《混凝土结构基本原理》第1章

第1章绪论1.1混凝土结构的概念和特点1.2混凝土结构的发展与应用概括1.3本课程的学习目的和应注意的问题1.4本课程考核方式第一页，共88页。第一页，共88页。§1.1混凝土结构的概念和特点1.1.1混凝土结构的定义与分类混凝土是由水泥、砂子、砾石或其它骨料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”。以混凝土为主要材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、型钢等钢材所制成的构件，称为混凝土构件；所组成的结构，称之为混凝土结构。第二页，共88页。第二页，共88页。混凝土结构的分类

混凝土结构可分为以下几类：素混凝土结构：无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土结构。钢筋混凝土结构：配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土结构。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。钢骨混凝土结构（劲性钢筋混凝土结构、钢骨钢筋混凝土结构）：配置受力的型钢和钢筋的混凝土结构。钢管混凝土结构：钢管内灌注混凝土组合成的结构第三页，共88页。第三页，共88页。素混凝土结构（PlainConcreteStructure)第四页，共88页。第四页，共88页。毛石混凝土处理地基第五页，共88页。第五页，共88页。混凝土垫层返回第六页，共88页。第六页，共88页。钢筋混凝土结构第七页，共88页。第七页，共88页。钢筋绑扎（基础）第八页，共88页。第八页，共88页。钢筋绑扎（承台）第九页，共88页。第九页，共88页。梁模板第十页，共88页。第十页，共88页。框架模板第十一页，共88页。第十一页，共88页。混凝土浇筑（承台）第十二页，共88页。第十二页，共88页。混凝土泵送第十三页，共88页。第十三页，共88页。混凝土浇筑（国家大剧院）第十四页，共88页。第十四页，共88页。混凝土浇筑（桩基底层）第十五页，共88页。第十五页，共88页。清水混凝土室内效果图第十六页，共88页。第十六页，共88页。清水混凝土室内效果图第十七页，共88页。第十七页，共88页。清水混凝土室内效果图返回第十八页，共88页。第十八页，共88页。组合式预应力混凝土刚架预应力混凝土结构（PrestressedConcreteStructure)第十九页，共88页。第十九页，共88页。预应力筋绑扎（首都机场停车楼）第二十页，共88页。第二十页，共88页。张拉端盒（首都机场停车楼）第二十一页，共88页。第二十一页，共88页。预应力筋第二十二页，共88页。第二十二页，共88页。预应力筋（梁端）第二十三页，共88页。第二十三页，共88页。铁皮波纹管预埋第二十四页，共88页。第二十四页，共88页。铁皮波纹管预埋第二十五页，共88页。第二十五页，共88页。预应力筋（端部）第二十六页，共88页。第二十六页，共88页。混凝土浇筑第二十七页，共88页。第二十七页，共88页。预应力张拉第二十八页，共88页。第二十八页，共88页。预应力张拉（千斤顶）第二十九页，共88页。第二十九页，共88页。重大四食堂第三十页，共88页。第三十页，共88页。西南医院科教中心楼国际会议中心第三十一页，共88页。第三十一页，共88页。双向预应力网格梁（得意广场）第三十二页，共88页。第三十二页，共88页。钢绞线环氧涂层防腐钢绞线普通光面钢绞线钢锌钢绞线PC喷涂钢绞线第三十三页，共88页。第三十三页，共88页。北京学知桥体外预应力钢-砼组合梁（2001）第三十四页，共88页。第三十四页，共88页。四丰桥预制节段拼装实验梁返回第三十五页，共88页。第三十五页，共88页。钢骨混凝土

