第8章 建筑结构设计原理简介

1、12第第8 8章章 建筑结构设计原则简介建筑结构设计原则简介8.1 8.1 建筑与建筑结构的关系建筑与建筑结构的关系 8.2 8.2 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目录8.3 8.3 结构上的荷载和荷载效应结构上的荷载和荷载效应8.4 8.4 结构极限状态设计表达式结构极限状态设计表达式8.5 8.5 耐久性规定耐久性规定8.6 8.6 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料8.1 建筑和建筑结构 2021-11-2032021-11-204 工业建筑工业建筑 轻工业厂房轻工业厂房 重工业厂房重工业厂房2021-11-2058.1.2 建筑结构设计原则设计原则技术先

2、进，经济合理，安全适用，确保质量技术先进，经济合理，安全适用，确保质量2021-11-206 建筑结构应满足的基本要求建筑结构应满足的基本要求 平衡平衡 相对于地面不动相对于地面不动 结构结构 机构机构 稳定稳定 作为刚体不发生危险运动作为刚体不发生危险运动 不倾覆（倾斜）、不倒塌不倾覆（倾斜）、不倒塌2021-11-207 承载能力承载能力 在预计荷载作用下安全可靠在预计荷载作用下安全可靠 一定的材料强度储备一定的材料强度储备2021-11-208 适用适用 满足使用目的满足使用目的 不出现影响正常使用的过大变形、过宽裂不出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝，局部损坏缝，局部损坏2021-1

3、1-2098.1.3 建筑结构的类型和特点建筑结构的类型和特点2021-11-2010 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构（concrete structure） 优点优点2021-11-2011 缺点缺点 钢筋和混凝土共同工作钢筋和混凝土共同工作（1）黏结作用（）黏结作用（2）线膨胀系数几乎相同）线膨胀系数几乎相同（3）钢被混凝土包裹、保护）钢被混凝土包裹、保护2021-11-2012 砌体结构（砌体结构（masonry structure） 结构细分结构细分 砖砌体砖砌体 石砌体石砌体 砌块砌体砌块砌体 砌体结构的优点砌体结构的优点 取材方便，造价低廉取材方便，造价低廉 具有良好的耐火性和耐久性

4、具有良好的耐火性和耐久性 保温、隔热、隔声，节能效果好保温、隔热、隔声，节能效果好 施工简单施工简单2021-11-2013 砌体结构的缺点砌体结构的缺点 自重大自重大 强度低强度低 整体性差整体性差 砌筑劳动强度大砌筑劳动强度大2021-11-2014 钢结构钢结构（steel structure） 结构细分结构细分 普通钢结构普通钢结构 轻型钢结构轻型钢结构 钢结构的优点钢结构的优点 强度高，自重轻，塑性和韧性好强度高，自重轻，塑性和韧性好 工厂化、机械化施工，工厂化、机械化施工， 工期短工期短 抗震性能优抗震性能优 无污染、可再生、无污染、可再生、 节能、安全节能、安全2021-11-2

5、015 钢结构的缺点钢结构的缺点 易腐蚀，维护费用高易腐蚀，维护费用高 耐火性能差耐火性能差 2021-11-2016 木结构（木结构（wood structure） 木结构的应用情况木结构的应用情况 古建筑及修复古建筑及修复 山区民居山区民居2021-11-2017 国外新型木结构国外新型木结构2021-11-2018 木结构的优缺点木结构的优缺点 就地取材就地取材 制作简单制作简单 易燃易腐易燃易腐 变形较大变形较大 2021-11-2019 混合结构混合结构 混合的涵义混合的涵义 两种及两种以上材料为主制作的结构，称两种及两种以上材料为主制作的结构，称为混合结构。为混合结构。 混合结构类

6、型混合结构类型 多层：砖混结构多层：砖混结构 砖木结构砖木结构 高层：高层： 钢钢混凝土混合混凝土混合2021-11-20202.按结构受力性能分类按结构受力性能分类2021-11-2021 平面结构平面结构 排架结构：排架结构：排架的结构，排架是下面两排柱子，上面屋架，在这两排柱子上面的屋架之间放上一个板子形成个空间连续的结构。 承重体系：承重体系：屋面横梁（屋架，大梁）屋面横梁（屋架，大梁） 柱和基础柱和基础 应用范围：应用范围： 单层工业厂房单层工业厂房2021-11-20222021-11-2023 框架结构：框架结构：梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构即由梁和柱组成框架

7、共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用。 组成组成：梁，柱，板梁，柱，板 应用应用 多层、高层多层、高层 工业与民用建筑工业与民用建筑2021-11-20242021-11-2025 剪力墙结构：剪力墙结构：是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构 结构形式：普通剪力墙结构，短肢剪力墙结构结构形式：普通剪力墙结构，短肢剪力墙结构 框架框架剪力墙结构，剪力墙结构， 部分框支剪力墙结构部分框支剪力墙结构 应用：高层建筑应用：高层建筑20

