混凝土結構設計原理第一頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論第1章緒論第二頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論§1.1混凝土結構的一般概念1.1.1混凝土結構的定義與分類混凝土是由水泥、砂子、粗骨料、添加劑及水按一定比例充分拌和，并在適當的溫度、濕度條件下，經一定時間養護硬化后所形成的“人工石材”。以混凝土為主要材料，并根據需要配置鋼筋、預應力筋、型鋼等鋼材所制成的構件，稱為混凝土構件；所組成的結構，稱之為混凝土結構。第三頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論混凝土結構的分類

混凝土結構可分為以下幾類：素混凝土結構：無鋼筋或不配置受力鋼筋的混凝土結構。鋼筋混凝土結構：配置受力的普通鋼筋、鋼筋網或鋼筋骨架的混凝土結構。第四頁，共六十二頁。型鋼混凝土結構（勁性鋼筋混凝土結構、鋼管混凝土）：配置受力的型鋼和鋼筋的混凝土結構。2022年12月8日第1章緒論預應力混凝土結構：配置預應力鋼筋和普通鋼筋，再經過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土結構。第五頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論素混凝土結構（PlainConcreteStructure)第六頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論毛石混凝土處理地基返回第七頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論基礎底板的鋼筋綁扎第八頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論鋼筋綁扎（承臺）第九頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論框架結構模板支撐情況第十頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論混凝土攪拌站混凝土攪拌機

第十一頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論混凝土運輸車第十二頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論泵送混凝土現場第十三頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論Putzmeister（普茨邁茨特）62米混凝土輸送泵車第十四頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論國家大劇院進行混凝土澆筑第十五頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論組合式預應力混凝土剛架預應力混凝土結構（PrestressedConcreteStructure)第十六頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論首都機場停車樓進行預應力筋綁扎第十七頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論張拉端盒（首都機場停車樓）第十八頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論鐵皮波紋管第十九頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論預應力筋錨具第二十頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論西南醫院科教中心樓國際會議中心（預應力結構）第二十一頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論得意廣場雙向預應力網格梁第二十二頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論四豐橋預制節段拼裝實驗梁返回第二十三頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論鋼骨（型鋼）混凝土結構

