1、混凝土结构设计原理,第1章 绪论,1.1混凝土结构的一般概念,第1章 绪论,结构的分类及本门课程的研究对象结构：广义上指房屋建筑和土木工程的建筑物、构筑物及其相关组成部分的实体。狭义上指各种工程实体的承重骨架。建筑结构：由基本构件（板、梁、墙、柱、基础等），按照一定的组成规则，通过正确的连接方式所组成的能承受并传递作用的体系（骨架）。混凝土结构：以混凝土为主要材料制作而成的结构。研究混凝土结构和预应力混凝土结构中各种基本构件的强度、刚度和抗裂度设计问题。1.1混凝土结构的一般概念,结构的分类（1）按组成材料分混凝土结构：素混凝土结构（plain concrete structure）（如设备基
2、础、混凝土挡土墙等）钢筋混凝土结构（reinforced concrete structure）（如一般钢筋混凝土板、梁、柱、剪力墙、基础等）预应力混凝土结构（pre-stressed concrete structure）（如预应力板、梁、柱等）纤维混凝土结构（fiber concrete structure）钢管混凝土结构（concrete-filled tube structure）,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,素砼结构,钢筋砼结构,劲性砼结构,预应力砼结构,钢管砼结构,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,砌体结构木结构（现采用较少）钢结构组合结构（2）按应用领域
3、分建筑结构桥梁结构水电结构特种结构（如烟囱、水池、水塔、筒仓、挡土墙等）,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,为什么要将钢筋配置在混凝土结构中,素混凝土梁,破坏特征：一裂即断，脆性，破坏无预兆；Fmax8kN,破坏特征：裂不等于坏，破坏有预兆；Fmax36kN,钢筋混凝土梁,第1章 绪论,1.1混凝土结构的一般概念,由此可见，素混凝土结构中加入少量钢筋以后：承载力有很大提高；受力性能和破坏特征有明显改善。,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,P,P,钢筋（加筋）+,混凝土,钢筋混凝土结构（构件）,拉压、压性能均好,抗压性能好,利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）-各尽其能，相得
4、益彰,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,混凝土结硬后与钢筋牢固地粘结在一起，可共同受,力，共同变形。,钢筋与混凝土有相近的温度线膨胀系数,温度变化,时，两种材料不会产生较大的相对变形而使材料之间的粘结应力受到破坏。,钢筋：c-1混凝土：c-1 混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料也可作配筋用。,钢筋和混凝土为什么能共同工作,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,混凝土结构主要的优点、缺点,优点,合理用材 承载力大 就地取材 耐久、耐火可模性好,整体性好、刚度大阻隔射线,自重大,混凝土：2425 kN/m3粘土砖:1819kN/m3杉木：4 kN
5、/m3,易开裂：带裂缝工作费工费模施工受季节性影响隔热隔声性能差,缺点,第1章 绪论,优点多，缺点少；缺点可克服。随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服,1.1,混凝土结构的一般概念,1.2混凝土结构的发展及应用概况1824年，英国人J.Aspdin发明水泥；1850年，法国人L.Lambot制成铁丝网水泥船；1859年，转炉炼钢成功；1861年，法国人J.Monier用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他仍被认为是钢筋混凝土结构的发明者；1884年，德国人Wayss,Bauschingge
6、r和Koenen等提出了 钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,第1章 绪论材料方面的发展：强度不断提高美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代：42N/mm2，有特殊需要时：40N/mm2100 N/mm2，试验室中：266 N/mm2。C10 C25 C60 C80 C100 C200轻质混凝土的应用容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为 24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,高性
7、能混凝土（HPC，High Performance Concrete)HPC是采用现代先进的混凝土技术制作的，是以耐久性作为混凝土设计的主要技术指标，同时结合不同建筑的具体要求，具有高强度、高韧性、高抗渗性、易施工和经济性等。纤维混凝土（FRC，Fiber Reinforced Concrete)钢纤维、玻璃纤维、碳纤维及合成纤维等，短纤维或连续的长纤维作为混凝土的增强材料。,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,结构方面的发展,预应力混凝土结构的应用在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重结构体系的丰富不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结