8、21-11-2026 筒体结构：筒体结构：将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。 结构形式：框架结构形式：框架核心筒结构核心筒结构 筒中筒结构筒中筒结构 束筒结构束筒结构 应用：高层、超高层建筑应用：高层、超高层建筑2021-11-2027 空间结构承重构件布置成空间形状，三维受力（1）屋盖结构 直接承受屋面荷载的结构（2）支撑结构 直接承受和传递屋盖荷载： 竖向支撑 水平支撑（3）基础 承受上部荷载 传力至地基2021-11-2028 网架（网壳）结构 若干杆件按照某种有规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构 平者为 曲者为2021-11-2029 2000年，

9、四川大学体育馆 异形网壳叶片状：远看象飞鸟，近看象青蛙。六点支承。 平面尺寸 96m101.6m，双层厚度2.0m3.5m，用钢量 50kg/m2。2021-11-2030 悬索结构 跨越水平距离、形成大空间的主要受力结构部分，由一系列按一定规律布置的高强钢索及联系钢索之间的杆件组成。 作用：形成屋面、承担屋面荷载并将其传至支承结构2021-11-2031 膜结构 柔软织物为材料织物结构 空气或索、或刚性结构支承 膜面有一定张力 具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系2021-11-20322021-11-2033定义：基本特征： 索膜组合结构2021-11-2034 管桁结构 薄壁钢管形成的

10、桁架式结构，与普通桁架的区别在于节点，普通桁架需要节点板，管桁是相贯节点、直接焊接。 C-C 型 主管与支管均为圆管 R-R 型 主管与支管均为矩形或方形 R-C 型 主管为矩形，支管为圆形 8.28.2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 8.2.18.2.1建筑结构的功能要求建筑结构的功能要求 建筑结构的基本要求是：以最经济的手段使结构在正常施工和使建筑结构的基本要求是：以最经济的手段使结构在正常施工和使用的条件下，在预定的使用期内满足下列预定功能的要求：用的条件下，在预定的使用期内满足下列预定功能的要求： 安全性安全性 正常使用和施工时能承受各种可能施加于它的各种作用

11、正常使用和施工时能承受各种可能施加于它的各种作用如，荷载、温度变化、支座沉陷引起的内力。且在地震、爆炸、撞击如，荷载、温度变化、支座沉陷引起的内力。且在地震、爆炸、撞击等偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性，即建等偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性，即建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。 适用性适用性 在正常使用时具有良好的工作性能。不发生影响使用的在正常使用时具有良好的工作性能。不发生影响使用的变形和裂缝。如应具有足够的刚度，以避免变形过大而影响正常使用。变形和裂缝。如应具有足够的刚度，以避免变形过大而影响正

12、常使用。耐久性耐久性 在正常使用和维护下，在规定的时间内（一般为在正常使用和维护下，在规定的时间内（一般为50年）、年）、规定的条件下，完成预定功能的能力。如在规定使用期间内，钢筋不规定的条件下，完成预定功能的能力。如在规定使用期间内，钢筋不致因保护层过薄或裂缝过大而发生锈蚀等。致因保护层过薄或裂缝过大而发生锈蚀等。 安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性。结构能满足功安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性。结构能满足功能的要求，称为结构可靠或有效。反之，称为结构不可靠或失效。能的要求，称为结构可靠或有效。反之，称为结构不可靠或失效。8.2.2结构的极限状态结构的极限状态极限状态极限状态

13、结构的极限状态就是结构或构件的一部分超过某一特定结构的极限状态就是结构或构件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，此特定状态称状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。超过这一界限，结构或其构件就不为该功能的极限状态。超过这一界限，结构或其构件就不能满足设计规定的该功能要求，而进入失效状态。极限状能满足设计规定的该功能要求，而进入失效状态。极限状态是区分结构工作状态的可靠或失效的标志。极限状态可态是区分结构工作状态的可靠或失效的标志。极限状态可分为两类：分为两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态和正常使用极限状态。(1)(1)

14、承载能力极限状态承载能力极限状态 承载能力极限状态是指对应于结构或结构构件达到最大的承载能力或承载能力极限状态是指对应于结构或结构构件达到最大的承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认不适于继续承载的变形。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：为超过了承载能力极限状态：地基丧失承载能力而破坏地基丧失承载能力而破坏(如失稳等如失稳等)。结构构件或连接因为超过材料强度而破坏结构构件或连接因为超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏包括疲劳破坏)，或因过度，或因过度变形而不适于继续承载；变形而不适于继续承载；结构丧失承载能力转变为几何可变体系；结构

