建筑结构- 课件全套赵霞 项目1-12 认知建筑结构-认知钢屋盖结构体系

高职高专建筑工程技术专业建筑结构BuildingStructure——项目化教学配套课件——混凝土结构·砌体结构·钢结构建筑结构教材编写组项目1认知建筑结构模块一基本知识目录CONTENTS01建筑结构的基本概念1.1.1建筑结构的定义1.1.2建筑结构的组成1.1.3建筑结构的分类02"建筑结构"课程设置1.2.1课程内容及与其他课程的联系1.2.2学习方法与学习目标建筑结构模块一基本知识学习目标知识目标掌握建筑结构的定义理解建筑结构的组成熟悉建筑的分类了解建筑结构课程的特点与学习方法能力目标能够认识建筑结构的主要构件素养目标通过梳理课程间联系，培养灵活处理信息、归纳总结的职业素养通过专业课程体系与大国工匠精神的介绍，培养工匠意识1建筑结构1.1建筑结构的基本概念什么是建筑结构？它由哪些部分组成？又可以分为哪些类型？让我们从最基本的概念开始，认识建筑结构的骨架体系。模块一基本知识建筑结构1.1建筑结构的基本概念1.1.1建筑结构的定义建筑结构是指在房屋建筑中，由若干构件（屋架、梁、板、柱等）组成的能够承受"作用"的骨架体系。什么是"作用"？所谓作用是指能够引起体系产生内力和变形的各种因素，如：荷载地震温度变化基础沉降等注：关于"作用"的概念将在2.1节中做进一步介绍。图1-1建筑结构的组成2建筑结构1.1建筑结构的基本概念1.1.2建筑结构的组成（一）构件分类根据组成建筑结构的构件类型和形式的不同，基本上可分为以下三类：01水平构件包括：板、梁、桁架、网架等主要作用：承受竖向荷载02竖向构件包括：柱、墙等主要作用：支承水平构件承受水平荷载03基础定义：上部建筑物与地基相联系的部分主要作用：将建筑物承受的荷载传至地基3建筑结构1.1建筑结构的基本概念1.1.2建筑结构的组成（二）基本构件根据构件受力特点的不同，可归结为几类不同的受力构件，称为建筑结构基本构件，主要有以下四类：（1）受弯构件截面受有弯矩作用的构件称为受弯构件。典型构件：梁、板受力特点：截面上一般还有剪力作用（2）受压构件截面上受有压力作用的构件称为受压构件。典型构件：柱、承重墙、屋架中的压杆受力特点：有时还有剪力作用（3）受拉构件截面上受有拉力作用的构件称为受拉构件。典型构件：屋架中的拉杆受力特点：有时也伴有剪力作用（4）受扭构件截面中有扭矩作用的构件统称受扭构件。典型构件：雨篷梁、框架结构中的边梁受力特点：纯扭构件很少，一般同时作用有弯矩和剪力4建筑结构1.1建筑结构的基本概念1.1.3建筑结构的分类（一）按所用材料分类（1）混凝土结构以混凝土为主要材料建造，包括素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构。优点：就地取材、耐火耐久、可模性好、整体性好缺点：自重较大、抗裂性较差（2）砌体结构由块体（砖、石等）及砂浆砌筑而成，广泛用于居住建筑和多层民用房屋。优点：就地取材、成本低、耐久性和耐腐蚀性好缺点：自重大、施工速度慢、现场作业量大（3）钢结构以钢材为主制作，用于大跨度建筑屋盖、大吨位工业厂房及高层建筑骨架。优点：质量均匀、强度高、截面小、可焊性好、便于工业化施工缺点：易腐蚀、耐火性较差、价格较贵（4）木结构以木材为主制作，受自然条件限制，目前仅在山区、林区和农村有一定应用。优点：制作简单、自重轻、容易加工缺点：易燃、易腐、易受虫蛀5建筑结构1.1建筑结构的基本概念1.1.3建筑结构的分类（二）按受力和构造特点分类（1）混合结构由两种或两种以上不同材料的承重结构共同组成。楼屋盖用钢筋混凝土，墙体及基础用砌体。（2）框架结构由横梁、柱及基础组成主要承重体系，横梁与柱刚性连接成整体框架，底层柱脚与基础固结。（3）剪力墙结构纵横布置的成片钢筋混凝土墙体称为剪力墙，与楼屋盖整体连接，高度从基础到屋顶。（4）框架-剪力墙结构框架与剪力墙共同形成体系，剪力墙主要承受水平荷载，框架柱主要承受竖向荷载。（5）筒体结构由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构，多用于高层和超高层建筑。（6）其他形式的结构钢-混凝土组合结构、排架、刚架、壳体、网架、悬索结构等，适用于不同建筑需求。框架结构实景（钢筋混凝土框架梁柱体系）剪力墙结构实景（高层钢筋混凝土墙体）6建筑结构1.1建筑结构的基本概念1.1小节小结一、建筑结构的定义房屋建筑中由若干构件组成的能承受"作用"的骨架体系"作用"包括荷载、地震、温度变化、基础沉降等二、建筑结构的组成构件分类：水平构件：板、梁、桁架、网架竖向构件：柱、墙基础：传荷载至地基基本构件：受弯、受压、受拉、受扭三、建筑结构的分类按材料：混凝土、砌体、钢、木结构按受力构造：混合、框架、剪力墙框架-剪力墙、筒体其他形式结构7建筑结构模块一建筑结构基本信息1.2"建筑结构"课程设置本课程在专业体系中处于什么位置？与哪些课程有密切联系？应该采用怎样的学习方法？达到怎样的学习目标？建筑结构1.2"建筑结构"课程设置1.2.1课程内容及与其他课程的联系课程定位：建筑工程技术、工程造价、工程管理等专业的主干课程课程内容体系结构基本构件材料的力学性能结构设计方法构件设计计算与构造混凝土/砌体/钢结构结构设计非抗震设计抗震设计混凝土/砌体/钢结构侧重概念与构造要求与其他课程的联系与以下课程知识密切相关：建筑识图与构造、建筑力学（前导课程）BIM应用技术、建筑工程施工技术建筑工程计量与计价（后续课程）图1-2"建筑结构"与其他课程的联系8建筑结构1.2"建筑结构"课程设置1.2.2学习方法与学习目标（一）五种学习方法01理论联系实际本课程理论来源于生产实践，属半理论半经验范畴。应通过实习、参观参与工程实践，加强练习和课程设计。02与其他课程知识的联系每门课程都不是孤立的，要找到知识连接点，把知识点系统连接起来，记得更牢、运用更灵活。03综合分析问题的能力结构问题答案往往不唯一，需综合考虑适用、材料、造价、施工等多方面因素，做出合理选择。04识图能力识图能力是工科学生的基本能力，识读结构施工图是本课程的落脚点。要掌握结构概念和构造要求。05查阅规范标准图集本书涉及标准、规范、规程较多，应结合课程内容自觉查阅，逐步熟悉并正确应用。9建筑结构1.2"建筑结构"课程设置1.2.2学习方法与学习目标（二）规范标准与学习目标主要规范标准《混凝土结构通用规范》GB55008-2021《工程结构通用规范》GB55001-2021《砌体结构通用规范》GB55007-2021《钢结构通用规范》GB55006-2021《建筑与市政工程抗震通用规范》GB55002-2021《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018《建筑结构荷载规范》GB50009-2012《混凝土结构设计标准》GB/T50010-2010（2024年版）《砌体结构设计规范》GB50003-2011《建筑抗震设计标准》GB/T50011-2010（2024年版）《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010《建筑结构制图标准》GB/T50105-2010《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001-2017G101系列标准图集22G101-1现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板22G101-2现浇混凝土板式楼梯22G101-3独立基础、条形基础、筏形基础、桩基础学习目标掌握三种结构基本构件的设计计算方法理解建筑结构基本概念、受力特点和构造要求能正确识读结构施工图，处理施工中一般结构问题具有爱岗敬业和"大国工匠"精神、严谨细致的职业素养注：学习中应自觉结合课程内容查阅有关标准和图集，以达到逐步熟悉并正确应用之目的。