《混凝土结构设计》课件

《混凝土结构设计》欢迎学习《混凝土结构设计》课程本课程将系统介绍混凝土结构的设计理论、计算方法和工程应用，帮助学生掌握混凝土结构设计的基本原理和方法通过本课程的学习，您将能够理解混凝土结构的工作机理，掌握各类构件的设计计算方法，并能独立完成混凝土结构的初步设计混凝土结构作为当今建筑工程中最常用的结构形式之一，具有原材料丰富、成本适中、施工便捷、耐火性能好等优点，被广泛应用于各类建筑和工程结构中掌握混凝土结构设计对于土木工程专业学生具有重要意义课程概述课程目标教材与参考资料考核方式本课程旨在培养学生掌握混凝土结构设主要教材为《混凝土结构设计原理》本课程采用平时成绩（）和期末考30%计的基本理论和方法，能够进行混凝土（第五版）和《混凝土结构设计规范》试（）相结合的考核方式平时成70%构件的设计计算，并了解混凝土结构的推荐参考书籍包括绩包括课堂表现、作业完成情况和课程GB50010-2010施工工艺和质量控制要点通过本课程《混凝土结构学》、《预应力混凝土结设计质量期末考试主要考核学生对基学习，学生将具备独立进行混凝土结构构》等专业著作同时，建议关注国内本概念、计算方法和设计原则的掌握程设计的能力外混凝土结构研究的最新进展和工程应度用案例绪论混凝土结构应用广泛应用于各类建筑工程发展历史从古罗马时期到现代技术的演进基本概念材料、构件与结构体系的基础认识混凝土结构是由混凝土和钢筋两种材料通过合理搭配形成的一种复合结构钢筋主要承担拉力，而混凝土则主要承担压力，二者协同工作发挥各自的优势自世纪末发明以来，混凝土结构已成为全球应用最广泛的结构形式之一19本课程将系统讲述混凝土结构的设计原理、计算方法与工程应用，包括材料性能、各类构件的承载力计算、结构设计方法等内容，为学生提供完整的混凝土结构设计知识体系混凝土结构的应用与发展早期发展现代应用世纪末，法国园丁莫尼尔发明了钢筋混凝土当前，混凝土结构在超高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程等领域19Joseph Monier花盆，标志着钢筋混凝土的诞生随后，钢筋混凝土技术在欧洲得到广泛应用新型高性能混凝土、纤维增强混凝土等新材料的迅速发展，并开始应用于桥梁和建筑结构中出现，进一步拓展了混凝土结构的应用范围1234理论完善未来趋势世纪初至中期，混凝土结构理论体系逐渐完善，各国先后制定绿色环保、智能化和数字化是混凝土结构未来发展的主要趋势20了混凝土结构设计规范塑性理论和极限状态设计方法的提出使低碳混凝土、打印混凝土技术、智能监测与评估系统将推动混3D混凝土结构设计更加合理和经济凝土结构向更可持续、更智能的方向发展第一章混凝土结构用材料的性能混凝土材料组成与特性钢筋材料性能与分类混凝土由水泥、砂、石、水及外加剂组成，是一种人工岩石其主要特钢筋按生产方法分为热轧钢筋、冷加工钢筋和焊接钢筋网按强度等级点是抗压强度高、抗拉强度低、弹塑性变形特性明显、体积相对稳定且分为、、等钢筋具有较高的抗拉强度HPB300HRB400HRB500具有良好的耐久性和防火性能和良好的塑性，能与混凝土良好配合材料强度与变形特性混凝土与钢筋的协同工作机理混凝土的强度等级用立方体抗压强度标准值表示，如表示立方体混凝土与钢筋的协同工作基于两者之间的粘结力、热膨胀系数相近以及C30抗压强度标准值为钢筋的强度用屈服强度表示，如混凝土对钢筋的保护作用这种协同工作使得钢筋混凝土结构能同时发30MPa表示屈服强度为挥混凝土抗压和钢筋抗拉的优势HRB400400MPa混凝土材料特性钢筋材料特性钢筋分类与标准力学性能与指标按生产工艺分为热轧钢筋（如钢筋的主要力学性能指标包括屈、）和冷加工服强度、抗拉强度、伸长率和冷HPB300HRB400钢筋（如）按表面形弯性能等不同种类钢筋的应力CRB550-状分为光圆钢筋和带肋钢筋按应变曲线有明显差异，热轧钢筋用途分为普通钢筋和预应力钢筋具有明显屈服平台，而冷加工钢我国钢筋标准采用等筋无明显屈服点，通常采用HRB