15、丧失承载能力转变为几何可变体系；结构或构件丧失稳定；结构或构件丧失稳定；整个结构或结构的一部分，作为刚体失去平衡整个结构或结构的一部分，作为刚体失去平衡(如倾覆等如倾覆等)； 这一极限状态关系到结构全部或部分破坏或倒塌，会导致人员伤这一极限状态关系到结构全部或部分破坏或倒塌，会导致人员伤亡或严重经济损失。因此对所有结构和构件都必须按承载力极限状态进亡或严重经济损失。因此对所有结构和构件都必须按承载力极限状态进行计算，并保证具有足够的可靠度。行计算，并保证具有足够的可靠度。(2)(2)正常使用极限状态正常使用极限状态 正常使用极限状态是指对应于结构或结构构件达到正常使用或耐正常使用极限状态是指对

16、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的限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，久性能的某项规定的限值。当结构或结构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：影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用或耐久性能的局部损坏( (包括裂缝包括裂缝) )；影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；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。 按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的变形、抗裂度或按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的变形、抗裂度或裂缝宽度、地基变形、房屋侧移等

17、。超过正常使用极限状态，会使结裂缝宽度、地基变形、房屋侧移等。超过正常使用极限状态，会使结构或构件不能正常工作，使结构的耐久性受影响。构或构件不能正常工作，使结构的耐久性受影响。 结构设计时，通常先按照承载能力极限状态进行计算，然后根据结构设计时，通常先按照承载能力极限状态进行计算，然后根据使用上的要求进行正常使用极限状态验算，如抗裂验算、裂缝宽度验使用上的要求进行正常使用极限状态验算，如抗裂验算、裂缝宽度验算、变形验算等。算、变形验算等。8.3 结构上结构上的作用与的作用与作用作用效应效应8.3.1 8.3.1 结构上的作用与荷载结构上的作用与荷载结构上的作用结构上的作用 指作用于结构上的荷

18、载及引起结构外指作用于结构上的荷载及引起结构外加变形和约束变形的原因。分为直接作用和间接作用。加变形和约束变形的原因。分为直接作用和间接作用。直接作用直接作用 以力的形式直接施加于结构上，如自重等。以力的形式直接施加于结构上，如自重等。间接作用间接作用 以变形形式施加于结构上，如地震振动、地以变形形式施加于结构上，如地震振动、地基不均匀沉降、混凝土的收缩、徐变、温度变化等，用基不均匀沉降、混凝土的收缩、徐变、温度变化等，用（Q Q）表示。）表示。 荷载的分类和荷载效应荷载的分类和荷载效应 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB500682010）（以下简称为）（以下简称为荷荷载规范载规范）将结

19、构上的荷载作如下分类：）将结构上的荷载作如下分类：（1）按作用时间的变异分类：）按作用时间的变异分类： 永久荷载永久荷载 在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等，永久荷载比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等，永久荷载也称为恒载。也称为恒载。可变荷载可变荷载 在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、风荷载、不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载和积

20、灰荷载、风荷载、雪荷载及工业厂房中的吊车荷载等，可变荷载也称为活载。雪荷载及工业厂房中的吊车荷载等，可变荷载也称为活载。 偶然荷载偶然荷载 在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间较短的荷载，如爆炸力、撞击力等。持续时间较短的荷载，如爆炸力、撞击力等。（2）按空间位置变异分类：）按空间位置变异分类： 固定荷载固定荷载 在结构空间位置上具有固定分布的荷载，如结构构件的自在结构空间位置上具有固定分布的荷载，如结构构件的自重、固定设备重等。重、固定设备重等。自由荷载自由荷载 在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的荷载，如在结构空

21、间位置上的一定范围内可以任意分布的荷载，如起重机荷载、人群荷载等。起重机荷载、人群荷载等。 8.3.28.3.2荷载的代表值荷载的代表值 结构设计时，根据各种极限状态的设计要求所采用的不结构设计时，根据各种极限状态的设计要求所采用的不同的荷载数值称为荷载代表值。对于永久荷载以标准值作为同的荷载数值称为荷载代表值。对于永久荷载以标准值作为代表值；对可变荷载根据不同的设计要求采用不同的代表值，代表值；对可变荷载根据不同的设计要求采用不同的代表值，如标准值、组合值、频遇值、准永久值。如标准值、组合值、频遇值、准永久值。 （1 1）荷载标准值）荷载标准值 所谓荷载标准值，是指结构在设计基准期所谓荷载标

22、准值，是指结构在设计基准期(50(50年年) )内，正内，正常情况下可能出现的最大荷载值，它是结构设计时采用的荷常情况下可能出现的最大荷载值，它是结构设计时采用的荷载基本代表值。而其他的代表值都可由标准值乘以相应的系载基本代表值。而其他的代表值都可由标准值乘以相应的系数后得出，通常要求荷载标准值应具有数后得出，通常要求荷载标准值应具有95%95%的保证率。的保证率。 即：即：大于标准值的荷载出现的可能性只有大于标准值的荷载出现的可能性只有5% 5% ，而小于标准值的，而小于标准值的荷载出现的可能性有荷载出现的可能性有95% 95% 。(2)(2)可变荷载组合值可变荷载组合值 当结构承受两种或两

