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1、建筑结构建筑结构总目录总目录总目录总目录第一章 绪论第二章 钢筋和混凝土的力学性能第三章 钢筋混凝土结构的基本设计原则第四章 受弯构件第五章 受扭构件第六章 受压构件第七章 受拉构件和预应力混凝土构件第八章 钢筋混凝土梁板结构第九章 单层厂房排架结构第十章 多高层房屋结构第十一章 砌体结构第十二章 钢结构第十三章 建筑结构抗震设计基本知识第一章 绪论第一节 建筑结构的一般概念1，建筑结构的定义：建筑物中用来承受各种作用作用的受力体系。简简单的说就是房屋的单的说就是房屋的承重骨架。承重骨架。柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板2，结构上的作用作用 （1）定义定义：凡能使结构产生内力、应力、
2、位移、应变、裂缝的因素，都称之为结构上的作用。（2）分类分类：直接作用：荷载；间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。3 建筑结构的分类按所用按所用材料材料的不同分为：的不同分为：v1）混凝土结构混凝土结构（以混凝土为主要材料的结构）包（以混凝土为主要材料的结构）包括：括：v 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构配置受力的普通钢筋，钢筋配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架；网或钢骨架；v 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 配置预应力钢筋的混凝土配置预应力钢筋的混凝土结构；结构；v 素混凝土结构素混凝土结构 没有配置受力的钢筋的混凝土没有配置受力的钢筋的混凝土结构结构。v2）钢结构钢结构:以钢
3、材以钢材(钢板、型钢）钢板、型钢）为主制作的结构为主制作的结构v3）砌体结构砌体结构:由块材通过砂浆砌筑而成的结构由块材通过砂浆砌筑而成的结构v4)木结构木结构:指全部或大部分用木材制作的结构指全部或大部分用木材制作的结构v5）混合结构混合结构:由两种及两种以上材料作为主要承由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋重结构的房屋此外还有此外还有钢钢混凝土组合结构混凝土组合结构、钢管混凝土钢管混凝土等。等。4我国现行结构设计规范（部分）我国现行结构设计规范（部分）建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001建筑结构荷载规范GB5009-2001混凝土结构设计规范GB50010-2002砌体
4、结构设计规范GB50003-2001钢结构设计规范GB50017-2003GB50017-2003。建筑地基基础设计规范GB50007-2002建筑抗震设计规范 GB50011-2008第二节 砌体结构、钢结构和混凝土结构的概念及优缺点v一、砌体结构v1，定义：定义：以砌体为材料的结构。v2，适用范围：，适用范围：主要用于居住建筑和多层民用房屋（如办公楼、教学楼、旅馆等）中。v3，优点：，优点：易于就地取材，成本低。结构耐久性和耐腐蚀性好。隔热、保温性能较好。v4，缺点：，缺点：承载能力低，自重大，抗震性能差。二、钢结构1，定义定义：用钢材制作而成的结构。2，适用范围：适用范围：主要用于大跨度
5、的建筑屋盖（如体育馆、剧院等）、吊车吨位很大或跨度很大的工业厂房骨架，以及超高层建筑的房屋骨架。3，优点：优点：承载能力高，自重小，抗震性能好，施工速度快。4，缺点：缺点：钢材易腐蚀，耐火性差，成本高。v三、混凝土结构v1，定义：仅仅或者主要以混凝土为材料的结构。v2，分类：混凝土结构素混凝土结构：由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。钢筋混凝土结构：由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。预应力混凝土结构：由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土制成的结构。a.素混凝土梁素混凝土梁b.钢筋混凝土梁：钢筋混凝土梁：受拉区配受拉区配2 20钢筋钢筋FF=1
6、3.4KN 截面开裂并破坏截面开裂并破坏Fcr=15 KN 截面开裂截面开裂;Fu=87KN 截面破坏。截面破坏。200300Fft2003002 20梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。示例示例3，混凝土和钢筋共同工作的原因（1）混凝土浇注后，随着凝结，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形（2）两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋：1.2 10-5（3）混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化4，混凝土结构的优点：1）承载力比砌体结构高 2）比钢结构节约钢材 3
