第一章-绪论(4课时)

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1、1教材及主要参考书：教材及主要参考书：v工程结构，工程结构，薛茹主编，郑州大学出版社薛茹主编，郑州大学出版社v建筑结构（第四版），建筑结构（第四版），熊丹安主编，华南理熊丹安主编，华南理工大学出版社，工大学出版社，2009.1 2009.1 v混凝土结构设计原理，混凝土结构设计原理，刘文峰主编，高等教刘文峰主编，高等教育出版社，育出版社，20052005；v混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范课程主要内容课程主要内容u第一章第一章 绪论绪论u第二章第二章 工程结构的设计标准和设计方法工程结构的设计标准和设计方法u第三章第三章 结构材料的力学性能及选用结构材料的力学性能及选用u第四章第四章 钢筋

2、混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件u第五章第五章 钢筋混凝土受压构件钢筋混凝土受压构件u第六章第六章 钢筋混凝土受拉构件钢筋混凝土受拉构件u第七章第七章 钢筋混凝土受扭构件钢筋混凝土受扭构件u第八章第八章 预应力混凝土结构概述预应力混凝土结构概述u第九章第九章 钢筋混凝土梁板结构钢筋混凝土梁板结构u第十章第十章 砌体结构砌体结构u第十一章第十一章 单层厂房结构设计单层厂房结构设计u第十二章第十二章 多高层房屋结构多高层房屋结构u第十三章第十三章 建筑结构设计软件简介建筑结构设计软件简介课程主要内容课程主要内容5学习要求与成绩评价学习要求与成绩评价n学习要求：学习要求：n a 课前提前预习课前提前

3、预习nb 课堂积极参与课堂积极参与nc 课后及时复习课后及时复习 n成绩计算：成绩计算：n a 课程实践：课程实践：10%n b 平时成绩（平时作业）：平时成绩（平时作业）：10%n c 期终考试：期终考试：80%6u结构结构是由梁、柱、墙、板、杆、壳等基本构是由梁、柱、墙、板、杆、壳等基本构件组成的一个承力系统。件组成的一个承力系统。u工程结构工程结构包括建筑结构、桥梁结构、地下结包括建筑结构、桥梁结构、地下结构、水工结构、特种结构等。本课程主要讲述构、水工结构、特种结构等。本课程主要讲述建筑结构建筑结构的有关问题。的有关问题。u结构的功能结构的功能主要是形成构筑物所需要的空间主要是形成构筑

4、物所需要的空间骨架，并能够长期安全可靠地承受各种荷载和骨架，并能够长期安全可靠地承受各种荷载和变形作用（包括可能遭遇的意外事故）及其影变形作用（包括可能遭遇的意外事故）及其影响。响。8 注：注：“作用作用”能使结构或构件产生效应（内力、变能使结构或构件产生效应（内力、变形、裂缝等）的各种原因的总称。形、裂缝等）的各种原因的总称。（1 1）直接作用直接作用 即荷载：如结构自重、人群荷载、风荷载等；即荷载：如结构自重、人群荷载、风荷载等；（2 2）间接作用：间接作用：如地震、基础沉降、温度变化等。如地震、基础沉降、温度变化等。9l1.1.水平构件水平构件：梁、板等，用以承受竖：梁、板等，用以承受竖

5、向荷载。向荷载。l2.2.竖向构件：竖向构件：柱、墙等，其作用是支柱、墙等，其作用是支承水平构件或承受水平荷载。承水平构件或承受水平荷载。l3.3.基础：基础：其作用是将建筑物承受的荷其作用是将建筑物承受的荷载传至地基。载传至地基。10建筑决定着建筑物的外在特质建筑决定着建筑物的外在特质使用性和美观性使用性和美观性结构决定着建筑物的内在特质结构决定着建筑物的内在特质安全性、适用性安全性、适用性和耐久性和耐久性设计中要保证设计中要保证建筑与结构的和谐统一建筑与结构的和谐统一建筑设计建筑设计（外观和使用外观和使用）结构设计结构设计（外力和内力外力和内力）用途、功能、文化、环用途、功能、文化、环境、

6、历史、地理等条件境、历史、地理等条件功能、材料、环境、功能、材料、环境、地理、施工等条件地理、施工等条件设计目标：设计目标：技术先进、经济技术先进、经济合理、安全适用、确保质量合理、安全适用、确保质量 古罗马大斗兽场（公元70-82）巴黎圣母院欧洲中世纪建筑，116314n故宫是中国传统建筑艺术的结晶，它体出当时帝王至尊、江山永固的主题思想，创造出巍峨壮观、富丽堂皇的组群空间和建筑形象，堪称中国古代大型组群布置的典范。n 建筑物实体同时具有的利用价值和观赏价值n 建筑物实体同时具有的利用价值和观赏价值n 悉尼歌剧院以张开的“贝壳”的形式，与其四周的海景相得益彰，已成为悉尼市乃至整个澳大利亚的形