23、种以上可变荷载时，由于所有可变荷载同时达到当结构承受两种或两种以上可变荷载时，由于所有可变荷载同时达到各自最大值的可能性极小，因此除主导的可变荷载外，其它伴随的可变荷各自最大值的可能性极小，因此除主导的可变荷载外，其它伴随的可变荷载均应乘以一个小于载均应乘以一个小于1 1的组合系数的组合系数（ cc）作为可变荷载的组合值。作为可变荷载的组合值。8.3.3荷载效应荷载效应 作用在结构上的各种荷载使结构产生内力、变形和裂缝等，统作用在结构上的各种荷载使结构产生内力、变形和裂缝等，统称荷载效应，用称荷载效应，用S表示。荷载效应根据结构上的荷载由力学计算求表示。荷载效应根据结构上的荷载由力学计算求得。

24、如一根受均布荷载作用的简支梁，支座处剪力为得。如一根受均布荷载作用的简支梁，支座处剪力为Vql/2，跨，跨中弯矩中弯矩Mql2/8，则，则V和和M就是荷载效应。就是荷载效应。 8.3.4结构抗力设计值结构抗力设计值 结构或构件抵抗作用的能力称为抗力，用R表示，抗力包括承载能力和抗变形能力等。结构的抗力取决于材料的性能（强度、变形）、构件截面的几何特性（宽、高、面积、惯性矩）、计算模式的精确性、结构的几何参数和施工质量等因素。结构构件的抗力函数为：RdkscffRR/,.),(8.4结构的极限状态设计表达式结构的极限状态设计表达式 在结构设计中，应根据使用过程中结构上可能出现的荷载，按承载能力极

25、限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。8.4.1 结构功能函数结构功能函数 Z=R-S S为荷载效应，代表由各种荷载分别产生的荷载效应的总和；R为结构构件抗力，是结构或构件抵抗作用效应的能力 。（1）Z0: 结构处于可靠状态结构处于可靠状态（2）Z=0：结构达到极限状态：结构达到极限状态（3）Z=0时的概率，称为结构可靠度概率时的概率，称为结构可靠度概率,Ps表示。表示。当当Z0时的概率，称失效概率时的概率，称失效概率,用用Pf表示。表示。8.4.2承载能力极限状态设计表达式承载能力极

26、限状态设计表达式 1.结构重要性系数 根据建筑物的重要性的不同、一旦发生破坏对人民生命财产的危害程度以及对社会的影响的不同，建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）将建筑结构分为三级。其中结构重要性系数 是考虑到结构安全等级的差异，其目标可靠指标应作相应提高或降低而引入的，见课本P121表81450 对承载能力状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载效应组合，并采用下列设计表达式进行设计： RS 046 荷载效应有基本组合和偶然组合。按承载能力极限状态设计时，一般考虑作用效应的基本组合，必要时应考虑作用效应的偶然组合。由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合QiKc

27、iniQiKQQGKGSSSS211由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合QiKciniQiGKGSSS1 荷载规范规定：对基本组合，荷载效应组合设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载控制的两组组合中取最不利值确定。2.荷载组合效应的设计值荷载组合效应的设计值 构件根据使用功能和外观要求，需进行如下正常使用极限状态验算：（1）对需要控制变形的构件，应进行变形验算；（2）对不允许出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；（3）对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算；（4）对舒适度有要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。488.4.3 8.4.3 正常使用极限状态设计表达式

28、正常使用极限状态设计表达式8.4.3 8.4.3 正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式 对于正常使用极限状态，应根据不同的设计目的，分别对于正常使用极限状态，应根据不同的设计目的，分别按荷载效应的按荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计，进行设计，使变形、裂缝等荷载效应的设计值符合下列的要求使变形、裂缝等荷载效应的设计值符合下列的要求 ： SC C 设计对变形、裂缝等规定的相应限值；设计对变形、裂缝等规定的相应限值； S正常使用极限状态荷载组合效应值。正常使用极限状态荷载组合效应值。50518.5 耐久性规定耐久性规定8.5.1 结构的耐

