《混凝土结构设计》教学大纲 胡志旺

《混凝土结构设计》课程教学大纲撰写人:胡志旺编写日期:2023年7月一、课程基本信息1．课程编号：2．课程类别：专业课3．课程性质：核心必修4．学时/学分：64/45．先修课程：土木工程制图与CAD基础、材料力学、结构力学、混凝土结构基本原理6．适用专业：土木工程专业（房屋建筑方向）7．课程负责人：核准人：二、课程目标及学生应达到的能力2.1课程简介《混凝土结构设计》课程是土木工程专业的一门主要的专业必修课，且为本专业的一门核心课程，也可作为土木工程其它方向的大学生选修本课程使用。它主要研究房屋建筑工程设计的基本规律和方法，是一门实践性强、涉及面广的课程。本课程以混凝土结构设计方法为主，主要介绍了如下内容：建筑结构设计一般原则、结构分析、混凝土结构设计方法、各类荷载分析与计算、极限状态设计表达式；整体建筑结构的受力和变形特性；现浇单、双向板肋梁楼盖的结构布置原则、受力特点、设计计算方法以及构造要求，井式楼盖和无梁楼盖的受力特点、设计计算方法和构造，装配整体式楼屋盖的结构布置、设计方法和构造要求，楼梯和雨篷等的受力分析和构造要求；框架结构布置原则、分析方法、内力组合和设计计算以及构造要求；框架结构抗震概念设计；装配整体式框架设计与构造要求；框架结构防连续倒塌设计等。2.2课程目标通过本课程的教学使学生掌握结构计算设计的方法，掌握概念设计并理解概念设计的重要性，能够合理选择结构体系，进行合理的结构布置、结构分析设计模型选取和内力分析，并能按有关专业规范正确进行结构构件设计和构造处理，解决结构和构件的安全、耐久和经济等问题，使学生初步具有钢筋混凝土楼盖结构、多层混凝土框架结构体系的结构设计能力，为课程设计、毕业设计及以后的持续学习和工作打下基础。2.3能力要求通过本课程的教学，使学生具有混凝土结构设计的工程知识，使学生掌握工程结构荷载和结构可靠度设计原理的基本概念，掌握各类水平结构体系和竖向结构体系的特点并能进行结构体系的合理选择，掌握梁板结构、多层框架结构的结构设计的基本理论、概念设计和计算设计的方法，培养学生运用设计规范、技术标准的能力。通过本课程的学习，巩固学生力学和混凝土结构基本原理的相关知识，通过学习结构分析方法、混凝土结构设计一般原则和方法、整体建筑结构的受力和变形特性、楼盖结构、框架结构等内容，能借助相关标准、规范进行混凝土结构房屋设计，初步具备进行结构设计、结构加固、结构鉴定和结构检测等工程师的素质，具有解决复杂土木工程实际问题的能力，为将来研究分析解决复杂土木工程问题打下扎实的工程基础，达到毕业要求指标点1.1工程语言、1.5工程分析、2.1问题发现与定义和3.3结构体系设计的要求。三、课程教学内容与学时分配第1章建筑结构设计概论4学时1．本章基本要求1）了解工程建设、工程设计、工程结构设计的概念和要求；2）了解建筑结构的概念；3）熟悉建筑结构的组成和类型；4）熟悉工程建设的过程，熟悉方案设计、初步设计、施工图设计阶段的主要内容和主要工作；了解结构和建筑的关系；了解结构设计的要求；5）掌握结构分析的要求；6）掌握结构分析计算模型的选择原则；熟练掌握结构分析计算模型的建模要点；7）了解各类结构分析方法及如何正确运用。2．