混凝土设计基本原理第1章绪论-精品课件.ppt

1、（钢筋）混凝土结构（钢筋）混凝土结构 (Reinforced)Concrete Structure 简称RC Structure混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理Concrete Structural Fundamentals 第一章第一章 绪绪 论论 Introduction Introduction 混凝土结构的工作原理 混凝土结构的优缺点 混凝土结构的应用与发展 混凝土结构课程的性质、内容及特点一 混凝土结构的工作原理（一）混凝土结构定义与分类1、定义：以混凝土为主，并根据需要配置普通钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结构。2、分类：素混凝土结构素混凝

2、土结构Plain Concrete钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构Reinforced concrete预应力混凝土结构预应力混凝土结构Prestressed Concrete钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构SteelConcrete Composite(二)混凝土和钢筋的材料特点1 1、混凝土的力学性能特点：、混凝土的力学性能特点：抗压强度高，而抗拉强度却很低。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1/81/81/201/20。破坏时具有明显的脆性性质破坏时具有明显的脆性性质。2、钢材的力学性能特点：钢材的力学性能特点：抗拉和抗压强度都很高。抗拉和抗压

3、强度都很高。破坏时表现出较好的延性。破坏时表现出较好的延性。细长钢筋受压时极易压屈。细长钢筋受压时极易压屈。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=9.7kN1 50300 fts sc=ft2500Pu Pcrfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2素混凝土简支梁素混凝土简支梁(simply-supported beam)例题：素混凝土梁与钢筋混凝土对比例题：素混凝土梁与钢筋混凝土对比Pcr=9.7kN fts sc=ft1503002500Pu 52.5kN2f16fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2钢筋

4、混凝土简支梁钢筋混凝土简支梁配置钢筋后，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。常见配筋方式常见配筋方式 柱柱ColumnUsual ReinforcementUsual Reinforcement箍筋箍筋Stirrups纵筋纵筋（Longitudinal bars）Beam箍筋箍筋tieSlab(三三)、钢筋与混凝土二者共同工作的条件、钢筋与混凝土二者共同工作的条件 Mechanism of composite action 混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力(bond)；二者的温度线膨胀系数(coefficient of

5、thermal expansion)十分接近钢：1.210-5，混凝土：1.010-51.510-5。二、混凝土结构的优缺点（一）优点取材容易：可就地取材，有效利用废料；取材容易：可就地取材，有效利用废料；节约钢材：发挥混凝土抗压，钢筋抗拉的特点。节约钢材：发挥混凝土抗压，钢筋抗拉的特点。耐久性好：混凝土包裹钢筋，不易锈蚀；耐久性好：混凝土包裹钢筋，不易锈蚀；耐火性好：混凝土包裹钢筋，延缓升温；耐火性好：混凝土包裹钢筋，延缓升温；可模性好：根据需要，浇筑成各种形状；可模性好：根据需要，浇筑成各种形状；整体性好：有利于抗震、抵抗冲击和爆炸冲击波。整体性好：有利于抗震、抵抗冲击和爆炸冲击波。自重大

6、：对大跨、高层结构以及抗震不利；自重大：对大跨、高层结构以及抗震不利；轻质、高强混凝土轻质、高强混凝土抗裂性差：普通抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工结构，在正常使用阶段往往带裂缝工 作，环境较差作，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；时会影响耐久性；预应力混凝土预应力混凝土施工复杂：工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工施工复杂：工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工 期长，施工受季节、天气的影响较大；期长，施工受季节、天气的影响较大；钢模、滑模等钢模、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

7、土等维修加固困难：一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。维修加固困难：一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。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纤维布加固混凝土结不断得到发展，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。构技术，快速简便。（二）缺点三、混凝土结构的应用与发展Lime concrete（石灰混凝土）1、混凝土的出现、混凝土的出现John Smeaton(灯塔灯塔,1756,32)Joseph Aspdin,1824Portland cement（波兰水泥波兰水泥混凝土concreteJ.L.Lambot(French)(配置钢筋网

8、片的小船配置钢筋网片的小船,1850)Wayss and Bauschinger(German,1887)(钢筋放在受拉区钢筋放在受拉区）Reinforced concrete水下不能硬化2、混凝土的应用、混凝土的应用Industrial&civil buildings(工业与民用建筑）工业与民用建筑）Hydraulic buildings（水工建筑）（水工建筑）Traffic projects（交通工程）（交通工程）Nuclear buildings（核建筑）（核建筑）金茂大厦位于上海浦东新区陆家嘴金融贸易区黄金地段，与著名的外滩风景区隔江相望，是目前中国第一，世界第三高楼。金茂大厦由美国S

