混凝土基本原理第1章

混凝土結(jié)構(gòu)第一頁，共十八頁?；炷两Y(jié)構(gòu)上冊混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第五版）東南大學(xué)程文瀼天津大學(xué)王鐵成主編同濟(jì)大學(xué)顏德姮清華大學(xué)葉列平主審第二頁，共十八頁。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

以混凝土為主制成的結(jié)構(gòu)稱為混凝土結(jié)構(gòu)，包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等。由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為素混凝土結(jié)構(gòu)。由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。第三頁，共十八頁。1.1.2配筋的作用與要求

在混凝土中配置適量的受力鋼筋，并使得混凝土主要承受壓力，鋼筋主要承受拉力，就能起到充分利用材料，提高結(jié)構(gòu)承載能力和變形能力的作用。圖1-1簡支梁和軸心受壓柱受力示意圖(a)素混凝土梁；(b)鋼筋混凝土梁；(c)鋼筋混凝土軸心受壓柱第四頁，共十八頁。

在混凝土中設(shè)置受力鋼筋構(gòu)成鋼筋混凝土，這就要求受力鋼筋與混凝土之間必須可靠地粘結(jié)在一起，以保證兩者共同變形，共同受力。

由于鋼筋和混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)十分接近(鋼1.2×10-5/℃；混凝土(1.0×10-5～1.5×10-5)/℃)，當(dāng)溫度變化時(shí)鋼筋與混凝土之間不會產(chǎn)生較大的相對變形而破壞粘結(jié)，為滿足兩種材料共同受力的要求創(chuàng)造了前提條件。

同時(shí)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件中，受力鋼筋的布置和數(shù)量都應(yīng)由計(jì)算和構(gòu)造要求確定，施工也要正確。第五頁，共十八頁。1.1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：取材容易合理用材耐久性較好耐火性好可模性好整體性好缺點(diǎn)：自重較大抗裂性較差施工復(fù)雜、工序多隔熱隔聲性能較差

針對這些缺點(diǎn)，可采用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土以減輕自重，改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能。第六頁，共十八頁。1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

混凝土結(jié)構(gòu)約有的歷史，與鋼、木和砌體結(jié)構(gòu)相比，由于它在物理力學(xué)性能、材料來源以及工程造價(jià)等方面有許多優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展速度很快，應(yīng)用也最廣泛。

我國是采用混凝土結(jié)構(gòu)最多的國家，在高層建筑和多層框架中大多采用混凝土結(jié)構(gòu)。150年第七頁，共十八頁。

目前，世界上最高的混凝土建筑是高450m的位于馬來西亞吉隆坡的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的。我國最高的建筑是高382m(88層)的上海，主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中部分柱是型鋼混凝土柱。高322m(80層)的廣州是我國最高的鋼筋混凝土建筑。的預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔高達(dá)549m，是有代表性的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)筑物。我國最高的電視塔為上海電視塔(東方明珠)，高415.2m，主體為混凝土結(jié)構(gòu)。雙塔大廈金茂大廈中天廣場加拿大多倫多第八頁，共十八頁。

世界上最高的混凝土重力壩是瑞士狄克桑斯大壩，壩高285m，壩頂寬15m，壩底寬225m，壩長695m。我國長江三峽水利樞紐工程，是世界上最大的水利工程，混凝土大壩高186m，壩體混凝土用量達(dá)1527萬m3。第九頁，共十八頁。

現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)積累了半個(gè)世紀(jì)以來豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研成果，把我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法提高到了當(dāng)前的國際水平，在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮指導(dǎo)作用。

隨著高強(qiáng)度鋼筋、高強(qiáng)高性能混凝土(強(qiáng)度達(dá)到100N/mm2)以及高性能外加劑和混合材料的研制使用，高強(qiáng)高性能混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，鋼纖維混凝土和聚合物混凝土的研究和應(yīng)用有了很大發(fā)展。還有，輕質(zhì)混凝土、加氣混凝土、陶?；炷烈约袄霉I(yè)廢渣的“綠色混凝土”，不但改善了混凝土的性能，而且對節(jié)能和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。此外，防射線、耐磨、耐腐蝕、防滲透、保溫等特殊需要的混凝土以及智能型混凝土及其結(jié)構(gòu)也正在研究中。第十頁，共十八頁。1.3結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)簡述

建筑結(jié)構(gòu)的功能包括三個(gè)方面，簡稱“三性”。安全性是指建筑結(jié)構(gòu)承載能力的可靠性，即建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受正常施工和使用時(shí)的各種荷載和變形，在地震、爆炸等發(fā)生時(shí)和發(fā)生后能保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性適用性要求結(jié)構(gòu)在正常使用過程中不產(chǎn)生影響使用的過大變形以及不發(fā)生過寬的裂縫和振動等耐久性要求在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)不發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落、碳化，鋼筋不發(fā)生銹蝕等，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的使用年限1.3.1結(jié)構(gòu)的功能安全性、適用性和耐久性第十一頁，共十八頁。1.3.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)

