、、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)瑞士大狄克桑期壩，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力壩我國(guó)的三峽大壩高186m，裝機(jī)容量1786千瓦 4.特種工程核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲(chǔ)水池、儲(chǔ)氣灌、海洋石油平臺(tái)、電視塔等1.3 學(xué)習(xí)本課程應(yīng)注意的問(wèn)題學(xué)習(xí)本課程應(yīng)注意的問(wèn)題課程內(nèi)容課程內(nèi)容 緒論緒論 鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則 受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算 受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算 受拉構(gòu)件的承載力計(jì)算受拉構(gòu)件的承載力計(jì)算 受扭構(gòu)件扭曲

17、截面的承載力計(jì)算受扭構(gòu)件扭曲截面的承載力計(jì)算 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫及混凝土鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性結(jié)構(gòu)的耐久性 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件材材 性性設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法軸拉構(gòu)件軸拉構(gòu)件軸壓構(gòu)件軸壓構(gòu)件受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件受剪構(gòu)件受剪構(gòu)件受扭構(gòu)件受扭構(gòu)件偏壓、偏拉構(gòu)件偏壓、偏拉構(gòu)件變形、裂縫及變形、裂縫及 結(jié)構(gòu)的耐久性結(jié)構(gòu)的耐久性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)樓蓋結(jié)構(gòu)樓蓋結(jié)構(gòu)單層廠房單層廠房 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)多、高層多、高層 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)知識(shí)構(gòu)件構(gòu)件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，后續(xù)課程后續(xù)課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理=基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)+構(gòu)件設(shè)計(jì)原理與方法構(gòu)件設(shè)計(jì)原理與方法學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 注意本課程與相關(guān)課程尤其是“材料力學(xué)”、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的異同點(diǎn)，正確運(yùn)用已有的力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題； 混凝土結(jié)構(gòu)理論大都建立在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上，目