《混凝土结构设计原理》课件

混凝土结构设计原理北京建筑大学土木工程学院年春季学期2025王教授主讲课程概述学时安排指定教材学时（含实验学时）《混凝土结构设计原理》第版48165评分方式参考规范考试，作业，出勤《混凝土结构设计规范》60%30%10%GB50010-2010第一部分混凝土材料基础混凝土的组成与性能水泥、骨料、水和外加剂钢筋种类与力学特性热轧、冷加工钢筋的强度与变形混凝土与钢筋的共同工作机理黏结性能与协同变形混凝土的组成水泥骨料水硅酸盐水泥、普通硅酸细骨料（砂）、粗骨料符合要求的拌合JGJ63盐水泥、矿渣水泥等（碎石或卵石）用水外加剂减水剂、引气剂、缓凝剂等混凝土的强度等级立方体抗压强度fcu,k C15-C80标准养护天28轴心抗压强度计算值为fc

0.76fcu,k实际工程计算基准轴心抗拉强度约为抗压强度的ft1/10决定开裂荷载影响因素水灰比、龄期、养护条件等混凝土的变形特性弹性模量泊松比应力应变曲线徐变与收缩-（）一般取非线性、压曲线饱满、拉脆长期荷载下的变形特性Ec=

34.7fcu,k^1/3GPa

0.2性反映材料刚度横向纵向变形比结构长期变形主因/钢筋的种类与力学性能热轧钢筋（Ⅱ级钢）、（Ⅲ级钢）HPB300HRB400/500冷加工钢筋、等CRB550CRB600屈服强度fy=300MPa-600MPa弹性模量Es=200GPa钢筋混凝土的工作机理复合材料协同工作结合两种材料优势黏结性能与锚固确保力传递热胀系数接近，αc≈

9.0×10^-6αs≈

11.7×10^-6混凝土保护层防火、防腐保护第二部分基本设计理论极限状态设计方法荷载与作用确保结构安全与适用永久荷载、可变荷载、偶然荷载部分系数设计法结构安全等级通过系数考虑各种不确定性一级、二级、三级安全保障极限状态设计理论承载能力极限状态结构失效、倒塌正常使用极限状态裂缝、变形、振动等设计目标多级安全保障体系可靠度指标一级

3.

7、二级

3.

2、三级

2.7荷载分类与组合永久荷载（）可变荷载（）G Q结构自重、填充墙活荷载、雪荷载、风荷载基本组合偶然荷载（）A地震、爆炸、撞击γGGk+γQQk材料强度设计值材料类型特征值分项系数设计值混凝土抗压fckγc=

1.4fc=fck/γc混凝土抗拉ftkγc=

1.4ft=ftk/γc钢筋屈服fykγs=

1.1fy=fyk/γs设计使用年限与结构安全等级年年50100标准设计使用年限特殊建筑使用年限一般建筑物重要建筑级

30.9-

1.1安全等级划分重要系数范围重要、一般、次要值γ0第三部分受弯构件设计正截面承载力计算弯矩作用下的截面强度斜截面承载力计算剪力作用下的截面强度裂缝控制与挠度计算使用性能保障构造要求与配筋设计保证施工质量与结构整体性梁的受力特点弯矩与剪力分布规律形梁有效翼缘宽度T b_ef=minb_w+1/6L,b_w+6h_f跨高比与配筋率限值正截面承载力计算假定平截面假定拉区混凝土变形前平面截面，变形后仍保持平面混凝土拉区不承担拉力钢筋与混凝土黏结混凝土极限压应变无相对滑移εcu=

0.0033正截面承载力计算平衡破坏，ρ=ρb As=ρbbd超筋破坏，混凝土压碎ρρb欠筋破坏，钢筋屈服ρρb计算公式M≤α1fcbxh0-x/2受弯构件破坏形态脆性破坏延性破坏配筋率控制混凝土压碎（超筋）钢筋屈服（欠筋）ρminρρmax突然性破坏变形明显最小配筋率无明显预兆有充分预警ρmin=

0.45ft/fy应避免此类破坏设计首选保证延性破坏斜截面承载力计算剪力作用机理配箍率斜拉应力导致对角裂缝ρsv=Asv/bsw箍筋作用计算公式约束混凝土、提高延性V≤