规范标准会随时间更新，学习时应注意使用最新版本。10建筑结构1.2"建筑结构"课程设置1.2小节小结一、课程定位与内容土建类专业的主干课程结构基本构件：材料性能、设计方法、计算与构造结构设计：非抗震设计与抗震设计，侧重概念与构造二、课程联系前导：建筑识图与构造、建筑力学后续：BIM应用技术、施工技术、计量与计价贯穿：结构施工图识读能力培养三、五种学习方法理论联系实际、联系其他课程综合分析问题、培养识图能力查阅规范标准图集四、学习目标掌握基本构件设计计算方法理解概念、受力特点与构造要求能识读结构施工图，培养工匠精神11建筑结构全章总结认知建筑结构1.1建筑结构基本概念1.2课程设置定义：房屋建筑中由若干构件组成的能承受"作用"的骨架体系组成：构件分类：水平构件、竖向构件、基础基本构件：受弯、受压、受拉、受扭分类：按材料：混凝土、砌体、钢、木结构按受力构造：混合、框架、剪力墙、框剪、筒体、其他课程定位：土建类专业主干课程内容体系：结构基本构件（材料、方法、计算、构造）结构设计（非抗震、抗震，侧重概念构造）学习方法：理论联系实际、课程联系、综合分析、识图、查规范核心目标：掌握构件设计、理解概念构造、识读施工图、培养工匠精神12模块一基本知识建筑结构思考与练习1-1什么是建筑结构？建筑结构的基本构件包括哪些？1-2根据结构所用材料不同，建筑结构可分为哪几种？各有何特点？1-3根据建筑结构的受力和构造特点，建筑结构可分为哪些结构形式？参考答案1-1建筑结构是指在房屋建筑中，由若干构件组成的能够承受"作用"的骨架体系。基本构件按受力特点分为受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件四类。1-2按材料分为四类：①混凝土结构——就地取材、耐火耐久、可模性好、整体性好，但自重大、抗裂性差；②砌体结构——就地取材、成本低、耐久耐腐，但自重大、施工慢；③钢结构——强度高、截面小、便于工业化施工，但易腐蚀、耐火差、价贵；④木结构——制作简单、自重轻，但易燃、易腐、易虫蛀。1-3按受力和构造特点分为：混合结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构，以及其他形式结构（钢-混凝土组合、排架、刚架、壳体、网架、悬索等）。13模块一基本知识建筑结构感谢观看模块一基本知识项目1认知建筑结构高职高专建筑工程技术专业建筑结构BuildingStructure——项目化教学配套课件——混凝土结构·砌体结构·钢结构建筑结构教材编写组项目2掌握建筑结构设计原则与抗震要求模块一基本知识目录2.1结构上的作用、作用效应和结构抗力2.1.1结构上的作用2.1.2作用效应2.1.3结构抗力2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.1结构的设计使用年限2.2.2结构的功能要求2.2.3结构极限状态的定义与分类2.2.4承载能力极限状态设计2.2.5正常使用极限状态设计2.2.6材料强度和荷载的取值2.3建筑抗震设计基本原则2.3.1地震的相关概念2.3.2建筑抗震的基本要求三维学习目标知识目标掌握荷载的分类、结构的功能要求和结构功能极限状态理解荷载代表值、极限状态表达式了解建筑抗震设防类别和抗震设防目标能力目标能够确定永久荷载、可变荷载的代表值能够运用极限状态设计方法进行荷载效应组合计算能够识别建筑抗震设防类别并理解相应设防标准素养目标通过结构大师罗伯特·马亚尔故事介绍，感受榜样的力量，向榜样看齐通过掌握建筑结构设计方法，培养细心、专心的治学态度建立"安全第一、精准设计"的工程思维育人导航·ENGINEER'SSPIRIT罗伯特·马亚尔RobertMaillart(1872—1940)瑞士著名土木工程师·钢筋混凝土结构设计先驱主要成就与贡献发展钢筋混凝土拱桥设计理论，设计众多优美经济的桥梁代表作：萨尔基纳山谷桥（1930）、契那沃斯桥（1905）创新提出"空心箱形截面""三铰拱"等结构形式设计理念：经济性与美学价值统一，"既经济又美观"1894年毕业于苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）教育启示工程设计需要创新精神，不墨守成规深刻理解材料性能是创新的基础结构应兼具功能与美学价值"形式追随功能"的设计哲学名言"好的结构应该是既经济又美观的，经济性与美学并不矛盾，而是相辅相成。"242.1结构上的作用、作用效应和结构抗力ActionsonStructures,ActionEffectsandStructuralResistance2.1.1结构上的作用|2.1.2作用效应|2.1.3结构抗力建筑结构|2.1结构上的作用、作用效应和结构抗力2.1.1结构上的作用定义：结构产生各种效应的原因，统称为结构上的作用。一、直接作用指施加在结构上的集中力或分布力。举例：结构自重、楼面活荷载、设备自重等。直接作用的效应比较直观。二、间接作用指引起结构外加变形或约束变形的作用。举例：温度变化、混凝土收缩或徐变、地基变形、焊接变形、地震等。这类作用不是以直接施加在结构上的形式出现，但同样引起结构产生效应，其计算和效应一般比较复杂。图：结构上的荷载作用示意图1建筑结构|2.1结构上的作用、作用效应和结构抗力2.1.1结构上的作用——荷载的分类1.按随时间变异分类（1）永久荷载（恒载）在设计基准期内，其量值不随时间变化，或变化可忽略不计。例：结构自重、土压力、预应力等。（2）可变荷载（活载）在设计基准期内，其量值随时间变化，且变化不可忽略。例：楼（屋）面活荷载、雪荷载、风荷载、起重机荷载等。（3）偶然荷载在设计基准期内可能出现，也可能不出现，一旦出现量值很大且持续时间很短。例：爆炸力、撞击力等。2.按随空间位置变异分类（1）固定荷载在结构空间位置上具有固定分布的荷载。例：结构自重、楼面上的固定设备荷载等。（2）自由荷载在结构上的一定范围内可以任意分布的荷载。例：民用建筑楼面上的活荷载、工业建筑中的起重机荷载等。3.按结构动力反应分类（1）静态荷载对结构或构件不产生加速度，或产生的加速度很小可忽略不计的荷载。例：结构自重、楼面活荷载等。（2）动态荷载对结构或构件产生不可忽略的加速度的荷载。例：起重机荷载、地震作用、作用在高层建筑上的风荷载等。2建筑结构|2.1结构上的作用、作用效应和结构抗力2.1.1结构上的作用——荷载代表值与分项系数一、荷载的代表值1.荷载标准值在设计基准期内，正常情况下可能出现的最大荷载值。如住宅楼面均布活荷载规定为2.0kN/m²。2.荷载组合值两种或两种以上可变荷载同时作用时，考虑到同时达到最大值的可能性较小，采用组合值（可变荷载乘以组合值系数）。3.荷载频遇值在设计基准期内，超越的总时间为规定较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。4.荷载准永久值在设计基准期内，超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。准永久值系数恒小于1.0。二、荷载分项系数作用类型对结构不利对结构有利永久作用≥1.3≤1.0预应力≥1.3≤1.0工业房屋楼面活荷载(>4kN/m²)≥1.40其他可变作用≥1.50三、荷载设计值荷载设计值等于荷载代表值乘以荷载分项系数。按承载能力极限状态计算荷载效应时，需考虑荷载分项系数；按正常使用极限状态计算时（短期效应组合、长期效应组合），可靠度要求可适当放松，因此不考虑分项系数，即分项系数为1.0。3建筑结构|2.1结构上的作用、作用效应和结构抗力2.1.2作用效应定义：作用在结构上的直接作用或间接作用，将引起结构或结构构件产生内力和变形，这些内力和变形总称为作用效应。内力包括：轴力、弯矩、剪力、扭矩等。变形包括：挠度、转角、侧移、裂缝等。举例（简支梁均布荷载q）：跨中弯矩M=1/8ql₀²支座边剪力V=1/2ql₀跨中挠度=5ql₀⁴/(384B)由直接作用产生的作用效应称为荷载效应。