教學(xué)內(nèi)容：本章主要講述混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展概況,結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)，并對混凝土結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法提出了建議。教學(xué)要求：要求在了解混凝土結(jié)構(gòu)一般概念的基礎(chǔ)上，充分認(rèn)識鋼筋與混凝土的優(yōu)缺點(diǎn)，掌握結(jié)構(gòu)的功能要求及極限狀態(tài)，熟練掌握荷載和材料強(qiáng)度的取值，了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況1.3結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)簡述1.4學(xué)習(xí)本課程需要注意的問題本章內(nèi)容1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的定義與分類定義：混凝土結(jié)構(gòu)是以混凝土為主要材料制成的結(jié)構(gòu)分類：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。素混凝土結(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)，常用于路面和一些非承重結(jié)構(gòu)。圖1.1素混凝土路面1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念鋼筋混凝土結(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)(如圖1.2所示)。圖1.2鋼筋混凝土梁預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：充分利用高強(qiáng)度材料來改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能的結(jié)構(gòu)。是由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其他方法建立預(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)(如圖1.3所示)。

圖1.3預(yù)應(yīng)力混凝土板1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.1.2配筋的作用與要求配筋的作用：提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力和變形能力。鋼筋和混凝土都是土木工程中重要的建筑材料，鋼筋的抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高，但混凝土的抗壓強(qiáng)度較高而抗拉強(qiáng)度卻很低。為了充分發(fā)揮這兩種材料性能的優(yōu)勢，把鋼筋和混凝土按照合理的組合方式有機(jī)地結(jié)合在一起共同工作，使鋼筋主要承受拉力，混凝土主要承受壓力，以滿足工程結(jié)構(gòu)的使用要求。