4000.2%表示方法，其中字母表示钢筋种残余应变对应的应力作为屈服强类，数字表示屈服强度标准值度温度影响与耐火性钢筋的强度会随温度升高而降低，当温度超过℃时，强度显著下降在设500计中，需考虑混凝土对钢筋的保护作用，确保结构在火灾情况下有足够的耐火时间不同强度等级的钢筋，其高温性能也有所差异钢筋与混凝土协同工作原理粘结性能变形协调钢筋与混凝土之间的粘结力是协同工作的基两种材料的热膨胀系数相近，确保共同变形础力学互补保护作用发挥混凝土抗压、钢筋抗拉的各自优势混凝土对钢筋提供物理与化学保护钢筋与混凝土之间的粘结力主要来源于物理粘结、摩擦力和机械咬合力带肋钢筋的肋与混凝土形成的机械咬合力是主要粘结力来源，这也是为什么现代钢筋混凝土结构主要使用带肋钢筋的原因钢筋与混凝土的协同工作使得钢筋混凝土结构具有良好的整体性、刚度和耐久性同时，混凝土的碱性环境能保护钢筋不被腐蚀，延长结构使用寿命但当混凝土开裂或碳化后，这种保护作用会减弱，因此设计中需控制裂缝宽度并确保足够的保护层厚度第二章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算受力特性分析理解轴心受力构件的力学特性计算模型建立建立适合的数学模型承载力验算计算并验证构件的承载能力构造设计满足规范构造要求轴心受力构件是指构件中心线与外力作用线重合的构件，主要包括轴心受压构件（如柱）和轴心受拉构件（如拉杆）轴心受力构件的正截面承载力计算是钢筋混凝土结构设计的基础内容之一轴心受压构件在实际工程中较为常见，如框架结构中的柱轴心受压时，混凝土和钢筋均处于受压状态轴心受拉构件较少见，通常用于特殊结构，如拉杆或吊杆轴心受拉时，由于混凝土抗拉强度低，计算中通常不考虑混凝土的抗拉贡献，主要依靠钢筋承担拉力轴心受压构件设计确定截面尺寸根据荷载确定适当的柱截面尺寸计算配筋率确定合理的纵向钢筋配筋率配置箍筋按规范要求配置箍筋并检查间距轴心受压构件的设计基于极限状态设计理论，考虑材料的非线性特性和构件的稳定性问题对于短柱（长细比小于等于的柱），主要考虑材30料强度；对于长柱（长细比大于的柱），还需考虑稳定性影响30轴心受压构件的正截面承载力计算公式为，其中为轴向压力设计值，为稳定系数，为混凝土抗压强度设计值，为N≤φfcA+fyAs Nφfc fy钢筋抗拉强度设计值，为混凝土截面面积，为纵向钢筋面积纵向受力钢筋的最小配筋率和最大配筋率分别为和，箍筋间距不应A As

0.6%5%大于纵向钢筋直径的倍或柱截面最小尺寸的151/3轴心受拉构件设计构件尺寸确定钢筋面积计算构造要求检查根据受力需求和构造要轴心受拉构件中，混凝轴心受拉构件应满足最求确定合适的截面尺寸，土抗拉强度很低，设计小配筋率要求，通常不考虑最小尺寸限制和保中通常不考虑混凝土的小于钢筋应均匀

0.2%护层厚度要求截面形抗拉贡献钢筋面积计分布于截面周边，且应状通常为矩形或圆形，算公式为设置构造性箍筋以保证As≥便于施工和布置钢筋，其中为钢筋位置稳定和提高整N/fy/γs N轴向拉力设计值体性轴心受力构件设计要点失效模式影响因素提高措施材料强度不足混凝土强度等级、钢筋类提高材料强度等级、增加型、配筋率配筋率稳定性失效长细比、边界条件、偏心增大截面尺寸、减小计算距长度、加设支撑局部破坏构造不合理、节点连接不完善构造措施、增强局部当承载力耐久性问题环境条件、保护层厚度增加保护层厚度、采用耐久性措施轴心受力构件在设计中需注意以下几点首先，实际工程中很少有真正的轴心受力情况，应考虑最小偏心距的影响；其次，长柱设计需特别注意稳定性问题，可通过增大截面、加设支撑等提高稳定性；再次，纵向钢筋搭接宜错开布置，避免在同一截面上全部搭接在箍筋设计方面，除满足计算要求外，还应满足构造要求，确保箍筋能有效约束纵向钢筋和核心混凝土对于矩形截面，当边长比大于或边长大于时，应增设中间拉筋在柱

