许成详何培玲混凝土结构设计原理实用教案

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1、会计学1许成详何培玲混凝土结构设计原理许成详何培玲混凝土结构设计原理(yunl)第一页，共58页。 1.1 混凝土结构的一般概念 1.2 钢筋和混凝土共同工作的可能性 1.3 钢筋混凝土结构的分类 1.4 钢筋混凝土结构的特点 1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用 1.6 导 学 1.7 思 考 题本章(bn zhn)内容第1页/共58页第二页，共58页。1.1 混凝土结构(jigu)的一般概念诉混凝土结构是由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构，常用于路面(如图1.1所示)和一些(yxi)非承重结构。图1.1 素混凝土路面 第2页/共58页第三页，共58页。1.1 混凝土结构

2、(jigu)的一般概念钢筋混凝土结构是由配置(pizh)受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构(如图1.2所示)。图1.2 钢筋(gngjn)混凝土梁预应力混凝土结构是充分利用高强度材料来改善钢筋混凝土结构的抗裂性能的结构。是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土结构(如图1.3所示)。 图1.3 预应力混凝土板 第3页/共58页第四页，共58页。1.1 混凝土结构(jigu)的一般概念钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构常用作土木工程中的主要承重结构。在多数情况下混凝土结构是指钢筋混凝土结构。 钢筋和混凝土都是土木工程中重要的建筑材料，钢筋的抗拉和抗压强度都很高，

3、但混凝土的抗压强度较高而抗拉强度却很低。为了充分发挥这两种材料性能的优势，把钢筋和混凝土按照合理的组合方式有机地结合在一起共同工作，使钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力(yl)，以满足工程结构的使用要求。 第4页/共58页第五页，共58页。两端搁置在砖墙上的一根梁，在外力作用下会产生弯曲变形，上部为受压区，下部为受拉区(如图1.4所示)。当此梁由素混凝土制成时，由于混凝土抗拉强度很低，于是在很小的荷载作用下，梁下部受拉区边缘的混凝土就会出现裂缝，而受拉区混凝土一旦开裂，在荷载持续作用下，裂缝会迅速向上发展，梁在瞬时间就会骤然脆裂断开(dun ki)，而梁上部混凝土的抗压能力却还未能充分利用。

4、素混凝土梁的承载力很低。1.1 混凝土结构的一般(ybn)概念图1.4 简支梁的受力分析(fnx)第5页/共58页第六页，共58页。当此梁在受拉区配置适量的钢筋，即构成(guchng)钢筋混凝土梁。在荷载作用下，梁的受拉区混凝土仍会开裂，但钢筋的存在，可以代替受拉区混凝土承受拉力，裂缝不会迅速发展，受压区的压应力仍由混凝土承受，因此，梁可以承受继续增大的荷载，直到钢筋的应力达到其屈服强度。随后荷载仍可略有增加致使受压区混凝土被压碎，混凝土抗压强度得到了充分利用，梁终告破坏。可见，配制在受拉区的钢筋明显地加强了受拉区的抗拉能力，从而使钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁有很大的提高。这样，混凝土的抗

5、压能力和钢筋的抗拉能力都得到了充分利用，而且在梁破坏前，其裂缝充分发展，其变形迅速增大，有明显的破坏预兆。结构的受力特性得到显著改善。1.1 混凝土结构的一般(ybn)概念第6页/共58页第七页，共58页。承受压力的受压构件柱(如图1.5所示)，通常也配置钢筋，以协助混凝土承受压力，以达到减小柱的截面尺寸、改善柱的受力性能、提高柱的承载能力、增加(zngji)柱的延性的目的。1.1 混凝土结构(jigu)的一般概念图1.5 柱的受力分析(fnx)第7页/共58页第八页，共58页。1.2 钢筋和混凝土共同(gngtng)工作的可能性钢筋和混凝土这两种物理和力学性能不同的材料，之所以可能有机地结合

6、在一起共同工作，主要是建立在以下的基础之上的。 黏结力是使这两种不同性质的材料结合在一起共同工作的基础。由于混凝土中的水泥是胶凝材料，在混凝土硬化(ynghu)后，钢筋和混凝土之间存在黏结力促成这两种性能不同的材料可能而有效地共同工作，承受荷载，并保证钢筋与相邻混凝土的变形一致。 相近的温度线膨胀系数。混凝土的温度膨胀系数约在(1.01.5) /之间，钢筋的线膨胀系数为1.2 /。因此，当温度变化时，两种材料间不致产生温度应力，不会产生较大的相对变形，不破坏结构的整体性，使黏结得以保持，不会在未受荷载之前，钢筋和混凝土之间就产生相互作用而产生开裂或破坏。第8页/共58页第九页，共58页。 防止

7、钢筋锈蚀。暴露在空气介质中的钢材，由于受空气中酸性介质的影响，很容易锈蚀，而埋在混凝土中的钢筋，受到呈弱碱性的混凝土保护，只要钢筋至构件边缘(binyun)间的保护层具有足够的密实度和厚度以及控制构件裂缝不致过宽，混凝土能够起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，从而保证结构具有良好的耐久性，使钢筋和混凝土长期可靠地共同工作。1.2 钢筋(gngjn)和混凝土共同工作的可能性第9页/共58页第十页，共58页。1.3 钢筋混凝土结构(jigu)的分类钢筋混凝土结构按结构受力状态和结构外形可分为杆件系统和非杆件系统两大类。杆件系统按其主要受力特点，分为： 受弯构件，如各种独立的梁、板以及基础底板等。 受压构件