因作用和作用效应之间存在因果关系，故作用效应也具有随机性。作用效应可通过材料力学或结构力学方法计算得出。图：梁的弯曲变形与内力示意图2.1.3结构抗力定义：结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度等。影响因素：构件截面尺寸、混凝土强度等级、钢筋种类、配筋数量及方式等。4建筑结构|2.1结构上的作用、作用效应和结构抗力2.1小节小结结构上的作用直接作用（荷载）：集中力或分布力，如自重、活荷载间接作用：引起变形，如温度变化、收缩、地震荷载分类：永久荷载、可变荷载、偶然荷载代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久值作用效应与结构抗力作用效应：作用引起的内力（轴力、弯矩、剪力）和变形（挠度、裂缝）荷载效应：由直接作用产生的作用效应作用效应具有随机性结构抗力：结构承受作用效应的能力，取决于截面尺寸、材料强度、配筋核心关系结构设计的本质是处理"作用效应"与"结构抗力"之间的关系：荷载设计值=荷载代表值×荷载分项系数（永久荷载不利时取1.3，可变荷载不利时取1.5）设计要求：结构抗力≥作用效应，确保结构安全可靠。52.2建筑结构概率极限状态设计方法ProbabilisticLimitStateDesignMethodforBuildingStructures2.2.1设计使用年限|2.2.2功能要求|2.2.3极限状态定义与分类2.2.4承载能力极限状态设计|2.2.5正常使用极限状态设计|2.2.6材料强度与荷载取值建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.1结构的设计使用年限结构的设计应根据工程的使用功能、建造和使用维护成本以及环境影响等因素规定设计工作年限。房屋建筑的结构设计工作年限不应低于表2-1的规定。表2-1房屋建筑的结构设计工作年限相关规定1.附属设施设计年限结构的防水层、电气和管道等附属设施的设计工作年限，应根据主体结构的设计工作年限和附属设施的材料、构造和使用要求等因素确定。2.不一致时的标明要求结构部件与结构的安全等级不一致或设计工作年限不一致的，应在设计文件中明确标明。3.设计基准期我国结构所采用的设计基准期为50年。设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一规定时期内，房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需要进行大修就能按其预定目的使用。6建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.2结构的功能要求结构的设计、施工和维护应使结构在规定的设计使用年限内以规定的可靠度满足规定的各项功能要求，包括：承受施工和使用期间的各种作用、保持良好使用性能、具有足够耐久性能、火灾时保持承载力、偶然事件时保持整体稳固性防止连续倒塌。安全性在正常施工和正常使用条件下，结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏。在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。举例：厂房结构平时受自重、起重机、风和积雪等荷载作用时均应坚固不坏；遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时，容许有局部损伤，但应保持整体稳定而不发生倒塌。适用性在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。举例：起重机梁变形过大会使起重机无法正常运行；水池出现裂缝不能蓄水等，都会影响正常使用。需要对变形、裂缝等进行必要的控制。耐久性在正常维护的条件下，结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求，即应具有足够的耐久性。举例：结构材料不致出现影响功能的损坏；钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。安全性、适用性和耐久性统称为结构的可靠性——结构在规定时间内、规定条件下，完成预定功能的能力7建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.3结构极限状态的定义与分类定义：整个结构或结构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，此特定状态为该功能的极限状态。极限状态实质上就是结构可靠（有效）或不可靠（失效）的界限。《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068—2018）将极限状态分为三类：承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态，关系到安全性。判定标志：①构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载②整个结构或其一部分作为刚体失去平衡③结构转变为机动体系④结构或构件丧失稳定⑤结构因局部破坏而发生连续倒塌⑥地基丧失承载力而破坏⑦结构或构件的疲劳破坏正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用的某项规定限值的状态，关系到适用性。判定标志：①影响正常使用或外观的变形②影响正常使用的局部损坏③影响正常使用的振动④影响正常使用的其他特定状态耐久性极限状态对应于结构或构件在环境影响下出现的劣化达到耐久性能的某项规定限值或标志的状态，关系到耐久性。判定标志：①影响承载能力和正常使用的材料性能劣化②影响耐久性能的裂缝、变形、缺口、外观及材料削弱等③影响耐久性能的其他特定状态8建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.4承载能力极限状态设计——基本规定与设计表达式一、作用组合的规定持久设计状况和短暂设计状况→采用基本组合偶然设计状况→采用偶然组合地震设计状况→采用地震组合作用组合应为可能同时出现的作用的组合每个组合中应包括一个主导可变作用，或一个偶然作用，或一个地震作用永久作用的有利部分和不利部分应分别作为单独作用考虑二、承载能力极限状态设计表达式γ₀Sd≤Rd(2-1)γ₀——结构重要参数：一级≥1.1，二级≥1.0，三级≥0.9；偶然和地震状况取1.0Sd——荷载效应组合的设计值，按基本组合或地震组合计算Rd

——结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规范确定图：结构承载能力极限状态示意图设计含义：承载能力极限状态设计的核心是保证结构的荷载效应（内力）不超过结构的抗力（承载力）。通过引入结构重要参数γ₀和荷载分项系数，确保结构具有足够的安全储备。安全等级越高，γ₀越大，安全储备越高。9建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.4承载能力极限状态设计——荷载效应组合1.荷载基本组合的效应设计值S_dGik

——第i个永久作用的标准值；Q1k

——第1个可变荷载（主导可变荷载）的标准值；Qjk——第j个可变荷载的标准值；P——预应力作用的有关代表值γGi——第i个永久作用的分项系数；γL1,γLj

——第1个和第j个考虑结构设计工作年限的荷载调整系数（50/100年时分别为0.9/1.0/1.1）γQ1,γQj

——第1个和第j个可变作用的分析系数；γp——预应力作用的分析系数；ψcj——第j个可变作用的组合值系数2.荷载偶然组合的效应设计值S_dAd