SteelReinforcedConcrete(SRC)第三十六页，共88页。第三十六页，共88页。北京兰华国际大厦现场第三十七页，共88页。第三十七页，共88页。北京兰华国际大厦（地面以上的斜向劲性柱）第三十八页，共88页。第三十八页，共88页。北京兰华国际大厦（斜向劲性柱）第三十九页，共88页。第三十九页，共88页。北京兰华国际大厦（劲性柱的柱脚埋铁，300斤）第四十页，共88页。第四十页，共88页。北京兰华国际大厦（劲性柱焊接）第四十一页，共88页。第四十一页，共88页。北京兰华国际大厦（劲性柱焊接）栓钉第四十二页，共88页。第四十二页，共88页。北京兰华国际大厦（劲性梁柱焊接）第四十三页，共88页。第四十三页，共88页。北京兰华国际大厦（斜柱合拢）第四十四页，共88页。第四十四页，共88页。北京兰华国际大厦（柱钢筋穿过劲性梁时的措施）第四十五页，共88页。第四十五页，共88页。北京兰华国际大厦（拆模后的劲性柱）返回第四十六页，共88页。第四十六页，共88页。钢管混凝土（ConcreteFilledSteelTube）第四十七页，共88页。第四十七页，共88页。返回1999年建成的深圳赛格广场大厦,地上72层,高291.6m,是我国第一座采用钢管高强混凝土柱的超高层建筑。第四十八页，共88页。第四十八页，共88页。1.1.2材料基本特性与配筋的作用混凝土的基本特性抗压强度高，抗拉强度低。一般抗拉强度只有抗压强度的1/8～1/20。破坏时具有明显的脆性性质。 混凝土有良好的抗压强度，适用于承压为主的构件，如柱和拱。另一方面，混凝土是一种脆性材料、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。第四十九页，共88页。第四十九页，共88页。钢材的基本特性抗拉和抗压强度都很高。软钢具有明显屈服现象，有较好的塑性；硬钢无明显屈服点，但仍具有足够的塑性。柔性钢筋受压时极易压屈失稳，难以发挥其抗压强度，故多用于受拉；否则应对受压钢筋采取特殊构造措施，以防止压屈失稳。第五十页，共88页。第五十页，共88页。柱纵筋绑扎（长13m，纵筋25～32mm）第五十一页，共88页。第五十一页，共88页。柱筋绑扎第五十二页，共88页。第五十二页，共88页。配筋的作用在构件的受拉区配置钢筋承受拉力，可大大提高构件的承载力和变形能力，两种材料都充分发挥了各自的强度。也可以在受压区配置一定数量的钢筋来协助混凝土受压，以提高构件的承载力和变形能力，改善受压构件的脆性。第五十三页，共88页。第五十三页，共88页。钢筋和混凝土共同工作的原因混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力。两者具有基本相近的温度线膨胀系数（钢材1.2×10-5，混凝土1.0～1.5×10-5），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的粘结力破坏。混凝土保护钢筋不易锈蚀、不易高温软化。第五十四页，共88页。第五十四页，共88页。钢筋和混凝土协同工作对配筋的要求钢筋至构件表面应有一定的混凝土保护层厚度，钢筋之间应有一定的间距。在构件中,钢筋的端部要留有一定的锚固长度，有的还要做弯钩或加焊锚件，防止钢筋受力后被拔出或产生较大的滑移。钢筋的布置和数量应由计算和构造要求确定。第五十五页，共88页。第五十五页，共88页。1.1.3混凝土结构的优缺点混凝土结构的主要优点取材容易：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。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。第五十六页，共88页。第五十六页，共88页。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。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。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。第五十七页，共88页。第五十七页，共88页。混凝土结构的缺点自重较大，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。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。隔热、隔声性能也较差。施工周期长，受气候影响大。加固、修复难。第五十八页，共88页。第五十八页，共88页。对策轻质、高强混凝土。预应力混凝土、高性能混凝土。预制装配、大模板、滑模;自密实混凝土。碳纤维加固第五十九页，共88页。第五十九页，共88页。§1.2混凝土结构的发展与应用概况1.2.1混凝土结构的发展概况1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥（PortlandCement）。1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。1872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仅160多年与砖石结构、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大量土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土、新的结构形式、完善的设计理论和先进的施工工艺还在不断发展。第六十页，共88页。第六十页，共88页。1.2.2当代混凝土结构工程的应用水准美国芝加哥水塔广场大厦，76层，262m，1976年建成第六十一页，共88页。第六十一页，共88页。朝鲜平壤柳京饭店105层，320m第六十二页，共88页。第六十二页，共88页。广州中信广场大厦，80层，322m（我国第一高RC）第六十三页，共88页。第六十三页，共88页。

