混凝土結(jié)構(gòu)基本原理第01章建筑工業(yè)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理2023年12月15日第1章緒論第1章緒論2023年12月15日第1章緒論§1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的定義與分類1.混凝土是由水泥、砂子、粗骨料、添加劑及水按一定比例充分拌和，并在適當(dāng)?shù)臏囟?、濕度條件下，經(jīng)一定時(shí)間養(yǎng)護(hù)硬化后所形成的“人

工石材”。2.以混凝土為主要材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、型鋼等鋼材所制成的構(gòu)件，稱為混凝土構(gòu)件；所組成的結(jié)構(gòu)，稱之為混凝土結(jié)構(gòu)。2023年12月15日第1章緒論3.混凝土結(jié)構(gòu)的分類

混凝土結(jié)構(gòu)可分為以下幾類：素混凝土結(jié)構(gòu)：無鋼筋或不配置受力鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：配置預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋，再經(jīng)過張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土）：配置受力的型鋼和鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)。2023年12月15日第1章緒論素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcreteStructure)2023年12月15日第1章緒論毛石混凝土處理地基2023年12月15日第1章緒論基礎(chǔ)底板的鋼筋綁扎2023年12月15日第1章緒論鋼筋綁扎（承臺）2023年12月15日第1章緒論框架結(jié)構(gòu)模板支撐情況2023年12月15日第1章緒論混凝土攪拌機(jī)混凝土攪拌站2023年12月15日第1章緒論混凝土運(yùn)輸車2023年12月15日第1章緒論泵送混凝土現(xiàn)場2023年12月15日第1章緒論P(yáng)utzmeister（普茨邁茨特）62米混凝土輸送泵車2023年12月15日第1章緒論國家大劇院進(jìn)行混凝土澆筑2023年12月15日第1章緒論組合式預(yù)應(yīng)力混凝土剛架預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PrestressedConcreteStructure)2023年12月15日第1章緒論首都機(jī)場停車樓進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋綁扎2023年12月15日第1章緒論張拉端盒（首都機(jī)場停車樓）2023年12月15日第1章緒論鐵皮波紋管2023年12月15日第1章緒論預(yù)應(yīng)力筋錨具2023年12月15日第1章緒論西南醫(yī)院科教中心樓國際會議中心（預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)）2023年12月15日第1章緒論得意廣場雙向預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格梁2023年12月15日第1章緒論四豐橋預(yù)制節(jié)段拼裝實(shí)驗(yàn)梁返回2023年12月15日第1章緒論鋼骨（型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)