素混凝土梁：由于混凝土抗拉強(qiáng)度很低，于是在很小的荷載作用下，梁下部受拉區(qū)邊緣的混凝土就會出現(xiàn)裂縫，而受拉區(qū)混凝土一旦開裂，在荷載持續(xù)作用下，裂縫會迅速向上發(fā)展，梁在瞬時(shí)間就會驟然脆裂斷開，而梁上部混凝土的抗壓能力卻還未能充分利用。素混凝土梁的承載力很低。1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念鋼筋混凝土梁：在荷載作用下，梁的受拉區(qū)混凝土仍會開裂，但由于鋼筋的存在，可以代替受拉區(qū)混凝土承受拉力，裂縫不會迅速發(fā)展，受壓區(qū)的壓應(yīng)力仍由混凝土承受，因此，梁可以承受繼續(xù)增大的荷載，直到鋼筋的應(yīng)力達(dá)到其屈服強(qiáng)度。隨后荷載仍可略有增加致使受壓區(qū)混凝土被壓碎，混凝土抗壓強(qiáng)度得到了充分利用，梁達(dá)到破壞?？梢姡渲圃谑芾瓍^(qū)的鋼筋明顯地加強(qiáng)了受拉區(qū)的抗拉能力，從而使鋼筋混凝土梁的承載力比素混凝土梁有很大的提高。這樣，混凝土的抗壓能力和鋼筋的抗拉能力都得到了充分利用，而且在梁破壞前，其裂縫充分發(fā)展，其變形迅速增大，有明顯的破壞預(yù)兆。結(jié)構(gòu)的受力特性得到顯著改善。1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念承受壓力的受壓構(gòu)件—柱(如圖1.5所示)，通常也配置鋼筋，以協(xié)助混凝土承受壓力，以達(dá)到減小柱的截面尺寸、改善柱的受力性能、提高柱的承載能力、增加柱的延性的目的。1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念圖1.5柱的受力分析配筋要求：滿足承載能力和變形要求；滿足構(gòu)造要求1.1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)承載力高：和砌體、木結(jié)構(gòu)相比，其承載力高。在一定條件下，可以用來代替鋼結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)約鋼材、降低造價(jià)的目的。耐久性好：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間的增加而增長，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，且鋼筋受混凝土的保護(hù)而不易銹蝕，所以鋼筋混凝土的耐久性是很好的，不像鋼結(jié)構(gòu)那樣需要經(jīng)常的保養(yǎng)和維修。處于侵蝕性氣體或受海水浸泡的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)及采取特殊的措施，一般也可滿足工程需要。整體性好：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)特別是現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于整體性好，對于抵抗地震作用(或抵抗強(qiáng)烈爆炸時(shí)沖擊波的作用)具有較好的性能。耐火性好：混凝土是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱性差?；炷涟阡摻钪猓鹬Ｗo(hù)作用。若有足夠的保護(hù)層，就不致因遭受火災(zāi)時(shí)使鋼材很快達(dá)到軟化的危險(xiǎn)溫度而造成結(jié)構(gòu)整體破壞，與鋼木結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性很好?？赡Ｐ院茫轰摻罨炷量筛鶕?jù)設(shè)計(jì)需要澆制成各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)。便于建筑造型的實(shí)現(xiàn)和建筑設(shè)備、工程開孔、留洞需要。特別適宜于建造外形復(fù)雜的大體積結(jié)構(gòu)及空間薄壁結(jié)構(gòu)。這一特點(diǎn)是磚、石、鋼、木等結(jié)構(gòu)所沒有的。就地取材：鋼筋混凝土所用的原材料砂和石，一般均較易于就地取材。在工業(yè)廢料(例如礦渣、粉煤灰等)比較多的地方，還可將工業(yè)廢料制成人造骨料用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中。節(jié)約鋼材：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理地發(fā)揮了材料的性能，在某些情況下可以代替鋼結(jié)構(gòu)，從而節(jié)約鋼材并降低造價(jià)。剛度大：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度較大，現(xiàn)澆式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性尤其好。宜用于變形要求小的建筑，也適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu).1.1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)隔聲性好：與鋼、木結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的隔聲性能相對較好。保養(yǎng)費(fèi)?。轰摻罨炷两Y(jié)構(gòu)很少需要維修，不像鋼、木結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常地保養(yǎng)。但是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也有不少缺點(diǎn)：自重大。在承受同樣荷重的情況下，混凝土構(gòu)件的自重往往比鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件大很多，這對材料的消耗、建造大跨度結(jié)構(gòu)和高層建筑以及抗震等都是不利的。但也有不少措施可以用于減輕自重，例如：采用輕骨料制成的輕質(zhì)混凝土；采用受力性能好且能減輕自重的構(gòu)件型式，如空心板、槽形板、薄腹梁、空間薄壁結(jié)構(gòu)等；還可以采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用高強(qiáng)材料達(dá)到縮小構(gòu)件截面尺寸，從而減輕自重?？沽研阅懿睢Ｓ捎诨炷量估瓘?qiáng)度低，所以鋼筋混凝土構(gòu)件在使用階段往往免不了帶有裂縫。但采用預(yù)應(yīng)力混凝土就可以有效地提高構(gòu)件的抗裂性。施工的季節(jié)性。在嚴(yán)寒地區(qū)冬季施工，混凝土澆筑后可能凍壞，這時(shí)可采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，也可在混凝土中摻加化學(xué)拌和劑加速凝結(jié)、增加熱量，防止凍結(jié)，還可以采用保溫措施。在酷熱地區(qū)或雨季施工，可采用防護(hù)措施，控制水灰比，加強(qiáng)保養(yǎng)，或采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。1.1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)費(fèi)工、費(fèi)模板：現(xiàn)場施工期長而建造的整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)比較費(fèi)工；同時(shí)又需大量模板和支撐，且混凝土需要在模板內(nèi)進(jìn)行一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)。采用裝配式預(yù)制構(gòu)件，將木模板改用可重復(fù)使用的鋼模板或工具式模板，以及采用頂升或提升等施工技術(shù)，可以不同程度地克服這些缺點(diǎn)。加固和拆修較費(fèi)事。1.1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與磚石砌體結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，歷史并不長，至今約有150年的歷史，但發(fā)展很快。大體上可分為三個(gè)階段。第一階段：從鋼筋混凝土發(fā)明至20世紀(jì)初。1824年英國人J.阿斯普汀(J.Asptin)發(fā)明了波特蘭水泥，1856年轉(zhuǎn)爐煉鋼成功，為鋼筋混凝土的發(fā)明提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。19世紀(jì)80年代，由于當(dāng)時(shí)所采用的鋼筋和混凝土的強(qiáng)度較低，計(jì)算理論套用彈性理論，設(shè)計(jì)方法采用容許應(yīng)力法，所以混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用發(fā)展較慢，直到1903年才在美國辛辛那提建造了世界上第一棟混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑——英格爾大樓(IngallsBuilding，如圖1.6所示)。而在第一次世界大戰(zhàn)(1914～1918)前只是在多層高樓的基礎(chǔ)和樓蓋中得到應(yīng)用。1.2.1混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展的三個(gè)歷史階段1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況圖1.6英格爾大樓外貌