8、，如柱、屋架的上弦和压腹杆等。 受拉构件，如储液池的池壁，屋架下弦和拉腹杆等。 受扭构件，如带有悬挑雨篷的雨篷梁(过梁(u lin)、吊车梁等。 复合受力构件，如压弯构件、拉弯构件、弯扭构件、拉弯扭构件等。非构件系统可以是空间薄壁结构，也可以是外型复杂的大体积结构。第10页/共58页第十一页，共58页。钢筋混凝土结构按照建造方式的不同，一般可分为现浇混凝土结构、装配(zhungpi)式混凝土结构和装配(zhungpi)整体式混凝土结构。现浇混凝土结构是由现场支模并整体浇筑而成的混凝土结构。它的整体性比较好，刚度比较大但生产较难工业化，施工工期长，模板用料较多。装配(zhungpi)式混凝土结构

9、是由预制混凝土构件或部件通过焊接、螺栓等连接方式装配(zhungpi)而成的混凝土结构。采用装配(zhungpi)式结构可使建筑事业工业化(设计标准化、制造工业化、安装机械化)；制造不受季节限制，能加快施工进度；利用工厂有利条件，提高构件质量；模板可重复使用，还可免去脚手架，节约木料或钢材。目前装配(zhungpi)式混凝土结构在建筑工程中已普遍采用。但装配(zhungpi)式结构的接头构造较为复杂，整体性较差，对抗震不利，装配(zhungpi)时还需要有一定的起重安装设备。装配(zhungpi)整体式混凝土结构是由预制混凝土构件或部件通过钢筋或施加预应力的连接并现场浇注混凝土而形成整体的结构

10、。预制装配(zhungpi)部分通常可作为现浇部分的模板和支架。它比整体式结构有较高的工业化程度，又比装配(zhungpi)式结构有较好的整体性。按结构的初始应力状态还可分为普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。 (1-2) 1.3 钢筋(gngjn)混凝土结构的分类第11页/共58页第十二页，共58页。1.4 钢筋混凝土结构(jigu)的特点钢筋混凝土结构之所以有广泛的应用，是因为它有很多的优点：承载力高。和砌体、木结构相比，其承载力高。在一定条件下，可以用来代替钢结构，达到(d do)节约钢材、降低造价的目的。耐久性好。在钢筋混凝土结构中，混凝土的强度随时间的增加而增长，抗风化能力强，且钢

11、筋受混凝土的保护而不易锈蚀，所以钢筋混凝土的耐久性是很好的，不像钢结构那样需要经常的保养和维修。处于侵蚀性气体或受海水浸泡的钢筋混凝土结构，经过合理的设计及采取特殊的措施，一般也可满足工程需要。整体性好。钢筋混凝土结构特别是现浇的钢筋混凝土结构，由于整体性好，对于抵抗地震作用(或抵抗强烈爆炸时冲击波的作用)具有较好的性能。第12页/共58页第十三页，共58页。 电磁吸力由电磁机构产生，当电磁线圈断电时使触点恢复常态的力称为反耐火性好。混凝土是热的不良导体，导热性差。混凝土包裹在钢筋之外，起着保护(boh)作用。若有足够的保护(boh)层，就不致因遭受火灾时使钢材很快达到软化的危险温度而造成结构

12、整体破坏，与钢木结构相比，钢筋混凝土结构的耐火性很好。可模性好。钢筋混凝土可根据设计需要浇制成各种形状和尺寸的结构。便于建筑造型的实现和建筑设备、工程开孔、留洞需要。特别适宜于建造外形复杂的大体积结构及空间薄壁结构。这一特点是砖、石、钢、木等结构所没有的。就地取材。钢筋混凝土所用的原材料砂和石，一般均较易于就地取材。在工业废料(例如矿渣、粉煤灰等)比较多的地方，还可将工业废料制成人造骨料用于钢筋混凝土结构中。 节约钢材。钢筋混凝土结构合理地发挥了材料的性能，在某些情况下可以代替钢结构，从而节约钢材并降低造价。刚度大，整体性好。钢筋混凝土结构刚度较大，现浇式钢筋混凝土结构的整体性尤其好。宜用于变

13、形要求小的建筑，也适用于抗震、抗爆结构.1.4 钢筋混凝土结构(jigu)的特点第13页/共58页第十四页，共58页。隔声性好。与钢、木结构相比，钢筋混凝土结构的隔声性能相对较好。保养费省。钢筋混凝土结构很少需要维修，不像钢、木结构需要经常地保养。但是钢筋混凝土结构也有不少缺点：自重大。在承受同样荷重的情况下，混凝土构件的自重往往比钢结构构件大很多，这对材料的消耗、建造大跨度结构和高层建筑以及抗震等都是不利的。但也有不少措施可以用于减轻自重，例如：采用轻骨料制成的轻质混凝土；采用受力性能好且能减轻自重的构件型式，如空心板、槽形板、薄腹梁、空间薄壁结构等；还可以采用预应力混凝土结构，应用高强材料