（SteelFramedReinforcedConcreteStructure)北京蘭華國際大廈2023年12月15日第1章緒論北京蘭華國際大廈（局部）2023年12月15日第1章緒論北京蘭華國際大廈施工現(xiàn)場2023年12月15日第1章緒論北京蘭華國際大廈（斜向鋼骨混凝土柱施工）2023年12月15日第1章緒論北京蘭華國際大廈（梁、柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造）2023年12月15日第1章緒論1.1.2材料基本特性與配筋的作用1.混凝土的基本特性抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。一般抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/8～1/20。破壞時(shí)具有明顯的脆性性質(zhì)。 混凝土具有良好的抗壓強(qiáng)度，適用于承壓為主的構(gòu)件，如柱和拱。另一方面，抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，故素混凝土不適用于制作完全受拉或部分截面受拉的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。與鋼材相比，混凝土破壞前的變形能力較小，具有明顯的脆性性質(zhì)。2023年12月15日第1章緒論2.鋼材的基本特性抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高。軟鋼具有明顯屈服現(xiàn)象，有較好的塑性；硬鋼無明顯屈服點(diǎn)，但仍具有足夠的塑性。鋼筋的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于混凝土的強(qiáng)度，在混凝土結(jié)構(gòu)中，充分利用鋼筋抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混凝土抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，將其布置在結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的受拉部位；鋼筋受壓時(shí)極易壓屈失穩(wěn)，難以發(fā)揮其抗壓強(qiáng)度，應(yīng)對受壓鋼筋采取特殊構(gòu)造措施，以防止壓屈失穩(wěn)。2023年12月15日第1章緒論3.配筋的作用在構(gòu)件的受拉區(qū)配置鋼筋承受拉力，可大大提高構(gòu)件的承載力和變形能力，使兩種材料充分發(fā)揮各自的強(qiáng)度特點(diǎn)。b.也可以在受壓區(qū)配置一定數(shù)量的鋼筋來協(xié)助混凝土受壓，以提高構(gòu)件的承載力和變形能力，改善受壓構(gòu)件破壞時(shí)的脆性性質(zhì)。2023年12月15日第1章緒論4.鋼筋和混凝土的共同工作混凝土硬化后與鋼筋之間有良好的粘結(jié)力。混凝土與鋼材具有基本相近的溫度線膨脹系數(shù)（鋼材1.2×10-5，混凝土1.0～1.5×10-5），因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間發(fā)生粘結(jié)破壞。混凝土保護(hù)鋼筋不易銹蝕、不易高溫軟化。2023年12月15日第1章緒論1.1.3混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)1.混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，還可有效利用礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料。合理用材：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理地發(fā)揮了鋼筋和混凝土兩種材料的性能優(yōu)勢，與鋼結(jié)構(gòu)相比，可以降低造價(jià)。2023年12月15日第1章緒論耐久性和耐火性較好，維護(hù)費(fèi)用低：鋼筋有混凝土的保護(hù)，不易銹蝕，而混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間而增長，能充分保證其設(shè)計(jì)強(qiáng)度和耐久性；混凝土是不良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護(hù)層可耐火2小時(shí)，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強(qiáng)度。維護(hù)費(fèi)用較鋼、木結(jié)構(gòu)低。可模性：根據(jù)需要，可以較容易地澆筑成各種形狀和尺寸的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。整體性好：整澆或裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有很好的整體性，有利于抗震、抵抗振動和爆炸沖擊波。2023年12月15日第1章緒論2.混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)自重較大，增大構(gòu)件截面尺寸，對大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)以及抗震不利，也給運(yùn)輸和施工吊裝帶來困難。增加造價(jià)?？沽研暂^差，受拉和受彎等構(gòu)件在正常使用時(shí)往往帶裂縫工作，對一些不允許出現(xiàn)裂縫或?qū)α芽p寬度有嚴(yán)格限制的結(jié)構(gòu)，要滿足這些要求就需要采用特殊措施。隔熱、隔聲性能也較差。施工周期長，受氣候影響大。2023年12月15日第1章緒論§1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用概況1.2.1混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥（PortlandCement）。1849年法國人朗波(L.Lambot)制造了第一只鋼筋混凝土小船。1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋。 混凝土結(jié)構(gòu)開始應(yīng)用于土木工程距今僅160多年,與磚石結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結(jié)構(gòu)已成為大量土木工程結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)，而且高性能混凝土、新的結(jié)構(gòu)形式、完善的設(shè)計(jì)理論和先進(jìn)的施工工藝還在不斷發(fā)展。2023年12月15日第1章緒論1.2.2當(dāng)代混凝土結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用美國芝加哥水塔廣場大廈，76層，262m，1976年建成2023年12月15日第1章緒論朝鮮平壤柳京飯店，105層，320m2023年12月15日第1章緒論上海金茂大廈，420m（RC-S結(jié)構(gòu)）2023年12月15日第1章緒論廣州中信廣場大廈，80層，322m（我國第一高RC）2023年12月15日第1章緒論意大利都靈展覽館薄壁鋼絲網(wǎng)水泥拱，跨度96m2023年12月15日第1章緒論南京長江二橋

（鋼箱梁斜拉橋+鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋）

2023年12月15日第1章緒論安徽蕪湖長江大橋（矮塔部分斜拉結(jié)構(gòu)）

2023年12月15日第1章緒論加拿大多倫多電視塔，549m

（世界第一）2023年12月15日第1章緒論莫斯科電視塔，533m

（世界第二）2023年12月15日第1章緒論上海東方明珠電視塔，468m

（世界第三）2023年12月15日第1章緒論悉尼歌劇院（SydneyOperaHouse）

丹麥建筑師JornUtzon的設(shè)計(jì)