7、）耐久性和耐火性均比钢结构好 4）抗震性能比砌体结构好5，混凝土结构的缺点：1）比钢结构自重大 2）比砌体结构造价高第三节 建筑结构的发展简况*1824年，英国人年，英国人J.Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混发明了波特兰水泥，有了混凝土；凝土；*1849年，法国人年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船钢丝网的两面做成小船-最早的钢筋混凝土结构；最早的钢筋混凝土结构；*1861年，法国花匠年，法国花匠J.Monier 用钢丝作为配筋制作了花用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请了钢筋混凝土板、管道、拱盆并申请了专利，后由申
8、请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚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，他却被认为是钢筋混凝土结至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；构的发明者；*19281928年，法国人弗列新捏发明了预应力锚具，预应年，法国人弗列新捏发明了预应力锚具，预应力混凝土开始出现力混凝土开始出现木结构木结构赵州桥赵州桥 上海金贸大厦采用的是框架核心筒结上海金贸大厦采用的是框架核心筒结构，建筑物构，建筑物88层，高层，高420.5米。钢筋混凝米。钢筋混凝土核心筒呈八角形，周边土核心筒呈八角形，周边8根钢骨混凝土根钢骨混凝土
9、柱底部截面柱底部截面1.5mX5m，柱中配置，柱中配置2根焊接根焊接H型钢。型钢。江阴长江大桥江阴长江大桥-主跨主跨1385米，米，世界第四悬索桥，建于世界第四悬索桥，建于1999年年第二章 钢筋和混凝土的力学性能第一节第一节 钢筋的力学性能钢筋的力学性能一、钢筋的分类一、钢筋的分类v混凝土结构用钢筋按化学成分可分为混凝土结构用钢筋按化学成分可分为碳素钢碳素钢和和普通合金钢普通合金钢。v根据含碳量的不同，碳素钢分为：根据含碳量的不同，碳素钢分为：低碳钢低碳钢(含碳量含碳量0.25%)、中碳钢中碳钢(0.25%=含碳量含碳量0.6%)。v含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用含碳量
10、越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳钢低碳钢。v普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加人微量的合金元素，普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加人微量的合金元素，如硅、锰、钒、钦、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢如硅、锰、钒、钦、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢材的塑性性能。材的塑性性能。我国常见钢筋外形我国常见钢筋外形钢筋的种类及选用钢筋的种类及选用强度高，塑性低强度高，塑性低强度高强度高预预应应力力钢钢筋筋钢钢筋筋热轧钢筋热轧钢筋冷拉钢筋冷拉钢筋冷轧、冷拔钢筋冷轧、冷拔钢筋热处理钢筋热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢
11、筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非非预预应应力力钢钢筋筋强度强度塑性塑性弱弱强强高高低低强度高强度高 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧 钢筋在常温下的加工称为钢筋在常温下的加工称为冷加工冷加工。其目的就是其目的就是使钢筋的内部组织使钢筋的内部组织结构发生变化，从而提高钢筋的强度，达到节约钢筋的目的。结构发生变化，从而提高钢筋的强度，达到节约钢筋的目的。冷拉：冷拉：常温下，把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。常温下，把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短，塑性较差，塑性较差。冷拔冷拔
12、冷拔冷拔可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。d1d2Pd2d1 冷轧冷轧 冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性要好一些冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性要好一些。钢筋的热处理钢筋的热处理 对某些特定钢号（对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢筋进行）的热轧钢筋进行淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。为较理想的预应力钢筋。二、钢筋的强度和变形二、钢筋的强度和变形二、
