混凝土結構概述混凝土結構是當今建筑工程的主要承重結構形式結合鋼筋與混凝土優勢，發揮材料最佳性能課程內容與學習目標基礎理論掌握混凝土與鋼筋特性設計方法學習結構計算與設計原理構件設計梁柱板墻基礎設計技能工程應用混凝土的組成與性質基本組成水泥骨料水外加劑主要性質抗壓強度高抗拉強度低耐久性好抗火性能良好力學特性壓應變關系非線性具有徐變性能存在干縮現象水泥的類型與特性硅酸鹽水泥早期強度高，硬化快，耐久性好普通硅酸鹽水泥適用性廣，性價比高礦渣水泥水化熱低，耐硫酸鹽腐蝕火山灰水泥骨料的分類與要求1質量要求堅固耐久，無有害物質2粗骨料粒徑>4.75mm，礫石或碎石3細骨料粒徑≤4.75mm，天然砂或人工砂4粒徑級配合理連續級配提高密實度外加劑的作用與應用減水劑降低用水量，提高強度改善和易性，降低水灰比引氣劑提高抗凍融性能改善和易性，減少離析緩凝/早強劑調節凝結時間滿足不同工程需求防水劑降低混凝土滲透性提高結構耐久性混凝土的強度等級C15低強度非承重構件，墊層C30普通強度一般建筑結構C50高強度高層建筑，大跨結構C80+超高強度特殊工程，超高層混凝土的耐久性凍融作用冷熱循環產生內部應力碳化作用CO?滲透導致鋼筋銹蝕氯離子侵蝕加速鋼筋銹蝕膨脹硫酸鹽侵蝕生成膨脹物質破壞結構鋼筋的種類與性能鋼筋種類屈服強度(MPa)延伸率(%)主要用途HPB30030025箍筋、構造鋼筋HRB40040014受力鋼筋HRB50050012高強度要求場合RRB40040014抗震性能要求高場合鋼筋與混凝土的粘結性能1化學粘結水泥漿與鋼筋表面作用2摩擦力混凝土收縮產生緊握力3機械鎖定肋筋與混凝土嚙合混凝土結構的基本概念共同工作混凝土承壓，鋼筋承拉整體性合理連接形成整體結構適應變形溫度變化和荷載作用下共同變形保護作用混凝土保護鋼筋不銹蝕鋼筋混凝土結構的優缺點優點原材料豐富，價格低耐久性好，維護成本低抗火性能優良整體性好，抗震性好可塑性強，造型自由缺點自重大，不適合大跨徐變與收縮影響使用抗裂性能差現場施工周期長拆除改造困難結構設計的基本原則安全性具有足夠承載能力在極端工況下不致倒塌滿足抗震設防要求適用性變形符合使用要求裂縫寬度在限值內振動符合舒適度要求耐久性滿足設計使用年限抵抗環境侵蝕能力正常維護下保持功能荷載與作用分類永久荷載結構自重，固定設備，土壓力可變荷載人群，家具，積雪，吊車偶然荷載地震，爆炸，碰撞，火災環境作用溫度變化，收縮徐變，支座沉降結構計算方法概述容許應力法基于材料彈性范圍內工作極限狀態法考慮結構破壞和不適用兩種狀態概率設計法基于可靠度理論的安全度量有限元分析復雜結構的數值模擬計算極限狀態設計法設計狀況確定設計工況與環境條件荷載組合考慮多種荷載同時作用可能性驗算極限狀態承載能力和正常使用極限狀態構造要求滿足最小配筋和構造措施正常使用極限狀態撓度控制限制過大變形影響使用功能裂縫寬度控制裂縫影響耐久性與外觀振動控制避免不舒適振動或設備損傷承載能力極限狀態材料強度考慮極限狀態下材料性能構件受力分析外力作用下內力分布截面驗算承載力≥設計效應值整體穩定驗證結構整體穩定性材料的強度設