14、达到缩小构件截面尺寸，从而减轻自重。抗裂性能差。由于混凝土抗拉强度低，所以钢筋混凝土构件在使用阶段往往免不了带有裂缝(li fng)。当然，要是采用预应力混凝土就可以有效地提高构件的抗裂性。施工的季节性。在严寒地区冬季施工，混凝土浇筑后可能冻坏，这时可采用预制装配式结构，也可在混凝土中掺加化学拌和剂加速凝结、增加热量，防止冻结，还可以采用保温措施。在酷热地区或雨季施工，可采用防护措施，控制水灰比，加强保养，或采用预制装配式结构。1.4 钢筋(gngjn)混凝土结构的特点第14页/共58页第十五页，共58页。费工、费模板(mbn)。现场施工期长而建造的整体式钢筋混凝土结构比较费工；同时又需大量模

15、板(mbn)和支撑，且混凝土需要在模板(mbn)内进行一段时间的养护。采用装配式预制构件，将木模板(mbn)改用可重复使用的钢模板(mbn)或工具式模板(mbn)，以及采用顶升或提升等施工技术，可以不同程度地克服这些缺点。加固和拆修较费事。1.4 钢筋(gngjn)混凝土结构的特点第15页/共58页第十六页，共58页。钢筋混凝土结构与砖石砌体结构、钢木结构相比，历史并不长，至今约有150年的历史，但发展很快。大体上可分为3个阶段。第一阶段：从钢筋混凝土发明至20世纪初。1824年英国人J.阿斯普汀(J.Asptin)发明了波特兰水泥，1856年转炉炼钢成功(chnggng)，为钢筋混凝土的发明

16、提供了充分而坚实的物质基础。19世纪80年代初步奠定钢筋混凝土在建筑工程上应用的科学基础。由于当时所采用的钢筋和混凝土的强度较低，计算理论套用弹性理论，设计方法采用容许应力法，所以混凝土结构在建筑工程中的应用发展较慢，直到1903年才在美国辛辛那提建造了世界上第一栋混凝土结构的高层建筑英格尔大楼(Ingalls Building，如图1.6所示)。而在第一次世界大战(19141918)前只是在多层高楼的基础和楼盖中得到应用。1.5.1 混凝土结构发展(fzhn)的3个历史阶段1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第16页/共58页第十七页，共58页。图1.6 英格尔大楼外貌(w

17、imo) 图1.7 帝国大厦 1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第17页/共58页第十八页，共58页。 第二阶段：从20世纪初到第二次世界大战前后。这一阶段混凝土和钢筋的强度有所提高，1928年法国工程师弗雷西内(Freyssinet)研制成功了预应力混凝土，为钢筋混凝土结构向大跨度(kud)、高层发展提供了保障，装配式钢筋混凝土和薄壁空间混凝土结构有了很大的发展。1933年，法国、前苏联和美国分别建成跨度(kud)达60m的圆壳、扁壳和圆形悬索屋盖，1931年在美国纽约建成了保持世界纪录达40年之久，102层，高381m，结构用钢超过 5104t的帝国大厦(如图1.7所示

18、)。混凝土结构的试验研究开始进行，在计算理论上已开始考虑材料的塑性，已开始按破损阶段计算结构的破坏承载力。第二次世界大战后，由于钢材短缺，混凝土结构建筑得到大规模的发展。 1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第18页/共58页第十九页，共58页。第三阶段：从第二次世界大战以后到现在(xinzi)。这一阶段的特点是随着高强混凝土和高强钢筋的出现，预制装配式混凝土结构、高效预应力混凝土结构、泵送商品混凝土以及各种新的施工技术等广泛地应用于各类土木工程，如超高层建筑、大跨度桥梁、跨海隧道、高耸结构等。在计算理论上已过渡到充分考虑混凝土和钢筋塑性的极限状态设计理论，在设计方法上已过

19、渡到以概率论为基础的多系数表达的设计公式。20世纪50年代早期，混凝土结构建筑的高度可达到20层，1958年上升到38层，1962年达到50层，1968年又达到70层。目前，世界上最高的建筑是中国台北的金融大厦(如图1.8所示)，101层，高508m。排在之后的是马来西亚吉隆坡的石油双塔大厦，95层，高390m，连同桅杆总高492m(如图1.9所示)，钢筋混凝土结构排名世界第一。排在第三位的是美国芝加哥的西尔斯大厦，110层，高443米(如图1.10所示)。广州中天广场80层的中信大厦，高322.5m，连同桅杆(钢塔)总高382.5m，为国内最高、世界第二高的钢筋混凝土框架筒体结构建筑(如图1

20、.11所示)。朝鲜平壤建造的柳京大厦，平面为形，立面为金字塔形(如图1.12所示)，地下4层，地上105层，高305m，在钢筋混凝土结构建筑中，该楼高度仅次于马来西亚的石油双塔大厦和广州的中信大厦，居世界第三。1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第19页/共58页第二十页，共58页。图1.8 台北101层金融(jnrng)大厦 图1.9 石油(shyu)双塔大厦 图1.10 西尔斯大厦(dsh) 1.5 混凝土结构的发展概况及工程应用第20页/共58页第二十一页，共58页。以下就材料、结构和计算理论3个方面简要地叙述混凝土结构的发展(fzhn)现状。我国的水泥工业始于188