29、久性设计结构的耐久性设计（1）耐久性概念）耐久性概念 暴露在使用环境中的材料抵抗各种物理和化学作用的能力。暴露在使用环境中的材料抵抗各种物理和化学作用的能力。（2）钢筋混凝土耐久性问题）钢筋混凝土耐久性问题 主要表现为构件表面锈渍或锈胀裂缝、预应力筋开始锈蚀，主要表现为构件表面锈渍或锈胀裂缝、预应力筋开始锈蚀，以及结构表面混凝土出现酥裂、粉化等，它可能引起构件承载力破以及结构表面混凝土出现酥裂、粉化等，它可能引起构件承载力破坏，甚至结构倒塌。坏，甚至结构倒塌。（2）混凝土耐久性问题的特点）混凝土耐久性问题的特点 多个因素同时作用，一般先从结构表面开始，开始时只是对多个因素同时作用，一般先从结构

30、表面开始，开始时只是对外观和使用弄能产生影响，长期积累后形成承载力的问题，出现永外观和使用弄能产生影响，长期积累后形成承载力的问题，出现永久性问题的过程很长。久性问题的过程很长。（3）耐久性影响因素）耐久性影响因素 环境类别、使用年限、混凝土强度等级、水灰比、水泥环境类别、使用年限、混凝土强度等级、水灰比、水泥用量、碱骨料反应、钢筋锈蚀、抗渗、抗冻等。用量、碱骨料反应、钢筋锈蚀、抗渗、抗冻等。（4）混凝土耐久性设计注意方面）混凝土耐久性设计注意方面 进行环境分类，针对不同环境采用不同措施；进行环境分类，针对不同环境采用不同措施； 划分耐久性等级或进行结构寿命分等；划分耐久性等级或进行结构寿命分

31、等； 规定保证耐久性的构造措施和施工要求等。规定保证耐久性的构造措施和施工要求等。 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范所采用的是宏观控制的方法，即所采用的是宏观控制的方法，即根据环境类别和设计年限对结构混凝土提出相应的限制和要求。根据环境类别和设计年限对结构混凝土提出相应的限制和要求。混凝土结构的耐久性设计规定混凝土结构的耐久性设计规定（1）混凝土结构的使用环境）混凝土结构的使用环境 环境类别说明一 室内正常环境；无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与土壤直接接触的环境二a 室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、无水侵蚀性的水或土壤直接接触的环境b严寒和寒冷地区的露天环境及无水侵蚀性的水或

32、土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境、严寒和寒冷地区冬季的水位变动环境、滨海室外环境四海水环境（海水潮汐区、浪溅区、海面大气区、海水水下区）五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境（2）耐久性等级的划分）耐久性等级的划分 我国设计标准的设计基准期为我国设计标准的设计基准期为50年。年。等级结构类型设计使用年限级特别重要建筑结构100年级一般建筑结构50年级易于替换的结构构件25年级临时性建筑结构5年（2）耐久性等级的划分）耐久性等级的划分 控制水灰比、提高密实度、减小渗透性、提高混凝土控制水灰比、提高密实度、减小渗透性、提高混凝土强度等级、控制混凝土中氯离子含量和碱含量，最提高混凝强度等级、控制混

33、凝土中氯离子含量和碱含量，最提高混凝土的耐久性都有着重要意义。土的耐久性都有着重要意义。环境类别最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）最低混凝土强度等级最大氯离子含量（%）最大碱含量（ kg/m3 ）一0.65225C201.0不限制二a0.60250C250.33.0b0.55275C300.23.0三0.50300C300.13.08.6 8.6 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料P1P2(a)P1P2中和轴受拉钢筋(b)8.6.1.钢筋混凝土的一般概念和特点钢筋混凝土的一般概念和特点概念：概念： 由钢筋和混凝土结合在由钢筋和混凝土结合在一起共同工作的材料，该材一起共同工作的材料，该材

34、料可充分利用混凝土的抗压料可充分利用混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能。性能和钢筋的抗拉性能。混凝土：较高抗压强度；混凝土：较高抗压强度； 良好的耐久性能。良好的耐久性能。钢筋：钢筋： 较高的抗拉强度；较高的抗拉强度； 良好的塑性。良好的塑性。混凝土和钢筋结合：混凝土混凝土和钢筋结合：混凝土主要承受压力，钢筋主要承主要承受压力，钢筋主要承受拉力。受拉力。图1.1素混凝土和钢筋混凝土破坏情况对比8.6.2 混凝土混凝土 混凝土混凝土是用水泥、砂子和石子三种材料按一定比例配是用水泥、砂子和石子三种材料按一定比例配合，经水拌和凝固硬化后制成的人工石材。合，经水拌和凝固硬化后制成的人工石材。 混凝土的要

