《混凝土结构基本原理》G第01章.ppt

混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 第第 1 1 章章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 1.1 1.1 混凝土结构的一般概念混凝土结构的一般概念 1.1.1 1.1.1 混凝土结构的定义与分类混凝土结构的定义与分类 混凝土混凝土是由水泥、砂子、粗骨料、添加剂及水按一定比例充分拌和 ，并在适当的温度、湿度条件下，经一定时间养护硬化后所形成的 “人工石材人工石材”。 以混凝土为主要材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、型钢等钢 材所所制成的构件，称为混凝土构件 混凝土构件；所组成的结构，称之为混凝土 混凝土 结构结构。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 混凝土结构的分类混凝土结构的分类 混凝土结构可分为以下几类：混凝土结构可分为以下几类： 素混凝土结构素混凝土结构：无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土结无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土结 构。构。 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构：配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢：配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢 筋骨架的混凝土结构。筋骨架的混凝土结构。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 型钢混凝土结构（劲性钢筋混凝土结构、钢管混凝土型钢混凝土结构（劲性钢筋混凝土结构、钢管混凝土 ）：配置受力的型钢和钢筋的混凝土结构。：配置受力的型钢和钢筋的混凝土结构。 *第1章 绪绪 论论 预应力混凝土结构预应力混凝土结构：配置预应力钢筋和普通钢筋，再经过 张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结构。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 素混凝土结构（素混凝土结构（Plain Concrete Structure)Plain Concrete Structure) 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 毛石混凝土处理地基毛石混凝土处理地基返回 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 基础底板的钢筋绑扎基础底板的钢筋绑扎 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 钢筋绑扎（承台）钢筋绑扎（承台） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 框架结构模板支撑情况框架结构模板支撑情况 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 混凝土搅拌站混凝土搅拌站 混凝土搅拌机 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 混凝土运输车混凝土运输车 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 泵送混凝土现场泵送混凝土现场 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 PutzmeisterPutzmeister（普茨迈茨特（普茨迈茨特）6262米米混凝土输送泵车混凝土输送泵车 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 国家大剧院进行混凝土浇筑国家大剧院进行混凝土浇筑 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 组合式预应 力混凝土刚架 预应力混凝土结构（预应力混凝土结构（Prestressed Concrete Prestressed Concrete Structure)Structure) 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 首都机场停车楼进行预应力筋绑扎首都机场停车楼进行预应力筋绑扎 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 张拉端盒（首都机场停车楼）张拉端盒（首都机场停车楼） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 铁皮波纹管铁皮波纹管 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 预应力筋锚具预应力筋锚具 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 西南医院科教中心楼国际会议中心（预应力结构）西南医院科教中心楼国际会议中心（预应力结构） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 得意广场双向预应力网格梁得意广场双向预应力网格梁 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 