21、9年。19世纪末20世纪初，在上海等沿海城市的个别建筑物中，部分地采用了钢筋混凝土楼板。1908年建造的上海电话公司大楼是中国最早的钢筋混凝土框架结构。1949年新中国成立后，混凝土结构才在建筑工程和其他土木工程中得到广泛的应用。图1.11 中信大厦(dsh) 图1.12 柳京大厦(dsh) 1.5 混凝土结构的发展概况及工程应用第21页/共58页第二十二页，共58页。1. 材料方面(fngmin)目前常用的普通混凝土，针对它尚存在强度和耐久性不高、工作性能与水灰比密切相关、抗裂性较差和脆性较大、抗渗和抗蚀能力较弱、水化热偏高易产生裂缝等弱点，几十年来经历了许多重大变革。1.5.2混凝土结构发

22、展的概况及其在工程(gngchng)中的应用1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第22页/共58页第二十三页，共58页。20世纪30年代末，美国首先发明外加剂来提高混凝土的流动性。20世纪40年代德国首创聚合物混凝土以改善其脆性、提高其抗渗抗蚀能力。20世纪60年代美国发明浸渍混凝土可提高混凝土的耐久性、抗蚀性。前苏联开发了钢丝网水泥；我国用玻璃纤维(b lixinwi)增强水泥等改善混凝土的抗裂性、耐磨性及延性。1980年美国首先提出水泥基复合材料(Cement-based Composite Materials)的名词，突出了复合化的地位，现已成为以水泥为基材的各种材料

23、的总称，如轻质混凝土、加气混凝土、聚合物混凝土、树脂混凝土、浸渍混凝土、纤维混凝土以及根据性能要求发展的高强度混凝土、高流动性混凝土、耐热混凝土、耐火混凝土、膨胀混凝土等。1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第23页/共58页第二十四页，共58页。20世纪80年代末90年代初出现了高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)，它是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它对混凝土的耐久性、工作性、强度、适用性、体积稳定性、经济性进行有重点地保证。未来发展的应是绿色高性能混凝土(Green HPC)和超高性能混凝土(Ultra

24、 HPC)。前者用工业废渣(如水淬矿渣、优质粉煤灰、复合细掺料)为主的细掺料代替大量水泥熟料(sh lio)，以更有效地减少环境污染；后者如活性细粒混凝土、注浆纤维混凝土、压密配筋混凝土，其特点是高强度、高密实性、以大量纤维增强来克服混凝土材料的脆性。按施工方法不同配制的碾压混凝土是国内外发展较快的一种新型材料，用于大体积混凝土结构、工业厂房地面、公路路面及机场道面等。其浇筑机具与普通混凝土不同，平整使用推土机，振实用碾压机，层间处理用刷毛机，施工的机械化程度和施工效率高，与普通混钢材的发展以提高其屈服点和综合(包括防锈和防火)性能为主。德国用于建筑结构的钢材的屈服强度可达690MPa。1.5

25、 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第24页/共58页第二十五页，共58页。印度近年使用了一种(y zhn)肋形扭曲钢筋(如图1.13所示)，它是由屈服强度为240MPa的普通肋形钢筋扭曲后形成的，屈服强度可提高到415MPa，而且其塑性、冷弯性、黏结力、高温反应、可焊性、冲击和爆炸反应都有较大提高。将它用于高层框架混凝土结构，总用钢量可降低40%。图1.13 肋型扭曲(ni q)钢筋1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第25页/共58页第二十六页，共58页。 此外，在预应力混凝土构件中采用的高强钢筋也有较大的发展，如16mm直径的调质钢筋强度(qingd)可达

26、1350/15001450/1600MPa(屈服强度(qingd)/抗拉强度(qingd)，用高频感应炉热处理生产的直径为932mm的含碳量不很高的预应力钢筋，强度(qingd)可达800/9501350/1450MPa。有人预计，未来混凝土(Future Concrete)将采用的钢筋强度(qingd)可能会超过13500MPa。我国正向更高强度(qingd)、低松弛、耐腐蚀、具有较高延性的方向发展。1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第26页/共58页第二十七页，共58页。 用两种或两种以上材料组合，利用各自的优越性开发出高性能的便于使用的建筑制品，应该成为21世纪土木工

27、程的一个重要特征。目前，钢-混凝土组合结构是采用钢构件和混凝土构件，或钢-混凝土组合构件共同组成的承重结构体系或抗侧力结构体系。这种组合可使钢和混凝土两种材料都取长补短，取得良好的技术经济效果(xiogu)。钢-混凝土组合构件有组合板、组合梁、组合柱等。其中钢管混凝土柱的应用已有80多年的历史；早在20世纪初美国就在一些单层和多层房屋建筑中采用钢管混凝土柱。在组合结构中，钢管混凝土结构是一种有前途的新型结构体系。钢管混凝土是在型钢混凝土和螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的，在钢管内充填混凝土形成的构件，具有承载力高、塑性韧性好、施工方便、耐火性能强、经济效果(xiogu)好等优点。20世纪

28、60年代我国也将钢管混凝土柱用于北京地下铁道车站，以后又相继在工业厂房框架、高炉和锅炉构架中应用。至于钢-混凝土组合结构体系，如组合剪力墙体系、组合框架体系、组合筒体系、组合巨型框架体系等，则是在1969年后美国芝加哥的SOM(Skidmore Owings & Merril)公司法兹勒坎恩(Fazlur Khan)博士提出建议后发展起来的。1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第27页/共58页第二十八页，共58页。上海金茂大厦(如图1.14所示)是中国最高，世界第四高的建筑，也是世界上最高的钢-混凝土组合结构建筑，共88层，总高420.5m，建筑面积290000m2。金茂大厦是