35、求：混凝土的要求： 和易性好和易性好 强度要高（重点）强度要高（重点） 耐久性要好耐久性要好 经济上要节省经济上要节省评定混凝土评定混凝土 品质的品质的主要指标主要指标 一、混凝土的强度一、混凝土的强度 混凝土强度的大小不仅与组成材料的质量和配合比有直接混凝土强度的大小不仅与组成材料的质量和配合比有直接的关系，而且与混凝土的硬化条件、龄期、受力情况以及测定的关系，而且与混凝土的硬化条件、龄期、受力情况以及测定其强度时所采用的试件形状、尺寸和试验方法等也有密切关系。其强度时所采用的试件形状、尺寸和试验方法等也有密切关系。混凝土的强度指标主要有：立方体抗压强度，轴心抗压强度和混凝土的强度指标主要有

36、：立方体抗压强度，轴心抗压强度和轴心抗拉强度。轴心抗拉强度。 标准尺寸：边长为标准尺寸：边长为150mm150mm的立方体；的立方体； 养护条件：养护条件：202033；相对湿度；相对湿度90%90%；28d28d 加载方法：加载速度加载方法：加载速度0.15-0.25MPa/sec0.15-0.25MPa/sec； 垫板不涂油或垫橡胶板；垫板不涂油或垫橡胶板； 强度保证率：强度保证率：95%95%。 1. 1. 混凝土的立方体抗压强度混凝土的立方体抗压强度 cuf-基本强度指标基本强度指标 （1）定义：）定义：我国国家标准普通混凝土力学性能试验方我国国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准（法

37、标准（GB/T50081-2002）规定以每边边长为）规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在（的立方体为标准试件，在（203）的温度和相对湿度的温度和相对湿度在在90%以上的潮湿空气中养护以上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和天，依照标准制作方法和试验方法测得试验方法测得具有具有95%保证率保证率的抗压强度值（以的抗压强度值（以N/mm2为为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号fcu，k表示。表示。 （2 2） 对混凝土强度等级的要求对混凝土强度等级的要求 混凝土强度从混凝土强度从C15C80共分为共分为14个等级，中间以个等级，中

38、间以5MPa进级。进级。C50以下为普通强度混凝土，以下为普通强度混凝土， C50及以上为高强及以上为高强度混凝土度混凝土 规定：规定： l 素混凝土构件素混凝土构件不应低于不应低于C15l钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件不应低于不应低于C20，当采用，当采用HRB400、RRB400级钢筋配筋时，不应低于级钢筋配筋时，不应低于C25 l承受重复荷载的钢筋混凝土构件承受重复荷载的钢筋混凝土构件不应低于不应低于C30l 预应力混凝土构件预应力混凝土构件不应低于不应低于C40。 承压板试块非标准试块：非标准试块：100100 300 换算系数换算系数 0.95 200200 400 换算系数换算系数

39、1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果试验结果)考虑到构件和试件的区别，取考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu 2. 棱柱体强度（轴心抗压强度棱柱体强度（轴心抗压强度) cf（1）定义：）定义：真实真实反映以受压为主的混凝土结构构件的反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度，用抗压强度，用150mm150mm300mm棱柱体为标准试棱柱体为标准试件测得的抗压强度。件测得的抗压强度。 注：注：试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件试件制作、养护和加载试

40、验方法同立方体试件 2. 棱柱体强度（轴心抗压强度棱柱体强度（轴心抗压强度) cfkcuf, （2） 轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 与立方体抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值 的换算的换算: kcuckff,88. 0 注：注：C50及以下混凝土，及以下混凝土， =0.76 ；C55C80混凝土，混凝土， =0.760.82考虑考虑C40以上混凝土具有脆性，还需取折减系以上混凝土具有脆性，还需取折减系数数C40C80为为1.00.87，中间按直线插入。，中间按直线插入。ckf对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（

41、d=150, h=300），有），有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度圆柱体抗压强度 3. 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 对构件进行抗裂验算、裂缝宽度验算需要混凝土轴心抗拉对构件进行抗裂验算、裂缝宽度验算需要混凝土轴心抗拉强度值。常用轴心抗强度值。常用轴心抗 拉试验或劈裂试验来测得混凝土的轴拉试验或劈裂试验来测得混凝土的轴心抗拉强度，用心抗拉强度，用 表示，其值远小于混凝土的抗压强度，表示，其值远小于混凝土的抗压强度，一般为抗压强度的一般为抗压强度的1/181/9.轴心抗拉强度轴心抗拉强度是钢筋混凝土构件是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标设计中确定混凝土抗裂度的重要指标 .tftf

42、 4. 混凝土强度的设计值混凝土强度的设计值 混凝土强度设计值包括轴心抗压强度设计值和轴心抗拉强度设计值，是由强度标准值除以混凝土材料分项系数 确定， 。混凝土的轴心抗压强度标准值 及设计值 、轴心抗拉强度标准值 及设计值 参见附表A1.c40. 1ctfcfckftkf （1） 混凝土的应力应变曲线混凝土的应力应变曲线 1. 混凝土在单调、短期加载作用下的变形混凝土在单调、短期加载作用下的变形 残余应力（峰值应力）（反弯点）收敛点)（峰值应变）受力过程： OA 弹性阶段（弹性阶段（ 0.3fc） AB 弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（ =0.3fc 0.8fc） BX