8、构、钢与混凝土的组合结构及预应力混凝土结构等,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,结构：高层、大跨。如：台北101，101层，508m,钢结构；马来西亚吉隆坡石油大厦，88层，452m，钢-混凝土结构；上海金茂大厦，88层，421m，钢-混凝土结构；香港国际金融中心，88层，415m，混合结构；美国亚特兰大奥运会主体育馆240m193m，张拉整体结构；桥梁跨度也越来越大。如四川万县拱桥，跨度为420m。,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,哈利法塔(迪拜塔高度为世界第一，160层828米),国际金融中心88层,415m钢-混凝土结构,台北101101层,508m钢结构,金茂大厦
9、88层,421m钢-混凝土结构,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,广州中信大厦80层,391m钢筋混凝土结构,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,重庆市万县长江大桥跨度为420m,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,施工中的钢筋混凝土建筑结构,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,施工中的钢筋混凝土桥梁结构,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,设计方法:,第1章 绪论,允许应力设计法,破坏阶段设计法,极限状态设计法,半经验半概率法,近似概率法,全概率法,生命全过程设计法,材料力学的方法,按经验法确定安全系数,TJ10-74,
10、GBJ11-89,BJG21-66 GB50010,理论研究方面的发展:,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,结构基本理论-如何设计一个新结构荷载的确定方法结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施,未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）承载力计算耐久性评估寿命预测损伤分析加固理论,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,第1章 绪论结构基本理论-结构试验技术的完善,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,混凝土结构的工程应
11、用,工程应用：,工业与民用建筑桥梁隧道矿井水利水电海港近海工程海底建筑地下建筑核电站安全壳月球表面建筑,第1章 绪论,1.2,混凝土结构的发展及应用概况,混凝土结构的应用1.房屋工程我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构,混凝土组合柱,组合楼板,钢柱,组合梁,组合桁架,钢筋混凝土筒体,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,2.交通工程隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等,第1章 绪论,1.
12、1,混凝土结构的一般概念,3.水利工程,大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝我国的三峡大坝高 186m，装机容量1786千瓦,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,4.特种工程核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等,第1章 绪论,1.1,混凝土结构的一般概念,1.3学习本课程应注意的问题,课程内容,绪论钢筋混凝土材料的物理力学性能结构设计基本原则受弯构件正截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算,受压构件的承载力计算受拉构件的承载力计算受扭构件扭曲截面的承载力计算钢筋混凝土构件的变形、裂缝
13、及混凝土结构的耐久性预应力混凝土构件,轴拉构件轴压构件,受弯构件受剪构件受扭构件偏压、偏拉构件变形、裂缝及结构的耐久性 预应力混凝土结构,楼盖结构单层厂房结构多、高层框架结构,基础知,识材性设计方法,构件设计,结构设计，后续课程,结构设计原理=基础知识+构件设计原理与方法,学习内容,第1章 绪论,1.3,学习本课程应注意的问题,注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、“结构力学”课程的异同点，正确运用已有的力学知识解决实际问题；混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，目前还缺乏完善的理论体系。很多公式不能有严密的逻辑推导得出，只能由试验结果回归而成。学习和应用时要注意思维方式的转变；,学习要求,第1章 绪论,1.3,学习本课程应注意的问题,由于钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种力学性能相差很大的材料所组成，因此存在着选定两种材料的不同强度和两种材料所用数量多少的配比问题，而这种配比可由设计者自行确定；钢筋混凝土结构是一门综合性的应用学科，需要满足安全、适用、经济以及施工方便等方面的要求。结构设计单靠理论分析还不够，还要辅以一定的构造措施，才能保证安全可靠；本课程是实践性很强的一门课，学习时除阅读教材外，还应了解有关规范，完成习题和课程设计。,第1章 绪论,1.3,学习本课程应注意的问题,
