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1/27 建筑结构 第 1 章 概论 1.建筑结构及建筑的关系 强度是建筑的最基本特征，它关系到建筑物保存的完整性和作为一个物体在自然界的生存能力，满足此“强度”所需要的建筑物部分是结构，结构是建筑的的基础，没有结构就没有建筑物。结构以建筑之间的关系能够采用多种形式，结构是建筑物的基本受力骨架。2.建筑结构的基本要求 安全性、经济性、适用性、耐久性、可持续性 3.建筑结构的分类 1.按组成材料 1）木结构 优点：施工周期短；易于扩建和改造；保温隔热性能好；节能环保性能好。缺点：多疵病；易燃；易腐；易虫蛀。2）砌体结构（包括无筋砌体和配筋砌体等）消防限制，最高七层。优点：耐久性好；耐火性好；就地取材；施工技术要求低；造价低廉。缺点：强度低，砂浆及砖石之间的粘接力较弱；自重大；砌筑工作量大，劳动强度高；粘土用量大，不利于持续发展。3）混凝土结构（包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。）优点：耐久性好；耐火性好；可模性好；整体性好；可就地取材。缺点：自重大；抗裂差；施工环节多；施工周期长；拆除、改造难度大。4）钢结构 优点：强度高、重量轻；材性好，可靠性高；工业化程度高，工期短；密封性好；抗震性能好。缺点：钢材为非燃烧体，耐热但不耐火；耐腐蚀性差。5）组合结构（可分为钢骨混凝土结构和混2/27 合结构）优点：刚度大；防火、防腐性能好；重量轻；抗震性能好；施工周期短、节约模板 缺点：需要特定的剪力连接件、需要专门焊接设备及人员、需要二次抗火设计 2.按结构体系 1）混合结构体系主要承重构件由不同的材料组成的房屋。主要用于量大面广的多层住宅。2）排架结构由屋面梁或屋架、柱和基础组成，其屋架及柱顶为铰接，柱及基础顶面为固接。主要用于单层工业厂房中。3）框架结构采用梁、柱等杆件组成空间体系作为建筑物承重骨架的结构。优点：建筑室内空间布置灵活；平面和立面变化丰富。缺点：在水平荷载作用下，结构的侧向刚度较小，水平位移较大；框架结构抗震性能较差，适用于非抗震设计；层数较少，建造高度不超过 60m的建筑中。4）剪力墙结构利用墙体构成的承受水平和竖向作用的结构。优点：具有更强的侧向和竖向刚度；抗水平作用的能力强；抗震性能好，适宜于建造高层建筑，一般在 1040 层范围内都可采用。缺点：平面布置和空间布置受到一定的局限。5）框架-剪力墙结构在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构，竖向荷载主要由框架承受，水平荷载主要由剪力墙承受。具有更既有框架结构布置灵活、使用方便的优点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层办公楼及宾馆建筑。6）筒体结构利用竖向筒体组成的承受水平和竖向作用的建筑结构，根据筒体的布置及组成方式不同，又分为框筒结构、筒中筒结构和束筒结构。适用于层数超过4050 层时的超高层建筑。在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构3/27 3.按建筑物层数 高层结构体系10 层及以上或高度超过28m 多层结构体系49 层 低层结构体系13 层 各种结构体系的适用层数和可建层数 结构体系 框架 框剪墙 剪力墙 框架筒体 框筒 筒中筒 适用层数 10-15 10-20 10-30 10-40 40-50 40-60 可建层数 20 25 40 50 55 75 第 2 章建筑结构设计基本原理 1.结构的作用、作用效应、抗力 作用施加在结构上的集中力或分布荷载以及引起结构外加变形或约束变形因素的总称。作用效应由作用引起的结构或构件的反应（内力、变形、裂缝）。结构抗力结构或构件承受作用效应的能力。结构的作用、作用效应、抗力均具有随机性。2.荷载不同分类 1.按时间的变异分类 1）永久荷载 结构自重、土压力、预加压力、地基沉降以及焊接等。2）可变荷载 安装荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载及温度变化等。3）偶然荷载 地震、爆炸、撞击等。2.按空间位置的变异分类 1）固定荷载 结构构件自重、民用及工业建筑楼面上的固定设备荷载等。2）可动荷载 民用及工业建筑楼面上的人群荷载、吊车荷载等。在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构4/27 3.按结构的反应分类 1）静态荷载 对结构构件不产生加速度，或其加速度可忽略不计的荷载。结构自重、住宅及办公楼的楼面活荷载等属于静态荷载。2）动态荷载 对结构或构件产生可忽略不计的加速度的荷载。吊车荷载、地震、设备振动、作用在高耸结构上的风荷载等。3.