全钢结构优于混凝土结构，适合于超高层建筑”，这是20世纪六七十年代的普遍共识。这个时期大量建造了300m以上的钢结构高层建筑，如1971年建成的纽约世界贸易中心双塔(412m)、1974年建成的芝加哥西尔斯大厦(442m)。到了20世纪八九十年代，人们发现纯钢结构已不能满足建筑高度进一步升高的要求，其原因在于钢结构的侧向刚度提高难以跟上高度的迅速增长。从此以后，钢筋混凝土核心筒加外围钢结构就成超高层建筑的基本形式。我国如上海金茂大厦(1997年，420m)、台北101(1998年，48m)、香港国际金融(2010年，420m)、广州西塔(2010年，460m)、广州电视塔(2009年，460m)、上海环球金融(2009年，492m)、上海中心(2014年，632m)，深圳平安保险(在建，680m)等。均无一例外。第六十四页，共88页。第六十四页，共88页。上海金茂大厦，420m（RC-S结构）第六十五页，共88页。第六十五页，共88页。台北101大楼钢管混凝土结构101层，508m第六十六页，共88页。第六十六页，共88页。上海中心大厦，118楼，总高度为632米；金茂大厦，高420米；上海环球金融中心，高492米。第六十七页，共88页。第六十七页，共88页。天津高银117大厦建筑高度597m，共117层。第六十八页，共88页。第六十八页，共88页。天津高银117大厦建筑高度597m，共117层。巨型柱非节点区整体含钢率约为4%～6%；材采用Q345GJ。由底至顶内填高强混凝土，强度C70～C50。各腔体内布设钢筋，其主筋整体配筋率约为0.5%～0.8%第六十九页，共88页。第六十九页，共88页。迪拜哈利法塔，828m，-30-601m为钢筋混凝土剪力墙体系；601～828m为钢结构第七十页，共88页。第七十页，共88页。意大利都灵展览馆薄壁钢丝网水泥拱，跨度96m第七十一页，共88页。第七十一页，共88页。意大利都灵展览馆薄壁钢丝网水泥拱第七十二页，共88页。第七十二页，共88页。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）第七十三页，共88页。第七十三页，共88页。安徽芜湖长江大桥（矮塔部分斜拉结构）第七十四页，共88页。第七十四页，共88页。汕头海湾大桥

预应力混凝土悬索桥，主跨452m（世界第一）第七十五页，共88页。第七十五页，共88页。2023年4月21日第1章绪论广州塔，整体高600米，为国内第一高塔，而“小蛮腰”的最细处在66层。

第七十六页，共88页。第七十六页，共88页。加拿大多伦多电视塔，549m

第七十七页，共88页。第七十七页，共88页。莫斯科电视塔，533m第七十八页，共88页。第七十八页，共88页。上海东方明珠电视塔，468m第七十九页，共88页。第七十九页，共88页。南京电视塔，318m

预应力混凝土空间桁架结构（该结构形式为世界第1）第八十页，共88页。第八十页，共88页。此外，还有：美国休斯敦贝壳广场大厦，52层，215m（轻骨料砼）；美国某折板结构屋盖跨度76m；德国某机场机库预应力轻混凝土屋盖跨度90m；法国巴黎工业展览馆装配式薄壳屋盖跨度218×218m2；奥地利ALM简支箱梁桥跨度76m；日本滨各大桥为预应力箱梁桥跨度240m；南美阿根廷-巴拉圭界河Parana桥为预应力混凝土斜拉桥，主跨330m（世界第一）； 其它各种混凝土结构均有广泛应用，不胜枚举。第八十一页，共88页。第八十一页，共88页。1.2.3混凝土结构与混凝土结构设计计算理论的发展概况

具体可分为下述三个阶段：第一阶段：从钢筋混凝土的发明至二十世纪初

钢筋和混凝土的强度都比较低，主要用于建造小型和简单的梁、柱、拱、楼板和基础等构件。 结构内力和构件截面计算均视混凝土为匀质弹性材料而采用弹性理论，从而建立了容许应力设计法。第八十二页，共88页。第八十二页，共88页。第二阶段：从二十世纪20年代到第二次世界

大战前后

随着混凝土和钢筋强度的不断提高，1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssinet发明了预应力混凝土，使结构刚度和抗裂度大为提高，从而可用混凝土结构建造大跨度及高耸结构。 在计算理论方面开始采用考虑混凝土塑性性能的破坏阶段设计法，50年代前苏联又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。第八十三页，共88页。第八十三页，共88页。第三阶段：第二次世界大战以后至今

高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，设计方法的改进，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。 在设计计算理论方面，发展了以概率理论为基础的极限状态