43、 裂缝不稳定阶段：裂缝不稳定阶段： （ =0.8fc 1.0fc）特征值 fc ：峰值应力（轴心抗压强度）：峰值应力（轴心抗压强度） 0 ：对应于应力峰值点的应变：对应于应力峰值点的应变 规范规范 c0 = 0.002 cu ：最大应变（混凝土极限压应：最大应变（混凝土极限压应 变）变）规范规范 cu =3.010-3二二.混凝土的变形混凝土的变形 强度等级越高，线弹性段越长，强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破

44、坏，破坏时脆性越显往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。峰值应力著，下降段越陡。峰值应力fc所对应所对应的应变的应变0约为约为0.002左右，应力小于左右，应力小于0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混凝时混凝土处于弹性阶段，混凝土内部几乎没有裂缝，土内部几乎没有裂缝，0.30.8 fc之之间，混凝土内部裂缝发展，但能保间，混凝土内部裂缝发展，但能保持稳定，大于持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂缝混凝土内部裂缝发展很快，塑性变形显著增大，体发展很快，塑性变形显著增大，体积应变逐渐由压缩转为扩张。积应变逐渐由压缩转为扩张。0图 1-10 不同强度混凝土的应力 -应变关系曲线00.0020.

45、0040.0060.0080.01204060 (MPa)C20C40C60C80fc0.3fc混凝土强度等级混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45EC2.202.552.803.003.153.253.35混凝土强度等级混凝土强度等级C50C55C60C65C70C75C80EC3.453.553.603.653.703.753.80表：表：1-6混凝土弹性模量（混凝土弹性模量（10-4N/mm2）注释注释：规范规范表表4.1.5 P172.混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 混凝土的弹性模量是一次短期加载应力应变曲混凝土的弹性模量是一次短期加载应力应变曲线的原点切线斜率，记

46、线的原点切线斜率，记EC。3.3.混凝土的徐变混凝土的徐变 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。现象称为徐变。 徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。 不过，徐变有利是结构应力集中因徐变得到缓和，支座沉不过，徐变有利是结构应力集中因徐变得到缓和，支座沉陷引起的应力及温度应力因徐变得到松弛；不利方面是徐变会陷引起的应力及温度应力因徐变得到松弛；不利方面是徐变会使结构的变形增大

47、，在预应力混凝土结构中，会造成较大的预使结构的变形增大，在预应力混凝土结构中，会造成较大的预应力损失。应力损失。影响徐变得因素影响徐变得因素水泥用量水泥用量：水灰比越大，徐变也越大；水泥用量越多，徐变越：水灰比越大，徐变也越大；水泥用量越多，徐变越大。大。骨料性质骨料性质：骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。就越小。养护条件养护条件：环境越潮湿，期龄越长，徐变就越小。：环境越潮湿，期龄越长，徐变就越小。浇筑情况浇筑情况：混凝土浇筑时，振捣越密实，徐变越小。：混凝土浇筑时，振捣越密实，徐变越小。4.混凝土的体积变形混凝土的体积变形 混凝

48、土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影响不大。影响不大。 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的干缩变形。的干缩变形。 干缩变形是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。干缩变形是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土干缩变形会使预应力混凝土构件产生预应力

49、损失。凝土干缩变形会使预应力混凝土构件产生预应力损失。楼板干燥收缩裂缝与边框架的变形图：1-16影响因素影响因素 混凝土的干缩变形受结构周围的温度、湿度、构件断混凝土的干缩变形受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。质量及养护条件等许多因素有关。 水泥用量多、水灰比越大，水泥用量多、水灰比越大，干缩变形干缩变形越大。越大。 骨料弹性模量高、级配好，干缩变形就小。骨料弹性模量高、级配好，干缩变形就小。 干燥失水及高温环境，干缩变形大。干燥失水及高温环境，干缩变形大。 小尺寸

50、构件干缩变形大，大尺寸构件干缩变形小。小尺寸构件干缩变形大，大尺寸构件干缩变形小。 高强混凝土干缩变形大。高强混凝土干缩变形大。 对于遭受剧烈气温或湿度变化作用的混凝土结构，面对于遭受剧烈气温或湿度变化作用的混凝土结构，面层常配置钢筋网，使裂缝分散，从而限制裂缝的宽度，减轻层常配置钢筋网，使裂缝分散，从而限制裂缝的宽度，减轻危害。在实际工程中，要采取一定措施减小干缩变形应力的危害。在实际工程中，要采取一定措施减小干缩变形应力的不利影响不利影响施工缝。施工缝。一一. .钢筋的品种钢筋的品种按化学成分区分按化学成分区分v低碳钢：（含碳量低碳钢：（含碳量0.6%）强度高、塑性差）强度高、塑性差v低合