工期17年（原計(jì)劃4年），造價(jià)1億美元（原計(jì)劃700萬）

§1.3結(jié)構(gòu)的功能與極限狀態(tài)1.3.1結(jié)構(gòu)的功能要求

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足的基本要求是：使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常使用、維護(hù)條件下，應(yīng)保持其各項(xiàng)功能要求，而不需進(jìn)行大修加固。建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的功能要求可概括為：安全性、適用性、耐久性。安全性應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等所有可能的作用在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成嚴(yán)重?fù)p失。2023年12月15日第1章緒論b.適用性結(jié)構(gòu)在正常使用期間，應(yīng)具有良好的工作性能。如：不發(fā)生影響正常使用的過大的變形、振動，不產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度和變形。耐久性結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。2023年12月15日第1章緒論1.3.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.極限狀態(tài)的分類(1)承載能力極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。具體包括：

a)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞)；

b)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；

c)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系；

d)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。

一旦超過承載能力極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足安全性要求，后果嚴(yán)重。2023年12月15日第1章緒論(2)正常使用極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能中某項(xiàng)規(guī)定限度的狀態(tài)，稱為正常使用極限狀態(tài)。具體包括：

a)影響正常使用或外觀的變形

（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用等）；

b)影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；

c)影響正常使用的振動（不舒適）；

d)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。一旦超過正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能保證適用性、耐久性的功能要求。正常使用極限狀態(tài)不涉及安全性，破壞的后果不如承載能力極限狀態(tài)嚴(yán)重。2023年12月15日第1章緒論1.3.3結(jié)構(gòu)上的作用與材料強(qiáng)度1.作用的分類(1)分類

a)直接作用（荷載）如：各種荷載（重力、風(fēng)力）作用僅與外部因素有關(guān)，與結(jié)構(gòu)本身的力學(xué)特性無關(guān)

b)間接作用如：地震、收縮、溫度變化、沉降、徐變、侵蝕、凍融等不僅與外部因素有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)本身的力學(xué)特性有關(guān)2023年12月15日第1章緒論2.荷載的分類(1)永久荷載（permanentload，恒荷載）

在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，若：其值不隨時(shí)間而變化，其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，其變化是單調(diào)的并能趨于確定值，

則為永久荷載。如：結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。2023年12月15日第1章緒論(2)可變荷載（活荷載）在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)：數(shù)值、作用位置隨時(shí)間而變化，則為可變荷載。如：樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等。(3)偶然荷載在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短。如爆炸力、沖擊力等。2023年12月15日第1章緒論3.荷載的標(biāo)準(zhǔn)值（荷載的基本代表值）由于實(shí)際作用在結(jié)構(gòu)上的荷載大小具有不確定性，應(yīng)視為隨機(jī)變量，原則上采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法描述。有足夠資料且有可能對其統(tǒng)計(jì)分布作出合理估計(jì)時(shí)，則選取具有95%保證率的上分位荷載值，作為設(shè)計(jì)各類結(jié)構(gòu)時(shí)所取用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，其值等于該荷載的統(tǒng)計(jì)平均值加1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差。無充分統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，可根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析判斷后協(xié)議給出一個(gè)公稱值作為荷載標(biāo)準(zhǔn)值?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009有相應(yīng)規(guī)定。2023年12月15日第1章緒論4.材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值

對材料強(qiáng)度試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析，得出材料強(qiáng)度概率分布曲線（混凝土和鋼材強(qiáng)度均可看作正態(tài)分布）。材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95％的保證率。由正態(tài)分布曲線可知，在fk右側(cè)曲線與橫軸包圍的面積即為整個(gè)曲線包圍面積的95%，于是fk的表達(dá)式為：對于混凝土：

對鋼材：2023年12月15日第1章緒論環(huán)境類別

說

明

一

室內(nèi)干燥環(huán)境；永久的無侵蝕性靜水浸沒環(huán)境

二a室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)露天環(huán)境；非嚴(yán)寒和

非寒冷地區(qū)與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；嚴(yán)寒

和寒冷地區(qū)的冰凍線以下與無侵蝕性的水或土壤直接接觸