四丰桥预制节段拼装实验梁 返回 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 钢骨（型钢）混凝土结构钢骨（型钢）混凝土结构 （Steel Framed Reinforced Concrete Structure)Steel Framed Reinforced Concrete Structure) 北京兰华国际大厦北京兰华国际大厦 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 北京兰华国际大厦（局部） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 北京兰华国际大厦施工现场 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 北京兰华国际大厦（斜向钢骨混凝土柱施工） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 北京兰华国际大厦（梁、柱节点的构造） 返回 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 1.1.2 1.1.2 材料基本特性与配筋的作用材料基本特性与配筋的作用 混凝土的基本特性混凝土的基本特性 a. 抗压强度高，抗拉强度低。 b. 一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20。 c.破坏时具有明显的脆性性质。 混凝土具有良好的抗压强度，适用于承压为主的构件， 如柱和拱。另一方面，抗拉强度远低于抗压强度，故素混凝 土不适用于制作完全受拉或部分截面受拉的结构构件。与钢 材相比，混凝土破坏前的变形能力较小，具有明显的脆性性 质。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 钢材的基本特性钢材的基本特性 a. a. 抗拉和抗压强度都很高。抗拉和抗压强度都很高。 b.b.软钢具有明显软钢具有明显屈服现象屈服现象，有较好的，有较好的塑性塑性；硬钢无明显；硬钢无明显 屈服点，但仍具有足够的塑性。屈服点，但仍具有足够的塑性。 c. c. 钢筋的强度远高于混凝土的强度，在混凝土结构中，钢筋的强度远高于混凝土的强度，在混凝土结构中， 充分利用钢筋抗拉强度远远高于混凝土抗拉强度的特充分利用钢筋抗拉强度远远高于混凝土抗拉强度的特 点，将其布置在结构（构件）的受拉部位；钢筋受压点，将其布置在结构（构件）的受拉部位；钢筋受压 时极易压屈失稳，难以发挥其抗压强度，应对受压钢时极易压屈失稳，难以发挥其抗压强度，应对受压钢 筋采取特殊构造措施，以防止压屈失稳。筋采取特殊构造措施，以防止压屈失稳。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 配筋的作用配筋的作用 a. a. 在构件的在构件的受拉区受拉区配置钢筋配置钢筋承受拉力，承受拉力，可大大提高构件的承可大大提高构件的承 载力和变形能力，使载力和变形能力，使两种材料充分发挥各自的强度特点两种材料充分发挥各自的强度特点。 b. b. 也可以在也可以在受压区受压区配置一定数量的钢筋来配置一定数量的钢筋来协助混凝土受压协助混凝土受压，以，以 提高构件的承载力和变形能力，改善受压构件破坏时的脆提高构件的承载力和变形能力，改善受压构件破坏时的脆 性性质。性性质。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 钢筋和混凝土的共同工作钢筋和混凝土的共同工作 a.混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力良好的粘结力。 b.混凝土与钢材具有基本相近的温度线膨胀系数基本相近的温度线膨胀系数 （钢材1.210-5，混凝土1.01.510-5），因此 当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形 差而导致两者间发生粘结破坏。 c. c. 混凝土保护钢筋混凝土保护钢筋不易锈蚀、不易高温软化。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 1.1.3 1.1.3 混凝土结构的优缺点混凝土结构的优缺点 混凝土结构的主要优点混凝土结构的主要优点 a. a. 取材容易取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就 地取材。另外，还可有效利用矿渣、粉煤灰 等工业废料。 b.b. 合理用材合理用材：钢筋混凝土结构合理地发挥了钢 筋和混凝土两种材料的性能优势，与钢结构 相比，可以降低造价。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 c.耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有 混 凝土的保护，不易锈蚀，而混凝土的强度随时 间而增长，能充分保证其设计强度和耐久性； 混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可 耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度 。维护费用较钢、木结构低。 d. 可模性：根据需要，可以较容易地浇筑成各种 形状和尺寸的钢筋混凝土结构。 e.整体性好：整浇或装配整体式钢筋混凝土结构 有很好的整体性，有利于抗震、抵抗振动和爆 炸冲击波。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 混凝土结构的缺点混凝土结构的缺点 a. a. 自重较大自重较大，增大构件截面尺寸，对大跨度结 构、高层建筑结构以及抗震不利，也给运输 和施工吊装带来困难。