1、混凝土结构设计绪论ppt课件

1、一、结构的概念 由构件组成的传力体系，承担建筑物在由构件组成的传力体系，承担建筑物在施工和使用过程中可能出现的各种环境施工和使用过程中可能出现的各种环境作用。作用。构件构件 作用作用 二、结构的类型制制作作材材料料木结构木结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构砌体结构砌体结构混凝土结构混凝土结构钢结构钢结构组合结构组合结构几何几何尺寸尺寸和受和受力特力特性性杆系结构杆系结构板壳结构板壳结构块体结构块体结构索结构索结构膜结构膜结构空间空间位置位置和力和力的传的传递递水平承重结构水平承重结构楼盖楼盖 根底根底竖向承重结构竖向承重结构地下承重结构地下承重结构结构体系结构体系

2、 结结构构体体系系框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构框架框架-剪力墙结构剪力墙结构网架结构网架结构筒体结构筒体结构排架结构排架结构框支剪力墙结构框支剪力墙结构内框架结构内框架结构底层框架砌体结构底层框架砌体结构柱、屋架、根底柱、屋架、根底梁、柱、根底梁、柱、根底剪力墙、根底剪力墙、根底拉、压杆拉、压杆混凝土柱、砌体混凝土柱、砌体墙、根底墙、根底层数层数单层结构单层结构多、高层结构多、高层结构用途用途单层单层多、高层多、高层工业厂房结构工业厂房结构民用建筑结构民用建筑结构1.2 1.2 设计准则设计准则一、规范及设计理论一、规范及设计理论二、结构的功能要求二、结构的功能要求三、极限状态三、极限

3、状态四、极限状态设计法四、极限状态设计法 设计法规、规范、规程和设计标准设计法规、规范、规程和设计标准1)1)设计依据设计依据 2)2)混凝土建筑结构常用规范混凝土建筑结构常用规范 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2019 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 高层建筑混凝土结构设计规程高层建筑混凝土结构设计规程 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范一、规范及设计理论一、规范及设计理论 容许应力法容许应力法3)3)设计理论设计理论 破坏强度法破坏强度法 极限状态设计法极限状态设计法K容许应力、裂缝宽度、挠度容许应力、裂缝宽度、挠度承载能力承

4、载能力1 1、功能要求、功能要求 （1 1结构的安全等级结构的安全等级 二、结构的功能要求二、结构的功能要求表表1 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级 安全等级安全等级破坏后果的影响程度破坏后果的影响程度建筑物的类型建筑物的类型一级一级很严重很严重重要的建筑物重要的建筑物二级二级严重严重一般的建筑物一般的建筑物三级三级不严重不严重次要建筑物次要建筑物 一般建筑结构的设计使用年限可为一般建筑结构的设计使用年限可为5050年。年。 桥梁应比房屋的设计使用年限长，大坝的桥梁应比房屋的设计使用年限长，大坝的设计使用年限更长。设计使用年限更长。（2 2结构的设计使用年限结构的设计使用年限 计算结构可靠

5、度所依据的年限称为结构的计算结构可靠度所依据的年限称为结构的设计使用年限。设计使用年限。结构的设计使用年限，是指设计规定的结构或结构的设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。的时期。2 2、可靠性、可靠性 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构的可靠性。预定功能的能力称为结构的可靠性。规定时间是指结构的设计使用年限，所有的统规定时间是指结构的设计使用年限，所有的统计分析均以该时间区间为准。计分析均以该时间区间为准。所谓的规定条件，是指正常设计、正常施

6、工、所谓的规定条件，是指正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例如正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例如人为的错误等。人为的错误等。 3 3、可靠度、可靠度 结构的可靠度是结构在设计工作寿命内，在正结构的可靠度是结构在设计工作寿命内，在正常条件下，完成预定功能的概率。常条件下，完成预定功能的概率。可靠度是可靠性的概率度量。可靠度是可靠性的概率度量。结构的可靠度是用可靠概率结构的可靠度是用可靠概率 来描述来描述sP结构或构件达到最大承载能力或者达到不结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。极限状

7、态。三、极限状态三、极限状态1 1、承载能力极限状态、承载能力极限状态当结构或构件出现下列状态之一时，即当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载力极限状态：认为超过了承载力极限状态： （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倾覆等）；失去平衡如倾覆等）；（2 2结构构件或连接因材料强度被超过而结构构件或连接因材料强度被超过而破坏包括疲劳破坏，或因过度的塑性变破坏包括疲劳破坏，或因过度的塑性变形而不适于继续承载）；形而不适于继续承载）；（3 3结构转变为机动体系如压屈等）；结构转变为机动体系如压屈等）；（4 4结构或结构构件丧失稳定如压屈结构或结构构件丧

