一周1 第0章緒論 張麒

1、鋼筋(gngjn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計張麒高性能建筑(jinzh)結(jié)構(gòu)與材料研究所建筑工程學(xué)院共四十九頁任課教師簡介(jin ji)辦公地點(diǎn)：安中B819聯(lián)系電話M)Email： zhang_研究所:高性能建筑(jinzh)結(jié)構(gòu)與材料研究所研究方向：混凝土抗火性能、細(xì)觀力學(xué)共四十九頁助教(zhjio)簡介姓名(xngmng)：李賓賓辦公地點(diǎn)：安中大樓B聯(lián)系電話四十九頁預(yù)備(ybi)知識及參考書預(yù)修課程(kchng)：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、 鋼混原理、工程制圖考試方式及要求：期末開卷考試(60%)，課程設(shè)計成績和平時成績(40%)推薦教材或主

2、要參考書：1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計舒士霖主編，第三版，浙江大學(xué)出版社2.建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計顧祥林主編，2011年6月第1版，同濟(jì)大學(xué)出版社3. 混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計，東南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)合編，清華大學(xué)主審，2012年第五版，中國建筑工業(yè)出版社3.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共四十九頁概論(giln)我國古代就有了專門(zhunmn)掌管建筑工程的工官制度建筑工程設(shè)計發(fā)展歷程戰(zhàn)國時將工官稱為“匠人”，唐朝稱為“大匠”，他們從事設(shè)計繪圖并主持施工等技術(shù)工作。漢朝時，我國建筑設(shè)計已有了圖樣，唐朝適用了1：100的圖樣，并配合模型進(jìn)行建筑設(shè)計。新結(jié)構(gòu)概念和近代力學(xué)理論的引入與發(fā)展，使我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計從依賴傳統(tǒng)

3、方式的經(jīng)驗設(shè)計水平飛躍到依靠科學(xué)分析和定量的結(jié)構(gòu)設(shè)計的新階段。近20年，隨計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及在土木工程重的應(yīng)用，廣大結(jié)構(gòu)工程師從過去繁雜的手工計算和手工繪圖中解放出來，并且隨著設(shè)計軟件的不斷智能化，設(shè)計效率不斷提高。隨著大尺寸、大比例、多維復(fù)雜結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)新穎、體型各異的建筑拔地而起，遍布全國，目前我國結(jié)構(gòu)設(shè)計已處于世界領(lǐng)先水平。共四十九頁概論(giln)1. 建筑結(jié)構(gòu)(jigu)建筑物的主要“骨架”承擔(dān)著建筑物在施工和使用過程中可能出現(xiàn)的各種作用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑物安全、適用和耐久的保證2. 建筑結(jié)構(gòu)形式按建筑結(jié)構(gòu)所使用的主要建筑材料混凝土結(jié)構(gòu)本課程的對象砌體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)組

4、合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)件由共同工作的兩種或兩種以上材料結(jié)構(gòu)材料。整個結(jié)構(gòu)由兩種或兩種以上結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成，但結(jié)構(gòu)構(gòu)件卻都是采用同一種材料的結(jié)構(gòu)。共四十九頁概論(giln)2. 建筑結(jié)構(gòu)(jigu)形式按豎向結(jié)構(gòu)體系排架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)共四十九頁概論(giln)層數(shù)單層結(jié)構(gòu)(jigu)和多高層結(jié)構(gòu)(jigu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)和民用建筑結(jié)構(gòu)一般為單層結(jié)構(gòu)用途一般為多高層結(jié)構(gòu)2. 建筑結(jié)構(gòu)的形式共四十九頁天窗架屋架屋架下弦水平支撐排架柱基礎(chǔ)圍護(hù)墻屋面板天溝板連系梁天窗架垂直支撐托架抗風(fēng)柱屋架端部垂直支撐吊車梁柱間支撐基礎(chǔ)梁概論(giln)2. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)形式-單