1.540cm端部和接头区，应加密箍筋以提高局部承载力和变形能力第三章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算受弯构件是钢筋混凝土结构中最常见的构件类型，主要承受弯矩作用，如梁、板等受弯构件的正截面承载力计算是混凝土结构设计的核心内容正截面是指与构件轴线垂直的截面，主要承受弯矩作用受弯构件在弯矩作用下，截面上部受压，下部受拉由于混凝土抗拉强度低，在计算中通常假定受拉区混凝土不承担拉力，由钢筋承担全部拉力正截面承载力计算的核心是确定截面的弯矩承载力和所需配筋量，以确保构件能安全承受设计荷载受弯构件受力过程及特点弹性阶段荷载较小时，混凝土和钢筋均处于弹性状态，截面应力分布符合平截面假定，应力与应变成正比此时，中和轴位于截面内，混凝土未开裂开裂阶段当拉应力超过混凝土抗拉强度时，截面开始出现裂缝开裂后，受拉区混凝土不再承担拉力，截面刚度显著降低，但仍保持平截面假定屈服阶段随着荷载继续增加，受拉钢筋应力达到屈服强度，进入塑性阶段此时，截面变形迅速增大，裂缝宽度和高度明显增加，受压区高度减小破坏阶段最终，有两种可能的破坏模式受拉钢筋屈服后，受压区混凝土达到极限压应变而压碎（适筋或欠筋）；或者受压区混凝土先于钢筋屈服而压碎（超筋）矩形截面受弯构件计算

0.

80.55h相对受压区高度上限值有效截面高度对于钢筋和混凝土，以确保受拉从受压边缘到受拉钢筋合力点的距离，为截面HRB400C30h钢筋先屈服高度

0.25%最小配筋率确保构件有足够的延性和抗裂能力矩形截面受弯构件的计算基于以下假定平截面假定（变形前为平面的截面，在变形后仍为平面）；混凝土与钢筋之间不发生相对滑移；受拉区混凝土不承担拉力；材料的应力应变关系采用规范规定-的计算图形正截面承载力计算的基本步骤包括确定计算简图和荷载组合；计算截面内力（弯矩）；选择截面M尺寸；计算配筋量；验算配筋率是否满足规范要求配筋计算公式为，其中为内力As=M/fy·z z臂，，为受压区高度设计中常用查表法简化计算过程z=h0-x/2x形截面受弯构件计算T确定有效翼缘宽度形截面的有效翼缘宽度取决于实际翼缘宽度、梁间距和梁跨度等因素T根据规范，有效翼缘宽度不应大于实际翼缘宽度、肋宽加上倍翼缘厚12度、相邻肋净距的加肋宽这三个值中的最小值1/2判断中和轴位置根据弯矩大小和截面特征，判断中和轴是位于翼缘内还是翼缘下当中和轴在翼缘内时，形截面可按矩形截面计算；当中和轴在翼缘下T时，需考虑形截面的特性T计算配筋量对于中和轴在翼缘下的情况，计算时需考虑翼缘对受压区的贡献，通常采用等效矩形应力图形，将形截面分解为矩形部分加矩形T翼缘部分分别计算，然后合并结果双筋矩形截面受弯构件设置受压钢筋条件受压钢筋作用机理计算方法当截面尺寸受限而弯矩较大时，单筋配受压钢筋与受压区混凝土共同承担压力，双筋截面计算通常采用分解法将双筋置可能导致相对受压区高度超过限值，可有效减小受压区高度，确保受拉钢筋截面分解为单筋截面和一对受拉、受压无法保证受拉钢筋先屈服；或者配筋率先屈服同时，受压钢筋可提高构件的钢筋形成的力偶两部分，分别计算承载超过规范规定的最大值，影响构件的延延性和抗震性能，减小长期变形在实力后相加当受压钢筋未屈服时，需考性和经济性这种情况下，需设置受压际工程中，连续梁负弯矩区和悬臂梁根虑其实际应力进行修正计算受压钢筋钢筋提高截面承载力部通常需设置受压钢筋的保护层厚度应满足规范要求，确保其稳定性和耐久性第四章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算45°

1.5d临界斜截面倾角危险截面位置典型斜裂缝与水平方向的夹角距支座面约倍有效高度处

1.