荷载标准值和代表值 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，如标准值、组合值、频遇值、准永久值。(1)标准值 荷载标准值是指结构在设计基准期(50 年)内，正常情况下可能出现的最大荷载值。通常要求荷载标准值应具有 95%的保证率。(2)组合值 当结构承受两种或两种以上可变荷载时，因此除主导的可变荷载外，其它伴随的可变荷载均以其标准值乘以一个小于或等于1 的组合系数作为可变荷载的组合值。(3)频遇值 可变荷载的频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计时采用的一种可变荷载组合值。它是在统计基础上确定的。在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期的一小部分，或其超越频率限于某一给定值。在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构5/27 (4)准永久值 可变荷载中在整个设计在整个设计基准期内出现时间较长（可理解为总的持续时间不低于 25 年）的那部分荷载值，称为该可变荷载的准永久值。4.结构功能要求 1）安全性-正常使用和施工时能承受各种可能出现的作用。在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必须的整体稳定性。2）适用性-在正常使用时具有良好的工作性能。不发生影响使用的变形和裂缝。3）耐久性-在正常使用和维护下，在规定的时间内（一般为 50 年）、规定的条件下，完成预定功能的能力。5.结构极限状态 所谓结构的极限状态就是结构或构件满足结构安全性、适用性、耐久性三项功能中某一功能要求的临界状态。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：承载能力极限状态和正常使用极限状态。(1)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：1.整个结构或结构的一部分，作为刚体失去平衡(如倾覆等)2.结构构件或连接因为超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度变形而不适于继续承载 3.结构转变为机动体系 4.结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)5.地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)(2)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久性能的某项规定在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构6/27 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：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(包括裂缝)3.影响正常使用的振动 4.影响正常使用的其它特定状态 6.结构可靠概率及失效概率及可靠度指标之间的关系 结构的可靠概率结构和结构构件在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。结构的作用效应小于结构抗力时，结构处于可靠工作状态。记为 Ps 结构失效概率一般把不满足功能要求的概率称为结构的失效概率。记为 Pf 一般工业及民用建筑的允许失效概率：延性破坏的结构Pf=6.910-4 脆性破坏的结构Pf=1.110-4 可靠度指标可以代替失效概率来度量结构的可靠性。由建筑物的重要性、延性破坏还是脆性破坏来确定。7.荷载几种组合 2-8 永恒荷载的分项系数 对结构 计算内容 不利 由可变荷载控制 1.2 在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构7/27 由永久荷载控制 1.35 有利 一般结构计算 1.0 倾覆，滑移 0.9 第一个和第 i 个可变荷载分项系数 永久荷载标准值的效应 在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应 第 i 个可变荷载标准值的效应 可变荷载 Qi 组合值系数 2-8 简化 2-9 2-13 2-14 可变荷载 Qi 频遇值系数 可变荷载 Qi 准永久值系数 2-15 第三章 结构材料的力学性能及指标 1.结构材料基本要求 1)结构材料基本要求 强度:材料抵抗破坏能力的指标。弹性极限强度、屈服强度、极限强度、疲劳强度 弹性：弹性是材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质。