增加造价。 b.b. 抗裂性较差抗裂性较差，受拉和受弯等构件在正常使用 时往往带裂缝工作，对一些不允许出现裂缝 或对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这 些要求就需要采用特殊措施。 c. c. 隔热、隔声性能也较差。隔热、隔声性能也较差。 d.d. 施工周期长，受气候影响大。施工周期长，受气候影响大。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 1.2 1.2 混凝土结构的发展与应用概况混凝土结构的发展与应用概况 1.2.1 1.2.1 混凝土结构的发展概况混凝土结构的发展概况 18241824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁(J. (J. Aspdin)Aspdin)发明硅酸盐水泥（发明硅酸盐水泥（ Portland Portland C Cementement）。 18491849年法国人朗波年法国人朗波(L. (L. Lambot)Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小制造了第一只钢筋混凝土小 船。船。 18721872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。 混凝土结构开始应用于土木工程距今不到200年,与砖石结 构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并 不长，但发展非常 迅速，目前混凝土结构已成为土木工程中最主要的结构形式， 而且高性能混凝土高性能混凝土、新的结构形式、完善的设计理论新的结构形式、完善的设计理论和先进的 和先进的 施工工艺施工工艺还在不断发展。 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 1.2.2 1.2.2 当代混凝土结构工程的应用当代混凝土结构工程的应用 美国芝加哥水塔广场大厦，76层，262m，1976年建成 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 朝鲜 平壤 柳京饭店，105层，320m 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 上海金茂大厦，420m（RC-S结构） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 广州中信广场大厦，80层，391m（我国第一高RC） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 意大利都灵展览馆薄壁钢丝网水泥拱，跨度96m 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 南京长江二桥 （钢箱梁斜拉桥+钢筋混凝土预应力连续箱梁桥） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 安徽芜湖长江大桥（矮塔部分斜拉结构） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 加拿大多伦多电视塔，549m （世界第一） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 莫斯科电视塔，533m （世界第二） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 上海东方明珠电视塔，468m （世界第三） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 悉尼歌剧院（Sydney Opera House） 丹麦建筑师Jorn Utzon的设计 工期17年（原计划4年），造价1亿美元（原计划700万） 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 1.3 1.3 结构的功能与极限状态结构的功能与极限状态 1.3.1 1.3.1 结结结结构的功能要求构的功能要求 结结构设计设计 需要满满足的基本要求是：使结结构在设计使用年设计使用年 限限内，在正常使用、维护条件下，应应保持其各项功能要求各项功能要求， 而不需进行大修加固。建筑结结构应满应满 足的功能要求可概括 为为 ：安全性安全性、适用性适用性、耐久性。耐久性。 安全性 应应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现现的各种 荷载、外加变形、约约束变变形（如温度和收缩变缩变 形受到约约束 时时 ）等所有可能的作用 在偶然事件偶然事件（如地震、爆炸）发发生后，结结构应应能保持整保持整 体稳定性体稳定性，不应发生倒塌发生倒塌或连续破坏连续破坏而造成严严重损损失。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 b. 适用性 结结构在正常使用期间间，应应具有良好的工作性能。如： 不发发生影响正常使用的过过大的变变形、振动动， 不产产生让让使用者感到不安的过过大的裂缝宽缝宽 度和变变形。 c.耐久性 结结构在正常使用和正常维护维护 条件下，应应具有足够够的耐 久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢钢筋锈蚀锈蚀 ），不会导导致结结构在其预预定的设计设计 使用年限内丧丧失安 全性和适用性，降低使用寿命。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 1.3.2 1.3.2 结结结结构的极限状构的极限状态态态态 1. 