混凝土結構混凝土結構上冊混凝土結構設計原理（第五版）東南大學程文瀼天津大學王鐵成主編同濟大學顏德姮清華大學葉列平主審第1章緒論1.1混凝土結構的一般概念1.1.1混凝土結構的定義與分類

以混凝土為主制成的結構稱為混凝土結構，包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構等。由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結構稱為素混凝土結構。由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網或鋼筋骨架的混凝土制成的結構稱為鋼筋混凝土結構。由配置受力的預應力鋼筋通過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土制成的結構稱為預應力混凝土結構。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，提高結構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

在混凝土中設置受力鋼筋構成鋼筋混凝土，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)/℃)，當溫度變化時鋼筋與混凝土之間不會產生較大的相對變形而破壞粘結，為滿足兩種材料共同受力的要求創(chuàng)造了前提條件。

同時，在鋼筋混凝土結構和構件中，受力鋼筋的布置和數(shù)量都應由計算和構造要求確定，施工也要正確。1.1.3鋼筋混凝土結構的優(yōu)缺點優(yōu)點：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：自重較大抗裂性較差施工復雜、工序多隔熱隔聲性能較差

針對這些缺點，可采用輕質高強混凝土及預應力混凝土以減輕自重，改善鋼筋混凝土結構的抗裂性能。1.2混凝土結構的發(fā)展概況

混凝土結構約有的歷史，與鋼、木和砌體結構相比，由于它在物理力學性能、材料來源以及工程造價等方面有許多優(yōu)點，所以發(fā)展速度很快，應用也最廣泛。

我國是采用混凝土結構最多的國家，在高層建筑和多層框架中大多采用混凝土結構。150年

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構的。我國最高的建筑是高382m(88層)的上海，主體為鋼筋混凝土結構，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。的預應力混凝土電視塔高達549m，是有代表性的預應力混凝土構筑物。我國最高的電視塔為上海電視塔(東方明珠)，高415.2m，主體為混凝土結構。雙塔大廈金茂大廈中天廣場加拿大多倫多

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1527萬m3。

現(xiàn)行《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010—2010)積累了半個世紀以來豐富的工程實踐經驗和科研成果，把我國混凝土結構設計方法提高到了當前的國際水平，在工程設計中發(fā)揮指導作用。

隨著高強度鋼筋、高強高性能混凝土(強度達到100N/mm2)以及高性能外加劑和混合材料的研制使用，高強高性能混凝土的應用范圍不斷擴大，鋼纖維混凝土和聚合物混凝土的研究和應用有了很大發(fā)展。還有，輕質混凝土、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構也正在研究中。1.3結構的功能和極限狀態(tài)簡述

建筑結構的功能包括三個方面，簡稱“三性”。安全性是指建筑結構承載能力的可靠性，即建筑結構應能承受正常施工和使用時的各種荷載和變形，在地震、爆炸等發(fā)生時和發(fā)生后能保持結構的整體穩(wěn)定性適用性要求結構在正常使用過程中不產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條件下結構不發(fā)生嚴重風化、腐蝕、脫落、碳化，鋼筋不發(fā)生銹蝕等，達到設計預期的使用年限1.3.1結構的功能安全性、適用性和耐久性1.3.2結構的極限狀態(tài)

整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(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)2正常使用極限狀態(tài)

結構或構件達到正常使用或耐久性能中某項規(guī)定限度的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。例如，當結構或構件出現(xiàn)影響正常使用的過大變形、過寬裂縫、局部損壞和振動時，可認為結構或構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)，結構或構件就不能保證適用性和耐久性的功能要求。

進行結構設計時，結構或構件按承載能力極限狀態(tài)進行計算后，還應該按正常使用極限狀態(tài)進行驗算。也就是說，設計的結構或構件在滿足承載能力極限狀態(tài)的同時也要滿足正常使用極限狀態(tài)。1.3.3荷載和材料強度

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

荷載的標準值是荷載的基本代表值，用下標k表示，在驗算變形和裂縫寬度時要用荷載的標準值。在計算截面承載力時，為了滿足可靠度的要求，應采用比其標準值大的荷載設計值。荷載設計值等于荷載標準值乘以荷載分項系數(shù)。恒荷載的荷載分項系數(shù)一般取為1.2；活荷載的荷載分項系數(shù)一般取為1.4。

按荷載標準值計算得到的內力，稱為內力的標準值，例如彎矩標準值Mk、軸向力標準值Nk等。

按荷載設計值計算得到的內力，稱為內力的設計值，例如彎矩設計值M、軸向力設計值N等。驗算變形、裂縫寬度時，應采用材料強度的標準值；計算截面承載力時，要用比材料強度標準值小的材料強度設計值。材料強度設計值等于材料強度標準值除以材料強度的分項系數(shù)。例如，混凝土軸心抗拉強度設計值ft=ftk/γc。這里，t表示抗拉強度(tensilestrength)，k表示標準值，c表示混凝土，γc表示混凝土強度的分項系數(shù)，γc=1.4。1.4混凝土結構的環(huán)境類別

環(huán)境類別是指混凝土結構暴露表面所處的環(huán)境條件，設計時可根據實際情況確定適當?shù)沫h(huán)境類別。1、課程內容

混凝土結構課程可分為“鋼筋混凝土基本構件”和“混凝土結構設計”兩部分。前者主要講述混凝土構件的受力性能、設計計算方法和構造等混凝土結構的基本理論，屬于專業(yè)基礎課內容。后者主要講述梁板結構、單層廠房、多層和高層房屋、公路橋梁等的結構設計，屬于專業(yè)課內容。1.5學習本課程需要注意的問題2.本課程的知識特點與學習方法(1)掌握好材料的力學性能。鋼筋混凝土既然是一種符合材料，就存在著兩種材料的數(shù)量比例和強度搭配問題，超過一定范圍，構件的受力性能就會改變，不能正常使用。(2)鋼筋混凝土材料得力學性能和構件的計算方法都是建立在實驗研究基礎上的，許多計算公式都是在大量試驗資料的基礎上用統(tǒng)計分析方法得出的半理論半經驗公式。(3)學習本課程是為了在工程建設中進行混凝土結構的設計，它包括方案、材料選擇、截面形式、配筋、構造措施等?；炷两Y構課程的實踐性很強，因此要加強課程作業(yè)、課程設計和畢業(yè)設計等實踐性教學環(huán)節(jié)的學習，并在學習過程中逐步熟悉和正確運用我國頒布的一些設計規(guī)范和設計規(guī)程。諸如：《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB50068)《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009-2006)《建筑抗震設計規(guī)范》(

GB50011—2010)《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程》(JGJ3—2010)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)3．注重實驗與實踐4．突出重點．并注意難點的學習本課程的內容多、符號多、計算公式多、構造規(guī)定也多，學習時要遵循教學大綱的要求，突出重點內容的學習。例如，第3章是上冊中的重點內容，理解掌握了，就為后面各章的學習打下了好的基礎。對學習中的難點要找出它的根源，以利于化解。例如，上冊第4章中的抵抗彎矩圖常是難點，