5、層建筑結(jié)構(gòu)共四十九頁概論(giln)2. 建筑混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)類型-多層建筑結(jié)構(gòu)共四十九頁概論(giln)2. 建筑混凝土結(jié)構(gòu)形式(xngsh)-高層建筑結(jié)構(gòu)共四十九頁共四十九頁共四十九頁插曲(ch q)住宅(zhzhi)建筑中低層、多層、高層如何區(qū)分？根據(jù)住宅設(shè)計規(guī)范GB 50096-1999住宅按層數(shù)可以分為：低層住宅為一層至三層多層住宅為四層至六層中高層住宅為七層至九層多高層住宅為十層及以上。新規(guī)范-2011中已無相關(guān)規(guī)定。共四十九頁概論(giln)3. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)的組成共四十九頁概論(giln)3. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)的組成-主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件樓板-主要承擔(dān)

6、樓板面的荷載和樓板的自重樓梯-主要承擔(dān)樓梯面的荷載和樓梯段的自重梁-主要承擔(dān)樓板傳來的荷載及梁自重柱-主要承擔(dān)梁傳來的荷載及柱自重墻-主要承擔(dān)樓板、梁、樓梯傳來的荷載，墻體的自重及土的側(cè)向壓力墻下基礎(chǔ)-主要承擔(dān)墻傳來的荷載并將其傳給地基柱下基礎(chǔ)-主要承擔(dān)柱傳來的荷載并將其傳給地基共四十九頁設(shè)計(shj)理論允許應(yīng)力(yngl)設(shè)計法破壞階段設(shè)計法極限狀態(tài)設(shè)計法半經(jīng)驗半概率法近似概率法全概率法生命全過程設(shè)計法材料力學(xué)的方法按經(jīng)驗法確定安全系數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計法概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則極限狀態(tài)是整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一要求。共四十

7、九頁概論(giln)4. 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的設(shè)計準(zhǔn)則常用規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB 50010-2010)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50009-2012)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB 50007-2011)建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB 50011-2010)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 32010)建工行業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)共四十九頁概論(giln)4. 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的設(shè)計準(zhǔn)則功能要求安全性、適用性和耐久性可靠性可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率概率度量結(jié)構(gòu)的功能要求、可靠性與可靠度共四十九頁整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(shj)規(guī)定的某一功能

8、要求極限(jxin)狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則極限狀態(tài)共四十九頁所有能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的原因統(tǒng)稱(tngchng)為“作用”。荷載是作用中的一部分（直接作用）。概率密度荷載荷載平均值荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載(hzi)隨機(jī)變量荷載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法確定的具有一定保證率（如95%）的統(tǒng)計特征值概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則作用和材料強(qiáng)度的取值共四十九頁強(qiáng)度(qingd)隨機(jī)變量(su j bin lin)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法確定的具有一定保證率（如鋼筋為97.73%,混凝土為95%）的統(tǒng)計特征值概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)

9、準(zhǔn)值概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則作用和材料強(qiáng)度的取值共四十九頁作用(zuyng)效應(yīng)S作用引起的內(nèi)力與變形(bin xng)，也是隨機(jī)變量結(jié)構(gòu)抗力R抵抗作用效應(yīng)的能力，也是隨機(jī)變量概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計法作用：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因，分為直接作用和間接作用。荷載是直接作用，混凝土的收縮、溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降、地震等引起結(jié)構(gòu)附加變形或約束的原因稱為間接作用。共四十九頁S和R符合(fh)正態(tài)分布則Z也符合(fh)正態(tài)分布概率密度Z=R-SZZpf結(jié)構(gòu)的失效概率為簡化計算，引入可靠指標(biāo)概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計法共四十九頁目標(biāo)(mbi

10、o)可靠指標(biāo)安全等級一級二級三級延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2概論(giln)4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計法共四十九頁直接用目標(biāo)可靠指標(biāo)進(jìn)行(jnxng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，比較復(fù)雜采用荷載、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)的分項系數(shù)和組合系數(shù)表示的實用設(shè)計表達(dá)式分項系數(shù)是按目標(biāo)可靠指標(biāo)，并考慮(kol)工程經(jīng)驗確定的，使兩種方法具有相同或相近的可靠性概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則實用的設(shè)計表達(dá)式共四十九頁承載能力極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式概論(giln)4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則實用的設(shè)計表達(dá)式共四十九頁正常使用極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式標(biāo)準(zhǔn)(bi