13、钢筋的强度和变形二、钢筋的强度和变形钢筋的力学性能钢筋的力学性能比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa弹性阶段a比例极限b屈服强度cd强化阶段d极限强度de 颈缩阶段有明显流幅钢筋的 曲线无明显流幅钢筋的 曲线0.2%0.2(N/mm2)o 0.2条件屈服强度 钢筋除需有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形（plastic deformation)能力，钢筋的塑性通常用伸长率 和冷弯性能两个指标来衡量。伸长率 冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。冷弯试验冷弯试验v1）有较高的强度和适宜的屈服比v2）有较好的塑性v3）与混凝
14、土之间有良好的粘结力v4）具有较好的可焊性v5）在寒冷地区，钢筋的低温性能也要符合一定要求，不宜采用冷加工钢筋，以免发生脆性破坏。三、钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构对三、钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋性能的要求四、钢筋的选用v钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：v（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；v（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。v具体工程中，现浇楼板的钢筋和梁柱的箍筋多采用HPB235级钢筋；梁柱的受力筋多采用HRB335、HRB400和RRB400级
15、钢筋；尺寸较大的构件有时也采用HRB335级钢筋作箍筋。第二节第二节 混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、细骨料、细骨料(砂砂)等材料按一定配合比，经混合搅拌，等材料按一定配合比，经混合搅拌，入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。影响混凝土的强度和变形的主要因素有：影响混凝土的强度和变形的主要因素有：原原材料的性能；各组成成分的比例，尤其是水灰比材料的性能；各组成成分的比例，尤其是水灰比的大小；施工方法（搅拌程度、浇捣的密实性、的大小；施工方法（搅拌程度、浇捣的密实性、对混凝土的养护
16、方法）等。对混凝土的养护方法）等。混凝土的基本强度指标有混凝土的基本强度指标有立方体抗压强度立方体抗压强度、轴心抗压强度轴心抗压强度和和轴心抗拉强度轴心抗拉强度三种。三种。一、一、混凝土的强度混凝土的强度v强度是指结构材料所能承受的某种极限应力。v混凝土的强度是靠水泥的水化、硬化获得的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝土强度的增长也是早期快、后期慢，但到28d龄期时强度的增长就不明显而趋于稳定。因此，规范以28d龄期时混凝土的强度为基准。v1.混凝土强度等级立方体抗压强度fcuv混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。我国混凝土强度等级的确定方法是：用边长为150mm的立方体标准试件，
17、在标准试验条件下养护28d，并用标准试验方法（C30以下的加载速度控制在0.30.5MPa/s范围；C30以上的加载速度控制在0.50.8MPa/s范围。两端不涂润滑剂）测得的立方体抗压强度，用符号fcuk表示。150mm150mm150mm强度等级：强度等级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80共14级级C 混凝土15立方体抗压强度的标准值为15N/mm2v2.轴心抗压强度fcv立方体抗压强度不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是作为在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准。v试验表明：用高宽比为23的棱柱体测得的抗压强度与以受压为主的混凝土构件中的