29、中国建筑工程史上的里程碑，已嵌入世界名楼的版图。在施工中解决了若干(rugn)重大技术难题，例如13500m3C50混凝土基础底板一次浇捣成型；混凝土一次性泵送至382.5m的高度等。香港中国银行大厦(如图1.15所示)在1989年建成，地上71层，高315m，天线顶端高368m。按建筑师贝聿铭的造型，平面为52m52m的正方形，沿正方形对角线划分成4个等腰三角形，向上每隔若干(rugn)层切去一个角区，仅一个角区至楼的顶部，上部结构由4个组合在一起、高度递增不同的三棱柱组成。整座大楼由8片钢结构平面支撑和5根型钢混凝土柱所组成的混合结构“大型立体支撑体系”。型钢混凝土柱平面尺寸为4.3m7.

30、93m。该建筑在受力上极为合理。1.5 混凝土结构(jigu)的发展概况及工程应用第28页/共58页第二十九页，共58页。图1.14 上海金茂大厦(dsh) 图1.15 香港中国银行(zhn u yn xn)大厦 图1.16 深圳地王大厦(dsh)1.5 混凝土结构的发展概况及工程应用第29页/共58页第三十页，共58页。深圳地王大厦(如图1.16所示)由3部分组成：主楼为68层的写字楼，加上设备层等实为81层，高309.95m，至桅杆顶高383.95m；辅楼是33层的商务住宅，120m高，立面体型呈两块板叠合相错，中间一巨型门洞贯通大厦南北；5层购物裙房将两个高层(o cn)相连，1996年

31、建成，当时为我国最高的组合结构建筑，后被上海金茂大厦超过。 1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第30页/共58页第三十一页，共58页。用钢材和混凝土做成的压型钢板楼盖、组合梁、组合柱已在高层建筑和大跨桥梁中广泛应用。今后(jnhu)，利用层压技术把传统材料组合起来形成各种具有建筑装饰、受力、热工、隔音、绝缘、防火等方面新性能的复合材料，用于屋面、墙体乃至结构构件，是建筑业发展的新天地。 1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第31页/共58页第三十二页，共58页。化学合成材料用于抗力结构是材料发展的崭新领域。新研制的自修复混凝土，是在混凝土中掺入空心纤维，并灌以树脂

32、，当结构构件出现超过允许宽度的裂缝时，混凝土内的微细管孔破裂，树脂会自动流出封闭裂缝。再如，将结构的梁和柱之间用聚合物作为缓冲材料连接，它在一般荷载作用下是刚性连接，而在振动作用较大时则变成柔性连接，能起到吸收和缓冲地震或风力带来的加速度的作用。另外，还有金属板涂膜材料、光纤混凝土、自动变状塑料制品、形状记忆合金等新技术都正在研制开发之中。目前将化学合成材料用于管材、门窗、装饰配件、黏结剂、外加剂等已非常普遍；今后的方向一是扩展用于建筑的外围部件，如用之代替钢、铜、木和陶瓷等传统材料；二是改善建筑制品的性能(xngnng)，包括保温、隔热、隔声、耐高温、耐高压、耐磨、耐火等新的需求；三是在研究

33、、开发其受力和变形的性能(xngnng)后广泛用于抗力结构，国外已有聚合物处理的碳纤维钢筋和碳纤维钢绞线，可用于混凝土结构。1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第32页/共58页第三十三页，共58页。2. 结构方面钢筋混凝土和预应力混凝土结构，除在一般工业与民用建筑中得到了极为广泛的应用外，当前令人瞩目的是它在高层建筑、大跨桥梁和高耸结构物应用中的突飞猛进、日新月异的发展。钢混凝土组合结构是近年来值得注意的发展方向之一，如钢板混凝土用于地下结构、混凝土结构加固，压型钢板混凝土板用于楼板，型钢与混凝土组合而成的组合梁用于楼盖或桥梁，外包钢混凝土柱用于电厂主厂房(chngfng)

34、等。在钢管内浇筑混凝土，在纵向压力作用下，使管内混凝土处于三向受压状态，而管内的混凝土又抑制管壁的局部失稳，因而使构件的承载力和变形能力大大地提高，而且钢管又是混凝土的模板，施工速度加快。这种结构近年来已在国内逐步得到应用。1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第33页/共58页第三十四页，共58页。在钢混凝土组合梁中，将工字型钢腹板按折线形切开，改焊成高度更大的蜂窝形梁，既提高了抗弯能力(nngl)，又便于管道通过有洞的腹板，这已经在电厂结构中得到应用。近年来，比利时、日本以及我国研究应用一种预弯型钢的预应力梁，即将预制的带有拱度的工字型钢梁，在加载状态下，在下翼缘浇筑混凝土，待

35、达到一定强度后卸载使下翼缘的混凝土预压，然后运至现场铺设预制梁板，再浇筑上部混凝土成为装配整体式构件，在使用荷载下，下翼缘产生的外加拉应力可与预加的压应力抵消，类似于预应力混凝土迭合结构，虽然钢材用量稍多，但截面尺寸和自重均可减小，施工时无需锚具和张拉设备。国外已建成跨度达60m的公路桥，国内在辽宁、武汉、哈尔滨等地的桥梁工程中已有应用。1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第34页/共58页第三十五页，共58页。预应力混凝土结构近年来发展也较迅速，其中引人重视的是无黏结部分预应力混凝土结构。无黏结筋是由单根或多根高强钢丝、钢绞线或钢筋，沿全长涂抹防腐蚀油脂(yuzh)并用聚乙