——偶然作用的代表值；ψf1——第1个可变作用的频遇值系数；ψq1,ψqj——第1个和第j个可变作用的准永久值系数3.地震组合：应符合结构抗震设计的规定。地震设计状况下应按作用的地震组合计算荷载效应组合的设计值。10建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.5正常使用极限状态设计——验算内容与设计表达式一、正常使用极限状态验算内容混凝土结构构件应根据使用功能及外观要求，按下列规定验算：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，应进行混凝土受拉应力验算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二、正常使用极限状态设计表达式Sd≤C(2-4)Sd——正常使用极限状态的荷载组合效应值C——结构构件达到正常使用要求所规定的变形、应力、裂缝宽度等的限值应分别按荷载的准永久组合、标准组合并考虑长期作用的影响进行验算图：结构正常使用极限状态（变形与裂缝）示意图三、正常使用与承载能力极限状态的区别承载能力极限状态：关系到结构安全，超过后结构破坏或倒塌，验算时考虑荷载分项系数，可靠度要求高。正常使用极限状态：关系到使用功能，超过后结构虽不倒塌但影响正常使用（变形过大、裂缝过宽），验算时不考虑荷载分项系数（取1.0），可靠度要求可适当放松。11建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.5正常使用极限状态设计——荷载组合标准组合(2-5)主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况。当式(2-2)的荷载分项系数与设计使用年限的调整系数均取为1.0时，即得式(2-5)。频遇组合(2-6)对可变荷载而言，荷载频遇值指在设计基准期内其超越的总时间为规定的较小比率或超越概率为规定概率的荷载值。准永久组合(2-7)荷载准永久值反映可变荷载的一种状态，按照在设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值为0.5来确定。12建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.5正常使用极限状态设计——裂缝控制与挠度验算一、裂缝控制验算裂缝控制等级共分为三级：一级：严格要求不出现裂缝，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力二级：一般要求不出现裂缝，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于轴心抗拉强度标准值三级：允许出现裂缝，最大裂缝宽度不应超过表2-2规定的限值二、受弯构件的挠度验算计算受弯构件的最大挠度时，应按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用的影响，其计算值不应超过表2-3规定的挠度限值。13建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2.6按极限状态设计时材料强度和荷载的取值一、材料强度标准值材料强度标准值是结构设计时所采用的材料强度的基本代表值，也是生产中控制材料性能质量的主要指标。系按标准试验方法测得的具有不小于95%保证率的强度值。fk=fm−1.645σ(2-8)fk,fm——材料强度的标准值和平均值；σ——材料强度的均方差二、材料强度设计值由强度标准值除以相应的材料分项系数确定。fd=fk/γd(2-9)fd——材料强度设计值；γd——材料分项系数材料分项系数及其强度设计值主要通过对可靠指标的分析及工程经验标准确定。三、荷载代表值荷载代表值是设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，主要包括：1.荷载标准值荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值。结构自重可根据设计尺寸和材料重度确定；可变荷载取某一分位值作为代表值。2.荷载组合值使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值。3.荷载准永久值在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。4.荷载频遇值在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。14建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法例题2-1屋面梁跨中弯矩荷载效应组合计算（题目）解题思路：本题需分别计算三种荷载效应组合：①基本组合（考虑分项系数）；②标准组合（分项系数取1.0）；③准永久组合（可变荷载取准永久值）。关键是正确识别主导可变荷载并套用对应公式。15建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法例题2-1屋面梁跨中弯矩荷载效应组合计算（解答）16建筑结构|2.2建筑结构概率极限状态设计方法2.2小节小结基本概念设计使用年限：临时5年/普通50年/重要100年功能要求：安全性、适用性、耐久性（可靠性）极限状态：承载能力、正常使用、耐久性承载能力极限状态设计表达式：γ₀Sd≤Rd作用组合：基本组合、偶然组合、地震组合考虑荷载分项系数，可靠度要求高关系到结构安全，超过后结构破坏正常使用极限状态设计表达式：Sd≤C荷载组合：标准组合、频遇组合、准永久组合不考虑分项系数（取1.0）验算内容：变形、裂缝、自振频率材料强度与荷载取值材料强度标准值：f_k=f_m−1.645σ（具有95%保证率）材料强度设计值：f_d=f_k/γ_d（标准值除以材料分项系数）荷载代表值：标准值（基本代表值）、组合值（多荷载同时作用）、频遇值（超越时间较小比率）、准永久值（超越时间约设计基准期一半）核心关系：承载能力极限状态考虑分项系数，安全储备高；正常使用极限状态不考虑分项系数，可靠度要求适当放松。172.3建筑抗震设计基本原则BasicPrinciplesofBuildingSeismicDesign2.3.1地震的相关概念|2.3.2建筑抗震的基本要求建筑结构|2.3建筑抗震设计基本原则2.3.1地震的相关概念——地震与地震波一、地震的定义地震（通常又称地动）是指岩石圈的振动。一次强烈地震过后往往伴随着一系列较小的地震，称为余震。地震发生时会产生地震波，地震波是由于震源的岩石破裂而产生的弹性波，分为体波和面波，体波又分为横波（P波）和纵波（S波）。横波（P波）：传播速度2.0~5km/s，引起地面水平振动，是造成建筑物破坏的主要原因。纵波（S波）：传播速度3.5~10km/s，引起地面上下振动。纵波先到达地表，人先感觉到上下振动，但衰减比横波快，离震中较远的地方只感觉到水平振动。相关概念：震源→地震波产生的地方震中→震源在地面上的垂直投影，震动最强烈、破坏最严重震源深度→震中到震源的深度震中距→观测点到震中的距离图：地震构造与震源、震中示意图二、震级与烈度震级：地震强度大小的度量，根据释放能量划分，采用里氏震级。每增强一级，能量约增加31倍。<2.5级：微震；2.5~5.0级：有感地震；>5.0级：破坏性地震。烈度：地震对地面及建筑物造成的破坏程度，分为1~12度，5度以上才会造成破坏。一次地震震级只有一个，但烈度因观测点不同而不同。18建筑结构|2.3建筑抗震设计基本原则2.3.1地震的相关概念——设防烈度与地震分类一、基本烈度、设防烈度与地震区划基本烈度：一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般场地条件下，可能遭遇到的超越概率为10%的地震烈度值，是抗震设防的依据。