混凝土結構和砌體結構西安建筑科技大學土木工程學院史慶軒2007年3月混凝土結構和砌體結構使用教材：梁興文、史慶軒編著《混凝土結構設計》科學出版社，2004年許淑芳、熊仲明編著《砌體結構》科學出版社，2004年授課對象：土木工程專業本科生授課形式：采用多媒體電子課件（自編），輔以傳統教學方式；盡可能多地采用課堂互動式教學手段，共同探索和學習。課程說明課程性質：1.《混凝土結構》（含《混凝土結構設計原理》和《混凝土結構設計》）和《砌體結構》是土木工程專業最主要的一門專業基礎課之一；2.是一門關鍵的主干課程；3.是報考結構工程、防災減災及防護工程等專業碩士研究生的考試課程；4.該課程的實踐性強（后續包含2個課程設計），實用性強，與畢業設計有著很大的聯系；5.是今后報考“注冊結構工程師”的一門難度較大的科目。

已學習了《混凝土結構設計原理》，有什么體會和問題？本學期：存在的困難和問題：學時少，內容多，實踐性強，要求高。對學生的要求：積極配合教師上好每一節課，認真聽講，積極思考，積極參與交互式教學活動中，認真完成課后作業。多給教師提寶貴意見和建議。章節內容第1章概論第2章樓蓋和樓梯第3章單層廠房結構第4章框架結構第5章砌體結構（含材料、原理、構件、結構）第1章概論1.1建筑結構的概念及其基本形式1.定義工程結構——用各種材料（磚、石、混凝土、鋼材和木材等）建造的建筑物或構筑物的受力骨架體系。建筑結構——房屋建筑的空間受力骨架體系。

2.結構的作用

抵抗和承擔各種自然的和人為的作用力，以為人類生活和生產服務。3.工程結構分類按使用功能按用途按體型和高度按材料按結構型式建筑結構工業廠房結構單層結構（單廠、單層空曠等）混凝土結構墻體結構橋梁結構民用建筑結構多層結構（2-9層）鋼結構框架結構巖土工程結構

高層結構（>10層）砌體結構筒體結構水工結構

大跨結構（>40~50m）木結構拱結構特種結構

薄膜充氣結構網架結構

空間薄壁結構4.結構的組成（1）形成跨度的構件與結構——水平體系建筑物內部要形成必要的使用空間，跨度是必不可少的尺度要求。常見的跨度構件是梁。板是梁水平側向尺度的變異性構件，其原理、作用與梁基本相同。（2）垂直傳力的構件與結構——豎向體系跨度構件的兩端的支座反力，需要有其他的構件承擔并傳遞至地面，這就是垂直傳力構件或結構。常見的垂直傳力構件或結構是柱。墻是柱水平側向尺度的變異性構件，其原理、作用與柱基本相同，但是具有較大側向剛度。對于一些特殊結構，不能夠簡單的將其分解成為跨度構件與垂直構件，可能是由整體結構形成的，如拱、殼。（3）基礎——基礎體系基礎是將建筑物上部的各種荷載與作用傳遞至地面的重要部分。基礎要承擔垂直力、水平側向力、彎曲作用等復雜的作用。并不是建筑物地面以下的部分都是基礎。結構的三個基本分體系

水平體系、豎向體系和基礎體系1.2混凝土建筑結構的形式混凝土結構：——主要以混凝土材料，并根據需要配置鋼筋、預應力筋、鋼骨、鋼管等，作為主要承重材料的結構，均可稱為混凝土結構。混凝土結構主要包括：(1)素混凝土結構（PlainConcrete)(2)鋼筋混凝土結構（ReinforcedConcreteStructure)(3)預應力混凝土結構（Pre-stressedConcreteStructure)(4)鋼骨混凝土結構（SteelReinforcedConcrete)(5)鋼管混凝土結構（ConcreteFilledTube)(6)FRP混凝土（FiberReinforcedPolymer(Plastic)Concrete)(7)鋼-混凝土組合（混合）結構(CompositeStructureorHybridStructure)混凝土結構的發展簡況及其應用

——1824年英國約瑟夫·阿斯匹丁(J.Aspdin)發明了波特蘭水泥并取得了專利；——1850年，法國朗波（L.Lambot）制成了鐵絲網水泥砂漿的小船；——1861年法國約瑟夫·莫尼埃（JosephMomier）獲得了制造鋼筋混凝土板、管道和拱橋等的專利。——德國學者1866年發表了計算理論和計算方法，1887年又發表了試驗結果，并提出了鋼筋應配置在受拉區的概念和板的計算方法。在此之后，鋼筋混凝土的推廣應用才有了較快的發展。——1891年－1894年，歐洲各國的研究者發表了一些理論和試驗研究結果。但是在1850－1900年的整整50年內，由于工程師們將鋼筋混凝土的施工和設計方法視為商業機密，公開發表的研究成果不多。——美國學者1850年進行了RC梁的試驗，但其研究成果直到年才1877發表并為人所知。19世紀70年代有學者曾使用過某些形式的鋼筋混凝土，并且于1884年第一次使用變形（扭轉）鋼筋并形成專利。1890年在舊金山建造了一幢兩層高、321英尺（95m）長的鋼筋混凝土美術館。從此以后，鋼筋混凝土在美國獲得了迅速的發展。——混凝土結構開始應用于土木工程距今僅150多年。——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大量土木工程結構中最主要的結構，而且高性能混凝土和新型混凝土結構形式還在不斷發展。混凝土建筑結構的形式常用的結構形式有（按體型和高度分類）（1）單層單層混凝土建筑結構如單層工業廠房，倉庫，實驗室，食堂等，由屋蓋和鋼筋混凝土柱組成。（2）多層混凝土建筑結構如各種多層的工業與民用建筑，主要為混凝土框架結構，有些情況下，采用板柱結構等；在多層建筑中，大量的為砌體-混凝土混合結構，如砌體結構（樓板為混凝土），內框架結構，底部框架結構等。（3）高層混凝土建筑結構如10層及10層以上或高度超過28m的民用建筑，如辦公樓，教學樓，醫院，住宅等，除上述結構形式外，還有筒體結構，巨型結構等。高層建筑中，目前有很多為鋼-混凝土混合結構。（4）大跨結構如體育訓練館、展覽館、會堂等公共建筑，其屋蓋一般采用鋼結構，豎向結構和基礎采用混凝土結構。1.3建筑結構設計的程序和內容一幢建筑物設計和施工，建筑師＋結構工程師＋設備工程師＋施工工程師。結構工程師的基本任務——負責建筑結構設計，在結構的可靠與經濟之間選擇一種合理的平衡，力求以最低的代價，使所建造的結構在規定的條件下和規定的使用期限內，能滿足預定的安全性、適用性和耐久性等功能要求。1.3.1基本建設工作程序