整個(gè)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(jì)規(guī)定的某一功能要求，則此狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。1承載能力極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或者變形達(dá)到不適于繼續(xù)承載的狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。

當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由于材料強(qiáng)度不足而破壞，或因疲勞而破壞，或產(chǎn)生過大的塑性變形而不能繼續(xù)承載，或喪失穩(wěn)定，或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系時(shí)，就認(rèn)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過了承載能力極限狀態(tài)。

超過承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足安全性的要求。第十二頁，共十八頁。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)。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)影響正常使用的過大變形、過寬裂縫、局部損壞和振動時(shí)，可認(rèn)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過了正常使用極限狀態(tài)。超過了正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能保證適用性和耐久性的功能要求。

進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算后，還應(yīng)該按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。也就是說，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在滿足承載能力極限狀態(tài)的同時(shí)也要滿足正常使用極限狀態(tài)。第十三頁，共十八頁。1.3.3荷載和材料強(qiáng)度

荷載值基本上不隨時(shí)間而變化的荷載，稱為永久荷載或恒荷載(用G或g表示)，例如結(jié)構(gòu)的自重。荷載值隨時(shí)間而變化的荷載，稱為可變荷載或活荷載(用Q或q表示)，例如樓面活荷載。

荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值，用下標(biāo)k表示，在驗(yàn)算變形和裂縫寬度時(shí)要用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。在計(jì)算截面承載力時(shí)，為了滿足可靠度的要求，應(yīng)采用比其標(biāo)準(zhǔn)值大的荷載設(shè)計(jì)值。荷載設(shè)計(jì)值等于荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)。恒荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)一般取為1.2；活荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)一般取為1.4。第十四頁，共十八頁。

按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的內(nèi)力，稱為內(nèi)力的標(biāo)準(zhǔn)值，例如彎矩標(biāo)準(zhǔn)值Mk、軸向力標(biāo)準(zhǔn)值Nk等。

按荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算得到的內(nèi)力，稱為內(nèi)力的設(shè)計(jì)值，例如彎矩設(shè)計(jì)值M、軸向力設(shè)計(jì)值N等。驗(yàn)算變形、裂縫寬度時(shí)，應(yīng)采用材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值；計(jì)算截面承載力時(shí)，要用比材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值小的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料強(qiáng)度的分項(xiàng)系數(shù)。例如，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft=ftk/γc。這里，t表示抗拉強(qiáng)度(tensilestrength)，k表示標(biāo)準(zhǔn)值，c表示混凝土，γc表示混凝土強(qiáng)度的分項(xiàng)系數(shù)，γc=1.4。第十五頁，共十八頁。1.4混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別

環(huán)境類別是指混凝土結(jié)構(gòu)暴露表面所處的環(huán)境條件，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況確定適當(dāng)?shù)沫h(huán)境類別。第十六頁，共十八頁。1.5學(xué)習(xí)本課程需要注意的問題

混凝土結(jié)構(gòu)課程通常按內(nèi)容的性質(zhì)可分為“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”和“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”兩部分。前者主要講述各種混凝土基本構(gòu)件的受力性能、截面計(jì)算和構(gòu)造等基本理論，屬于專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容。后者主要講述梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房、多層和高層房屋、公路橋梁等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于專業(yè)課內(nèi)容。通過本課程的學(xué)習(xí)，并通過課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生初步具有運(yùn)用這些理論知識正確進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和解決實(shí)際技術(shù)問題的能力。

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)并注意擴(kuò)大知識面突出重點(diǎn)，并注意難點(diǎn)的學(xué)習(xí)深刻理解重要的概念，熟練掌握設(shè)計(jì)計(jì)算的基本功，切忌死記硬背第十七頁，共十八頁。內(nèi)容梗概混凝土結(jié)構(gòu)。由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為素混凝土結(jié)構(gòu)。由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。圖1-1簡支梁和軸心受壓柱受力示意圖。目前，世界上最高的混凝土建筑是高450m的位于馬來西亞吉隆坡的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的。的預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔高達(dá)549m，是有代表性的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)筑物?，F(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)積累了半個(gè)世紀(jì)以來豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研成果，把我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法提高到了當(dāng)前的國際水平，在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮指導(dǎo)作用。適用性要求結(jié)構(gòu)在正常使用過程中不產(chǎn)生影響使用的過大變形以及不發(fā)生過寬的裂縫和振動等。整個(gè)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(jì)規(guī)定的某一功能要求，則此狀態(tài)稱為該功能的極限