18、混凝土抗压强度基本一致。v因此，棱柱体的抗压强度可以作为以受压为主的混凝土抗压强度，称为轴心抗压强度，用符号fc表示。a.定义：定义：b.折算：折算：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为150mm150mm高高300mm的棱柱体，在的棱柱体，在28天龄期，天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。用标准试验方法测得的抗压强度。轴心抗压强度轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）（棱柱体抗压强度）抗压强度随试件高度增大而降抗压强度随试件高度增大而降低低轴心抗压强度与立方体抗压强度比值轴心抗压强度与立方体抗压强度比值高强混凝土脆性折减系数高强混凝土脆性折减系数
19、0.88经验折减系数经验折减系数v混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/201/8，且不与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉强度取棱柱体（100mm100mm500mm，两端埋有钢筋）的抗拉极限强度为轴心抗拉强度。混凝土构件的开裂、变形以及受剪、受扭、受冲切等承载力均与抗拉强度有关。v根据试验得知，fcu、fc、ft三者之间的关系是fcufcft。3，混凝土的轴心抗拉强度，混凝土的轴心抗拉强度v1.混凝土的强度标准值混凝土的强度标准值经统计分析，并考虑结构中混凝土强度与试经统计分析，并考虑结构中混凝土强度与试件强度之间的差异，件强度之间的差异，混凝土结构设计规范混凝土结构设计
20、规范给出了混凝土强度标准值，详见附表给出了混凝土强度标准值，详见附表7。v2.混凝土的强度设计值混凝土的强度设计值混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以混凝土的材料分项系数混凝土的材料分项系数c，规范规定，规范规定c=1.4，即，即fc=fck/c，ft=ftk/c。ft、fc见附表见附表7。4.混凝土的强度计算指标混凝土的强度计算指标二、二、混凝土的变形混凝土的变形v混凝土变形有两类：一类是荷载作用下的受力变形，包括一次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形；另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。02468102030(MPa
21、)10-3BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强提高而增加，对普通强度混凝土度混凝土s sA约为约为 (0.30.4)fc，对高强混，对高强混凝土凝土s sA可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线
22、逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，体积应裂缝相互连通，体积应变开始由压缩转为增加
23、。变开始由压缩转为增加。取取B点的应力作为混凝点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普土的长期抗压强度。普通强度混凝土通强度混凝土s sB约为约为0.8fc。达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，连通形成破坏面，C点点的纵向应变值称为峰值的纵向应变值称为峰值应变应变 e e 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。v混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量v混凝土的应力混凝土的应力与其弹性应变与其弹性应变ce之比值称之比值称为为混凝土的弹性模量
24、混凝土的弹性模量，用符号，用符号Ec表示。根据大表示。根据大量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算混量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算混凝土的弹性模量：凝土的弹性模量：v混凝土的剪变模量是指剪应力混凝土的剪变模量是指剪应力和剪应变和剪应变的比的比值，即：值，即：v混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持其外混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持其外力不变的条件下（即荷载长期不变），应变随时间继力不变的条件下（即荷载长期不变），应变随时间继续增长的现象，叫做续增长的现象，叫做混凝土的徐变混凝土的徐变。v混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能有重混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能有重要的影响