0.7fcbh0+fyv·Asv·h0/s裂缝控制

0.2-

0.4mm3裂缝宽度限值影响主因素根据环境条件确定钢筋应力、保护层厚度、间距2控制措施限制钢筋应力、减小钢筋直径计算公式w=αcr·ψ·σs·ls/Es变形控制受弯构件构造要求保护层厚度受力钢筋最小直径箍筋最小直径15-30mmφ10-φ14φ6-φ8箍筋最大间距，min8φ200mm第四部分受压构件设计轴心受压构件承受中心压力偏心受压构件同时承受压力和弯矩长细比与稳定性考虑长度对承载力影响构造要求与计算方法确保施工质量轴心受压构件计算公式稳定系数N≤φfcAc+fyAsφ=fλ长细比限值最小偏心距（一般），（重要）λ≤200λ≤120e0=max20mm,h/30偏心受压构件大偏心受压小偏心受压计算方法截面法eeh/6eeh/6部分截面受拉全截面受压构件法压弯破坏压力控制设计强度复核结构以梁弯曲特性为主结构以柱压缩特性为主稳定验算柱的长细比与稳定性长细比定义λ=l0/i计算长度系数μ=

0.5-

2.0临界长细比λcr≈30-35二阶效应考虑效应P-Δ柱的构造要求最小截面尺寸200mm×200mm纵筋最小配筋率ρmin=

0.6%纵筋最大配筋率ρmax=5%箍筋间距不大于，min15φ300mm第五部分受拉构件设计轴心受拉构件偏心受拉构件钢筋承担全部拉力拉力与弯矩共同作用应用实例锚固与搭接拉杆、吊杆等确保力的可靠传递轴心受拉构件计算公式N≤fyAs混凝土贡献忽略不计钢筋应力控制σs≤

0.8fy截面尺寸要求保证最小保护层偏心受拉构件钢筋的锚固与搭接直锚长度lab=αfy·φ/4ft弯钩锚固减少锚固长度搭接长度l0=αlab锚固区钢筋排布避免集中受力第六部分楼板设计单向板设计1一个方向传力双向板设计两个方向传力无梁楼盖直接由柱支承构造要求与设计步骤保证施工质量单向板设计

300.2%最大跨高比最小配筋率控制变形防止温度开裂4钢筋类型主筋、分布筋、负筋、构造筋计算模型连续梁双向板设计刚度系数法极限平衡法弹性板理论配筋布置分配系数法折线法精确计算双向布置适用于规则板上限理论复杂边界梁带和柱带手算友好简易计算计算量大加强区无梁楼盖设计柱帽与无柱帽根据板厚和柱间距确定冲切破坏验算柱周临界截面抗剪承载力板厚与配筋要求满足强度与变形控制变形控制措施增加刚度、减小跨度楼板设计实例设计步骤确定板厚计算配筋构造验算→→典型配筋φ8-φ12@100-200板厚确定防止过大挠度第七部分基础设计独立基础单柱下基础条形基础墙下或柱列下基础筏板基础整体底板桩基础简介深基础形式独立基础设计尺寸确定满足地基承载力要求厚度计算抗冲切、抗弯配筋计算底板配筋构造要求最小厚度、最小配筋率条形基础设计适用范围设计计算墙下、柱下密集排列视为连续梁计算配筋布置施工缝处理纵向主筋、横向构造筋避免应力集中筏板基础设计整体性优势计算方法减小不均匀沉降反梁法、平板法2缝设置配筋设计4热工缝与沉降缝双层双向配筋第八部分抗震设计抗震设计理念构造柱与圈梁强柱弱梁体系小震不坏、中震可修、大震不倒提高结构整体性避免软层破坏抗震设计基本理念小震不坏中震可修大震不倒保持弹性限制损伤防止倒塌延性设计保证塑性变形能力抗震等级与措施框架节点设计节点区箍筋加密增强约束效果纵向钢筋锚固确保受力传递核心区受剪承载力防止节点剪切破坏构造详图要求保证施工质量构造柱与圈梁设置原则与间距要求最小截面240mm×240mm配筋要求，4φ12φ6@200与主体结构连接方式第九部分特种混凝土结构轻骨料混凝土高强混凝土降低自重提高强度等级预应力混凝土纤维增强混凝土施加初应力增强性能改善韧性与抗裂性1预应力混凝土预应力原理预应力筋施加方式应用范围抵消部分外荷载效应钢丝先张法先拉筋后浇混凝土大跨度结构φ5-φ7减小或消除开裂钢绞线后张法先浇混凝土后拉筋桥梁φ

12.7-φ

15.2提高使用性能钢棒水工建筑φ32-φ40高强混凝土C60-C

1000.3强度等级水胶比远高于普通混凝土低水胶比配制25-50%强度提高比普通混凝土材料特性高强度、低延性配制要求低水胶比、高性能减水剂应用实例超高层建筑、桥梁纤维增强混凝土钢纤维玻璃纤维碳纤维提高抗裂性、韧性和抗冲击轻质、耐腐蚀高强度、轻质配合比设计纤维掺量

0.5%-2%应用领域工业地坪、隧道衬砌课程总结设计理念安全、耐久、适用、经济关键计算理论2极限状态设计法构件设计梁、柱、板、基础等课程考核复习重点与考试范围。