塑性：塑性是材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复的性质。冲击韧性：钢材抗冲击而不破坏的能力。徐变：徐变是指在恒定温度和应力条件下，构件或材料的变形随时间增加而增大的现象。应力松弛：应力松弛是指在恒定温度和在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构8/27 应力条件下，构件或材料的变形随时间增加而减小的现象。2）其他要求 协同工作性能、耐久性、可加工性、取材便利，价格合理，经济实用。2.木材 1）木材的性能指标 密度：构成木材细胞壁物质的密度，约为 1.501.56 g/cm 含水率：木材中水分质量占干燥木材质量的半分比 湿涨干缩性：木材具有显著的湿涨干缩性 强度：工程上常利用木材的抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度。影响因素：含水率、环境温度、负荷时间、表观密度、疵病。2）木材的防护 木材的腐朽及防腐：1.创造条件，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；2.把木材变成有毒的物质，使其不能作为真菌的养料。木材的防虫：采用化学药剂处理 木材的防火：浸渍、添加阻燃剂、覆盖 第四章 混凝土结构 第一节 钢筋和混凝土材料的力学性能 1.钢筋的强度、变形和型号 1)强度 屈服强度（屈服极限）明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作 为设计强度的依据 无明显流幅的钢筋：残余应变为 0.2%时所 对应的应力作为条件屈服强度,实际应用中可取极限抗拉强度b的85%作为条件屈服点。疲劳强度：规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构9/27 应力值称为疲劳强度。极限抗拉强度：C点对应应力值 2）变形 变形指标 伸长率：钢筋拉断后的伸长及原长的比值 冷弯要求：将直径为 d 的钢筋绕直径为 D的钢筋弯成一定的角度而不发生断裂 弹性模量：段应力应变比值 徐变：应力不变，随时间的增长应变继续增加 松弛：长度不变，随时间的增长应力降低 弹性模量、屈服强度、极限抗拉强度、伸长率是钢材最重要的四个力学指标。拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。3）钢筋的型号 1.按化学成分：a.碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）：低碳钢（含碳量0.25%）；中碳钢（含碳量0.250.6%）；高碳钢（含碳量0.61.4%）b.普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）：锰系；硅钒系；硅钛系；硅锰系；硅铬系 2.按加工：a.钢筋：热轧钢筋；冷拉钢筋；热处理钢筋 b.钢丝：碳素钢丝；刻痕钢丝；钢绞线；冷拔低碳钢丝 3.按表面形状：光圆钢筋；变形钢筋 4.按钢筋的应用范围：非预应力钢筋：HPB235，HRB335，HRB400，RRB400 预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋 2.混凝土的强度、变形和型号 1)强度 1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度 在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构10/27 立方体抗压强度cu 立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80 强度标准值=强度平均值-1.645 均方差 C代表混凝土，C后的数字即为混凝土的立方体抗压强度 棱柱体抗压强度 fc 取 fc=0.67cu 2.单轴受力状态下混凝土的抗拉强度 直接受拉试验 ft 取t=0.348fcu0.55 劈裂试验 fts ts=0.19cu3/4 是抗压强度的1/201/8，抗压强度越大抗拉强度越小。3.复合受力状态下混凝土的强度 双轴应力下的强度 双向受拉：强度接近单向受拉强度 双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高 一拉一压：强度降低 三向受压时的混凝土强度 三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高 2）变形 1.