设防烈度：按国家规定权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况下取基本烈度。地震区划：根据地质构造、历史地震规律、强震观测资料，采用地震危险性分析方法，计算各地区未来一定时段内某烈度的超越概率，将国土划分为不同基本烈度覆盖的区域。二、地震的分类（按成因）构造地震：主要的破坏地震，地壳运动引起岩层断裂错动而发生。火山地震：火山活动时岩浆喷发冲击或热力作用引起。陷落地震：地下水溶解岩石或地下采矿形成空洞，造成地层塌陷，约占总数3%。诱发地震：特定地区因外界因素诱发，如水库蓄水、油井灌水等。此外还有人工地震（开山、开矿、爆破等引起）。三、地震的分类（按震源深度）浅源地震：震源深度小于70km中源地震：震源深度70~300km深源地震：震源深度大于300km一般来说，震源越浅，地震的破坏性越大。破坏性最大的地震一般是浅源地震，震源深度一般不超过20km。知识要点基本烈度是抗震设防的依据，超越概率10%（50年）设防烈度一般取基本烈度构造地震是最主要的破坏地震震源越浅，破坏性越大19建筑结构|2.3建筑抗震设计基本原则2.3.2建筑抗震的基本要求——设防目标与设防类别一、抗震设防目标我国抗震设防目标概括为"三水准"：第一水准（小震不坏）：遭遇低于设防烈度的多遇地震时，主体结构不受损坏或不需修理即可继续使用。第二水准（中震可修）：遭遇相当于设防烈度的地震时，可能损坏，经一般性修理仍可继续使用。第三水准（大震不倒）：遭遇高于设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。二、抗震设计的两个方面1.作用-抗力计算：计算地震对建筑物的作用、产生的效应，并将此效应与其他作用效应进行组合来设计建筑结构抗力（包括截面尺寸、配筋、构件节点等）。2.抗震措施：除作用-抗力计算以外的抗震设计内容，主要是从工程经验来加强抗震构造措施。本教材主要涉及抗震措施方面的内容。三、抗震设防类别（按重要性）甲类（特殊设防类）：涉及国家公共安全的重大建筑工程和可能发生严重次生灾害的建筑。乙类（重点设防类）：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线建筑，以及可能导致大量人员伤亡的建筑。丙类（标准设防类）：大量的除甲、乙、丁类以外按标准要求设防的建筑。丁类（适度设防类）：使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许适度降低要求的建筑。20建筑结构|2.3建筑抗震设计基本原则2.3.2建筑抗震的基本要求——抗震设防标准设防类别简称抗震措施地震作用特殊设防类甲类按高于本地区设防烈度一度的要求加强；9度时按比9度更高的要求采取按批准的地震安全性评价结果且高于本地区设防烈度的要求确定重点设防类乙类按高于本地区设防烈度一度的要求加强；9度时按比9度更高的要求采取；地基基础抗震措施应符合有关规定按本地区抗震设防烈度确定标准设防类丙类按本地区抗震设防烈度确定，达到遭遇罕遇地震时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的设防目标按本地区抗震设防烈度确定适度设防类丁类允许按本地区设防烈度要求适当降低；但6度时不应降低一般情况下，仍按本地区抗震设防烈度确定规范依据：《建筑抗震设计标准》（GB/T50011—2010）（2024年版）。抗震设防标准根据建筑使用功能的重要性分类确定，甲类要求最高，丁类可适当降低。21建筑结构|2.3建筑抗震设计基本原则2.3小节小结地震的相关概念地震是岩石圈的振动，地震波分为体波（横波P、纵波S）和面波横波引起水平振动，是建筑物破坏的主要原因震级表示地震强度（里氏震级），一次地震只有一个震级烈度表示破坏程度（1~12度），因观测点不同而不同基本烈度：50年超越概率10%，是抗震设防依据建筑抗震的基本要求抗震设防目标：小震不坏、中震可修、大震不倒抗震设计分为作用-抗力计算和抗震措施两方面抗震设防类别：甲类（特殊）、乙类（重点）、丙类（标准）、丁类（适度）甲、乙类抗震措施提高一度，丙类按本地区烈度，丁类可适当降低震源越浅，地震破坏性越大；构造地震是主要破坏地震核心要点建筑抗震设计的核心是贯彻"三水准"设防目标：小震不坏、中震可修、大震不倒。设计时应根据建筑使用功能的重要性正确选择抗震设防类别（甲、乙、丙、丁），并按相应标准确定抗震措施和地震作用。抗震构造措施是提高建筑抗震能力的重要手段，包括合理的结构布置、增强节点连接、设置抗震缝等。22建筑结构|项目2建筑结构设计基本原则全章总结——知识框架与核心要点2.1建筑结构基本概念建筑结构：承受各种作用的受力骨架按材料：砌体、混凝土、钢、木结构按承重体系：混合、框架、剪力墙、框剪、筒体功能要求：安全性、适用性、耐久性2.2概率极限状态设计设计使用年限：5年/50年/100年极限状态：承载能力、正常使用、耐久性承载能力：γ₀Sd≤Rd（基本/偶然/地震组合）正常使用：Sd

≤C（标准/频遇/准永久组合）材料强度：标准值fk，设计值fd=fk/γd2.3抗震设计基本原则地震：岩石圈振动，横波致破坏为主震级（强度）vs烈度（破坏程度）基本烈度：50年超越概率10%设防目标：小震不坏、中震可修、大震不倒设防类别：甲、乙、丙、丁四类核心公式与要点回顾1.承载能力极限状态：γ₀Sd≤Rd——考虑荷载分项系数，安全储备高，关系到结构安全。2.正常使用极限状态：Sd≤C（——不考虑分项系数，验算变形、裂缝、自振频率，保证适用性。3.材料强度标准值：fk=fm−1.645σ（95%保证率）；设计值fd=fk/γd。4.抗震设防三水准：小震不坏（多遇地震）、中震可修（设防烈度）、大震不倒（罕遇地震）。5.荷载代表值：标准值（基本）、组合值（多荷载同时）、频遇值（超越时间小比率）、准永久值（超越时间约一半）。23建筑结构|项目2建筑结构设计基本原则复习思考题第一部分：结构设计基本概念2-1什么是设计使用年限？我国是如何划分设计使用年限的？2-2结构在规定的设计使用年限内，应满足哪些功能要求？2-3什么是极限状态？极限状态包括哪几类？2-4什么是承载能力极限状态？在何种情况下可认为超过了承载能力极限状态？2-5什么是正常使用极限状态？在何种情况下可认为超过了正常使用极限状态？第二部分：抗震设计基本概念2-6解释震级与烈度的含义，并说明两者的异同。2-7解释基本烈度与设防烈度的含义。2-8我国抗震设防的目标是什么？2-9建筑抗震设防类别根据其使用功能的重要性分为哪几个类别？25建筑结构|项目2建筑结构设计基本原则参考答案2-1设计使用年限是设计规定的时期，在此时期内房屋建筑在正常设计、施工、使用和维护下不需大修即可按预定目的使用。我国划分为四类：临时性结构5年，易于替换构件25年，普通房屋50年，纪念性及特别重要建筑100年。2-2应满足三项功能要求：①安全性——承受各种作用，偶然事件后保持整体稳定；②适用性——正常使用时具有良好工作性能，无过大变形、裂缝；③耐久性——正常维护下具有足够耐久性能。三项统称为结构的可靠性。2-3整个结构或其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，此特定状态称为极限状态，是结构可靠与不可靠的界限。包括三类：①承载能力极限状态；②正常使用极限状态；③耐久性极限状态。2-4承载能力极限状态指结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。出现下列情况之一即超过：①整体或部分作为刚体失去平衡；②构件或连接因超强度破坏或过度变形；③结构转变为机动体系；④丧失稳定；⑤地基丧失承载力。2-5正常使用极限状态指结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。