圖1.7帝國大廈

1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

第二階段：從20世紀(jì)初到第二次世界大戰(zhàn)前后。這一階段混凝土和鋼筋的強(qiáng)度有所提高，1928年法國工程師弗雷西內(nèi)(Freyssinet)研制成功了預(yù)應(yīng)力混凝土，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)向大跨度、高層發(fā)展提供了保障，裝配式鋼筋混凝土和薄壁空間混凝土結(jié)構(gòu)有了很大的發(fā)展。1933年，法國、前蘇聯(lián)和美國分別建成跨度達(dá)60m的圓殼、扁殼和圓形懸索屋蓋，1931年在美國紐約建成了保持世界紀(jì)錄達(dá)40年之久，102層，高381m，結(jié)構(gòu)用鋼超過5×104t的帝國大廈(如圖1.7所示)。混凝土結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究開始進(jìn)行，在計(jì)算理論上已開始考慮材料的塑性，已開始按破損階段計(jì)算結(jié)構(gòu)的破壞承載力。第二次世界大戰(zhàn)后，由于鋼材短缺，混凝土結(jié)構(gòu)建筑得到大規(guī)模的發(fā)展。1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況及工程應(yīng)用第三階段：從第二次世界大戰(zhàn)以后到現(xiàn)在。這一階段的特點(diǎn)是隨著高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的出現(xiàn)，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、泵送商品混凝土以及各種新的施工技術(shù)等廣泛地應(yīng)用于各類土木工程，如超高層建筑、大跨度橋梁、跨海隧道、高聳結(jié)構(gòu)等。在計(jì)算理論上已過渡到充分考慮混凝土和鋼筋塑性的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論，在設(shè)計(jì)方法上已過渡到以概率論為基礎(chǔ)的多系數(shù)表達(dá)的設(shè)計(jì)公式。1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況超高層建筑發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)50年代早期，混凝土結(jié)構(gòu)建筑的高度可達(dá)到20層，1958年上升到38層，1962年達(dá)到50層，1968年又達(dá)到70層。目前，世界上最高的建筑是中國臺北的金融大廈(如圖1.8所示)，101層，高508m。排在之后的是馬來西亞吉隆坡的石油雙塔大廈，95層，高390m，連同桅桿總高492m(如圖1.9所示)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)排名世界第一。排在第三位的是美國芝加哥的西爾斯大廈，110層，高443米(如圖1.10所示)。廣州中天廣場80層的中信大廈，高322.5m，連同桅桿(鋼塔)總高382.5m，為國內(nèi)最高、世界第二高的鋼筋混凝土框架筒體結(jié)構(gòu)建筑(如圖1.11所示)。朝鮮平壤建造的柳京大廈，平面為Ｙ形，立面為金字塔形(如圖1.12所示)，地下4層，地上105層，高305m，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑中，該樓高度僅次于馬來西亞的石油雙塔大廈和廣州的中信大廈，居世界第三。圖1.8臺北101層金融大廈

圖1.9石油雙塔大廈圖1.10西爾斯大廈1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況上海金茂大廈是中國最高，世界第四高的建筑，也是世界上最高的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)建筑，共88層，總高420.5m，建筑面積290000m2。金茂大廈是中國建筑工程史上的里程碑，已嵌入世界名樓的版圖。在施工中解決了若干重大技術(shù)難題，例如13500m3C50混凝土基礎(chǔ)底板一次澆搗成型；混凝土一次性泵送至382.5m的高度等。1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況香港中國銀行大廈(如圖1.15所示)在1989年建成，地上71層，高315m，天線頂端高368m。按建筑師貝聿銘的造型，平面為52m×52m的正方形，沿正方形對角線劃分成4個(gè)等腰三角形，向上每隔若干層切去一個(gè)角區(qū)，僅一個(gè)角區(qū)至樓的頂部，上部結(jié)構(gòu)由4個(gè)組合在一起、高度遞增不同的三棱柱組成。整座大樓由8片鋼結(jié)構(gòu)平面支撐和5根型鋼混凝土柱所組成的混合結(jié)構(gòu)“大型立體支撐體系”。型鋼混凝土柱平面尺寸為4.3m×7.93m。該建筑在受力上極為合理。深圳地王大廈由3部分組成：主樓為68層的寫字樓，加上設(shè)備層等實(shí)為81層，高309.95m，至桅桿頂高383.95m；輔樓是33層的商務(wù)住宅，120m高，立面體型呈兩塊板疊合相錯(cuò)，中間一巨型門洞貫通大廈南北；5層購物裙房將兩個(gè)高層相連，1996年建成，當(dāng)時(shí)為我國最高的組合結(jié)構(gòu)建筑，后被上海金茂大廈超過。