11、ozhn)組合準(zhǔn)永久值組合頻遇組合概論4. 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則實用的設(shè)計表達(dá)式共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟準(zhǔn)備(zhnbi)工作確定結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)計算簡圖結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計計算了解工程背景掌握設(shè)計所需原始資料收集設(shè)計參考資料制定工作計劃上部結(jié)構(gòu)樓蓋基礎(chǔ)荷載計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析荷載效應(yīng)組合構(gòu)件截面設(shè)計構(gòu)造要求結(jié)構(gòu)設(shè)計說明結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙時間上和空間上概論共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln)一、準(zhǔn)備工作1）了解工程背景：項目來源、投資規(guī)模、用途、使用要求；建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電設(shè)計與施工程序、內(nèi)容、要求；相關(guān)單位交互、合作方式，等等

12、。2）掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的原始資料： 建筑物層數(shù)與層高 工程地質(zhì)條件：建筑物位置、地形地貌、土質(zhì)、最高水位、場地類別、抗震設(shè)防烈度共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln)一、準(zhǔn)備工作2）掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的原始資料：環(huán)境條件：氣溫（季節(jié)溫差、晝夜溫差等）、降水、基本雪壓、主導(dǎo)風(fēng)向、基本風(fēng)壓；侵蝕介質(zhì)等。 設(shè)備條件：電力、供水、排水、供熱、消防設(shè)施等 其他技術(shù)條件：施工人員素質(zhì)和水平、建材供應(yīng)條件、施工機(jī)械供應(yīng)條件、工期要求等。共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln) 一、準(zhǔn)備工作3）收集設(shè)計參考資料： 設(shè)計規(guī)范、規(guī)程；常用設(shè)計手冊、指南、圖表

13、；結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)造圖集；國內(nèi)外參 考文獻(xiàn)；以往工程經(jīng)驗；結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析軟件等；4）制定工作計劃： 工作內(nèi)容、工作進(jìn)度、結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定、措施等。共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln)二、確定結(jié)構(gòu)方案（結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理的關(guān)鍵） 1）內(nèi)容：結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系 2）原則：滿足使用要求，受力合理，技術(shù)上可行、盡可能達(dá)到經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)。 3）步驟：確定建筑方案和初步設(shè)計階段提出初步設(shè)想；結(jié)構(gòu)設(shè)計階段進(jìn)行分析比較加以確定。 共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln)三、結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)計算簡圖的確定 確定各構(gòu)件之間的相關(guān)關(guān)系 確定結(jié)構(gòu)的傳力路徑（結(jié)構(gòu)

14、力學(xué)模型、合理確定計算簡圖） 原則：a)能夠反映結(jié)構(gòu)的實際體型、尺度、邊界條件、截面尺寸、 材料性能及連接方式； b)能夠反映結(jié)構(gòu)的實際受力情況，便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析； c)能夠考慮施工偏差、初始應(yīng)力及變形位移狀況等的影響。 初步定出結(jié)構(gòu)的全部尺寸。 共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln)三、結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)計算簡圖的確定 結(jié)構(gòu)布置面臨的問題 ： a)可供選擇的結(jié)構(gòu)傳力路徑一般不是唯一的。 b)結(jié)構(gòu)的尺寸也不是唯一的。 憑經(jīng)驗確定，參照規(guī)范、手冊或指南；沒有經(jīng)驗參照時依賴設(shè)計者的判斷。 共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln)四、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)

15、計計算 1）建筑結(jié)構(gòu)上的作用計算 按照結(jié)構(gòu)尺寸和建筑構(gòu)造計算永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 按照荷載規(guī)范計算可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 作用于結(jié)構(gòu)的荷載： 結(jié)構(gòu)自重和構(gòu)造層（地面、頂棚、裝飾面層）的重力荷載 屋面雪荷載或施工荷載 使用荷載：人群、家具、設(shè)備等 外墻面風(fēng)荷載 共四十九頁5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論(giln)四、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計計算 2）結(jié)構(gòu)分析 原則： 結(jié)構(gòu)整體及各部分必須滿足力學(xué)平衡條件； 在不同程度上符合變形協(xié)調(diào)和邊界約束條件； 采用合理的材料和構(gòu)件單元的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系 共四十九頁結(jié)構(gòu)(jigu)分析方法線彈性(tnxng)分析方法塑性內(nèi)力重分布分析方法塑性極限分析方法非線性分