本章教学内容1.1概述1.2建筑结构的概念、组成和类型1.2.1建筑结构的概念1.2.2建筑结构的组成1.2.3建筑结构的类型1.3建筑结构设计的内容和要求1.3.1工程建设的过程1.3.2结构设计的内容1.3.3结构和建筑的关系1.3.4结构设计的要求1.4结构分析1.4.1结构分析计算模型1.4.2结构分析方法3本章的重点和难点本章的重点1）方案设计、初步设计、施工图设计阶段的主要内容和主要工作；2）结构分析建设模型的选择原则和建模要点。本章的难点结构分析建设模型的建模要点。第2章混凝土结构设计方法12学时1．本章基本要求1）理解建筑结构上的作用与荷载的定义；2）理解荷载分类方法；理解荷载代表值的概念；3）掌握永久荷载、活荷载、雪荷载、风荷载、起重机荷载的概念与应用；掌握雪荷载、风荷载起重机荷载的计算方法；4）理解地震的概念；了解地震作用及其特点；熟悉建筑结构抗震设防的基本概念；熟悉建筑抗震设计方法；熟悉地震作用计算方法；熟悉结构自振周期计算方法；掌握底部剪力法的应用条件及其计算；5）了解温度作用、地基不均匀沉降、混凝土收缩和徐变、火灾、爆炸和撞击等其他间接荷载；6）熟悉建筑结构的功能要求；7）理解结构功能极限状态的概念，能够正确判断承载能力极限状态和正常使用极限状态；理解极限状态方程的含义；8）理解结构可靠性和可靠度的概念；了解失效概率和可靠指标；掌握分项系数的概念；9）掌握荷载作用效应组合的概念；掌握荷载作用效应组合的具体表达式并能正确运用。2．本章教学内容2.1建筑结构荷载2.1.1结构上的作用与荷载2.1.2荷载分类2.1.3荷载代表值2.1.4永久荷载2.1.5楼面和屋面活荷载2.1.6雪荷载2.1.7风荷载2.1.8局部风荷载2.1.9起重机荷载2.1.10地震作用简述2.1.11其它间接荷载2.2结构的功能要求和极限状态2.2.1结构的功能要求2.2.2结构功能的极限状态2.2.3极限状态方程2.3按近似概率的极限状态设计法2.3.1结构的可靠性2.3.2失效概率与可靠指标2.3.3分项系数2.3.4荷载作用效应组合3．本章的重点和难点本章的重点1）建筑结构上的作用与荷载的定义、荷载分类及其四种代表值；竖向荷载、雪荷载、风荷载、起重机荷载与地震作用的计算方法；2）结构的可靠度和可靠指标；3）承载能力极限状态和正常使用极限状态实用设计表达式；4）荷载和材料的分项系数，荷载和材料强度的标准值和设计值。本章的难点1）建筑结构上的作用；2）结构的可靠度和可靠指标；3）承载能力极限状态和正常使用极限状态实用设计表达式；4）荷载和材料的分项系数，荷载和材料强度的标准值和设计值。第3章整体建筑结构的受力和变形特性6学时1．本章基本要求1）了解结构整体分析模型；熟悉结构整体分析方法；正确理解支承平面的布置对结构内力的影响；熟悉风、水平地震作用等横向作用对结构倾覆和扭转的影响；2）能够合理估算荷载；3）能正确理解高宽比与抗倾覆的关系；4）能正确理解“应在满足结构使用要求的情况下，合理地安排支承平面上的结构构件及其布置，尽可能通过增大结构体系受力方向高度，并使截面布置尽量远离中和轴，使结构具有较好的承载力和刚度，而不应通过增加钢筋截面面积或种类来提高其承载力和刚度。”这句话，并能正确运用。5）熟悉复杂结构的分解方法；6）熟悉方案比较。2．本章教学内容3.1结构整体分析方法3.1.1结构整体分析模型；3.1.2结构整体分析方法；3.1.3横向作用问题；3.2荷载估算3.3高宽比与抗倾覆3.4承载能力和刚度3.5复杂结构的分解3.6方案比较3．本章的重点和难点本章的重点1）支承平面的合理布置；2）承载力和刚度。本章的难点1）支承平面的合理布置；2）承载力和刚度。