7、象代表，是澳大利亚旅游观光的重要景点之一。平衡平衡稳定稳定承载能力承载能力适用适用经济经济美观美观18u按材料分类按材料分类：混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构u按用途分按用途分:建筑结构、桥梁结构、地下结构、水工结构、特种结构u按受力和构造特点分类：按受力和构造特点分类：混合结构、排架结构、框架结构、剪力墙结构及其它结构。混凝土结构的概念混凝土结构的概念 素混凝土结构素混凝土结构 混凝土结构混凝土结构 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构预应力混凝土结构1、混凝土结构、混凝土结构20 2、砌体结构、砌体结构 由由块体块体（砖、石材、砌块）和（砖、石材、砌块）和砂浆砂浆砌筑而成的墙

8、、柱作砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构称为砌体结构。为建筑物主要受力构件的结构称为砌体结构。22主要优点：主要优点：1）取材方便，造价低廉；取材方便，造价低廉；2）具有良好的耐火性及耐久性；具有良好的耐火性及耐久性；3）具有良好的保温、隔热、隔音性能，节能效果好；具有良好的保温、隔热、隔音性能，节能效果好；4）施工简单，技术容易掌握和普及，也不需要特殊）施工简单，技术容易掌握和普及，也不需要特殊 的设备。的设备。主要缺点：主要缺点：自重大，强度低，整体性差，砌筑劳动强度大。自重大，强度低，整体性差，砌筑劳动强度大。砌体结构砌体结构23以钢材为主制作的结构以钢材为主制作的结构。3 3

9、、钢结构、钢结构242526272820082008年北京奥运年北京奥运会主体育场会主体育场“鸟巢鸟巢”2930鸟巢内景鸟巢内景 31主要优点：主要优点：1）材料强度高，自重轻，塑性和韧性好，材质均匀；）材料强度高，自重轻，塑性和韧性好，材质均匀；2）便于工厂生产和机械化施工，便于拆卸，施工工期短；）便于工厂生产和机械化施工，便于拆卸，施工工期短；3）具有优越的抗震性能；）具有优越的抗震性能；4）无污染、可再生、节能、安全，符合建筑可持续发展的）无污染、可再生、节能、安全，符合建筑可持续发展的 原则，可以说钢结构的发展是原则，可以说钢结构的发展是21世纪建筑文明的体现。世纪建筑文明的体现。钢结

10、构钢结构32 钢结构钢结构 主要缺点主要缺点：易腐蚀，需经常油漆维护，故维护费用较易腐蚀，需经常油漆维护，故维护费用较高；钢结构的耐火性差，当温度达到高；钢结构的耐火性差，当温度达到250时，时，钢结构的材质将会发生较大变化；当温度达钢结构的材质将会发生较大变化；当温度达到到500时，结构会瞬间崩溃，完全丧失承载时，结构会瞬间崩溃，完全丧失承载能力。能力。334 4、木结构、木结构 指全部或大部分指全部或大部分用木材制作的结构。用木材制作的结构。34353637主要优点：主要优点：易于就地取材，制作简单。易于就地取材，制作简单。主要缺点：主要缺点：易燃、易腐蚀、变形大，并且木材使用受到易燃、易

11、腐蚀、变形大，并且木材使用受到 国家严格限制。国家严格限制。木结构木结构38混凝土结构混凝土结构素混凝土结构素混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构素混凝土结构素混凝土结构基础墙体钢筋混凝土梁钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构:根据构件的受力特征，在混凝土构件的适当部分配置钢筋。钢筋箍筋支撑预应力混凝土结构：预应力混凝土结构：通过预拉钢筋使受压区产生拉力预应力筋混凝土空心钢骨混凝土柱钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构型钢纵向钢筋箍筋钢管混凝土结构钢管混凝土结构钢管核心混凝土 钢钢-混凝土组合结构混凝土组合结构45混凝土混凝土(Concrete)：抗压强度高，而抗拉强度却很低

12、抗压强度高，而抗拉强度却很低 一般抗拉强度只有抗压强度的一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20 破坏时具有明显的破坏时具有明显的脆性性质脆性性质(Brittle)因此，素混凝土构件在实际工程的因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩、室外地坪和一些非承重结构。柱墩、室外地坪和一些非承重结构。基本材料性能基本材料性能Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 fts sc=ft2500素混凝土梁受力性能Pu Pcrs sc=ft ft破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到破

13、坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。钢钢 材材(Steel)：抗拉和抗压强度都很高抗拉和抗压强度都很高具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性 细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件为受拉构件纯钢构件的承载力往往取决于钢材的压曲，材料强度一般纯钢构件的承载力往往取决于钢材的压曲，材料强度一般得不到充分地发挥。得不到充分地发挥。将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。Pcr=9.