9、.O.M公司设计，占地面积2.4万平方米，高420.5米,主楼有88层，裙房有6层，地下室3层，总建筑面积29万平方米。大厦集办公、酒店、餐饮、观光、会展、娱乐、购物等多功能于一体 深圳帝王大厦81层，高325米。是我国目前最高的钢混凝土组合结构，58层以下采用钢骨混凝土柱。1956年丹麦年丹麦37岁的年轻建筑设计岁的年轻建筑设计师约翰师约翰乌特松乌特松 完成了其设计工作并于完成了其设计工作并于1957年击败年击败231个个竞争对手，获得第一名。竞争对手，获得第一名。1959年歌剧院正式破土动工年歌剧院正式破土动工，然而，这个设计对传统的建筑施，然而，这个设计对传统的建筑施工提出了尖锐的挑战：

10、如何支撑这个不规则的屋顶工提出了尖锐的挑战：如何支撑这个不规则的屋顶此外，工程陷入了一系列的技术此外，工程陷入了一系列的技术及经费大超预算的难题之中，并成为当时朝野两党政治权利斗争的焦点和砝码，建设工及经费大超预算的难题之中，并成为当时朝野两党政治权利斗争的焦点和砝码，建设工程几度停止，程几度停止，新政府上台后拒绝为工程追加新的预算，并终止了与约翰新政府上台后拒绝为工程追加新的预算，并终止了与约翰乌特松的合同，乌特松的合同，后者于后者于1966年愤然辞职回国年愤然辞职回国，当时工程才完成不到四分之一。澳大利亚政府不得不继续，当时工程才完成不到四分之一。澳大利亚政府不得不继续委任由三名本国建筑师

11、来完成余下的工程。委任由三名本国建筑师来完成余下的工程。直到直到1973年，经过年，经过15年的艰难曲折年的艰难曲折，悉尼歌，悉尼歌剧院终于在几度搁浅后，草草建成竣工。剧院终于在几度搁浅后，草草建成竣工。工程总花费超过工程总花费超过10亿澳元，是设计预算的十五亿澳元，是设计预算的十五倍倍。意想不到的是，掀起头盖来的悉尼歌剧院立即引来世人的好评，成为世界各地旅游意想不到的是，掀起头盖来的悉尼歌剧院立即引来世人的好评，成为世界各地旅游者和艺术家们向往的地方。者和艺术家们向往的地方。但是，对于这座伟大建筑的设计师约翰但是，对于这座伟大建筑的设计师约翰乌特松，他在愤然拂乌特松，他在愤然拂袖而去后却再也

12、没有踏上澳大利亚的土地，也未能亲眼目睹竣工后的悉尼歌剧院。袖而去后却再也没有踏上澳大利亚的土地，也未能亲眼目睹竣工后的悉尼歌剧院。悉尼歌剧院又称海中歌剧院，占地近悉尼歌剧院又称海中歌剧院，占地近2万平方米，三面环海，建筑的最高点距万平方米，三面环海，建筑的最高点距海平面海平面60米，相当于米，相当于20层高的大楼。造层高的大楼。造型新颖奇特，外形宛如一组扬帆出海的型新颖奇特，外形宛如一组扬帆出海的船队，也像一枚枚屹立在海滩上的大贝船队，也像一枚枚屹立在海滩上的大贝壳，与周围的海上景色浑然一体，富有壳，与周围的海上景色浑然一体，富有诗意，被誉为一件杰出的艺术品诗意，被誉为一件杰出的艺术品.三峡三

13、峡大坝大坝奚落度奚落度拱坝拱坝黄河小浪底工程3、混凝土发展方向、混凝土发展方向 混凝土混凝土强度强度其他其他韧性韧性凝结时间凝结时间耐久耐久耐火耐火Development2122强度强度随着高效减水剂及活性掺合料在混凝土工程中的应用，混凝土随着高效减水剂及活性掺合料在混凝土工程中的应用，混凝土的强度等级得到了很大程度的提高。目前，配制的强度等级得到了很大程度的提高。目前，配制100-200MPa100-200MPa以以上的混凝土对我们来说已经不是一件难事。上的混凝土对我们来说已经不是一件难事。工程名称工程名称 达到强度达到强度 建造年代建造年代 加拿大特利亚加拿大特利亚La Lanretien