第4章楼盖结构24学时1．本章基本要求通过本章的学习及相应的课程设计，使学生能够进行现浇单向板肋梁楼盖、现浇双向板肋梁楼盖、装配整体式楼盖、现浇板式、梁式楼梯和预制装配式楼梯、梁式和板式雨篷等梁板结构完整的结构设计，并能绘制施工图。要求：1）了解混凝土楼盖结构形式及其应用；2）熟悉荷载传递原则；掌握单向板和双向板的概念并能正确区分单向板和双向板；3）掌握肋梁楼盖结构布置的方法和步骤；4）理解单向板肋梁楼盖中，板、次梁、主梁等计算模型的简化假定；5）掌握楼面荷载的传递路线及板、次梁、主梁荷载的计算方法；6）理解活荷载最不利布置的概念，掌握连续梁支座最大弯矩、支座最大剪力、跨内最大正弯矩的活荷载最不利布置位置，并能绘制连续梁的弯矩、剪力内力包络图；7）掌握塑性铰的概念，理解钢筋混凝土塑性铰与理想铰的区别，了解影响塑性铰转动能力的影响因素；8）了解连续梁（板）内力重分布的过程，理解内力重分布的机理和影响内力重分布的因素；9）掌握连续梁（板）按调幅法的内力计算方法；10）掌握单向板肋梁楼盖中，板、次梁、主梁的配筋构造及出发点；11）掌握单向板肋梁楼盖施工图的绘制；12）借助表格能进行双向板按弹性理论的内力计算；13）掌握双向板按弹性理论设计的配筋构造和双向板支承梁的计算模型及荷载计算方法；14）掌握双向板肋梁楼盖施工图的绘制；15）了解井式楼盖的设计要点；16）了解无梁楼盖的结构组成、受力特点；熟悉柱帽及板冲切承载力计算；了解竖向荷载下无梁楼盖的内力分析；17）了解无梁楼盖的截面设计与构造；18）了解装配整体式楼盖的类型；掌握叠合楼盖的布置方法；19）掌握叠合梁板分析计算方法；理解叠合梁板的构造要求；20）掌握预制构件吊装验算方法；21）熟悉装配整体式楼盖图面表达；22）理解楼梯的类型；理解现浇板式楼梯和现浇梁式楼梯的构造要求；掌握现浇板式楼梯和现浇梁式楼梯的内力计算；23）理解预制楼梯连接构造；掌握预制楼梯设计；24）熟悉悬挑结构的结构布置方案；掌握板式雨篷的设计要求和方法；掌握解决板式雨篷抗倾覆的措施。2．本章教学内容4.1混凝土楼盖结构形式4.2楼盖结构的荷载传递4.2.1荷载传递原则4.2.2单向板与双向板4.3肋梁楼盖的结构布置4.4现浇单向板肋梁楼盖4.4.1计算简图4.4.2按弹性理论计算单向板肋梁楼盖内力4.4.3按塑性理论计算单向板肋梁楼盖内力4.4.4单向板肋梁楼盖板、梁的截面计算与构造4.5现浇双向板肋梁楼盖4.5.1双向板的受力特点4.5.2按弹性理论计算双向板肋梁楼盖内力4.5.3双向板肋梁楼盖设计要点和构造要求4.6井式楼盖4.6.1概述4.6.2设计要点4.7无梁楼盖4.7.1无梁楼盖的结构组成与受力特点4.7.2柱帽及板受冲切承载力计算4.7.3竖向均布荷载下无梁楼盖的内力分析4.7.4截面设计与构造要求4.8装配整体式楼盖4.8.1楼盖的类型与布置4.8.2叠合梁板分析计算4.8.3构造要求4.8.4预制梁、板施工验算4.8.5装配整体式楼盖图面表达4.9楼梯4.9.1楼梯的类型4.9.2现浇板式楼梯4.9.3现浇梁式楼梯4.9.4折线形现浇板式楼梯的构造处理4.9.5预制楼梯4.10悬挑结构4.10.1概述4.10.2板式雨篷设计3．本章的重点和难点本章重点：1）现浇单向板肋梁楼盖的设计；2）现浇双向板肋梁楼盖的设计；3）单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、装配整体式楼盖的施工图绘制；4）叠合梁板分析计算；5）梁式楼梯和板式楼梯的设计。