36、烯热塑管包裹而成。张拉时无黏结筋与周围混凝土产生纵向相对滑动。无黏结筋像普通钢筋一样敷设，然后浇筑混凝土，待混凝土达到规定的强度后进行张拉和锚固，省去了传统后张预应力混凝土预埋管道、穿索、压浆工艺，节省施工设备，缩短工期，节约造价，可得到综合的经济效益，我国目前已在房屋建筑和公路桥梁中应用。一种体外张拉的预应力索已在桥梁工程的修建、补强加固中应用，其特点是：与体内无黏结预应力筋一样大幅度减小预应力值的摩擦损失，简化截面形状和减小截面或壁厚尺寸，便于再次张拉、锚固、更换或增添新索，提高构件的承载力，我国汕头海湾大桥的索桥预应力混凝土加劲梁即采用了体外索。1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gng

37、chng)应用第35页/共58页第三十六页，共58页。 国内最近在上海成都路高架桥工程采用一种“缓黏结”预应力混凝土张拉工艺，与无黏结预应力筋类似，但预应力筋周围(zhuwi)是用缓凝砂浆包裹，在钢筋张拉时砂浆不起黏结作用可以自由张拉，待钢筋锚固后砂浆缓慢凝结硬化，与预应力筋相黏结。这种施工工艺，在张拉时是“无黏结”，在砂浆凝结后又是“有黏结”的，具有进一步开展研究的意义。目前世界上已建成的最高的钢筋混凝土超高层建筑是马来西亚吉隆坡的石油双塔大厦(如图1.17所示)。它由两个并排的圆形建筑所组成，每个塔的内筒为边长23m的方形，外围为16个圆柱(直径2.4m1.2m)。地上88层，高390m，

38、连同桅杆总高450m，底层至84层均为钢筋混凝土及钢骨混凝土结构。1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第36页/共58页第三十七页，共58页。图1.17 石油双塔大厦(dsh)及其结构平面图1.5 混凝土结构(jigu)的发展概况及工程应用第37页/共58页第三十八页，共58页。我国已建成的最高建筑是上海金茂大厦(如图1.18所示)，为钢-混凝土组合结构(jigu)，其中部分柱配置了钢骨，88层，高度为420.5m。结构(jigu)体系是一个用外伸桁架与外侧8个巨型组合柱连接的混凝土核心筒。截面为1.5m4.9m1m3.5m。图1.18 金茂大厦(dsh)及其结构平面图1.5

39、 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第38页/共58页第三十九页，共58页。法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅(如图1.19)的钢筋混凝土薄壳结构是当前世界上跨度最大的公共建筑。它的平面呈三角形，边长219m(720ft，此即跨度)，壳顶离地面46m(152ft)，是双层波形拱壳，支承在3个角部墩座上，墩座与预应力拉杆相连。而且建筑造型新颖，充分说明混凝土壳体结构的优越性。该建筑是把结构、材料、自然力融为一体的杰作，在结构计算和施工方面都有大胆的创新，是世界建筑领域的一大进步。悉尼歌剧院位于澳大利亚悉尼港，建造在伸入海中的一块狭小地段上，远看似群帆泊岸，由3组、10对壳片组成(如

40、图1.20所示)，以环境优美和建筑造型独特而闻名于世。该建筑为钢筋混凝土结构，其外部造型已完全无墙、柱的概念，它的外部造型与内部功能无直接联系，内部的形状由吊在钢筋混凝土壳上的钢桁架决定。该建筑的结构受力相当复杂，为计算方便(fngbin)，将所有壳体设计成同样的曲率，如同从一个直径为75m的大圆上切取下来的一样。但就是这样仍使计算和施工困难重重，最终是以形、形的钢筋混凝土肋骨拼接成三角形壳瓣，才使设计和施工得以进行。由于结构的复杂和施工的困难，使该建筑的工期长达17年，造价超过预算的十几倍。1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第39页/共58页第四十页，共58页。图1.19

41、 法国巴黎国家工业与技术展览(zhnln)中心大厅 图1.20 悉尼歌剧院 1.5 混凝土结构(jigu)的发展概况及工程应用第40页/共58页第四十一页，共58页。预应力混凝土箱形截面斜拉桥或钢与混凝土组合(zh)梁斜拉桥是当前大跨桥梁的主要结构形式之一。我国在1993年10月建成通车的上海杨浦大桥(如图1.21所示)，主跨602m，是当今世界最大跨径的钢与混凝土结合梁斜拉桥，桥全长1172m，“A”字型桥塔高220m，采用了256根斜拉索。1995年建成的重庆长江二桥(如图1.22所示)，主跨444m，是我国目前最大跨径的预应力混凝土梁斜拉桥。我国1997年建成的箱形截面的万县长江拱桥(如

42、图1.23所示)，主跨420m，是当今世界最大跨度的钢筋混凝土拱桥。此前，最大跨度钢筋混凝土拱桥为克罗地亚的克尔克号桥(如图1.24所示)，主跨390m。1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第41页/共58页第四十二页，共58页。图1.21 上海杨浦大桥(yn p d qio) 图1.22 重庆(zhn qn)长江二桥 1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第42页/共58页第四十三页，共58页。混凝土结构电视塔由于其造型上及施工(采用滑模施工)上的特点，已逐渐取代过去常用的钢结构电视塔。目前世界最高的预应力混凝土电视塔为加拿大的多伦多电视塔(如图1.25所示)，高5