极限状态态的分类类 (1) (1) 承承载载能力极限状能力极限状态态 结结构或构件达到最大承构或构件达到最大承载载能力或达到不适于能力或达到不适于继续继续 承承载载的的变变形状形状态态， 称称为为承承载载能力极限状能力极限状态态。具体包括：。具体包括： a) a) 结结构构件或构构件或连连接因超接因超过过材料材料强强度而破坏（包括疲度而破坏（包括疲劳劳破坏破坏) )； b) b) 整个整个结结构或构或结结构的一部分作构的一部分作为刚为刚 体失去平衡（如体失去平衡（如倾倾覆等）；覆等）； c) 结结构转变为转变为 机动动体系； d) 结结构或结结构构件丧丧失稳稳定（如压压屈等）。 一旦超过过承载载能力极限状态态，结结构或构件就不能满满足安全性要求， 后果严严重。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 (2) 正常使用极限状态态 结结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规项规 定限度的状态态，称为为 正常使用极限状态态。具体包括： a) 影响正常使用或外观观的变变形 （影响非结结构构件、不安全感、不 能正常使用等）； b) 影响正常使用或耐久性能的局部损损坏（包括裂缝缝）； c) 影响正常使用的振动动（不舒适）； d) 影响正常使用的其他特定状态态。 一旦超一旦超过过过过正常使用极限状正常使用极限状态态态态，结结结结构或构件就不能保构或构件就不能保证证证证适用性、耐久适用性、耐久 性的功能要求性的功能要求。 正常使用极限状正常使用极限状态态态态不涉及安全性，破坏的后果不如承不涉及安全性，破坏的后果不如承载载载载能力极限状能力极限状 态严态严态严态严 重。重。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 1.3.3 1.3.3 结结结结构上的作用与材料构上的作用与材料强强度度 1. 1. 作用的分作用的分类类类类 (1) (1) 分分类类类类 a) a) 直接作用直接作用（荷（荷载载载载） 如：各种荷载载（重力、雪、一般情况下风风）作用 仅仅与外部因素有关，与结结构本身的力学特性无关。 b) b) 间间间间接作用接作用 如：地震、收缩缩、温度变变化、沉降、徐变变、侵蚀蚀、冻冻 融等 不仅仅与外部因素有关，还还与结结构本身的力学特性有关 。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 2. 2. 荷荷载载载载的分的分类类类类 (1) (1) 永久荷永久荷载载载载（恒荷（恒荷载载载载） 在在设计使用期内设计使用期内，若：，若： 其其值值值值不随不随时间时间时间时间 而而变变变变化，化， 其其变变变变化与平均化与平均值值值值相比可以忽略不相比可以忽略不计计计计， 其其变变变变化是化是单调单调单调单调 的并能的并能趋趋趋趋于确定于确定值值值值， 则为则为则为则为 永久荷载永久荷载。如：。如：结结结结构自重、土构自重、土压压压压力、力、预应预应预应预应 力等。力等。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 (2) (2) 可可变变变变荷荷载载载载（活荷（活荷载载载载） 在在设计设计设计设计 使用期内：使用期内： 数数值值值值、作用位置、作用位置随随时间时间时间时间 而而变变变变化，化，则为则为则为则为 可可变变变变荷荷载载载载。如：。如： 楼楼 面活荷载载、吊车车荷载载、风风荷载载、雪荷载载等。 (3) 偶然荷载载 在设计设计 使用期内，不一定出现现，但一旦出现现，其值值很大 且持续时间续时间 很短。如爆炸力、冲击击力等。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 3. 3. 荷荷载载载载的的标标标标准准值值值值（荷（荷载载载载的基本代表的基本代表值值值值） 由于由于实际实际 作用在结结构上的荷载载大小具有不确定性，应视应视 为为随机变变量，原则则上采用数理统计统计 的方法描述。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 有足有足够资够资够资够资 料且有可能料且有可能对对对对其其统计统计统计统计 分布作出合理估分布作出合理估计时计时计时计时 ， 则则则则选选取具有95%保证证率的上分位荷载值载值 ，作为设计为设计 各 类结类结 构时时所取用的荷载标载标 准值值，其值值等于该该荷载载的统计统计 平 均 值值加1.645倍标标准差。 无充分无充分统计资统计资统计资统计资 料料时时时时，可根据已有的工程，可根据已有的工程实实实实践践经验经验经验经验 ， 分分 析判断后析判断后协议给协议给协议给协议给 出一个公称出一个公称值值值值作作为为为为荷荷载标载标载标载标 准准值值值值。 建筑建筑结结结结构荷构荷载规载规载规载规 范范 GB50009 GB50009 有相有相应规应规应规应规 定。定。 *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 4. 材料强度的标标准值值 对对材料强度（随机变变量）试验资试验资 料进进行统计统计 回归归分析 ， 得出材料强度概率分布曲线线（混凝土和钢钢材强度均可看作正 态态分布）。材料强度的标标准值应值应 具有不小于95的保证证率 。 由正态态分布曲线线可知，在fk右侧侧曲线线与横轴轴包围围的面 积积即为为整个曲线线包围围面积积的95%，于是fk的表达式为为： 对对于混凝土： 对钢对钢 材： *第1章 绪绪 论论 混凝土结结构基本原理混凝土结结构基本原理 土木工程学院土木工程学院 环环境境类别类别 条条 件件 一一 室内干燥室内干燥环环境；永久的无侵境；永久的无侵蚀蚀性静水浸没性静水浸没环环境境 二二a a 室内潮湿室内潮湿环环境；非境；非严严寒和非寒冷地区