1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況1.3結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)簡述1.3.1結(jié)構(gòu)的功能安全性：承載力適用性：變形、裂縫耐久性：1.3.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)定義：分類：承載力極限狀態(tài)；正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：按承載力極限狀態(tài)計(jì)算，按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算1.3.3荷載和材料強(qiáng)度荷載分類：永久荷載、可變荷載。。。荷載值：標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值。。。材料強(qiáng)度值：標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值。。。

1.學(xué)習(xí)本課程的主要目的掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論、設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造知識，為今后能承擔(dān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的工作打下理論基礎(chǔ)并得到初步訓(xùn)練。1.4學(xué)習(xí)本課程需要注意的問題

2.課程內(nèi)容混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理。主要介紹鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能，各種鋼筋混凝土構(gòu)件，如受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件、受扭構(gòu)件、受拉構(gòu)件的受力性能、截面設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課。

3.學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題

材料的復(fù)雜性。鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種力學(xué)性能完全不同的材料組成的復(fù)合材料，除自身性能復(fù)雜外，其性能還受諸多因素的較大影響。它與以往學(xué)過的材料力學(xué)中單一、勻質(zhì)、連續(xù)、理想彈性的材料不同，所以材料力學(xué)公式在混凝土結(jié)構(gòu)中可以直接應(yīng)用的不多，但在考慮了鋼筋混凝土材料特性的基礎(chǔ)上通過平衡關(guān)系建立基本方程的途徑是相同的。為了對鋼筋混凝土的受力性能和破壞特性有較好的了解，首先要掌握好鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能和影響因素。

試驗(yàn)的依賴性。由于混凝土材料性能的復(fù)雜性和離散性，鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能和構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法、計(jì)算公式都是建立在大量試驗(yàn)給出的現(xiàn)象、得出的結(jié)論、總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上用概率統(tǒng)計(jì)分析的方法確定的。目前還沒有建立起較為完善的強(qiáng)度和變形理論。學(xué)習(xí)本課程時(shí)要重視構(gòu)件的試驗(yàn)研究，掌握通過試驗(yàn)現(xiàn)象觀察到的構(gòu)件受力性能，以及受力分析所采用的基本假設(shè)的試驗(yàn)依據(jù)，在運(yùn)用計(jì)算方法、計(jì)算公式時(shí)要注意其適用范圍和具體條件。

設(shè)計(jì)的綜合性?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括方案、材料選擇，截面形式確定、配筋計(jì)算，構(gòu)造措施保證等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問題，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置、處理構(gòu)造問題時(shí)，不僅要考慮結(jié)構(gòu)受力的合理性，還要考慮使用要求、材料、造價(jià)、施工、制造等方面的問題。既要做到安全、適用、耐久，又要做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。需對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全面地綜合分析比較，對同一問題往往有多種解決的辦法，答案往往不是惟一的，應(yīng)結(jié)合具體情況確定最佳方案，以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。所以在學(xué)習(xí)過程中，要注意培養(yǎng)對多種因素進(jìn)行綜合分析的能力。

《規(guī)范》的權(quán)威性?！兑?guī)范》是國家制定的有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和構(gòu)造要求的技術(shù)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，是具有約束性和立法性的文件，是設(shè)計(jì)、校核、審批結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。強(qiáng)制性條文是設(shè)計(jì)中必須遵守的帶有法律性質(zhì)的技術(shù)文件，這將使設(shè)計(jì)方法達(dá)到統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化，從而有效地貫徹國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，保證工程質(zhì)量。

4.學(xué)習(xí)方法

注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，擴(kuò)大知識面?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的，因此除課堂學(xué)習(xí)以外，還要加強(qiáng)試驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，以進(jìn)一步理解學(xué)習(xí)內(nèi)容和訓(xùn)練試驗(yàn)的基本技能。在學(xué)習(xí)過程中逐步熟悉和正確運(yùn)用我國頒布