16、析方法試驗分析方法5. 建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論共四十九頁線彈性分析方法 一般情況下，混凝土結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的內(nèi)力(nil)和變形計算都采用線彈性分析方法。 5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論共四十九頁塑性內(nèi)力重分布分析方法 適用于下列情況： 房屋結(jié)構(gòu)中的連續(xù)梁和連續(xù)單向板可按彎矩調(diào)幅法進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(shj)計算 采用專門構(gòu)造措施后的框架剪力墻結(jié)構(gòu) 周邊嵌固的雙向板可對彈性分析的內(nèi)力在支座處進(jìn)行彎矩調(diào)幅，并確定相應(yīng)的跨中彎矩 直接承受動力荷載作用的結(jié)構(gòu)、不允許出現(xiàn)裂縫的結(jié)構(gòu)、配置延性較差的鋼筋的結(jié)構(gòu)和處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，不得采用塑性內(nèi)力重分

17、布的分析方法。 5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論共四十九頁塑性極限分析方法周邊嵌固且承受均布荷載作用的雙向矩形板可采用塑性極限分析方法計算承載力極限狀態(tài)時的內(nèi)力，但還需對正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗算(yn sun)；承受均布荷載的板柱體系，可根據(jù)結(jié)構(gòu)布置形式的不同，采用彎矩系數(shù)法或等代框架法計算承載能力極限狀態(tài)的彎矩值。5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論共四十九頁非線性分析方法適用于對二維、三維結(jié)構(gòu)及重要的、受力特殊的大型桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體或局部(jb)的受力全過程分析。5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論試驗分析方法體型復(fù)雜、手里特殊的混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可采用試驗

18、方法對結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核。實驗?zāi)Ｐ蛻?yīng)采用能夠模擬實際結(jié)構(gòu)受力性能的材料制作。共四十九頁3）荷載效應(yīng)組合及最不利荷載位置對無抗震要求的框架結(jié)構(gòu)：永久荷載+可變荷載、永久荷載+風(fēng)載、 永久荷載+0.9（可變荷載+風(fēng)載）若采用線彈性分析(fnx)，可以通過荷載效應(yīng)組合來實現(xiàn)；若采用非線性分析，應(yīng)對荷載效應(yīng)組合值進(jìn)行相應(yīng)的修正。5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論 最不利荷載位置的確定在空間上對可變荷載進(jìn)行多種布置，找出最不利的可變荷載布置和相應(yīng)的荷載效應(yīng)。共四十九頁4）構(gòu)件截面(jimin)設(shè)計根據(jù)3）算出的最不利內(nèi)力對控制截面進(jìn)行配筋設(shè)計以及必要的尺寸修改。

19、5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論 5）構(gòu)造設(shè)計（概念設(shè)計）配置分布鋼筋、架立鋼筋；鋼筋的錨固、鋼筋的彎起與截斷、構(gòu)件支承條件的正確實現(xiàn)以及腋角等細(xì)部尺寸確定等參考構(gòu)造手冊共四十九頁五、結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要(zhyo)成果5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計說明結(jié)構(gòu)設(shè)計中不能用圖紙表示的，且非常重要的是想要詳細(xì)的加以說明闡明理由，一般放于結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙的前面。 2）結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書對結(jié)構(gòu)計算簡圖的選取、結(jié)構(gòu)所受的荷載、結(jié)構(gòu)分析方法及結(jié)果、主要配筋計算等?，F(xiàn)在很多設(shè)計人員過于依賴計算軟件而不能真正理解計算原理，而不能對結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果加以驗證。共四十九頁五、結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要(zhyo)成果5. 建筑(jinzh)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟概論 3）結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙 a)按初步設(shè)計要求繪制：總平面圖，平、立剖面，結(jié)構(gòu)布置等 反映設(shè)計的主要意圖，細(xì)部要求可放松。 b)按施工詳圖要求繪制：結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工詳圖