25、：要的影响：它将使结构构件的变形增加；轴心受压构它将使结构构件的变形增加；轴心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力减小的应力重件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力减小的应力重分布现象产生；在预应力混凝土结构构件中引起预应分布现象产生；在预应力混凝土结构构件中引起预应力损失等。力损失等。混凝土的徐变混凝土的徐变v影响混凝土徐变的主要因素有：影响混凝土徐变的主要因素有：v（1）水灰比和水泥用量水灰比和水泥用量v（2）骨料的级配和刚度骨料的级配和刚度v（3）混凝土的密实性混凝土的密实性v （4）构件的养护温湿度）构件的养护温湿度v （5）构件使用时的温湿度）构件使用时的温湿度v （6）构件单位体积
26、的表面积大小构件单位体积的表面积大小v （7）构件加载时的龄期构件加载时的龄期v （8）持续应力的大小持续应力的大小混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形定义：定义：混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象称为称为收缩变形收缩变形。收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有在收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有在受力达到一定数值并且持续作用下才产生。受力达到一定数值并且持续作用下才产生。影响混凝土收缩的主要因素有：影响混凝土收缩的主要因素有：（1）水灰比和水泥用量水灰比和水泥用量（2）骨料的级配和刚度骨料的级配和刚度（3）混凝土的密实性混凝土的密实性 （4）
27、构件的养护温湿度）构件的养护温湿度 （5）构件使用时的温湿度）构件使用时的温湿度 （6）构件单位体积的表面积大小构件单位体积的表面积大小 （7）水泥品种与强度级别水泥品种与强度级别和其它许多材料一样，当温度发生变化时混凝土的体和其它许多材料一样，当温度发生变化时混凝土的体积也具有热胀冷缩的性质。积也具有热胀冷缩的性质。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规规定，当温度在定，当温度在0到到100范围内时，混凝土线膨胀系数范围内时，混凝土线膨胀系数c可采用可采用110-5/。温度变形对大体积混凝土结构极为不利。温度变形对大体积混凝土结构极为不利。温度变形能使混凝土开裂，在某些场合应认真对待。温度变
28、形能使混凝土开裂，在某些场合应认真对待。v混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定：规定：v钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于于C15；当采用；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于度等级不宜低于C20；当采用；当采用HRB400和和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于凝土强度等级不得低于C20。v预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土
29、强度等级不宜低于作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。混凝土的选用：混凝土的选用：第三节第三节 钢筋与混凝土之间的粘结作用钢筋与混凝土之间的粘结作用v一、粘结作用的组成v粘结力是存在于钢筋与混凝土界面上的作用力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。钢筋与混凝土之间的粘结 产生粘结力的主要原因：产生粘结力的主要原因：（1）混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力摩擦力；（2）混凝土颗粒与钢筋表面产生的混凝土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力化学粘合力；（3）由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机机械咬合力械咬
30、合力。二、粘结强度及其影响因素二、粘结强度及其影响因素粘结力的测定一般采用拔出试验方法粘结力的测定一般采用拔出试验方法粘结强度粘结强度f可由下式计算可由下式计算影响粘结强度的因素：影响粘结强度的因素：1钢筋表面的形状钢筋表面的形状2混凝土的强度混凝土的强度3侧向压应力侧向压应力4混凝土保护层厚度和钢筋净距混凝土保护层厚度和钢筋净距5横向钢筋的设置横向钢筋的设置6钢筋在混凝土中的位置钢筋在混凝土中的位置第三章第三章 钢筋混凝土结构的基本设计原则钢筋混凝土结构的基本设计原则第一节第一节 建筑结构的功能要求和极限状态建筑结构的功能要求和极限状态 一、建筑结构的功能一、建筑结构的功能建筑结构在规定的设