計值標準值(MPa)設計值(MPa)結構構件的基本假定平截面假定變形前平面變形后仍平截面內應變分布線性簡化應力分析計算材料假定混凝土不承受拉力忽略鋼筋體積鋼筋與混凝土完全粘結變形協調鋼筋與混凝土應變相等滿足幾何變形協調條件共同承擔外部荷載受彎構件的基本概念受彎特點上部受壓，下部受拉存在中和軸，應力分布非均勻配置受拉區鋼筋承擔拉力破壞形式超筋破壞：混凝土壓碎正常破壞：鋼筋屈服后混凝土壓碎欠筋破壞：鋼筋突然斷裂正截面受力分析截面應變分布線性分布，中和軸確定應力分布混凝土壓區等效應力矩形塊平衡方程內力合力為零，內力矩等于外力矩單筋矩形截面梁的計算確定計算參數尺寸、材料強度、荷載效應計算相對受壓區高度ξ=x/h0，控制在ξb內確定配筋面積As=M/(fy·(h0-0.5x))驗算配筋率滿足最小和最大配筋率要求雙筋矩形截面梁的計算適用條件截面尺寸受限彎矩較大需控制變形計算步驟確定壓區鋼筋分擔彎矩計算受拉鋼筋面積驗算應力和變形關鍵點受壓鋼筋需抵抗屈曲控制相對受壓區高度驗算壓筋是否屈服T形截面梁的特點與計算特點翼緣增大壓區面積材料利用率高整體性好計算分類小偏心：中和軸在翼緣內大偏心：中和軸在腹板內不同計算方法有效翼緣寬度計入協同工作部分與跨度和間距相關規范限值控制斜截面受力分析斜裂縫形成主拉應力超過混凝土抗拉強度內力組成混凝土壓力、箍筋拉力、縱筋拉力破壞形式剪壓破壞、剪拉破壞、錨固破壞影響因素混凝土強度、箍筋配置、截面尺寸斜截面抗剪承載力計算受扭構件的計算原理空間受力扭矩產生空間斜拉應力薄壁截面理論假定應力沿壁厚均勻分布空間桁架模型混凝土斜壓桿與鋼筋拉桿組成配筋構造閉合箍筋與沿周邊縱筋軸心受壓構件的特點穩定問題需考慮長細比影響1破壞模式材料破壞或穩定破壞2配筋特點對稱配筋，箍筋約束3計算方法考慮偏心放大和長度影響4偏心受壓構件的計算1大偏心受壓截面部分受拉，類似受彎2小偏心受壓截面全壓，但應力不均勻3附加偏心考慮初始缺陷與二階效應4長細比影響修正計算內力，考慮穩定軸心受拉構件的設計100%鋼筋承擔混凝土開裂，鋼筋承擔全部拉力0.6%最小配筋率確保延性，防止突然破壞4d錨固長度d為鋼筋直徑，保證受力傳遞偏心受拉構件的計算計算模型考慮拉力與彎矩共同作用類似于負偏心受壓構件破壞形態鋼筋屈服或混凝土壓碎通常為鋼筋控制破壞設計要點控制裂縫寬度保證足夠剛度考慮長期效應混凝土構件的裂縫控制裂縫成因分析荷載、收縮、溫度變形裂縫寬度計算基于鋼筋應力和保護層厚度寬度限值控制根據環境類別和構件類型構造措施合理配筋，控制鋼筋間距混凝土構件的變形計算剛度計算考慮開裂對剛度的影響短期變形彈性變形，基于瞬時荷載效應長期變形考慮徐變和收縮附加變形限值控制滿足使用功能和美觀要求預應力混凝土的基本概念基本原理人為施加壓應力抵消部分拉應力提高抗裂性能材料要求高強混凝土預應力鋼絞線錨具和夾具主要優點跨越能力強抗裂性好自重輕耐久性好預應力施加方法先張法先張拉鋼筋，后澆混凝土后張法先澆混凝土，后張拉鋼筋組合法結合兩種方法優點預應力損失分析摩擦損失錨固損失鋼筋松弛混凝土徐變混凝土收縮溫度變化其他損失