（SteelFramedReinforcedConcreteStructure)北京蘭華國際大廈第二十四頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論北京蘭華國際大廈（局部）第二十五頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論北京蘭華國際大廈施工現場第二十六頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論北京蘭華國際大廈（斜向鋼骨混凝土柱施工）第二十七頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論北京蘭華國際大廈（梁、柱節點的構造）返回第二十八頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論1.1.2材料基本特性與配筋的作用混凝土的基本特性抗壓強度高，抗拉強度低。一般抗拉強度只有抗壓強度的1/8～1/20。破壞時具有明顯的脆性性質。 混凝土具有良好的抗壓強度，適用于承壓為主的構件，如柱和拱。另一方面，抗拉強度遠低于抗壓強度，故素混凝土不適用于制作完全受拉或部分截面受拉的結構構件。與鋼材相比，混凝土破壞前的變形能力較小，具有明顯的脆性性質。第二十九頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論鋼材的基本特性抗拉和抗壓強度都很高。軟鋼具有明顯屈服現象，有較好的塑性；硬鋼無明顯屈服點，但仍具有足夠的塑性。鋼筋的強度遠高于混凝土的強度，在混凝土結構中，充分利用鋼筋抗拉強度遠遠高于混凝土抗拉強度的特點，將其布置在結構（構件）的受拉部位；鋼筋受壓時極易壓屈失穩，難以發揮其抗壓強度，應對受壓鋼筋采取特殊構造措施，以防止壓屈失穩。第三十頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論配筋的作用在構件的受拉區配置鋼筋承受拉力，可大大提高構件的承載力和變形能力，使兩種材料充分發揮各自的強度特點。b.也可以在受壓區配置一定數量的鋼筋來協助混凝土受壓，以提高構件的承載力和變形能力，改善受壓構件破壞時的脆性性質。第三十一頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論鋼筋和混凝土的共同工作混凝土硬化后與鋼筋之間有良好的粘結力。混凝土與鋼材具有基本相近的溫度線膨脹系數（鋼材1.2×10-5，混凝土1.0～1.5×10-5），因此當溫度變化時，兩種材料不會產生過大的變形差而導致兩者間發生粘結破壞。混凝土保護鋼筋不易銹蝕、不易高溫軟化。第三十二頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論1.1.3混凝土結構的優缺點混凝土結構的主要優點取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，還可有效利用礦渣、粉煤灰等工業廢料。合理用材：鋼筋混凝土結構合理地發揮了鋼筋和混凝土兩種材料的性能優勢，與鋼結構相比，可以降低造價。第三十三頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論耐久性和耐火性較好，維護費用低：鋼筋有混凝土的保護，不易銹蝕，而混凝土的強度隨時間而增長，能充分保證其設計強度和耐久性；混凝土是不良熱導體，30mm厚混凝土保護層可耐火2小時，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強度。維護費用較鋼、木結構低。可模性：根據需要，可以較容易地澆筑成各種形狀和尺寸的鋼筋混凝土結構。整體性好：整澆或裝配整體式鋼筋混凝土結構有很好的整體性，有利于抗震、抵抗振動和爆炸沖擊波。第三十四頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論混凝土結構的缺點自重較大，增大構件截面尺寸，對大跨度結構、高層建筑結構以及抗震不利，也給運輸和施工吊裝帶來困難。增加造價。抗裂性較差，受拉和受彎等構件在正常使用時往往帶裂縫工作，對一些不允許出現裂縫或對裂縫寬度有嚴格限制的結構，要滿足這些要求就需要采用特殊措施。隔熱、隔聲性能也較差。施工周期長，受氣候影響大。第三十五頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論§1.2混凝土結構的發展與應用概況1.2.1混凝土結構的發展概況1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發明硅酸鹽水泥（PortlandCement）。1849年法國人朗波(L.Lambot)制造了第一只鋼筋混凝土小船。1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋。 混凝土結構開始應用于土木工程距今不到200年,與磚石結構、鋼木結構相比，混凝土結構的歷史并不長，但發展非常迅速，目前混凝土結構已成為土木工程中最主要的結構形式，而且高性能混凝土、新的結構形式、完善的設計理論和先進的施工工藝還在不斷發展。第三十六頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論1.2.2當代混凝土結構工程的應用美國芝加哥水塔廣場大廈，76層，262m，1976年建成第三十七頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論朝鮮平壤柳京飯店，105層，320m第三十八頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論上海金茂大廈，420m（RC-S結構）第三十九頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論廣州中信廣場大廈，80層，391m（我國第一高RC）第四十頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論意大利都靈展覽館薄壁鋼絲網水泥拱，跨度96m第四十一頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論南京長江二橋

（鋼箱梁斜拉橋+鋼筋混凝土預應力連續箱梁橋）

第四十二頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論安徽蕪湖長江大橋（矮塔部分斜拉結構）

第四十三頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論加拿大多倫多電視塔，549m

（世界第一）第四十四頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論莫斯科電視塔，533m

（世界第二）第四十五頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論上海東方明珠電視塔，468m

（世界第三）第四十六頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論悉尼歌劇院（SydneyOperaHouse）

丹麥建筑師JornUtzon的設計

工期17年（原計劃4年），造價1億美元（原計劃700萬）

第四十七頁，共六十二頁。§1.3結構的功能與極限狀態1.3.1結構的功能要求

結構設計需要滿足的基本要求是：使結構在設計使用年限內，在正常使用、維護條件下，應保持其各項功能要求，而不需進行大修加固。建筑結構應滿足的功能要求可概括為：安全性、適用性、耐久性。安全性應能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現的各種荷載、外加變形、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）等所有可能的作用在偶然事件（如地震、爆炸）發生后，結構應能保持整體穩定性，不應發生倒塌或連續破壞而造成嚴重損失。2022年12月8日第1章緒論第四十八頁，共六十二頁。b.適用性結構在正常使用期間，應具有良好的工作性能。如：不發生影響正常使用的過大的變形、振動，不產生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度和變形。耐久性結構在正常使用和正常維護條件下，應具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），不會導致結構在其預定的設計使用年限內喪失安全性和適用性，降低使用壽命。2022年12月8日第1章緒論第四十九頁，共六十二頁。1.3.2結構的極限狀態1.極限狀態的分類(1)承載能力極限狀態