51、金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成，低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成， 强度高、塑性好强度高、塑性好8.6.38.6.3 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料按外形区分按外形区分v光面钢筋光面钢筋v变形钢筋变形钢筋月牙肋月牙肋 纹路与肋不相交，纹路与肋不相交， 不易产生应力集中，粘结强度不易产生应力集中，粘结强度 略低于等高肋钢筋。略低于等高肋钢筋。等高肋等高肋（螺旋纹、人字纹）（螺旋纹、人字纹）与与钢筋混凝土钢筋混凝土粘结力粘结力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。好，纹路与肋相交，易产生应力集中。光面圆钢筋光面圆钢筋螺旋纹钢筋螺旋纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢

52、筋按按加工工艺分加工工艺分v1.热轧钢筋：热轧钢筋： 由低碳钢和低合金钢在高温下轧制而成。按我国由低碳钢和低合金钢在高温下轧制而成。按我国混凝混凝土结构设计规范土结构设计规范的规定，在钢筋混凝土结构中所用的国产的规定，在钢筋混凝土结构中所用的国产普通钢筋有四种级别：普通钢筋有四种级别： HPB235：即热轧光面钢筋235级。 HRB335：即热轧带肋钢筋335级。 HRB400：即热轧带肋钢筋400级。 RRB400：即余热处理钢筋400级。 2021-11-20外形种类强度级别强度等级代号ftk屈服强度(MPa)工程符号直径范围d/mm光圆钢筋低碳钢IHPB235HPB3002353008-

53、20带肋钢筋低合金钢IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余热处理RRB4004008-40常用热轧钢筋常用热轧钢筋RHPB235 (Hot Rolled Plain Steel Bar):强度低，箍筋及构造配筋强度低，箍筋及构造配筋HRB335 (Hot Rolled Ribbed Steel Bar)：广泛使用广泛使用HRB400 (Hot Rolled Ribbed Steel Bar):多作为钢筋混凝土构件受力钢筋多作为钢筋混凝土构件受力钢筋RRB400 (Remained heat treatment Ribbed Steel Bar)：塑性和可焊性好。冷塑性

54、和可焊性好。冷却后作预应力钢筋却后作预应力钢筋 ，但不能作为，但不能作为受力钢筋受力钢筋*直径范围并不表示在此范围内的任何直径都可以生产。厂家提供的钢筋直直径范围并不表示在此范围内的任何直径都可以生产。厂家提供的钢筋直径为径为6，6.6，8，8.5, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 36, 40, 50mm。 v2.热处理钢筋热处理钢筋 由特定强度的热轧由特定强度的热轧钢筋经加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢钢筋经加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。其强度提高，塑性降低不多。用于预应力混凝土结构中。筋。其强度提高，塑性降低不多。用于预应

55、力混凝土结构中。v3.预应力钢丝预应力钢丝 直径直径6mm，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，用于预应力混凝，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，用于预应力混凝土结构中的高强钢丝。土结构中的高强钢丝。 4.预应力预应力钢铰线钢铰线 钢铰线是由多根平行的钢丝用铰盘按一个方向铰成。规格有钢铰线是由多根平行的钢丝用铰盘按一个方向铰成。规格有2股、股、3股、股、7股和股和9股等钢绞线，常用的是股等钢绞线，常用的是3股和股和7股钢绞线。外接圆直径股钢绞线。外接圆直径9.515.2 mm。用于预应力混凝土结构中。用于预应力混凝土结构中。 79按按直径大小分直径大小分 钢丝（直径35mm）、细钢筋（直径610mm）、

56、粗钢筋（直径大于22mm)配置在钢筋混凝土结构中的钢筋，按其作用可分为下列几配置在钢筋混凝土结构中的钢筋，按其作用可分为下列几种种:1.受力筋承受拉、压应力的钢筋。2.箍筋承受一部分斜拉应力，并固定受力筋的位置，多用于梁和柱内。3.架立筋用以固定梁内钢箍的位置，构成梁内的钢筋骨架。4.分布筋用于屋面板、楼板内，与板的受力筋垂直布置，将承受的重量均匀地传给受力筋，并固定受力筋的位置，以及抵抗热胀冷缩所引起的温度变形。5.其它因构件构造要求或施工安装需要而配置的构造筋。如腰筋、预埋锚固筋、环等8.6.4钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的钢筋与混

57、凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：必要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：钢筋和混凝土接触面上的粘结钢筋和混凝土接触面上的粘结化学吸附力化学吸附力，亦称，亦称胶结胶结力力。这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表护过程中水泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸附胶着作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土面产生吸附胶着作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于原生状态时才存在，的界面处于原生状态时才存在，旦发生滑移，它就失去