受力变形 混凝土的应力-应变关系 OA 弹性阶段 AB 微裂缝开展 BC 弹塑性，竖向裂缝形成 C点应力达到最高ck,对应应变为峰值应变E0=0.002 CD 下降段 kcuckff,2188.0在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构11/27 D点的应变为极限压应变Eu=0.0033 轴向受拉时混凝土的应力应变关系 极限拉应力为极限压应力的1/201/8，极限拉应变为极限压应变的1/20 左右，曲线只有上升段、混凝土的弹性模量 长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变 影响徐变的因素 1.应力：c0.5fc，徐变变形及应力成正比-线性徐变 0.5fc c0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定 2.加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大 3.水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大 4.骨料越硬，徐变越小 2.非受力变形 混凝土的膨胀：在水中，或饱和湿度空气中体积增大的性质。混凝土的收缩：结硬过程中混凝土体积缩小的性质。影响因素：水泥品种：等级越高，收缩越大 水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大 骨料：骨料越硬，收缩越小 养护条件、制作方法、使用环境、体积及表面积的比值等。3）型号 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15;当采用HRB335 级钢筋时，不宜低于C20;当采用HRB400 和RRB400 级钢筋以及承受重复荷载的构件，不得低于C20;预应力混凝土结构不应低于C30;采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于C40.在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构12/27 垫层、地面混凝土和填充用混凝土可以采用C10.第二节 钢筋混凝土受弯构件 1.矩形截面受弯构件破坏过程及类型 1)类型 沿弯矩最大截面破坏时，破坏截面及构件的轴线垂直，称为严正截面破坏。沿剪力最大或弯矩和剪力都较大截面破坏时，破坏截面及构件的轴线斜交，成为沿斜截面破坏。受弯构件的破坏特征取决于配筋率、混凝土的强度等级、截面形式等诸多因素。配筋率的影响最为显著。2）过程 适筋梁的破坏过程 1.截面开裂前 应力应变成正比 a出现塑性形变受拉区应力图形成曲线，受拉区边缘混凝土可达其实际抗拉强度和抗拉极限应变值 2.从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋开始屈服的阶段 钢筋完全承受裂缝处拉应力，受压区出现塑性形变，应力图呈曲线 a受拉钢筋屈服至屈服强度 3.破坏阶段 裂缝向压区延伸，受压区减小 a梁破坏 1.少筋破坏：构件的配筋率低于某一定值时，承载能力低，并且“一裂就破”。裂缝延伸快，钢筋受突然增大的应力而屈服。属于脆性破坏。2.适筋破坏：配筋率不低也不高时，破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆。3.超筋破坏：配筋率超过某一定值时，有一定预兆但不明显。钢筋不屈服，受压区混凝土压碎，破坏突然发生。2.矩形截面受弯构件设计计算 P45 在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构13/27(1)基本假定:1.截面应变在变形后仍保持平面 2.不考虑混凝土的抗拉强度 3.混凝土受压的应力及应变关系曲线按照规定取用。E0=0.002 Eu=0.0033 4.钢筋的应力取等于钢筋应变及其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于相应的强度设计值。受拉钢筋的极限拉应变取0.01。2.计算 a.计算简图 b.基本计算公式 两个平衡方程 水平方向合力为零X=0 a1fcbx=fyAs 各力对截面上任意一点的合力矩为零，当对受拉区纵向受力钢筋的合力作用点取矩时，有Ms=0 M a1fcbx(h0-x/2)当对受压区混凝土压应力合力作用点取矩时，有Mc=0 M fyAs(h0-x/2)h0=h-as 估算常用值 板 单向板厚度6080，双向板80mm 直径通常采用6、8、10mm，间距一般不小于70mm.最小保护层厚15mm,h0=h-20mm 梁 在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构14/27 简支梁高跨比1/12 左右。矩形截面梁的高宽比2.02.5 梁常用的宽度为b=120、150、180、200、220、250、300、350等。