結構或構件達到最大承載能力或達到不適于繼續承載的變形狀態，稱為承載能力極限狀態。具體包括：

a)結構構件或連接因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞)；

b)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；

c)結構轉變為機動體系；

d)結構或結構構件喪失穩定（如壓屈等）。

一旦超過承載能力極限狀態，結構或構件就不能滿足安全性要求，后果嚴重。2022年12月8日第1章緒論第五十頁，共六十二頁。(2)正常使用極限狀態

結構或構件達到正常使用或耐久性能中某項規定限度的狀態，稱為正常使用極限狀態。具體包括：

a)影響正常使用或外觀的變形

（影響非結構構件、不安全感、不能正常使用等）；

b)影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；

c)影響正常使用的振動（不舒適）；

d)影響正常使用的其他特定狀態。一旦超過正常使用極限狀態，結構或構件就不能保證適用性、耐久性的功能要求。

正常使用極限狀態不涉及安全性，破壞的后果不如承載能力極限狀態嚴重。2022年12月8日第1章緒論第五十一頁，共六十二頁。1.3.3結構上的作用與材料強度1.作用的分類(1)分類

a)直接作用（荷載）如：各種荷載（重力、雪、一般情況下風）作用僅與外部因素有關，與結構本身的力學特性無關。

b)間接作用如：地震、收縮、溫度變化、沉降、徐變、侵蝕、凍融等不僅與外部因素有關，還與結構本身的力學特性有關。2022年12月8日第1章緒論第五十二頁，共六十二頁。2.荷載的分類(1)永久荷載（恒荷載）

在設計使用期內，若：其值不隨時間而變化，其變化與平均值相比可以忽略不計，其變化是單調的并能趨于確定值，

則為永久荷載。如：結構自重、土壓力、預應力等。2022年12月8日第1章緒論第五十三頁，共六十二頁。(2)可變荷載（活荷載）在設計使用期內：數值、作用位置隨時間而變化，則為可變荷載。如：樓面活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等。(3)偶然荷載在設計使用期內，不一定出現，但一旦出現，其值很大且持續時間很短。如爆炸力、沖擊力等。2022年12月8日第1章緒論第五十四頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論第五十五頁，共六十二頁。3.荷載的標準值（荷載的基本代表值）由于實際作用在結構上的荷載大小具有不確定性，應視為隨機變量，原則上采用數理統計的方法描述。2022年12月8日第1章緒論第五十六頁，共六十二頁。有足夠資料且有可能對其統計分布作出合理估計時，則選取具有95%保證率的上分位荷載值，作為設計各類結構時所取用的荷載標準值，其值等于該荷載的統計平均值加1.645倍標準差。無充分統計資料時，可根據已有的工程實踐經驗，分析判斷后協議給出一個公稱值作為荷載標準值。《建筑結構荷載規范》GB50009有相應規定。2022年12月8日第1章緒論第五十七頁，共六十二頁。4.材料強度的標準值

對材料強度（隨機變量）試驗資料進行統計回歸分析，得出材料強度概率分布曲線（混凝土和鋼材強度均可看作正態分布）。材料強度的標準值應具有不小于95％的保證率。由正態分布曲線可知，在fk右側曲線與橫軸包圍的面積即為整個曲線包圍面積的95%，于是fk的表達式為：對于混凝土：

對鋼材：2022年12月8日第1章緒論第五十八頁，共六十二頁。環境類別

條件

一

室內干燥環境；永久的無侵蝕性靜水浸沒環境

二a室內潮濕環境；非嚴寒和非寒冷地區露天環境；非嚴寒和

非寒冷地區與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環境；嚴寒

和寒冷地區的冰凍線以下與無侵蝕性的水或土壤直接接觸

的環境

二b干濕交替環境；水位頻繁變動環境；嚴寒和寒冷地區的露

天環境；嚴寒和寒冷地區的冰凍線以上與無侵蝕性的水或

土壤直接接觸的環境

三a嚴寒和寒冷地區冬季水位變動區環境，受除冰鹽影響環境；

海風環境

三b鹽漬土環境；受除冰鹽作用環境；海岸環境

四

海水環境

五

受人為或自然的化學侵蝕性物質影響的環境2022年12月8日第1章緒論§1.4混凝土結構的環境類別第五十九頁，共六十二頁。2022年12月8日第1章緒論§1.3學習本課程應注意的問題

本課程主要討論材料物理力學性能、混凝土結構各種基本構件的受力性能、計算方法和構造設計原理。在學習中要注意以下問題：《混凝土結構基本原理》是一門理論性與實踐