31、计使用年限内建筑结构在规定的设计使用年限内（一般按（一般按50年考虑），年考虑），应满足下列功能应满足下列功能要求：要求：（1）安全性安全性（2）适用性适用性（3）耐久性耐久性 v结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可结构的可靠性靠性。即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完。即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成成预定功能预定功能的能力或可能性。的能力或可能性。v建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准对对可靠度可靠度的定的定义是：义是：“结构在规定的时间内，在规定的条件下，完结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。成预定
32、功能的概率。”v 故结构可靠度是可靠性的概率度量故结构可靠度是可靠性的概率度量。v 规定设计使用年限：重要建筑规定设计使用年限：重要建筑100年；一般建筑年；一般建筑50年；次要建筑年；次要建筑5年年v二、极限状态二、极限状态v前面所说的前面所说的“预定功能预定功能”，一般是以结构，一般是以结构是否达到是否达到“极限状态极限状态”来标志的，并以此作为来标志的，并以此作为结构设计的准则。结构设计的准则。v整个结构或结构的一部分超过某一特定状整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为定状态为该功能的极限状态该功能的极
33、限状态。v 极限状态实质上是结构可靠（有效）或不极限状态实质上是结构可靠（有效）或不可靠（失效）的界限，故也称为可靠（失效）的界限，故也称为界限状态界限状态。1 承载能力极限状态承载能力极限状态v这种极限状态对应于：结构或结构构件达这种极限状态对应于：结构或结构构件达到到最大承载能力最大承载能力或不适用于继续承载的或不适用于继续承载的变形变形。v当结构或结构构件出现下列状态之一时，当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：应认为超过了承载能力极限状态：v（1）整个结构或结构的一部分作为刚体整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如阳台、雨篷的倾覆）等；失去平衡（如阳台、
34、雨篷的倾覆）等；v（2）结构构件或连接因超过材料强度而结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载；于继续承载；v（3）结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；v（4）结构或结构构件丧失稳定；结构或结构构件丧失稳定；v（5）地基丧失承载能力而破坏（如失稳地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。等）。2 正常使用极限状态正常使用极限状态v这种极限状态对应于结构或结构构件达到这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。正常使用或耐久性能的某项规定限值。v当结构或结构构件出现下列状态之一时，当结构或结构
35、构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：应认为超过了正常使用极限状态：v（1）影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；v（2）影响正常使用或耐久性能的局部损影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝，如水池开裂引起渗漏）；坏（包括裂缝，如水池开裂引起渗漏）；v（3）影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；v（4）影响正常使用的其它特定状态。影响正常使用的其它特定状态。第二节第二节 极限状态设计方法极限状态设计方法v在进行结构设计时，就应针对不同的极限在进行结构设计时，就应针对不同的极限状态，根据结构的特点和使用要求，给出具体状态，根据结构的特点和使用要求，给出具体的标
36、志极限值，以作为结构设计的依据。的标志极限值，以作为结构设计的依据。v这种以相应于结构各种功能要求的这种以相应于结构各种功能要求的极限状极限状态态作为结构设计依据的设计方法，就称为作为结构设计依据的设计方法，就称为“极极限状态设计法限状态设计法”。v一、影响结构可靠性的因素一、影响结构可靠性的因素v1 作用效应作用效应v作用效应包括荷载产生的各种效应，如弯矩、剪力、作用效应包括荷载产生的各种效应，如弯矩、剪力、变形、裂缝等。也包括一些非荷载产生的效应，如混凝变形、裂缝等。也包括一些非荷载产生的效应，如混凝土的收缩，地基不均匀沉降等土的收缩，地基不均匀沉降等v例如，例如，一简支梁梁长为一简支梁梁