本章难点：1）活荷载最不利布置的概念，连续梁支座最大弯矩、支座最大剪力、跨内最大正弯矩的活荷载最不利布置位置，连续梁的弯矩、剪力内力包络图的绘制；2）塑性铰的概念，钢筋混凝土塑性铰与理想铰的区别，影响塑性铰转动能力的影响因素；3）连续梁（板）内力重分布的过程，内力重分布的机理和影响内力重分布的因素；4）无梁楼盖的受力特点和简化计算方法；5）叠合梁板分析计算。第5章多层框架结构20学时1．本章基本要求1）了解框架结构的组成、分类；；2）了解框架结构的分类形式，并通过比较知道它们的优缺点；3）熟悉框架结构总体布置要求；掌握柱网布置的原则；柱网承重框架的布置方案及其优缺点；掌握变形缝的设置要求；通过比较框架结构不同的承重方案，了解它们的异同；4）熟悉框架梁、柱的设计参数；掌握框架的计算简图；5）进行最不利内力组合时，要求能理解控制截面和内力组合项选取的原理；6）熟练掌握竖向荷载作用下和水平荷载作用下的内力和侧移的近似计算方法，掌握各种方法的前提及假定；7）掌握框架结构构件设计要点；8）了解框架结构震害；掌握框架结构抗震概念设计原则；9）掌握框架结构的抗震等级；10）理解现浇和装配整体式框架结构构造要求并了解相应的设计原则；11）掌握装配整体式框架设计；；12）了解结构防连续倒塌的概念；了解防连续倒塌的概念设计；了解防连续倒塌设计与配筋构造。2．本章教学内容5.1概述5.1.1框架结构的组成5.1.2框架结构的分类5.2框架结构的布置5.2.1总体布置要求5.2.2柱网布置和承重方案5.3框架结构内力与水平位移的近似计算方法；5.3.1框架梁、柱的设计参数；5.3.2计算简图5.3.3竖向荷载作用下的内力近似计算——分层法5.3.4水平荷载作用下的内力近似计算法，包括反弯点法和D值法；5.3.5水平荷载作用下框架侧移的近似计算5.3.6框架结构考虑P－Δ效应的增大系数法5.4框架结构设计要求5.4.1承载力设计要求5.4.2侧移变形设计要求5.4.3抗震设计要求5.5框架内力组合5.5.1控制截面及最不利内力5.5.2竖向活荷载最不利位置5.5.3梁端弯矩塑性调幅5.5.4内力组合5.6框架结构抗震概念设计5.6.1框架结构震害5.6.2框架结构抗震概念设计原则5.6.3框架结构的抗震等级5.7框架结构构造要求5.8装配整体式框架5.8.1装配整体式框架设计5.8.2构造要求5.9框架结构防连续倒塌设计5.9.1结构连续倒塌的概念5.9.2防连续倒塌的概念设计5.9.3防连续倒塌设计与配筋构造3．本章的重点和难点本章重点1）框架结构总体布置原则；2）柱网布置原则、承重方案及优缺点；3）分层法、反弯点法、D值法；4）框架结构内力组合；5）框架结构抗震概念设计；6）装配整体式框架设计。本章难点：1）框架结构总体布置原则；2）D值法；3）框架内力组合及最不利内力；4）装配整体式框架设计。四、课程教学方法为达到毕业要求指标点1.1工程语言、1.5工程分析、2.1问题发现与定义和3.3结构体系设计，本课程教学以教师课堂讲授为主，课后自学与课后辅导相结合，注重教学互动，实施主动性、合作性和探研性的项目教学法，安排实际项目训练。如有条件（如小班化）可进行课堂讨论，如无条件，可多采用启发式教学。本课程课堂讲授以多媒体教学手段为主、辅以粉笔和黑板的传统教学手段。