預應力混凝土梁的設計確定幾何尺寸跨高比，截面形式確定預應力筋布置曲線形式，偏心距計算所需預應力考慮損失，滿足應力限值驗算承載能力正截面，斜截面，裂縫，撓度混凝土板的類型與特點單向板的設計計算受力特點主要沿短向跨越長跨比>2視為單向板主筋垂直于支座方向計算方法單位寬度條帶計算類似于矩形截面梁考慮樓面荷載分布構造要點主筋滿足最小配筋率分布筋控制裂縫板厚滿足剛度要求雙向板的設計方法等值系數法通過經驗系數分配彎矩有限元分析精確模擬，考慮邊界條件塑性鉸線法基于屈服線理論確定承載力分格法將板分為條帶進行簡化分析無梁樓蓋的設計原理特點板直接由柱支承凈空高度大施工簡便自重較輕類型平板式柱帽式扁梁式帶梁式重點問題板柱節點受剪承載力沖切破壞控制撓度控制抗震性能混凝土柱的類型與特點方形柱施工簡便，平面布置靈活圓形柱受力均勻，裝飾效果好異形柱滿足特殊功能和造型需求短柱的設計計算軸心受壓承載力N≤α(fcAc+fyAs)偏心受壓承載力基于截面平衡方程計算配筋率要求一般控制在1%~5%之間箍筋構造滿足抗剪和約束核心混凝土要求長柱的設計考慮穩定性控制考慮幾何非線性影響長細比影響增大彎矩，降低承載力3計算長度與實際支承條件相關承載力驗算考慮二階效應附加彎矩偏心受壓柱的設計1.15彎矩放大系數考慮二階效應影響0.5相對偏心距控制在合理范圍內35長細比限值一般工程中的控制值剪力墻的基本概念定義與作用承擔水平荷載的豎向板提供結構側向剛度控制結構水平變形分類實體墻連梁墻洞口墻筒體墻受力特點彎曲變形為主剪切變形影響邊緣構件應力集中剪力墻的設計方法計算墻體內力彎矩、剪力和軸力分布邊緣構件設計承擔主要彎曲應力墻身配筋設計滿足抗剪和構造要求連梁設計提高結構延性和能量耗散框架結構的特點空間性形成三維受力體系1延性好適合抗震設防區變形能力強能吸收變形能量布置靈活適應功能多變要求框架節點的設計受力分析應力集中、多向內力傳遞核心區設計控制剪切破壞，確保強節點鋼筋錨固保證受力傳遞，防止拔出箍筋約束提供側向約束，增強延性框架-剪力墻結構結構優勢結合兩種結構優點，剛度與延性平衡2協同工作低層框架為主，高層剪力墻主導設計要點剛度分配合理，強弱有序基礎的類型與選擇獨立基礎的設計確定基礎尺寸滿足地基承載力要求計算基礎厚度滿足抗沖切和抗彎要求確定配筋量滿足抗彎承載力要求構造詳圖滿足最小配筋率和構造要求筏形基礎的設計原理適用條件荷載較大柱距較小地基承載力較低減小不均勻沉降計算方法板法梁板法彈性地基梁法有限元法設計要點抗沖切驗算板帶配筋剛度控制裂縫控制樁基礎的特點與應用樁的分類按材料：混凝土樁、鋼樁按施工：預制樁、灌注樁按受力：摩擦樁、端承樁適用條件地基承載力低軟土層厚度大水位高，地質復雜荷載大，沉降控制嚴設計考慮樁身承載力樁群效應承臺設計負摩阻力分析混凝土結構的耐火設計火災影響強度降低，變形增加，爆裂風險耐火等級根據建筑用途確定耐火時間保護層厚度控制鋼筋溫度，延緩強度下降構造措施防爆纖維，降溫系統，防火涂料混凝土結構的抗震設計1概念設計結構布置規則，受力路徑明確2強度設計提高地震作用，增大安全系數3變形能力強柱弱