出现下列情况之一即超过：①影响正常使用或外观的变形；②影响正常使用或耐久性能的局部损坏（含裂缝）；③影响正常使用的振动；④影响正常使用的其他特定状态。2-6震级是地震强度大小的度量，根据释放能量划分，采用里氏震级，每增一级能量约增31倍，一次地震只有一个震级。烈度是地震对地面及建筑物造成的破坏程度，分1~12度，5度以上才造成破坏，同一地震不同地点烈度不同。相同点：均为衡量地震的标准；不同点：震级反映地震本身强度（唯一），烈度反映破坏程度（因地而异）。2-7基本烈度是一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般场地条件下，可能遭遇到的超越概率为10%的地震烈度值，是抗震设防的依据。设防烈度是按国家规定权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况下取基本烈度。2-8我国抗震设防目标概括为"三水准"：①小震不坏——遭受低于设防烈度的多遇地震时，主体结构不受损坏或不需修理即可继续使用；②中震可修——遭受相当于设防烈度的地震时，可能损坏，经一般性修理仍可继续使用；③大震不倒——遭受高于设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。2-9根据使用功能重要性分为四类：①特殊设防类（甲类）——涉及国家公共安全的重大工程和可能发生严重次生灾害的建筑；②重点设防类（乙类）——使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线建筑，及可能导致大量人员伤亡的建筑；③标准设防类（丙类）——大量的按标准要求设防的建筑；④适度设防类（丁类）——人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许适度降低要求的建筑。26建筑结构感谢观看模块一基本知识项目2掌握建筑结构设计原则与抗震要求高职高专建筑工程技术专业建筑结构BuildingStructure——项目化教学配套课件——混凝土结构·砌体结构·钢结构建筑结构教材编写组

项目3选用钢筋混凝土结构材料

模块二钢筋混凝土结构

目录CONTENTS

3.1钢筋钢筋的品种（热轧/冷加工/热处理/钢丝）·钢筋的力学性能（屈服点/塑性/弹性模量）·钢筋的选用

3.2混凝土混凝土强度（立方体/轴心抗压/轴心抗拉）·混凝土变形（短期荷载/徐变/收缩）·强度等级选用

3.3钢筋与混凝土的黏结黏结作用（化学胶结力/摩擦力/机械咬合力）·构造措施（锚固长度/钢筋连接/保护层）03选用钢筋混凝土结构材料钢筋性能·混凝土特性·协同工作原理1建筑结构·项目3选用钢筋混凝土结构材料学习目标知识目标•理解钢筋和混凝土的主要力学性能•了解混凝土徐变、收缩性能及其影响•理解保证钢筋和混凝土黏结作用的构造措施能力目标•能正确合理地选择钢筋和混凝土材料•能查阅规范确定材料强度设计值•能根据构造要求确定锚固与搭接长度素养目标•强化"质量第一，安全为本"的职业责任感•认识材料质量对结构安全的决定性作用•培养严谨求实的工程态度模块概述本项目是钢筋混凝土结构的核心基础，聚焦钢筋与混凝土的性能及协同工作原理。通过学习本项目，可系统了解钢筋的品种、力学性能，掌握混凝土强度等级、受力与变形特性，理解二者黏结的关键条件。通过掌握材料适配原则，培养精准选材的职业能力，为后续构件设计、配筋计算筑牢坚实的材料知识根基。2建筑结构·项目3选用钢筋混凝土结构材料工程导入：港珠澳大桥与大国工匠港珠澳大桥全长55千米，有15千米为全钢结构钢箱梁，海底沉管隧道长6.7千米，最深处在海底48米处，创造了多项"世界第一"。大桥采用世界首创的深插式钢圆筒快速成岛技术，用120个巨型钢筒直接固定在海床上，每个圆钢筒直径22.5米，高度55米，相当于18层楼。由33节巨型沉管组成的沉管隧道是目前世界最长的海底深埋沉管隧道，每一次沉管对接犹如"海底穿针"。思考：港珠澳大桥使用了哪些结构材料？钢筋和混凝土为什么能共同工作？材料的力学性能对工程安全有什么影响？中国建设者勇于挑战、攻坚克难，获得1000多项专利，充分体现了中华民族逢山开路、遇水搭桥的奋斗精神和追求卓越的工匠精神。3建筑结构·3.1钢筋3.1.1钢筋的品种—热轧钢筋钢筋按生产加工工艺和力学性能的不同，可分为热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋和钢丝。热轧钢筋是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成的。热轧钢筋级别与符号•HPB300：强度级别300MPa的普通热轧光圆钢筋，规格限于直径6~14mm•HRB400/HRBF400/RRB400：强度级别400MPa—HRB：普通热轧带肋钢筋—HRBF：细晶粒热轧带肋钢筋—RRB：余热处理带肋钢筋（热轧后穿水冷却，利用芯部余热回火）•HRB500/HRBF500：强度级别500MPa的高强钢筋提示：钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构对钢筋的要求是：具有较高的强度、较好的塑性变形能力、良好的加工工艺性能、与混凝土有较高的黏结力。4建筑结构·3.1钢筋3.1.1钢筋的品种—冷加工、热处理与钢丝冷加工钢筋冷拉钢筋：常温下强力拉伸超过屈服强度，提高屈服强度，塑性下降；只能提高抗拉强度，需焊接的钢筋应先焊后冷拉。冷拔钢筋：通过硬质合金冷拔模强行冷拔，抗拉抗压强度均大幅提高，塑性显著降低，主要作预应力筋。冷轧带肋钢筋：常温轧制表面带肋纹，CRB550用于板梁柱箍筋，CRB650/800/970用于中小型预应力构件。热处理钢筋与钢丝热处理钢筋：热轧钢筋经加热、淬火、回火调制处理，强度大幅提高，塑性降低不多。属无明显屈服点钢筋，有40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr三种类型。钢丝：包括中强度预应力钢丝、消除应力钢丝及钢绞线。强度较高，塑性较差，无明显屈服点，一般用于预应力混凝土结构。规律总结：钢筋经过冷加工，内部组织晶格发生变化，从而提高屈服强度和极限强度，同时塑性有所降低。冷拉只能提高抗拉强度，不能提高抗压强度；需要焊接的钢筋应先焊接后再冷拉。钢筋的选用原则•纵向受力普通钢筋可采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500、RRB400、HPB300；梁柱斜撑宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500•箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500；预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋5建筑结构·3.1钢筋3.1.2钢筋的力学性能—有明显屈服点钢筋图3-2有明显屈服点的钢筋的σ-ε曲线σ-ε曲线的四个阶段①弹性阶段（Oa段）：应力与应变成正比，a点对应比例极限，材料处于弹性状态。②屈服阶段（bc段）：应力达到b点后，应力不增大应变继续增大，产生纯塑性变形。b点应力为屈服强度，bc段为"屈服台阶"。③强化阶段（cd段）：过c点后应力应变重新上升，至d点达到极限抗拉强度。④破坏阶段（de段）：过d点后试件出现颈缩而断裂，e点应变为伸长率，是衡量塑性的重要指标。设计依据：钢筋混凝土结构设计中取钢筋的屈服强度作为强度计算依据。因为钢筋达到屈服强度后，在应力保持不变时产生持续塑性变形，构件可能在钢筋未进入强化阶段前就已破坏或产生过大变形及裂缝。6建筑结构·3.1钢筋3.1.2钢筋力学性能—无屈服点钢筋、塑性与弹性模量图3-3无明显屈服点钢筋的σ-ε曲线无明显屈服点的钢筋应力超过比例极限后，应力应变持续增大直至极限抗拉强度，无明显流幅。