14、neLa Lanretienne 建筑建筑 120MPa 120MPa 1983 1983 德国德国RockensnssraRockensnssra 的的PotashPotash矿山矿山 105MPa 105MPa 1988 1988 瑞典瑞典AbetonAbeton城电杆城电杆 100MPa 100MPa 1990 1990 日本日本TakenakaTakenaka箱形桁架步行桥箱形桁架步行桥 100MPa 100MPa 1993 1993 日本巴西利特日本巴西利特2121北区高层住宅北区高层住宅 100MPa 100MPa 2019 2019 美国西雅图双联广场美国西雅图双联广场 135M

15、Pa 135MPa 2019 2019 马来西亚吉隆坡双塔石油大厦马来西亚吉隆坡双塔石油大厦 100MPa 100MPa 2019 2019 北京财税大楼首层柱北京财税大楼首层柱 110Mpa110Mpa2019 2019 沈阳皇朝万鑫大厦沈阳皇朝万鑫大厦 100Mpa100Mpa国家大剧院部分柱子国家大剧院部分柱子 100Mpa100Mpa2.2.混凝土发展混凝土发展23韧性韧性混凝土属于脆性材料，抗压能力强，但抗拉能力弱，极限拉应混凝土属于脆性材料，抗压能力强，但抗拉能力弱，极限拉应变仅为变仅为0.033%0.033%，而高性能纤维增强水泥基复合材料（，而高性能纤维增强水泥基复合材料（EC

16、CECC），），可以使得混凝土在拉伸过程中出现硬化的现象，极限拉应变可可以使得混凝土在拉伸过程中出现硬化的现象，极限拉应变可超过超过3%3%，提高近，提高近100100倍倍，美国密歇根大学，美国密歇根大学LiLi和麻省理工和麻省理工LeungLeung教教授，试验甚至得到极限拉应变超过授，试验甚至得到极限拉应变超过5%5%。2.2.混凝土发展混凝土发展24凝结时间凝结时间混凝土速凝剂主要适合公路、铁路、桥梁、矿山、井巷、隧道、混凝土速凝剂主要适合公路、铁路、桥梁、矿山、井巷、隧道、国防、水利等工程的喷射混凝土施工及防漏堵漏，地面混凝土国防、水利等工程的喷射混凝土施工及防漏堵漏，地面混凝土快速施

17、工快速施工和混凝土和混凝土紧急抢险紧急抢险工程。工程。2.2.混凝土发展混凝土发展25耐久耐久混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素作用的能力。混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素作用的能力。混凝土耐混凝土耐久性的好坏，决定混凝土工程的寿命。久性的好坏，决定混凝土工程的寿命。它是混凝土的一个重要它是混凝土的一个重要性能，因此长期以来受到人们的高度重视。性能，因此长期以来受到人们的高度重视。2.2.混凝土发展混凝土发展26耐火耐火耐火性是指建筑构件、配件或结构，耐火性是指建筑构件、配件或结构，在一定时间内满足标准耐火在一定时间内满足标准耐火试验中规定的稳定性、隔热性和其他预期功能的能力。试验中规定的稳

18、定性、隔热性和其他预期功能的能力。2.2.混凝土发展混凝土发展 50年代照搬原苏联的设计规范 60年代自己开始编写规范钢筋混凝土结构设计规范（GBJ21-66）74年颁布了新的规范钢筋混凝土结构设计规范（TJ10-74）1990年又颁布了混凝土结构设计规范（GBJ10-89）2019年颁布混凝土结构设计规范（GB50010-2019）2019年颁布混凝土结构设计规范（GB50010-2019）四、混凝土结构设计规范的发展五 混凝土结构课程的性质、特点及内容课课程程性性质质钢筋混凝土基本构件专业基础课钢筋混凝土基本构件专业基础课混凝土结构设计专业课混凝土结构设计专业课混凝土构件的受力性能、设计计

19、算方法、构造混凝土构件的受力性能、设计计算方法、构造等基本理论等基本理论。梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋设计。梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋设计。注意的一些问题：注意的一些问题：1.理论联系实际，深入设计、施工一线；2.突出重点，注重基本理论的学习，打好基础；3.概念清晰，着眼于理解；内容材料力学性质钢筋混凝土结构设计基本原则基本构件设计（受弯、受压、受拉、受扭）混凝土结构设计（楼盖设计）Mechanical Properties of materialsBasic Principles for the design of reinforced concreteDesign metho

20、ds for basic membersDesign methods for slabs 素混凝土结构（Plain Concrete)素混凝土基础素混凝土素混凝土foundationPlain concretePlain concreteReinforced Concrete Structure预应力混凝土结构（Prestressed Concrete)Prestressed hollow-core Concrete slabSteel concrete composite Steel reinforced concreteConcreteSteelConcrete-Filled Steel TubeTubeConcrete