常用高度=250、300、350750、800、900、1000mm 等。梁中常用的纵向受力钢筋直径为1028，根数不得少于两根。受拉区钢筋间距大于钢筋直径，受压区大于1.5 倍直径。当采用单排钢筋时h0=h-35mm 当采用双排钢筋时ho=h-60mm 适应条件 a.为防止构件发生少筋破坏，要求构件的配筋率不得低于其最小配筋率。取和0.2%中的较大值 b.为防止构件发生超筋破坏，要求构件截面的相对受压区高度不得超过其相对界限受压区高度（有明显屈服点钢筋；无明显屈服点钢筋）即b 极限受弯承载力的计算 afcbx=fyAs Mu=afcbx(h0-x/2)=fyAs(h0-x/2)=x/h0 =fyAs/a1fcbh0 =sfy/a1fc Mu=a1fcbh02(1-0.5)=asa1fcbh02 其中as为截面抵抗系数 Mu=sfy bh02(1-0.5)=fyAss h0 其中s为截面内力臂系数 3.简支有腹梁的抗剪的破坏过程及类型 1）过程 在斜裂缝出现前，箍筋的应力很小，主要由混凝土传递剪力；斜裂缝出现后，及斜裂缝相交的箍筋应力增大。限制了斜裂缝的发展，提高了抗剪承载力。2）分类 斜拉破坏：配箍率sv很低，或间距S较大且较大的时候；剪压破坏：配箍和剪跨比适中，破坏时箍筋受拉屈服，剪压区压碎，斜截面承载力随sv及fyv 的增大而增大。在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构15/27 斜压破坏：sv很大，或很小(1)斜向压碎，箍筋未屈服；对有腹筋梁来说，只要截面尺寸合适，箍筋数量适 当，剪压破坏是斜截面受剪破坏中最常见的一种破坏形式，设计时应避免出现另外二种破坏形态。4.有腹梁的抗剪设计计算 P71 5.减小裂缝宽度和挠度的有效措施 改善裂缝的措施 a.设计方面：采用小直径筋、变形筋，分散布置；（提高粘结力）在普通钢筋混凝土梁中，不使用高强钢筋；构造措施：避免外形突变；（减少应力集中）配纵向水平钢筋；（控制腹板收缩裂缝）纵向主筋在支座处加强锚固。b.施工方面：控制水灰比，振捣密实，提高混凝土密实度；加强养护；严格控制混凝土配合比，不加有害早强剂；正确控制混凝土保护层厚度。c.使用方面：定期对梁体裂缝检查；注意梁体所处环境的变化，注意防锈。减少挠度的措施 增大截面高度是提高截面抗弯刚度、减小构件挠度的最有效措施；增大纵向受拉钢筋的配筋率或提高混凝土强度等级，若构件截面受到限制不能加大时，可考虑采用这种方法,但作用并不显著。在受压区配置一定数量的受压钢筋,可以充分利用纵向受压钢筋对长期刚度的有利影响。另外，采用预应力混凝土构件也是提高受弯构件刚度的有效措施。实际工程中，在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构16/27 往往采用控制跨高比的方法来满足变形条件的要求。6.如何提高混凝土耐久性 1）满足混凝土的基本要求；控制最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量以及最大碱含量。2）规定最小保护层厚度；3）裂缝控制：一级：严格要求不出现裂缝的构件；二级：一般要求不出现裂缝的构件；三级：允许出现裂缝的构件。4）其他措施 对环境较差的构件，宜采用可更换或易更换的构件；混凝土表面防护、阳极保护、钢筋阻锈剂、改善钢材材质和涂层钢筋。第三节 钢筋混凝土受压构件 1.轴心受压构件受力性能及破坏特征 1）短柱 短柱受荷以后，截面应变为均匀分布，钢筋应变及混凝土应变相同。由于混凝土塑性变形的发展及收缩徐变的影响，钢筋及混凝土之间发生压应力的重分布。对于配置HPB235、HRB335、HRB400 级钢筋的构件，在混凝土到达最大应力fck 以前，钢筋已到达其屈服强度，这时构件尚未破坏，荷载仍可继续增长，钢筋应力则保持不变。当混凝土的压应变到其极限值时，构件表面出现纵向裂缝，保护层混凝土开始剥落，构件到达其极限承载力。破坏时箍筋之间的纵筋发生压屈并向外凸出，中间部分混凝土压酥，混凝土应力到达棱柱体抗压强度。不论受压钢筋在构件破坏时是否屈服，构件的最终承载力都是由混凝土压碎来控制。当纵筋为高强度钢筋时，构件破坏时纵筋应力约为400N/mm2，达不到其屈服强度。2）长柱 当受压构件的长细比较大时，轴心受压在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构17/27 构件虽是全截面受压，但随着压力增大，长柱不仅发生压缩变形，同时产生较大的横向挠度，在未达到材料破坏的承载力以前，常由于侧向挠度增大而发生失稳破坏。侧向挠度的增大导致了附加弯矩（偏心矩）的增大，如此相互影响，最终使长柱在轴力和弯矩的作用下发生失稳破坏。破坏时受压一侧产生纵向裂缝，箍筋 之间的纵向钢筋向外凸出，构件中部混凝土被压碎。另一侧混凝土则被拉裂，在构件高度中部产生水平裂缝。