37、长为l0，承受的垂直均布线荷载，承受的垂直均布线荷载为为q（已包括梁自重），梁的抗弯刚度为（已包括梁自重），梁的抗弯刚度为B。则梁跨中由。则梁跨中由荷载荷载q产生的弯矩为产生的弯矩为M=1/8ql02，跨中挠度，跨中挠度f=5ql04/(384B)，支座处剪力，支座处剪力V=1/2ql0。v荷载效应与结构上的荷载密切相关，并且是一种因荷载效应与结构上的荷载密切相关，并且是一种因果关系，即没有荷载作用就没有荷载效应。果关系，即没有荷载作用就没有荷载效应。（1）荷载分类）荷载分类v1）永久荷载（恒荷载）永久荷载（恒荷载）v2）可变荷载（活荷载）可变荷载（活荷载）v3）偶然荷载）偶然荷载（2）荷载的
38、标准值）荷载的标准值 结构设计时采用的荷载的基本代表值结构设计时采用的荷载的基本代表值（3）荷载效应）荷载效应 作用于结构或结构构件上的各种荷载使结构或结作用于结构或结构构件上的各种荷载使结构或结构构件产生的构构件产生的内力内力（N、M、V、T）和）和变形变形、应力应力等等，称为，称为荷载效应荷载效应。荷载效应可由力学方法求得。荷载效应可由力学方法求得。2，结构抗力，结构抗力v结构或结构构件抵抗作用效应（本书仅指荷载效应）结构或结构构件抵抗作用效应（本书仅指荷载效应）的能力，也即结构或构件承受内力、变形和抗裂等的能的能力，也即结构或构件承受内力、变形和抗裂等的能力，称为力，称为结构的抗力结构的
39、抗力。v例如，例如，一根一定长的一根一定长的No.20工字钢梁就具有一定的工字钢梁就具有一定的受弯、受剪和承受变形的能力。受弯、受剪和承受变形的能力。v影响结构抗力的主要因素是结构所用材料的性能和影响结构抗力的主要因素是结构所用材料的性能和结构的几何参数。结构的几何参数。v三、按承载能力极限状态计算v结构构件的承载能力极限状态设计应根据荷载效应结构构件的承载能力极限状态设计应根据荷载效应的基本组合或偶然组合进行，并以内力和承载力的设计的基本组合或偶然组合进行，并以内力和承载力的设计值来表达，其设计表达式为：值来表达，其设计表达式为：v0SRv1.结构重要性系数结构重要性系数0的确定的确定v统一
40、标准根据建筑结构破坏可能产生的后果的严重统一标准根据建筑结构破坏可能产生的后果的严重性，将建筑结构划分为三个安全等级。性，将建筑结构划分为三个安全等级。v对安全等级为一级、二级、三级的结构构件，其结对安全等级为一级、二级、三级的结构构件，其结构构件的重要性系数分别不应小于构构件的重要性系数分别不应小于1.1、1.0、0.9。v2.内力组合设计值内力组合设计值S的确定的确定v考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得的结构内考虑永久性荷载和可变荷载共同作用所得的结构内力值称为结构的内力组合值。力值称为结构的内力组合值。v对于基本组合，对于基本组合，荷载效应组合的设计值荷载效应组合的设计值S一般根据一般
41、根据下式确定：下式确定：四、正常使用极限状态验算四、正常使用极限状态验算v对于正常使用极限状态，应根据不同的设对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、准永久组合进计要求，采用荷载的标准组合、准永久组合进行设计，使变形、裂缝、振幅、基底应力等行设计，使变形、裂缝、振幅、基底应力等v（1）对于标准组合，荷载效应组合的设计对于标准组合，荷载效应组合的设计值值S按下式计算：按下式计算：（2）对于准永久组合，荷载效应组合的设计值S按下式计算：v变形验算：fflimf:按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的挠度计算值影响的挠度计算值flim：
42、挠度限值挠度限值v裂缝验算裂缝验算v裂缝的控制等级分为裂缝的控制等级分为三级三级：v一级一级 正常使用阶段严格要求不出现裂缝正常使用阶段严格要求不出现裂缝v二级二级 正常使用阶段一般要求不出现裂缝正常使用阶段一般要求不出现裂缝v三级三级 正常使用阶段容许出现裂缝，但控制裂正常使用阶段容许出现裂缝，但控制裂缝的宽带缝的宽带 wmax wlimwmax:按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的计算裂缝宽度响的计算裂缝宽度wlim：裂缝宽度限值裂缝宽度限值五、耐久性规定五、耐久性规定环境类别的分类：环境类别的分类：第四章第四章 受弯构件受弯构件同时受到弯矩M和
43、剪力V共同作用,而N可以忽略的构件。主要是指各种类型的梁与板。pplllMplVp第一节第一节 概述概述v梁和板的区别在于：梁的截面高度一般都梁和板的区别在于：梁的截面高度一般都远大于其宽度，而板的截面高度则远小于其宽远大于其宽度，而板的截面高度则远小于其宽度。度。v梁、板的制作工艺有现浇和预制两种，相梁、板的制作工艺有现浇和预制两种，相应的梁、板叫现浇梁、现浇板和预制梁、预制应的梁、板叫现浇梁、现浇板和预制梁、预制板。板。v经试验和理论分析表明：钢筋混凝土受弯构件可经试验和理论分析表明：钢筋混凝土受弯构件可能沿弯矩最大的截面发生破坏，也可能沿剪力最大或能沿弯矩最大的截面发生破坏，也可能沿剪力