强度较高，塑性较差。设计中取残余应变0.2%对应的应力作为条件屈服强度σ₀.₂，规范规定σ₀.₂=0.85σb（σb为极限抗拉强度）。钢筋的塑性指标断后伸长率：越大塑性越好，但只能反映颈缩区域残余变形，不同标距结果不一致。冷弯性能：钢筋绕弯芯弯曲到规定角度无裂纹、断裂及起层则合格。弯芯直径越小、弯转角越大，塑性越好。最大力总延伸率δgt：规范参考国际标准列入，以提高结构变形能力和抗震性能。钢筋的弹性模量与强度取值•弹性模量Es取比例极限应力与应变的比值，各种钢筋受拉和受压时弹性模量相同，具体数值见附表A-7。•普通钢筋强度标准值、设计值见附表A-4；横向钢筋抗拉强度设计值fyv按表中fy采用，用作受剪、受扭、受冲切计算时若大于360N/mm²应取360N/mm²。•预应力钢筋强度标准值、设计值见附表A-5；普通钢筋及预应力钢筋最大力总伸长率限值见附表A-6。7建筑结构·3.1钢筋3.1小节小结钢筋的品种•热轧钢筋：HPB300、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500•冷加工钢筋：冷拉、冷拔、冷轧带肋（提高强度，降低塑性）•热处理钢筋：淬火回火，无明显屈服点•钢丝：预应力钢丝、钢绞线，用于预应力结构钢筋的力学性能•有明显屈服点：弹性→屈服→强化→破坏四阶段•设计取屈服强度作为计算依据•无明显屈服点：取条件屈服强度σ₀.₂=0.85σb•塑性指标：伸长率、冷弯性能、最大力总延伸率核心要点1.钢筋按加工工艺分为热轧、冷加工、热处理和钢丝四大类，HRB400/HRB500是目前主力钢筋。2.有明显屈服点钢筋的σ-ε曲线分为四个阶段，屈服强度是结构设计的强度依据。3.钢筋既要有足够强度，也要有良好塑性，塑性用伸长率和冷弯性能衡量。4.纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB500等带肋钢筋，预应力筋宜采用钢丝、钢绞线。8建筑结构·3.2混凝土3.2混凝土混凝土强度·混凝土变形·材料选用混凝土是由水泥、砂、石和水按一定比例拌合，经硬化形成的人造石材。本节将学习：•3.2.1混凝土强度（立方体抗压、轴心抗压、轴心抗拉）•3.2.2混凝土变形（受力变形、徐变、收缩）9建筑结构·3.2混凝土3.2.1混凝土强度—立方体抗压强度与强度等级混凝土立方体抗压强度试验立方体抗压强度标准值fcu,k按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值。尺寸效应换算：fcu,k(150)=0.95fcu,k(100)=1.05fcu,k(200)混凝土强度等级（13个等级）C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80C代表混凝土，数字表示立方体抗压强度标准值（N/mm²）。如C30表示fcu,k=30N/mm²。C50~C80属高强混凝土。《混凝土结构通用规范》GB55008—2021最低强度等级要求•素混凝土结构构件≥C20；钢筋混凝土结构构件≥C25•预应力混凝土楼板≥C30；其他预应力混凝土构件≥C40•承受重复荷载的钢筋混凝土构件≥C30；抗震等级不低于二级的构件≥C30•采用500MPa及以上等级钢筋的构件≥C3010建筑结构·3.2混凝土3.2.1混凝土强度—轴心抗压与轴心抗拉强度轴心抗压强度标准值fck采用150mm×150mm×300mm棱柱体标准试件，h/b>3时强度趋于稳定。具有95%保证率的轴心抗压强度。αc1：棱柱体与立方体强度比，混凝土强度等级≤C50取0.76，C80取0.82，中间线性内插αc2：混凝土脆性折减系数，混凝土强度等级≤C40取1.0，C80取0.87，中间线性内插轴心抗拉强度标准值ftk采用圆柱体或立方体劈裂试验间接测定。混凝土抗拉强度远低于抗压强度。δ：混凝土立方体抗压强度变异系数强度设计值：混凝土的强度设计值由强度标准值除以混凝土材料分项系数γc确定，γc取为1.40，计算结果见附表A-2。注意：实际构件制作、养护和受力情况与试件存在差异，基于安全取偏低值。轴心抗压强度比立方体抗压强度更能反映实际受压构件性能。三种强度关系：立方体抗压强度fcu,k>轴心抗压强度fck>>轴心抗拉强度ftk混凝土是脆性材料，抗压能力强、抗拉能力弱（抗拉强度约为抗压强度的1/10~1/20），因此在结构中主要利用其抗压性能，抗拉由钢筋承担。11建筑结构·3.2混凝土3.2.2混凝土变形—短期荷载下的σ-ε曲线图3-4混凝土一次短期荷载下的σ-ε曲线混凝土变形的分类受力变形：一次短期荷载、重复荷载、长期荷载作用下的变形体积变形：化学收缩、干湿变形、温度变形（非荷载引起）σ-ε曲线的特征点Oa段（弹性阶段）：σ≤(0.3~0.4)fc，应力应变成正比，a点为比例极限点。ab段（弹塑性阶段）：曲线弯曲，应变增长快于应力，呈现塑性特征。bc段（裂缝发展阶段）：σ>0.8fc，内部微裂缝开展，新裂缝产生，塑性变形显著增大。c点（峰值点）：达到轴心抗压强度fc，峰值应变ε₀=0.002。ce段（下降段）：应力随应变增大而减小，e点为极限应变εcu=0.0033，混凝土破坏。12建筑结构·3.2混凝土3.2.2混凝土变形—变形模量与剪切模量图3-5混凝土的弹性模量和变形模量①弹性模量Ec（原点切线斜率）仅在σc≤0.3fc时存在，可通过附表A-3查得②变形模量E'c（割线模量，原点与c点连线斜率）E'c=υEc，υ为弹性系数，通常0.4~1.0，随应力增大而降低③切线模量E''c（σ-ε曲线上任一点切线斜率）是变量，随应力增大而减小剪切模量Gc：剪应力与剪应变的比值，公式3-6：Gc=0.4Ec混凝土是非弹性材料，应力-应变关系是曲线，不同应力阶段应力应变之比不是定值，因此有三种模量表示方法。13建筑结构·3.2混凝土3.2.2混凝土变形—长期荷载作用下的徐变混凝土梁长期荷载下徐变变形示意图徐变的定义混凝土在长期荷载作用下（应力不变），其应变随时间增长而继续增加的现象，称为混凝土的徐变。徐变先快后慢：最初6个月完成最终徐变量的70%~80%，12个月约完成90%，其余在后续几年逐渐完成。徐变产生的原因①水泥凝胶体在荷载作用下产生黏性流动，把压力逐渐转给骨料，使骨料压应力增大，试件变形增大。②混凝土内部微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加，使徐变增大。应力不大时以原因为主，应力较大时以原因为主。徐变的影响与影响因素不利影响：加大构件变形、引起截面应力重分布、预应力混凝土中引起预应力损失。有利影响：消除应力集中使应力均匀分布、消除大体积混凝土温度变形破坏应力。影响因素：水泥用量多/水灰比高→徐变大；骨料级配好/强度高→徐变小；养护好→徐变小；压应力大→徐变大；受力前强度高→徐变小。14建筑结构·3.2混凝土3.2.2混凝土变形—非荷载作用下的收缩混凝土干缩裂缝①化学收缩水泥水化生成物的体积比反应前物质总体积小，导致水化过程体积收缩。40d内增长较快，以后逐渐稳定。不可恢复，对结构无明显破坏，但可能产生微细裂缝。②湿胀干缩变形水中硬化体积微膨胀，干燥空气中硬化体积收缩。线收缩率为(1.5~2.0)×10⁻⁴，即0.15~0.20mm/m。湿胀量小无破坏作用；干缩危害大，可能使表面出现拉应力而开裂，严重影响耐久性。③温度变形热胀冷缩变形，温度线膨胀系数为(1.0~1.5)×10⁻⁵/℃，即温度变化1℃，变形0.01~0.015mm/m。大体积混凝土应降低发热量、加强保温；长结构应设温度伸缩缝、配置温度钢筋。