8、失稳定如压屈等）等） 。结构超过承载力极限状态的例子结构超过承载力极限状态的例子2 2、正常使用极限状态、正常使用极限状态当结构或构件出现下列状态之一时，即认当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：为超过了正常使用极限状态： （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；（2 2影响正常使用或耐久性能的局部破坏影响正常使用或耐久性能的局部破坏包括裂缝）；包括裂缝）；（3 3影响正常使用的震动；影响正常使用的震动；（4 4影响正常使用的其他待定状态。影响正常使用的其他待定状态。3 3、极限状态方程、极限状态方程 SS2S1极 限 状 态 Z 0 或 R S 0r2

9、Z可 靠 区r1RZ给出的平均裂缝间距给出的平均裂缝间距lm的计算公式为的计算公式为:受弯构件受弯构件temdcl08. 09 . 1轴心受拉构件轴心受拉构件)08. 09 . 1 ( 1 . 1temdclc最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离mm），），当当c20mm时，取时，取c=20mm；d钢筋直径钢筋直径mm），当用不同直径的钢筋时，），当用不同直径的钢筋时，d改用换算直改用换算直径径4As/u，u为纵向钢筋的总周长。为纵向钢筋的总周长。3、裂缝宽度、裂缝宽度 mcmsmllw85. 0)1 (ccsssssEmsssmlEw85. 0

10、平均裂缝宽度平均裂缝宽度mccsl )1 ( 钢筋应力不均匀系数钢筋应力不均匀系数 由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的增加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中间钢筋应力最小，其差值反映了混凝土参与受拉工作的大小。sssss1钢筋应力不均匀系数钢筋应力不均匀系数y 是反映是反映裂缝间混凝土参加受拉工作程裂缝间混凝土参加受拉工作程度的影响系数度的影响系数ssMMc11 . 1sssss1式中，裂缝截面的钢筋应变式中，裂缝截面的钢筋应变 s与作与作用弯 矩用弯 矩M成正比； 而应 变差成正比； 而应 变

11、差)(ss近似与开裂时钢筋应变的近似与开裂时钢筋应变的增量增量s成正比，成正比，s则取决于开裂则取决于开裂时截面受拉区混凝土退出拉力的大时截面受拉区混凝土退出拉力的大小小，也即与开裂时截面混凝土部分，也即与开裂时截面混凝土部分所承担的弯矩所承担的弯矩Mc成正比。所以，成正比。所以，sss/ )(与与MMc/成正比。因成正比。因此，此，可表示为可表示为MMc/的函数。的函数。与与MMc/关系的试验结果为关系的试验结果为:s裂缝截面s平均应变sssMcrMyMs当y 1.0时，取y =1.0；对直接承受重复荷载作用的构件，取y =1.0。hfhbbbhMctkffc)(5 . 08 . 00hAM

12、ssssMMc11 . 1tesstkf65. 01 . 1近似取近似取hc/h =0.67，h/h0=1.1，ffstehbbbhA)(5 . 0 最大裂缝宽度最大裂缝宽度1、实测裂缝宽度、实测裂缝宽度/平均裂缝宽度平均裂缝宽度= t大量裂缝量测结果统计表明，大量裂缝量测结果统计表明，t 的概率密度分布基本为正态。的概率密度分布基本为正态。取超越概率为取超越概率为5%的最大裂缝宽度可由下式求得的最大裂缝宽度可由下式求得:)645. 11 (maxmww对受弯构件，试验统计得对受弯构件，试验统计得d =0.4，故取裂缝扩大系数，故取裂缝扩大系数t =1.66。对于轴心受拉和偏心受拉构件，由试验

13、结果统计得最大裂缝对于轴心受拉和偏心受拉构件，由试验结果统计得最大裂缝宽度的扩大系数为宽度的扩大系数为t =1.9。变异系数变异系数u 由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛，会导致裂缝间混凝由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛，会导致裂缝间混凝土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，使裂缝随时间推移土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，使裂缝随时间推移逐渐增大。逐渐增大。u 混凝土的收缩也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随混凝土的收缩也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随时间推移不断增大。时间推移不断增大。u 荷载的变动，环境温度的变化，都会使钢筋与混凝土之间的荷载的变动，环境温度的变化，都会