44、最大或弯矩和剪力都较大的截面发生破坏。弯矩和剪力都较大的截面发生破坏。受弯构件沿正截面和沿斜截面破坏的形式 v由图可知，当受弯构件沿弯矩最大的截面破由图可知，当受弯构件沿弯矩最大的截面破坏时，破坏截面与构件的轴线垂直，故称为坏时，破坏截面与构件的轴线垂直，故称为沿正沿正截面破坏截面破坏。当受弯构件沿剪力最大的截面破坏时，。当受弯构件沿剪力最大的截面破坏时，破坏截面与构件的轴线斜交，称为破坏截面与构件的轴线斜交，称为沿斜截面破坏沿斜截面破坏。受弯构件除了要进行承载能力极限状态计算和正受弯构件除了要进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算外，还要采取一系列的常使用极限状态验算外，还要采取一系
45、列的构造措构造措施施。所谓所谓构造措施构造措施，是指在结构计算中未能详细考虑，是指在结构计算中未能详细考虑，或很难定量计算而被忽略了其影响的因素，而在保或很难定量计算而被忽略了其影响的因素，而在保证构件安全，施工简便及经济合理等前提下所采取证构件安全，施工简便及经济合理等前提下所采取的技术补救措施。的技术补救措施。第二节第二节 受弯构件的一般构造要求受弯构件的一般构造要求v一、板的构造要求一、板的构造要求板的承载力应满足荷载、刚度和抗力的要求。现浇板的厚度h取10mm为倍数，从刚度条件出发，不需作挠度验算的板的厚度与跨度的最小比值(h/l)应按下表取值。板类型 支承情况 单向板（梁式板）双向板
46、悬臂板 简支 1/35 1/45 连续 1/40 1/501/12 现浇钢筋混凝土板的最小厚度（现浇钢筋混凝土板的最小厚度（mm）单 向 板工业建筑楼板板 的 类 别 密 肋 板悬 臂 板厚度屋 面 板双 向 板704060民用建筑楼板60行车道下的楼板8080肋间距小于或等于700mm肋间距大于700mm板的悬臂长度小于或等于500mm无 梁 楼 板506080150板的悬臂长度大于500mm 板的钢筋：板的钢筋：板内钢筋一般有纵向受力钢筋和分布钢筋；常采用HRB335级（级）和HPB235级钢筋；常用直径6、8、10和12mm，现浇板的板面钢筋直径不宜小于8mm；板钢筋的间距一般为（702
47、00mm)；板厚h150mm，筋间距200mm；h150mm，筋间距1.5h且250mm。1)板的纵向受拉钢筋 板的配筋sh受力钢筋分布钢筋 采用HPB235（级）和 HRB335级（级）钢筋；常用直径6和8 mm；单位长向上分布筋表面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%，分布筋的间距不宜大于250mm，直径不宜小于6mm；作用：均匀传力；固定受力钢筋位置；抵抗温度和收缩应力。2)板的分布筋板的分布筋混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度v纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，用纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，用c表示。表示。v保护层厚度主要取决于构件使用环境、构件类型、混凝
48、土保护层厚度主要取决于构件使用环境、构件类型、混凝土强度等级、受力钢筋直径等因素的影响。强度等级、受力钢筋直径等因素的影响。环境类别 板、墙、壳梁柱C20C25C40C50C20C25C40C50C20C25C40C50一201515302525303030二a一 2015一3030一3030b一2520一3530一3530三一3025一4035一4035混凝土保护层的作用：混凝土保护层的作用：v 1）阻止纵向钢筋锈蚀）阻止纵向钢筋锈蚀v 2）在火灾等情况下，使钢筋的温度上升）在火灾等情况下，使钢筋的温度上升缓慢缓慢v 3）使纵向受力钢筋与混凝土有较好的粘）使纵向受力钢筋与混凝土有较好的粘结结
49、二、梁的构造要求二、梁的构造要求v1.梁的高跨比梁的高跨比v梁截面高度梁截面高度h按高跨比按高跨比h/l估算。梁的高估算。梁的高跨比跨比h/l按表采用，表中按表采用，表中l0为梁的计算跨度。为梁的计算跨度。项次构件种类简支两端连续悬臂 1整体肋形梁 次梁主梁 l0/16l0/12 l0/18l0/14 l0/8l0/6 2独立梁 l0/12l0/14l0/64.1.2.1 梁的截面尺寸梁的截面尺寸v2.梁截面的高宽比梁截面的高宽比v梁截面的高宽比按下列比值范围选用，并梁截面的高宽比按下列比值范围选用，并应符合模数：应符合模数：v矩形截面时：矩形截面时：h/b=2.03.5；vT形截面时：形截面
50、时：h/b=2.54.0。v确定截面尺寸时宜先根据高跨比初选截面确定截面尺寸时宜先根据高跨比初选截面高度高度h，然后根据高宽比初选截面宽度，然后根据高宽比初选截面宽度b，最后，最后由倍数要求确定截面尺寸由倍数要求确定截面尺寸。v3.倍数要求倍数要求v为了统一模板尺寸和便于施工，梁的截面为了统一模板尺寸和便于施工，梁的截面尺寸应符合倍数要求。当截面高尺寸应符合倍数要求。当截面高h800mm时，时，h为为50mm的倍数，当的倍数，当h800mm时，为时，为100mm的倍数。的倍数。v 当梁宽当梁宽b200mm时，时，b为为50mm的倍数；常的倍数；常用梁宽：用梁宽：b=150mm、180mm、20