有侧移结构，其二阶效应主要是由水平荷载产生的侧移引起的。精确考虑这种二阶效应较为复杂，一般需通过迭代方法进行计算。2.矩形截面偏心受压构件破坏形态 1）受拉破坏大偏心受压破坏 先受拉侧混凝土较早出现裂缝，随后As首先达到屈服强度。裂缝迅速开展，受压区高度减小 最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。破坏特征：及配有受压钢筋的适筋梁相似，为塑性破坏。承载力主要取决于受拉侧钢筋。2）受压破坏小偏心受压破坏 可能部分受拉部分受压，也可能全截面受压。破坏特征：截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大。而受拉侧钢筋应力较小。截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏，及配有受压钢筋的超筋梁相似，为脆性破坏。承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋 第四节 预应力混凝土结构的基本知识 1.预应力混凝土的优点 提高抗裂度和刚度：延缓裂缝的出现，减小裂缝宽度；截面刚度显著提高，挠度减小，可建造大跨度结构。受剪承载力提高：施加纵向预应力可延缓在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构18/27 斜裂缝的形成，使受剪承载力得到提高。卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复：由于预应力的作用，使用活荷载移去后，裂缝会闭合，结构变形也会得到复位。提高构件的疲劳承载力：预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增加钢筋的疲劳强度。减轻结构自重：使高强钢材和高强混凝土得到应用，有利于减轻结构自重，节约材料，取得经济效益。提高耐久性。2.先张法、后张法概念及特点 1）先张法 张拉钢筋并在台座上固定，浇注混凝土构件，混凝土强度达设计强度的75%以上时剪断钢筋。特点：通过预应力钢筋及混凝土之间的粘结力传递预应力。适用工厂化生产的中小型构件 2）后张法 浇混凝土构件，并在构件中预留孔道，混凝土强度达设计强度的75%以上时在构件中预留孔道中穿钢筋并张拉，锚固灌浆。特点：依靠其两端锚具懋住预应力钢筋并传递预应力。适用于运输、安装不便的大、中型构件 3.预应力损失 概念 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋中预应力会从con逐步减少，并经过相当长时间才最终稳定下来，这种应力降低称为预应力损失。原因 发生在预应力传到混凝土之前：锚固损失 摩擦损失 松弛损失（长期）温差损失 发生在预应力传到混凝土之后：混凝土的收缩和徐变引起的损失（长期）在自然界的生存能力满足此强度所需要的建筑物部分是结构结构是建筑的的基础没有结构就没有建筑物结构以建筑之间的关系能够采用多种形式结构是建筑物的基本受力骨架建筑结构的基本要求安全性经济性适用性耐久性可持续性就地取材施工技术要求低造低廉缺点强度低砂浆及砖石之间的粘接力较弱自重大砌筑工作量大劳动强度高粘土用量大不利于持续发展混凝土结构包括素混凝土结构钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等优点耐久性好耐火性好可模性可靠性高工业化程度高工期短密封性好抗震性能好优点施工周期短易于扩建和改造缺点钢材为非燃烧体耐热但不耐火保温隔热性能好节能环保性能好耐腐蚀性差缺点多疵病易燃易腐易虫蛀组合结构可分为钢骨混凝土结构和混合结构19/27 是引起损失的主要部分 局部挤压损失 弹性压缩损失 第五节 钢筋混凝土平面楼盖 1.楼盖分类 按结构形式分为：单向板肋梁楼盖，双向板肋梁楼盖，井式楼盖，密肋楼盖和无梁楼盖等；（密肋楼盖间距密，一般为0.91.5m，有时甚至少于700mm。）按预应力情况分为：钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖；按施工方法可分为：现浇式，装配式和装配整体式楼盖。2.单向板和双向板的概念 单向板肋梁楼盖：当l2/l1 3 时，可按沿短边方向的单向板计算；双向板肋梁楼盖：当时l2/l1 2，应按双向板计算。当2l2/l1 3 时宜按双向板计算，亦可按沿短边方向的单向板计算，但应沿长边方向布置足够数量的钢筋。3.什么是塑性铰 受弯构件从钢筋屈服至截面破坏，转角剧增，即在梁内拉、压塑性变形集中的跨中区域形成一个性能特殊的“铰”。塑性铰的特点 1、只能绕弯矩作用方向发生单方向转动单向性；2、只能在从受拉钢筋屈服到混凝土压碎的有限范围内转动，即u y 有限性；3、在转动的同时既可传递剪力也可传递一定的弯矩，即截面的极限弯