14、7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 fts sc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu 52.5kNs sc=ft ft s ss s sc2f16 fy配置钢筋后，配置钢筋后，RC梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明显预兆。显预兆。Py 50.0kN fcPcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 fts sc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu

15、 52.5kNs sc=ft ft s ss s sc2f16 fyPy 50.0kN fc但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作；但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作；通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用于大跨度结构。于大跨度结构。如何解决？如何解决？50 钢筋混凝土梁与素混凝土梁的破坏情况对比钢筋混凝土梁与素混凝土梁的破坏情况对比受压构件中配置受压钢筋受扭构件配筋螺旋箍筋约束混凝土梁中配置箍筋图 1-3 常见配筋方式52发挥钢筋抗拉、

16、抗压强度高的特点；发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度发挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度低的弱点低的弱点。钢筋与混凝土合理的组合原则钢筋与混凝土合理的组合原则53 钢筋与混凝土共同工作的条件钢筋与混凝土共同工作的条件（1）混凝土结硬后，能与钢筋牢固地）混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结粘结在一起，传递应力。在一起，传递应力。（2）二者具有）二者具有相近的线胀系数相近的线胀系数，不会由于温度变化产生较大的，不会由于温度变化产生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。温度应力和相对变形而破坏粘结力。钢筋钢筋 st=1.2 105混凝土混凝土 ct=1.0 1.5 10

17、5（3）呈碱性的混凝土可以）呈碱性的混凝土可以保护保护钢筋，使钢筋混凝土结构具有较钢筋，使钢筋混凝土结构具有较好的耐久性。好的耐久性。混凝土结构的优点混凝土结构的优点：材料利用合理：材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。经济指标优于钢结构。可模性好：可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄

18、壳、箱尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。形结构等。耐久性和耐火性较好：耐久性和耐火性较好：钢筋有混凝土的保护层，钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层厚混凝土保护层可耐火可耐火2小小时时，钢筋不致因升温过快而丧失承载力。，钢筋不致因升温过快而丧失承载力。现浇混凝土结构的整体性好：现浇混凝土结构的整体性好：且通过合适的配且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好

19、，适用于防护结构。同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。刚度大、阻尼大：刚度大、阻尼大：有利于结构的变形控制。有利于结构的变形控制。易于就地取材：易于就地取材：混凝土所用的砂、石，易于就混凝土所用的砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分改善混凝土的性能。料，或作为水泥的外加成分改善混凝土的性能。混凝土结构的缺点：混凝土结构的缺点：自重大自重大：不适用于大跨、高层结构。：不适用于大跨、高层结构。轻质、高强和预应力轻质、高强和预应力 抗裂性差：抗裂性差：普通普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，结构

20、，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差环境较差(露天、沿海、化学侵蚀露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了时会影响耐久性；也限制了普通普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。用于大跨结构，高强钢筋无法应用。预应力混凝土预应力混凝土 承载力有限：承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。大，减小使用空间。高强、钢骨、钢管混凝土高强、钢骨、钢管混凝土 施工复杂，工序多施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。施工受季节、天气的影响较大。混凝土结

21、构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。钢模、飞模、滑模等钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等混凝土结构加固技术混凝土结构加固技术不断得到发展，如最近研究开发的采用碳不断得到发展，如最近研究开发的采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。混凝土结构的发展简况及其应用混凝土结构的发展简况及其应用1824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波年法国人朗波(L.Lambot)制造了第

22、一只钢筋混制造了第一只钢筋混凝土小船凝土小船 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。多年。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主要的结构，而且土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土高性能混凝土和和新型混凝土结构新型混凝土结构形式还在不断发展。形式还在不断发展。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展历史与应用概况混凝土

23、结构的工程应用 房屋建筑房屋建筑 单层及多层房屋，如单层厂房、多层厂房、多层框架结构等；单层及多层房屋，如单层厂房、多层厂房、多层框架结构等；高层建筑，如框架结构、剪力墙结构、筒体结构、框筒结构、筒中筒高层建筑，如框架结构、剪力墙结构、筒体结构、框筒结构、筒中筒 结构、桁架筒结构、成束筒结构等；结构、桁架筒结构、成束筒结构等；大跨屋盖结构，包括平面结构体系和空间结构体系。大跨屋盖结构，包括平面结构体系和空间结构体系。地下建筑工程地下建筑工程 包括各种工业、交通、民用和军用的地下工程，如矿井和巷道、铁路包括各种工业、交通、民用和军用的地下工程，如矿井和巷道、铁路 隧道和道路隧道、地下铁道和水底隧