項目立項建議書

投資控制

可行性研究報告

選址

設計任務書

確定設計計劃

造價估算

方案設計階段

介入質監和監理工作

編制概算

初步設計階段

修正概算

技術設計階段

施工圖設計階段編制施工圖預算施工圖審查階段

付諸施工過程

決算

竣工驗收

交付使用

1.3.2房屋建筑工程的設計階段

1.方案設計階段(schemedesignphase)需完成的設計文件有設計說明書、設計圖紙、投資估算及效果透視圖等內容，應分專業編制。結構設計文件主要內容是編制結構設計說明書和結構平面圖。結構設計說明書:（1）設計依據（地域，有關自然條件，抗震設防烈度，工程地質概況等）；（2）結構設計要點（上部結構選型，基礎選型，人防結構，抗震設計等）；（3）需要說明的問題（如對工藝的特殊要求，與相鄰建筑物的關系，基坑特征，防護等）。結構平面圖：應標出：柱網，剪力墻，沉降縫等。

2.初步設計階段(preliminarydesignphase)

根據中標方案、設計任務書和設計基礎資料，對設計對象進行總體安排和控制性結構計算，對工程工期和投資總額進行深入分析，編制設計總概算。

應提交的設計文件：設計說明書，設計圖紙，主要設備和材料清單等。

結構設計在該階段包括編制結構設計要點及主要措施：說明上部結構方案設計的依據及（人防）地下室結構方案的要點，簡述變形縫的布置及做法，提出具體的地基處理方案，選定主要結構的材料和采用的構件標準圖等結構設計文件應包括：

設計說明書，結構控制性計算的計算書，方案設計簡圖，總概算書

3.技術設計階段(technicaldesignphase)專門對技術復雜或有特殊要求的大中型項目增加的一個設計階段，是對初步設計方案所作的調整和深化。結構設計的主要內容：（1）確定結構受力體系和主要技術參數（2）計算初步確定主要構件（梁、柱、墻等）的截面和配筋（3）繪出結構平面簡圖、重要節點大樣圖、必要的文字說明（4）對地質勘探、施工條件、主要材料等方面的特殊要求4.施工圖設計階段(workingdrawingdesignphase)是項目施工前最重要的一個設計階段，要求以圖紙和文字的形式解決工程建設中預期的全部技術問題，并編制相應的對施工過程起指導作用的施工預算。上述四個階段，僅對重要和復雜的大型工程建設項目才要求；對普通大中型項目可將初步設計和技術設計階段合并為一個階段；對簡單的小型項目也可只進行方案設計和施工圖設計兩個設計階段。

一棟建筑物好比一個人，建筑相應于人的容貌、體型、氣質；結構相應于人的骨骼、耐力、壽命；水電暖等設備相應于人的神經、脈絡、器官。因此設計一個建筑物需要各工種的共同合作。其中，建筑與結構設計者的合作是最基本的，也是最重要的。特提出四個合作的層次

（1）首先是合作（即各人做各的設計，遇到矛盾，協商解決）——最低層次的要求

（2）其次是結合（即雖個人做各的設計，但都相互了解，主動的互相補充）——較高層次的要求

（3）第三是融合（即你中有我，我中有你，融為一體，結構自覺地考慮建筑問題，建筑自覺地考慮結構問題）——更高層次的要求

（4）第四是統一（即結構工程師就是好的建筑師，建筑師就是好的結構工程師，兩類人才的素質統一在一個人身上）——最高層次的要求1.4混凝土建筑結構的分析方法

結構分析是指根據確定的結構方案和結構布置，確定合理的計算簡圖和分析方法，進行荷載（作用）計算，求出結構內力，以進行構件截面配筋計算和采取構造措施。

RC結構的受力性能十分復雜，是一個不斷變化的非線性過程。確定力學模型和選擇分析方法十分重要。1.4.1基本原則（1）按《荷載規范》、《抗震規范》進行效應分析、組合（2）對不同狀況分別進行分析

如制作階段、運輸階段、安裝階段、施工期、使用期等。（3）各種取值應符合實際工作狀況

分析所需的各種幾何尺寸，計算簡圖、作用（荷載）的取值與組合、材料指標、初始應力和變形狀況等，應符合實際，并應具有相應的構造措施來保證。

（4）滿足平衡條件，變形協調和本構關系盡可能符合實際如邊界條件、支座和節點的約束條件、截面變形條件等，若難以嚴格地滿足，應在不同的程度上予以滿足。（5）選擇合理的分析方法目前工程設計中常用的計算方法，可分為以下五類：——線彈性分析方法——考慮塑性內力重分布的分析方法——塑性極限分析方法——非線性分析方法——試驗分析方法上述分析方法中，又