为了实现毕业要求指标点1.1工程语言、1.5工程分析、2.1问题发现与定义和3.3结构体系设计，可以按照以下步骤进行：分模块讲授→问题讨论→学生自学→课后答疑→课后作业→章后考查→考试评价。五、课程的考核环节及课程目标达成度自评方式5.1课程考核环节本课程主要考查学生能否对混凝土与砌体结构的复杂工程问题进行分析并能提出解决方案；考查学生对各章知识点的掌握程度，对设计规范的熟悉和理解程度；考查学生学习态度，自主学习能力，课堂讨论时的沟通和表达能力。本课程考核环节由平时、期中和期末三个环节组成，其中平时由学生上课出勤率、作业完成情况、各章章后考核组成。5.2课程目标达程度评价方式本课程评价以百分制计，其中平时成绩占40%，期中成绩占10%，期末成绩占50%。如不进行期中考试，则平时占50%。1．平时成绩组成：出勤率占20%，请假每次扣0.5分，迟到每次扣1分，旷课每次扣2分，直至扣完为止；作业完成情况占60%，根据作业是否完成、完成质量给分；作业量应能满足学生掌握基本概念、基本知识、计算能力和技巧、不断学习能力为限。各章章后考核成绩占20%，各章讲授完成后进行考核，按考核成绩给分，考核方式可采用开卷和闭卷形式，题目类型、数量不限。2．期中成绩以试卷卷面成绩为准，考试方式可采用闭卷、开卷、一纸开卷等形式。3．期末成绩以试卷卷面成绩为准，考试方式可采用闭卷、开卷、一纸开卷等形式。六、本课程与其他课程的联系与分工本课程与其先修课程《土木工程制图与CAD基础》、《材料力学》、《结构力学》、《混凝土结构基本原理》以及它的后续课程《土力学与地基基础》、《混凝土结构课程设计》有联系，本课程与各课程的联系与分工如下：1．本课程与《土木工程制图与CAD基础》课程在施工图绘制上存在联系，其分工为结构工程制图的图线、字体、比例及标注、符号、钢筋的图示表达以及CAD绘制技术由《土木工程制图与CAD基础》课程完成，本课程完成构件和节点的施工图绘制；2．本课程与《材料力学》、《结构力学》在结构和构件的内力与位移上存在关系，本课程负责计算简图的建立，包括计算分析模型（支座简化、计算长度等）、计算荷载，框架计算只讲解分层法、反弯点法、D值法等近似法，其内力和位移以及框架的精确计算和其他近似计算方法由力学课程完成；3.本课程与《混凝土结构基本原理》在构件设计上存在联系，《混凝土结构基本原理》负责混凝土和钢筋的力学性能、截面承载力、变形、裂缝及延性、耐久性等，其余由本课程完成；4．本课程与《土力学与地基基础》的联系是在上部结构与基础的连接上，基础设计所需的内力由本课程提供，基础设计由《土力学与地基基础》课程完成。5．本课程与《混凝土结构课程设计》的联系和分工是：本课程只对竖向结构体系和水平结构体系以及各构件的设计和构造分别进行讲解；而《混凝土结构课程设计》是从体系及材料选择、结构布置、构件（节点）设计以及施工图绘制等整体与局部设计上进行讲解和训练，《混凝土结构课程设计》是本课程的实际工程的系统训练，通过《混凝土结构课程设计》使学生对本课程有更进一步的了解。七、建议教材及教学参考书建议教材：胡志旺.混凝土结构北京：机械工业出版社，2023推荐参考书：[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范（2015年版）：GB50010-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.[2