24、道、地下仓库和油库，以及各种隧道和道路隧道、地下铁道和水底隧道、地下仓库和油库，以及各种 用途的输水和其他的水式隧道等。用途的输水和其他的水式隧道等。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展历史与应用概况 特种工程结构特种工程结构 包括高耸结构、海洋工程结构、管道结构和容器结构等。如烟囱、包括高耸结构、海洋工程结构、管道结构和容器结构等。如烟囱、冷却塔、水池、筒仓、料斗、料仓和储罐、电视塔等。冷却塔、水池、筒仓、料斗、料仓和储罐、电视塔等。道路和桥梁道路和桥梁 水利工程水利工程 如坝、水电站、拦洪坝、引水渡槽、船闸、船坞、码头、污水池、如坝、水电站、拦洪坝、引水渡槽、船闸、船坞、码头、污水池、港口

25、、排灌管等。港口、排灌管等。6061广东国际大厦广东国际大厦全美最高，世界第二的美国全美最高，世界第二的美国芝加哥的希尔斯大厦芝加哥的希尔斯大厦混凝土结构的工程应用63混凝土结构的工程应用64混凝土结构的工程应用混凝土结构的工程应用上海杨浦大桥上海杨浦大桥混凝土结构的工程应用混凝土结构的工程应用68混凝土结构的工程应用69第一章 绪论上海莘庄大型立交工程上海莘庄大型立交工程该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45.8公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里、面积8.4万m2。混凝土结构的工程应用70H海洋石油钻井平台海洋石油钻井平台混凝土结构的工程应用大型水利工程设施大型水

26、利工程设施混凝土结构的工程应用72p 钢筋混凝土材料的力学性能；钢筋混凝土材料的力学性能；p 混凝土结构基本设计原则混凝土结构基本设计原则;p 弯、剪、拉、压、扭等基本构件的承载力计算弯、剪、拉、压、扭等基本构件的承载力计算(截面设计截面设计)；p 变形和裂缝宽度验算；变形和裂缝宽度验算；p 预应力混凝土构件的计算；预应力混凝土构件的计算；p 砌体结构的力学性能、受力特征和承载力计算砌体结构的力学性能、受力特征和承载力计算 本课程的主要任务本课程的主要任务工程结构课程学习中应注意的问题钢筋混凝土结构基本构件（工程结构）钢筋混凝土结构基本构件（工程结构）受压构件受扭构件受弯构件受拉构件受弯构件受

27、压构件基本理论基本理论工程应用工程应用问题的复杂性问题的复杂性问题的综合性问题的综合性问题不是单一的问题不是单一的解答是不唯一的解答是不唯一的受力性能受力性能理论分析理论分析构件设计构件设计结构设计结构设计材料的力学性能材料的力学性能两种材料的配比两种材料的配比两种材料的共同工作两种材料的共同工作学习中应注意的问题：学习中应注意的问题：1 1、构件和结构设计是一个综合性问题、构件和结构设计是一个综合性问题设计过程包括设计过程包括结构方案结构方案、构件选型构件选型、材料选择材料选择、配筋构造配筋构造、施工方案施工方案等，还需要考虑等，还需要考虑安全适用安全适用和和经济合理经济合理。设计中许多数据

28、可能有多种选择方案，因此设计设计中许多数据可能有多种选择方案，因此设计结果不是唯一的。结果不是唯一的。最终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑最终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑使用、材料、造价、施工等各项指标的可行性，使用、材料、造价、施工等各项指标的可行性，才能确定较为合适的一个设计结果。才能确定较为合适的一个设计结果。学习中应注意的问题：学习中应注意的问题：2 2、工程项目的建设是国家的重要工作，必须依照国、工程项目的建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法规进行家颁布的法规进行各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程

29、结构的设计在符合国家经济文件，其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设计的质量和工程项目的安全政策的条件下，保证设计的质量和工程项目的安全可靠。注意在学习中，有关基本理论的应用最终都可靠。注意在学习中，有关基本理论的应用最终都要落实到规范的具体规定。要落实到规范的具体规定。学习中应注意的问题：学习中应注意的问题：3 3、设计工作是一项创造性工作、设计工作是一项创造性工作一方面在设计工作中必须按照规范进行，另一一方面在设计工作中必须按照规范进行，另一方面只有深刻理解规范的理论依据，才能更好地应方面只有深刻理解规范的理论依据，才能更好地应用规范，充分发挥设计者的用规范，充分发挥设计者的主动性和创造性主动性和创造性。本学科还在不断的发展和更新，因此本学科还在不断的发展和更新，因此设计工作设计工作不应被规范束缚不应被规范束缚，在经过各方面的可靠性论证后，在经过各方面的可靠性论证后，应积极采用先进的理论和技术。规范一般十年左右应积极采用先进的理论和技术。规范一般十年左右修订一次，就是为了反映学科最新发展的成果。修订一次，就是为了反映学科最新发展的成果。