混凝土結(jié)構(gòu)課程介紹本課程將系統(tǒng)講解混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用實(shí)踐掌握混凝土材料特性、構(gòu)件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析課程目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果掌握基礎(chǔ)理論理解混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)原理熟練計(jì)算方法能獨(dú)立完成構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)范正確應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)解決工程問題混凝土結(jié)構(gòu)的歷史發(fā)展1古羅馬時(shí)期混凝土雛形出現(xiàn)21824年波特蘭水泥發(fā)明31850年代鋼筋混凝土技術(shù)出現(xiàn)41920年代預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展5現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域民用建筑住宅、商業(yè)樓宇工業(yè)建筑廠房、倉(cāng)庫(kù)、冷卻塔橋梁工程各類跨徑橋梁結(jié)構(gòu)地下工程隧道、地鐵、地下室水利工程鋼筋混凝土的基本概念復(fù)合材料混凝土與鋼筋共同工作發(fā)揮各自材料優(yōu)勢(shì)工作原理混凝土承受壓力鋼筋承受拉力優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)耐久性強(qiáng)適應(yīng)性廣混凝土的組成材料水泥膠凝材料，提供強(qiáng)度細(xì)骨料河砂或機(jī)制砂粗骨料碎石或卵石水水化反應(yīng)所需外加劑水泥的類型和特性硅酸鹽水泥通用型，早期強(qiáng)度高水化熱大，適用一般工程普通硅酸鹽水泥性能均衡應(yīng)用最廣泛礦渣水泥水化熱低抗sulfate腐蝕性好特種水泥快硬、抗硫酸鹽適應(yīng)特殊環(huán)境骨料的種類和要求粗骨料粒徑>4.75mm要求堅(jiān)硬潔凈細(xì)骨料粒徑≤4.75mm級(jí)配合理輕骨料密度低用于輕質(zhì)混凝土外加劑的作用和選擇減水劑降低水灰比，提高流動(dòng)性減緩劑延緩凝結(jié)時(shí)間早強(qiáng)劑促進(jìn)早期強(qiáng)度發(fā)展防水劑提高密實(shí)度和抗?jié)B性混凝土的力學(xué)性能1抗壓強(qiáng)度混凝土最主要力學(xué)指標(biāo)2抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/103彈性模量反映剛度特性4泊松比橫向變形與縱向變形比混凝土的強(qiáng)度特性立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天測(cè)定強(qiáng)度等級(jí)劃分C15-C80表示立方體強(qiáng)度影響因素水灰比、養(yǎng)護(hù)條件、齡期混凝土的變形特性應(yīng)變應(yīng)力混凝土的收縮和徐變收縮水分蒸發(fā)體積減小干燥收縮、自收縮影響因素：環(huán)境濕度、構(gòu)件尺寸徐變長(zhǎng)期荷載下變形增長(zhǎng)與應(yīng)力、時(shí)間相關(guān)影響因素：荷載大小、齡期鋼筋的種類和級(jí)別鋼筋的力學(xué)性能235MPaHPB300屈服強(qiáng)度光圓鋼筋400MPaHRB400屈服強(qiáng)度熱軋帶肋鋼筋500MPaHRB500屈服強(qiáng)度高強(qiáng)度鋼筋200GPa彈性模量各級(jí)別鋼筋相同鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能機(jī)械咬合肋與混凝土嚙合摩擦力接觸面摩擦膠結(jié)力界面化學(xué)作用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概念安全性滿足承載力要求適用性滿足正常使用功能耐久性滿足設(shè)計(jì)使用年限經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)合理、資源節(jié)約極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概述承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)失效或損壞驗(yàn)算強(qiáng)度、穩(wěn)定性正常使用極限狀態(tài)正常使用受影響驗(yàn)算變形、裂縫計(jì)算原則采用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)法考慮各種不確定性荷載與作用效應(yīng)永久荷載結(jié)構(gòu)自重、固定設(shè)備可變荷載人群、設(shè)備、貨物風(fēng)荷載風(fēng)壓作用效應(yīng)地震作用地震慣性力結(jié)構(gòu)可靠度理論基礎(chǔ)可靠度指標(biāo)失效概率安全等級(jí)β=3.20.0007一級(jí)β=3.70.0001二級(jí)β=4.20.00001三級(jí)材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=fck/γcfck：標(biāo)準(zhǔn)值γc：材料分項(xiàng)系數(shù)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fyk/γsfyk：標(biāo)準(zhǔn)值γs：材料分項(xiàng)系數(shù)受彎構(gòu)件的受力特點(diǎn)荷載傳遞荷載轉(zhuǎn)化為內(nèi)力應(yīng)力分布上部受壓，下部受拉材料作用混凝土承壓，鋼筋承拉破壞特征壓區(qū)混凝土壓碎或鋼筋屈服正截面承載力計(jì)算原理1平截面假定變形前平面變形后仍為平面2應(yīng)變協(xié)調(diào)混凝土與鋼筋應(yīng)變相等3強(qiáng)度準(zhǔn)則材料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度4力平衡條件內(nèi)力與外力平衡正截面承載力計(jì)算步驟確定計(jì)算簡(jiǎn)圖確定截面尺寸、配筋情況建立平衡方程混凝土壓力合力=鋼筋拉力求解相對(duì)高度計(jì)算中性軸位置計(jì)算承載力得出極限彎矩值斜截面承載力計(jì)算原理1剪力作用產(chǎn)生斜截面剪應(yīng)力2抗剪機(jī)制混凝土+箍筋共同工作3破壞模式斜裂縫發(fā)展導(dǎo)致破壞斜截面承載力計(jì)算步驟確定截面特征有效高度、截面寬度計(jì)算混凝土抗剪貢獻(xiàn)基于抗拉強(qiáng)度計(jì)算箍筋抗剪貢獻(xiàn)基于配筋率疊加兩部分承載力得出總抗剪承載力受壓構(gòu)件的受力特點(diǎn)軸心受壓壓力作用于截面形心截面均勻受壓偏心受壓壓力偏離形心壓力+彎矩組合作用穩(wěn)定問題細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件需考慮穩(wěn)定性防止整體失穩(wěn)偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算確定偏心距初始+附加偏心考慮長(zhǎng)細(xì)比影響計(jì)算附加偏心建立平衡方程內(nèi)力與外力平衡驗(yàn)算承載力滿足設(shè)計(jì)要求軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算14長(zhǎng)細(xì)比λ限值短柱判別標(biāo)準(zhǔn)1.15約束系數(shù)η箍筋提供側(cè)向約束0.9穩(wěn)定系數(shù)φ考慮長(zhǎng)度影響受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)承載力計(jì)算主要依靠鋼筋承擔(dān)拉力N≤fyAs裂縫控制控制裂縫寬度加強(qiáng)構(gòu)造措施構(gòu)造要求最小配筋率適當(dāng)分布鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫控制裂縫寬度限值基于環(huán)境類別確定計(jì)算裂縫寬度與鋼筋應(yīng)力、保護(hù)層厚度相關(guān)控制措施合理配筋、減小鋼筋間距驗(yàn)算步驟確保計(jì)算值小于限值混凝土構(gòu)件的變形控制撓度限值跨度分?jǐn)?shù)表示長(zhǎng)期變形考慮徐變影響活荷載變形短期彈性變形鋼筋混凝土梁的構(gòu)造要求1最小配筋率防止脆性破壞2最大配筋率保證足夠塑性3箍筋構(gòu)造間距不大于截面有效高度3/44鋼筋錨固確保力的有效傳遞鋼筋混凝土柱的構(gòu)造要求項(xiàng)目規(guī)定值最小尺寸200mm縱筋最小配筋率0.6%縱筋最大配筋率5%箍筋最小直徑6mm箍筋最大間距300mm鋼筋的錨固與連接直錨鋼筋伸入混凝土一定長(zhǎng)度彎鉤錨固鋼筋末端彎折提高錨固能力搭接連接鋼筋重疊一定長(zhǎng)度機(jī)械連接套筒、焊接等方式受彎構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)計(jì)算所需鋼筋面積基于彎矩需求選擇鋼筋數(shù)量和直徑滿足計(jì)算面積驗(yàn)算配筋率滿足最小最大限制確定布置方式單排或多排布置受壓構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)確定截面尺寸基于軸力和彎矩需求計(jì)算縱向鋼筋滿足配筋率要求確定箍筋設(shè)置間距和直徑選擇布置構(gòu)造鋼筋確保整體穩(wěn)定性板的設(shè)計(jì)與構(gòu)造單向板的計(jì)算與設(shè)計(jì)應(yīng)用條件長(zhǎng)邊/短邊>2荷載沿短邊傳遞計(jì)算模型單位寬度條帶按梁計(jì)算方法處理配筋要求主筋垂直于支座分布筋與主筋垂直配筋率滿足規(guī)范雙向板的計(jì)算與設(shè)計(jì)板跨比短向彎矩系數(shù)長(zhǎng)向彎矩系數(shù)無梁樓蓋的設(shè)計(jì)原理優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)施工簡(jiǎn)便凈空高度大建筑靈活性高計(jì)算方法等代框架法有限元分析關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)柱帽或加厚層設(shè)計(jì)沖切驗(yàn)算板柱節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)樓梯的設(shè)計(jì)與構(gòu)造尺寸要求踏步高度≤175mm坡度控制坡度一般25°-35°計(jì)算模型板式或梁式構(gòu)造措施滿足最小配筋率框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)體系梁柱連接形成框架力傳遞機(jī)制板→梁→柱→基礎(chǔ)3節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)確保剛性連接整體性考慮確保空間剛度框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)區(qū)分類梁柱節(jié)點(diǎn)梁梁節(jié)點(diǎn)柱基節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)受力特點(diǎn)多向內(nèi)力復(fù)雜耦合應(yīng)力集中區(qū)域構(gòu)造要求箍筋加密區(qū)配置核心區(qū)配筋加強(qiáng)確保連接可靠性剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理1抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)水平荷載2結(jié)構(gòu)布置原則布置均勻、對(duì)稱3邊緣構(gòu)件增強(qiáng)墻端約束4配筋設(shè)計(jì)垂直筋與水平筋組合預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念基本原理預(yù)先施加壓應(yīng)力應(yīng)力平衡抵消部分拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)跨度大，裂縫少適用范圍大跨度、高要求結(jié)構(gòu)4預(yù)應(yīng)力施加方法先張法先張拉鋼材，后澆筑混凝土適合工廠預(yù)制通過粘結(jié)傳遞應(yīng)力后張法先澆筑混凝土，后張拉鋼材適合現(xiàn)場(chǎng)施工通過錨具傳遞應(yīng)力預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算1摩擦損失鋼絞線與管道摩擦2錨固損失錨具變形引起3混凝土徐變長(zhǎng)期荷載下混凝土變形4鋼材松弛高應(yīng)力下鋼材應(yīng)力降低5混凝土收縮體積變化導(dǎo)致應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計(jì)確定截面尺寸根據(jù)跨度和荷載確定預(yù)應(yīng)力大小滿足正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力筋布置確定線形和數(shù)量承載力驗(yàn)算滿足承載能力極限狀態(tài)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介工廠預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)裝配快速拼裝組合節(jié)點(diǎn)連接確保整體性和剛度混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境作用等級(jí)根據(jù)環(huán)境侵蝕性定義確定設(shè)計(jì)使用年限材料要求水灰比限值水泥品種選擇混凝土強(qiáng)度等級(jí)構(gòu)造措施最小保護(hù)層厚度最大裂縫寬度控制表面防護(hù)措施混凝土結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)1.5h一級(jí)耐火等級(jí)要求主要承重構(gòu)件30mm鋼筋最小保護(hù)層確保耐火性能800°C臨界溫度鋼筋強(qiáng)度顯著下降點(diǎn)3h特殊建筑耐火要求高層建筑、人員密集場(chǎng)所混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)原理抗震等級(jí)劃分基于地震烈度和建筑重要性"強(qiáng)柱弱梁"原則保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性延性設(shè)計(jì)提供足夠塑性變形能力構(gòu)造加強(qiáng)特殊節(jié)點(diǎn)區(qū)域配筋要求混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量控制原材料控制材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度和耐久性要求模板支撐系統(tǒng)確保幾何尺寸準(zhǔn)確混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)振搗密實(shí)，合理養(yǎng)護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與維護(hù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)定期檢查結(jié)構(gòu)狀態(tài)損傷評(píng)估評(píng)定結(jié)構(gòu)安全性維修加固恢復(fù)或提高承載能力記錄歸檔建立完整維護(hù)檔案混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件介紹ETABS建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)MIDAS綜合結(jié)構(gòu)分析平臺(tái)SAP2000通用有限元分析PKPM國(guó)產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件混凝土結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)納米技術(shù)應(yīng)