减轻收缩的措施：①加强养护（保持潮湿环境）②减小水灰比③减少水泥用量④加强振捣（提高密实度）15建筑结构3.2混凝土3.2小节小结混凝土强度•立方体抗压强度fcu,k：150mm立方体，28d，95%保证率•强度等级：C20~C80共13级，C50以上为高强•轴心抗压fck=0.88αc1αc2fcu,k•轴心抗拉ftk远小于抗压，脆性材料•设计值=标准值/γc，γc=1.40混凝土变形•受力变形：短期σ-ε曲线（上升段+下降段）•三种模量：弹性Ec、变形E'c、切线E''c•剪切模量Gc=0.4Ec•徐变：长期荷载下应变随时间增长•收缩：化学收缩、干缩、温度变形核心要点1.混凝土强度等级由立方体抗压强度标准值确定，是选材和设计的基本依据。2.混凝土抗压能力强、抗拉能力弱，结构中主要利用其抗压性能，抗拉由钢筋承担。3.徐变和收缩是混凝土的重要变形特性，对结构变形、预应力损失和裂缝控制有显著影响。4.规范对不同结构构件规定了最低混凝土强度等级，选材时必须满足。16建筑结构·3.3钢筋与混凝土的黏结3.3钢筋与混凝土的黏结黏结作用·构造措施·锚固与搭接钢筋和混凝土是两种力学性能完全不同的材料，为什么能共同工作？①二者有大致相同的温度线膨胀系数（钢材1.2×10⁻⁵/℃）②钢筋与混凝土之间存在黏结作用本节将学习黏结力的组成和保证黏结的构造措施。17建筑结构·3.3钢筋与混凝土的黏结3.3.1黏结作用—钢筋混凝土共同工作的原因钢筋与混凝土黏结作用示意图钢筋混凝土结构构件中，钢筋和混凝土这两种力学性能完全不同的材料能在一起共同工作、共同变形，除了二者有大致相同的温度变形之外，主要是因为钢筋与混凝土之间存在着黏结作用。黏结力的三个组成部分①化学胶结力混凝土在结硬过程中，水泥胶体与钢筋间产生吸附胶结作用。混凝土强度等级越高，胶结力越大。②摩擦力混凝土的收缩使钢筋周围的混凝土握裹在钢筋上，当钢筋和混凝土之间出现相对滑动趋势时，接触面上产生摩擦力。③机械咬合力由于钢筋表面粗糙不平所产生的机械咬合作用。占总黏结力的50%以上，变形钢筋的机械咬合力远大于光面钢筋。18建筑结构·3.3钢筋与混凝土的黏结3.3.2构造措施—受力钢筋的锚固长度基本锚固长度lab（公式3-7）fy：钢筋抗拉强度设计值；ft：混凝土轴心抗拉强度设计值；d：钢筋公称直径；α：外形系数受拉钢筋锚固长度la（公式3-8）ζa：锚固长度修正系数，不应小于200mm；受压钢筋锚固≥受拉的70%表3-1锚固钢筋的外形系数α表3-2锚固长度修正系数ζa构造要求：•光圆钢筋末端应做180°弯钩，弯后平直段≥3d（受压时可不做）•保护层厚度≤5d时，锚固长度范围内应配横向构造钢筋•横向钢筋直径≥d/4，梁柱间距≤5d，板墙≤10d且≤100mm•受压钢筋不应采用末端弯钩和一侧贴焊锚筋19建筑结构·3.3钢筋与混凝土的黏结3.3.2构造措施—钢筋的可靠连接钢筋机械连接示意图钢筋连接的三种方式①绑扎搭接：轴心受拉及小偏心受拉构件不得采用；受拉钢筋直径≤25mm，受压≤28mm。②焊接连接：包括闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊等。③机械连接：套筒挤压连接、锥螺纹连接、直螺纹连接等，适用于大直径钢筋。纵向受拉钢筋搭接长度ll（公式3-9）不应小于300mm；受压搭接≥受拉的70%且≥200mm表3-3纵向受拉钢筋搭接长度修正系数ζl图3-6钢筋的搭接长度20建筑结构·3.3钢筋与混凝土的黏结3.3.2构造措施—保护层、钢筋选择与浇筑③保证保护层厚度和钢筋净距构件中受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于钢筋的公称直径，且应符合附表A-8的规定。足够的保护层厚度和钢筋间净距是保证黏结力传递的必要条件，同时保护钢筋不被锈蚀。④选择直径较小的钢筋及变形钢筋变形钢筋的黏结性能较好。在同样钢筋截面面积前提下，宜选择直径较小的钢筋及变形钢筋，以减小裂缝宽度。光面钢筋黏结性能差，除直径≤12mm的受压钢筋和焊接网/骨架中的光面钢筋外，末端均应做弯钩。⑤根据混凝土浇筑状况，进行分层浇筑及二次振捣钢筋与混凝土之间的黏结力还与混凝土的浇筑状况有关。在混凝土浇筑深度超过300mm的上部水平钢筋底面，由于混凝土的骨料下沉和气泡的逸出，形成一层强度较低的混凝土层，它将削弱钢筋与混凝土的黏结作用。因此，对截面高度较大的构件应分层浇筑并采用二次振捣，以保证钢筋与混凝土之间的良好黏结。保证黏结作用的五项构造措施总结：①受力钢筋应具有足够的锚固长度②保证钢筋可靠连接（绑扎/焊接/机械）③保证足够的保护层厚度和钢筋净距④选择直径较小的钢筋及变形钢筋⑤分层浇筑及二次振捣21建筑结构·3.3钢筋与混凝土的黏结3.3小节小结黏结作用的组成钢筋与混凝土共同工作的原因：①温度线膨胀系数相近②存在黏结作用黏结力三部分：•化学胶结力（水泥胶体吸附）•摩擦力（收缩握裹）•机械咬合力（占50%以上）保证黏结的构造措施①足够的锚固长度（lab、la）②可靠的钢筋连接（绑扎/焊接/机械）③足够的保护层厚度和净距④选择小直径变形钢筋⑤分层浇筑及二次振捣核心要点1.黏结作用是钢筋与混凝土共同工作的关键，机械咬合力是黏结力的主要组成部分。2.变形钢筋的黏结性能远优于光面钢筋，因此受力钢筋优先采用带肋钢筋。3.锚固长度和搭接长度是保证钢筋强度充分发挥的关键构造要求，必须按规范计算确定。4.保护层厚度不仅保护钢筋不锈蚀，也是保证黏结力传递的必要条件。22建筑结构·项目3选用钢筋混凝土结构材料全章知识框架与核心要点3.1钢筋品种：•热轧钢筋（HPB300/HRB400/HRB500等）•冷加工钢筋（冷拉/冷拔/冷轧带肋）•热处理钢筋•钢丝（预应力钢丝/钢绞线）力学性能：•有明显屈服点：四阶段σ-ε曲线•无明显屈服点：条件屈服强度•塑性指标：伸长率/冷弯/δgt•弹性模量Es选用：纵向受力宜用HRB400/5003.2混凝土强度：•立方体抗压fcu,k（150mm,28d,95%）•强度等级C20~C80（13级）•轴心抗压fck=0.88αc1αc2fcu,k•轴心抗拉ftk（远小于抗压）•设计值=标准值/1.40变形：•短期荷载σ-ε曲线（上升+下降）•三种模量：Ec/E'c/E''c•徐变：长期荷载应变增长•收缩：化学/干缩/温度变形3.3钢筋与混凝土黏结共同工作原因：•温度膨胀系数相近•黏结作用黏结力组成：•化学胶结力•摩擦力•机械咬合力（占50%+）构造措施：•锚固长度（lab/la）•钢筋连接（绑扎/焊接/机械）•保护层厚度与净距•小直径变形钢筋•分层浇筑二次振捣核心主线：材料性能→强度指标→变形特性→协同工作→构造保证23思考与练习3-1混凝土的强度指标有哪些？3-2混凝土的强度等级是如何划分的？解释C30的含义。3-3结构设计中，混凝土的强度等级如何选用？3-4混凝土的收缩和徐变有什么本质区别？影响因素有哪些？3-5减少混凝土收缩和徐变的方法有哪些？3-6热轧钢筋分为几个级别？分别用什么符号表示？3-7钢筋力学性能的指标有哪些？软钢为什么取屈服强度作为计算依据？3-8衡量钢筋塑性性能的指标有哪些？3-9钢筋与混凝土之间的黏结作用由哪几部分组成？3-10保证钢筋与混凝土之间黏结作用的措施有哪些？拓展实训1.查阅《混凝土结构设计标准》GB/T50010，确定HRB400钢筋和C30混凝土的强度设计值。2.某教学楼框架梁采用HRB400钢筋、C30混凝土，计算纵向受拉钢筋的基本锚固长度lab。3.实地观察校园建筑，识别钢筋混凝土结构中的受力钢筋、箍筋和保护层，分析其构造做法。4.调研当前高强钢筋（HRB500及以上）和高强混凝土（C60及以上）在工程中的应用情况。建筑结构·项目3选用钢筋混凝土结构材料24参考答案3-1立方体抗压强度标准值（fcu,k）、轴心抗压强度标准值（fck）、轴心抗拉强度标准值（ftk）3-2混凝土强度等级按按立方体抗压强度标准值的大小将混凝土分为13个强度等级，即C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。C30的含义：表示立方体抗压强度标准值为30N/mm²（即30MPa）的混凝土强度等级3-3根据《混凝土结构通用规范》（GB55008—20