43、53m，其次是莫斯科电视塔。我国上海浦东的“东方明珠”电视塔(如图1.26所示)高度居世界第三位，塔高454m。上海电视塔造型独特(dt)，采用三根预应力混凝土管柱贯穿着上下3个球形，小球直径7m，标高337m；两个大球直径各50m，标高分别为265m及80m。此外，已建成的北京中央电视塔、天津电视塔(如图1.27所示)是预应力混凝土结构，高度均达到了400m。 1.5 混凝土结构的发展概况(gikung)及工程应用第43页/共58页第四十四页，共58页。图1.23 万县长江(chn jin)拱桥 图1.24 克尔克号桥 1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第44页/共58

44、页第四十五页，共58页。图1.25 多伦多电视塔 图1.26 “东方明珠”电视塔 图1.27 天津(tin jn)电视塔 1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第45页/共58页第四十六页，共58页。3. 计算理论方面钢筋混凝土的基本理论和设计方法研究在不断发展中。目前考虑混凝土非弹性变形的计算理论有很大进展，在连续板、梁及框架结构的设计中考虑塑性内力重分布的分析方法已得到较为广泛的应用。随着(su zhe)对混凝土强度和变形理论的深入研究，现代化测试技术的发展及有限元分析方法的应用，对混凝土结构，尤其是体形复杂或受力状况特殊的二维、三维结构，已能进行非线性的全过程分析。并开

45、始从个别构件的计算过渡到考虑结构整体空间工作、结构与地基相互作用的分析方法，使得混凝土结构的计算理论和设计方法日趋完善，向着更高的阶段发展。1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第46页/共58页第四十七页，共58页。十几年来，随着我国经济建设的加快，混凝土结构方面的研究取得了许多新的进展，在工程建设领域出现了许多新技术和新材料，而随着人民生活水平的提高，对房屋建筑结构可靠性、耐久性的要求也进一步提高，混凝土结构设计规范(GBJ 101989)已不能适应工程建设的需要。因此，2002年又颁布了新的混凝土结构设计规范(GB 500102002)。新规范反映(fnyng)了近十几

46、年来在工程建设中的新经验和混凝土结构学科新的科研成果，标志着我国混凝土结构的计算理论和设计水平又有了新的提高。 1.5 混凝土结构的发展(fzhn)概况及工程应用第47页/共58页第四十八页，共58页。 混凝土结构设计规范(GB 500102002)将混凝土强度等级提高为C15C80，混凝土结构中的非预应力钢筋以HRB400级(原级)作为主导(zhdo)钢筋，并适当调整了材料设计强度的取值以提高结构的安全度。新规范增加了混凝土结构内力及应力分析的基本方法。为适应复杂结构分析的需要，增加了混凝土及钢筋本构关系及破坏准则的有关内容。新规范还对结构构件承载力计算方法，各类构件的构造措施等进行修订、补

47、充和完善。此外，新规范还明确了工程设计人员必须遵守的强制性条文。新规范的颁布与实施必将促进我国混凝土结构设计水平的进一步提高。本书除了介绍混凝土结构设计的基本原理外，在设计方法上将主要讲述新的混凝土结构设计规范，以下简称规范(GB 500102002)的内容 1.5 混凝土结构的发展概况及工程(gngchng)应用第48页/共58页第四十九页，共58页。 1. 学习本课程的主要目的掌握混凝土结构构件设计计算的基本理论、设计方法和构造知识，为今后能承担结构设计方面的工作(gngzu)打下理论基础并得到初步训练。1.6 导 学第49页/共58页第五十页，共58页。2. 课程内容总体(zngt)来讲

48、，混凝土结构课程按内容的性质可分两个部分：第一部分：混凝土结构设计原理。主要介绍钢筋和混凝土材料的力学性能、概率极限状态设计原则，各种钢筋混凝土构件，如受弯构件、受压构件、受扭构件、受拉构件的受力性能、截面设计方法和构造措施，是结构设计的基础课。第二部分：混凝土结构设计。主要介绍梁板结构、钢筋混凝土单层工业厂房和多高层房屋的结构布置、各种结构构件(楼面、梁、柱、基础、屋盖结构、排架、框架)的形式、计算、构造、各构件的连接和整体工作及抗震设计要点，是基本理论的实际应用。属于专业课的内容。 1.6 导 学第50页/共58页第五十一页，共58页。1.6 导 学3. 结合课程特点，提示学习中应注意的问

49、题材料的复杂性。钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成的复合材料，除自身性能复杂外，其性能还受诸多因素的较大影响。它与以往学过的材料力学中单一、匀质、连续、理想弹性的材料不同，所以材料力学公式在混凝土结构中可以直接应用的不多，但在考虑了钢筋混凝土材料特性的基础上通过平衡关系建立基本(jbn)方程的途径是相同的。而且两种材料在截面面积数量和材料强度大小上的比例匹配不同会引起构件受力性能的改变。这是单一材料构件所没有的特点。为了对钢筋混凝土的受力性能和破坏特性有较好的了解，首先要掌握好钢筋和混凝土材料的力学性能和影响因素。这对于钢筋混凝土构件则是一个既具有基本(jbn)理论意义，