14、使钢筋与混凝土之间的粘结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。粘结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。u 根据长期观测结果，长期荷载下裂缝的扩大系数为根据长期观测结果，长期荷载下裂缝的扩大系数为t l =1.5。mssslmllEww85. 0max)08. 09 . 1 (maxtessscrdcEw2、长期荷载的影响、长期荷载的影响mssslmllEww85. 0max)08. 09 . 1 (maxtessscrdcEw轴心受拉构件轴心受拉构件acr =1.51.90.851.1=2.7受弯构件受弯构件acr =1.51.660.85=2.111.2 受弯构件的形验算A 受弯构件的变形验算

15、 f f fEIMlEIqlf244853845均布：均布：EIMlEIPlf23121481集中：集中：钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁2lBMSf 11.2 受弯构件的形验算2lBMSfsss2lBMSflll f1.3 1.3 设计步骤设计步骤五、设计成果五、设计成果二、确定结构方案二、确定结构方案三、结构布置和结构计算简图的确定三、结构布置和结构计算简图的确定四、结构分析和设计计算四、结构分析和设计计算一、准备工作一、准备工作 1 1、了解工程背景、了解工程背景 2 2、掌握原始资料、掌握原始资料 3 3、收集设计参考资料、收集设计参考资料 4 4、制定工作计划、制定工作计划一、准备工作一、准

16、备工作 确定原则确定原则 内容：内容： 1 1、上部主要承重结构方案、上部主要承重结构方案 2 2、楼屋盖结构方案、楼屋盖结构方案 3 3、基础方案、基础方案 4 4、主要构造措施及特殊部位的处理、主要构造措施及特殊部位的处理二、确定结构方案二、确定结构方案 1 1、结构布置、结构布置 （1 1总体布置总体布置 （2 2平面布置平面布置 （3 3竖向布置竖向布置 （4 4变形缝变形缝 2 2、结构计算简图的确定、结构计算简图的确定 主要构件尺寸的估计主要构件尺寸的估计三、结构布置和结构计算简图的确定三、结构布置和结构计算简图的确定 1 1、作用的计算、作用的计算 2 2、内力计算、内力计算 1

17、 1基本原则基本原则 2 2分析方法分析方法 3 3荷载效应组合荷载效应组合 4 4构件截面设计构件截面设计 3 3、构造设计、构造设计四、结构分析和设计计算四、结构分析和设计计算1 1基本原则基本原则静力平衡条件静力平衡条件变形协调条件变形协调条件边界约束条件边界约束条件合理的本构关系合理的本构关系2 2分析方法分析方法( (适用范围适用范围) ) （1 1线弹性分析方法线弹性分析方法 （2 2塑性内力重分布分析方法塑性内力重分布分析方法 （3 3塑性极限分析方法塑性极限分析方法 （4 4非线性分析方法非线性分析方法 （5 5试验分析方法试验分析方法 （6 6国内外常用有限元分析软件国内外常

18、用有限元分析软件 PKPMPKPM系列，系列，TBSATBSA，SAPSAP系列，系列，ANSYSANSYS，ADINAADINA（1 1线弹性分析方法线弹性分析方法 内力和变形计算内力和变形计算 杆系混凝土结构的简化：杆系混凝土结构的简化： 平面结构；平面结构； 轴线取几何中心线；轴线取几何中心线； 现浇刚接，非现浇铰接；现浇刚接，非现浇铰接； 毛截面计算。毛截面计算。（2 2塑性内力重分布分析方法塑性内力重分布分析方法 1 1、几个概念、几个概念 弹性弹性 塑性塑性 弯矩图弯矩图 弯矩包络图弯矩包络图 抵抗弯矩图抵抗弯矩图 塑性内力重分布塑性内力重分布 塑性应力重分布塑性应力重分布 2 2

19、、弯矩调幅、弯矩调幅 为什么可以调幅为什么可以调幅 调幅的意义调幅的意义 如何调幅如何调幅 适用条件适用条件82043qlMMMBmaxMBMM弯矩、剪力包络图弯矩、剪力包络图抵抗弯矩图抵抗弯矩图（3 3塑性极限分析方法塑性极限分析方法 周边嵌固、均布荷载的双向矩形板周边嵌固、均布荷载的双向矩形板 塑性铰线法塑性铰线法 条带法条带法 均布荷载的板柱体系均布荷载的板柱体系 弯矩系数法弯矩系数法 等代框架法等代框架法3 3荷载效应组合荷载效应组合编编号号杆杆件件截截面面1.2S1.2SGKGK+1.4S+1.4SQKQK1.2S1.2SGKGK+ + 1.4S1.4SWKWKM MmaxmaxM MminminVVmaxmaxM MmaxmaxM MminminVVmaxmax1梁梁ABAB左左2中中3右右梁荷载效应组合表梁荷载效应组合表梁荷载效应组合续表梁荷载效应组合续表编编号号杆杆