50、又有工程实际意义的问题。这是学习本课程必须十分注意的问题。第51页/共58页第五十二页，共58页。1.6 导 学试验的依赖性。由于混凝土材料性能的复杂性和离散性，钢筋混凝土材料的力学性能和构件的设计原则、计算方法、计算公式都是建立在大量试验给出的现象、得出的结论、总结的经验基础上用概率统计分析的方法确定的。目前(mqin)还没有建立起较为完善的强度和变形理论。学习本课程时要重视构件的试验研究，掌握通过试验现象观察到的构件受力性能，以及受力分析所采用的基本假设的试验依据，在运用计算方法、计算公式时要注意其适用范围和具体条件，因为它能较好地反映钢筋混凝土构件的真实受力情况。 第52页/共58页第五

51、十三页，共58页。1.6 导 学设计的综合性。混凝土结构设计，包括方案、材料选择，截面形式确定、配筋计算，构造措施保证等。结构设计是一个综合性的问题，在进行结构布置、处理构造问题时，不仅要考虑结构受力的合理性，还要考虑使用要求(yoqi)、材料、造价、施工、制造等方面的问题。既要做到安全、适用、耐久，又要做到技术先进、经济合理。需对各项指标进行全面地综合分析比较，对同一问题往往有多种解决的办法，答案往往不是惟一的，应结合具体情况确定最佳方案，以获得良好的技术经济效果。所以在学习过程中，要注意培养对多种因素进行综合分析的能力。第53页/共58页第五十四页，共58页。1.6 导 学规范的权威性和设

52、计者的主动创造性。规范是国家制定的有关结构设计计算和构造要求的技术规定和标准，是具有约束性和立法性的文件，是设计、校核、审批结构工程设计的依据。强制性条文是设计中必须遵守的带有法律性质的技术文件，这将使设计方法达到统一化和标准化，从而有效地贯彻国家的技术经济政策，保证工程质量。规范是总结了近年来全国高校与设计、科研单位的科研成果和工程实践经验，并广泛征求国内有关单位的意见，学习和借鉴国外先进规范的经验，并逐渐与国际标准一致，经过反复修改而制定的，它代表了该学科在一个时期的技术水平。由于科学技术水平和生产实践经验是不断发展的，所以规范也必然需要不断修订和补充。因此，要用发展的观点来看待设计规范，

53、在学习和掌握钢筋混凝土结构理论和设计方法的同时，要学会运用规范，在熟悉(shx)、运用规范时，注意应不仅限于规范所列的具体条文、公式、表格，更主要的是对规范条文的概念和实质有正确的理解，要善于观察和分析，不断地进行探索和创新。只有这样才能确切地运用规范，充分发挥设计者的主动性和创造性。第54页/共58页第五十五页，共58页。 4. 学习方法注重实践教学环节，扩大知识面。混凝土结构设计原理是以试验为基础的，因此(ync)除课堂学习以外，还要加强试验的教学环节，以进一步理解学习内容和训练试验的基本技能。结合课程设计和毕业设计等实践性教学环节，使学生初步具有运用理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实

54、际技术问题的能力。并在学习过程中逐步熟悉和正确运用我国颁布的一些设计规范和设计规程，如混凝土结构设计规范(GB 500102002)、建筑结构可靠度设计统一标准(GB 500682001)、建筑结构荷载规范(GB 500092001)、建筑抗震设计规范(GB 500112001)、高层建筑混凝土结构技术规程(JCJ 31991)和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 0231985)等。混凝土结构是一门发展得很快的学科，学习时要多注意它的新动向和新成就。1.6 导 学第55页/共58页第五十六页，共58页。1.6 导 学注意难点，突出重点。专业课一般知识面广，综合性强，内容更新快。

55、本课程内容多、试验多、符号多、公式多、构造规定多，学习时要遵循教学大纲的要求，贯彻“少而精”的原则(yunz)，突出对重点内容的学习。对学习中的难点要找出它的根源，以利于化解。除记好本学科理论和方法的推论、应用和联系外，还要记下更新的内容以及与其他学科的联系。讲到新概念时，要想一想为什么建立这个概念，它是怎样从实际问题中抽象出来的。讲到论证时，已知和未知的因素是什么？推理的方法为什么是这样，论证中的关键步骤有哪些？讲到应用公式时，要想想应用这些公式有什么限制条件？有什么实际意义？边听、边思考、边记笔记，就能使所记内容成为自己理解的东西。深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功和构造措施。为此，本书各章后面给出的习题是要求认真完成的。应该是先复习教学内容，搞懂例题后再做习题，切忌边做题边看例题。习题的正确答案往往不是惟一的，这也是本课程与一般的数学、力学课程所不同的。对于构造规定，也要着眼于理解，对常识性的构造规定应知道，切忌死记硬背。 。第56页/共58页第五十七页，共58页。1.7 思 考 题1.钢筋混凝土结构中配置一定形式和数量的钢筋有哪些作用？2.2. 钢筋混凝土梁破坏(phui)时，有哪些特点?3.3. 钢筋和混凝土是如何有效地结合在一起共同工作的?4.4. 钢筋混凝土结构有哪些优点？有哪些缺点？如何克服这些缺点？第57页/共58页第五十八页，共58页。