50.25h箍筋最大间距不应大于截面有效高度的1/4斜截面是指与构件轴线成一定角度的截面，主要承受剪力和弯矩的共同作用斜截面承载力计算是确保受弯构件安全的重要内容在实际工程中，许多梁的破坏都发生在斜截面上，如支座附近的剪力破坏斜截面破坏通常表现为斜裂缝的形成和扩展，最终导致构件丧失承载能力影响斜截面承载力的主要因素包括混凝土强度、配箍率、轴向力、截面形状、纵向受力钢筋的锚固条件等斜截面承载力计算的目的是确定构件抵抗斜裂缝破坏的能力，并据此设计合理的箍筋配置斜截面受力原理平衡条件内力与外力保持平衡协调条件变形满足几何协调关系材料本构关系应力与应变遵循材料特性斜截面受力分析基于力学平衡原理，考虑混凝土、箍筋和纵向钢筋的共同作用在剪力作用下，构件内部产生主拉应力和主压应力，当主拉应力超过混凝土抗拉强度时，形成与主压应力方向垂直的斜裂缝，即与构件轴线成约°角的裂缝45斜裂缝形成后，斜截面承载力依靠三部分组成未开裂压区混凝土的剪力承载力、箍筋的拉力贡献和纵向钢筋的销栓作用随着荷载增加，斜裂缝宽度增大，箍筋应力增加，直至箍筋屈服或混凝土压溃导致构件破坏剪跨比（剪力臂与有效高度之比）是影响斜截面破坏模式的重要参数，剪跨比小于的短梁和剪跨比大于的长梁有不同的破坏特征

2.

52.5斜截面承载力计算方法无腹筋梁计算有腹筋梁计算对于无箍筋或配筋率很低的梁，其对于设置箍筋的梁，其斜截面承载斜截面承载力主要依靠混凝土的抗力由混凝土和箍筋共同承担计算剪能力计算公式为公式为，其中为Vc=V≤Vc+Vs Vs，其中为考虑剪跨比影响箍筋的贡献，βft·b·h0βVs=的系数，为混凝土抗拉强度设计，为箍筋ft fyv·Asv·h0/s·cotθfyv值，为截面宽度，为有效高度强度设计值，为单排箍筋面积，b h0Asv为箍筋间距，为斜裂缝角度sθ特殊部位计算支座附近和荷载集中部位是斜截面破坏的高风险区域，需特别关注支座附近可考虑支座反力的直接传递作用，但距支座小于的截面不应作为危险截面h0对于有预应力的构件，还需考虑预应力对斜截面承载力的影响受弯构件抗剪设计计算设计剪力根据荷载组合和结构计算，确定各危险截面的设计剪力剪力设计值应包括永久荷载和可变荷载的组合效应，并考虑不利荷载布置特别注意支座附近和集中荷载作用点处的剪力峰值验算混凝土承载力检查设计剪力是否超过混凝土斜压破坏的承载力上限值如果超过，需增大截面尺寸或提高混凝土强度等级混凝土斜压破坏承载力上限值与混凝土强度、截面尺寸和轴向力有关计算所需箍筋当设计剪力超过混凝土抗剪承载力时，需设置箍筋承担超出部分的剪力箍筋面积计算公式为，其中为箍筋间距，应满足构造最大间距要求Asv/s=V-Vc/fyv·h0s满足构造要求箍筋布置应满足最小配箍率、最大间距等构造要求在支座附近和集中荷载作用点处应加密箍筋箍筋应形成封闭形式，确保对混凝土的有效约束对于高度超过的梁，应在800mm腹部两侧设置附加纵向钢筋第五章钢筋混凝土受扭构件承载力计算扭转裂缝特征受扭构件的特征性破坏表现为螺旋形裂缝这些裂缝与构件轴线成约°角，呈螺旋状环绕构件表面这种裂缝形态反映了扭矩作用下的主应力分布特点，是识别扭转破坏45的重要标志抗扭配筋要求有效的抗扭配筋包括封闭箍筋和沿周边分布的纵向钢筋箍筋需形成封闭形式，以抵抗切应力；纵向钢筋则均匀分布在截面周边，以抵抗因扭转引起的轴向拉应力二者共同形成空间桁架结构空心与实心截面区别空心截面的抗扭性能优于实心截面，因为扭矩主要由靠近表面的材料承担在相同外形尺寸下，空心截面的单位重量轻、材料利用率高，但对配筋和施工质量要求更高受扭构件的受力特性纯扭与组合扭扭矩下的应力状态扭转破坏形态纯扭是指构件仅受扭矩作用，如悬挑构扭矩作用下，构件截面产生切应力，其随着扭矩增加，构件经历弹性阶段、开件或不对称荷载的板组合扭是指构件分布规律为从截面中心向外逐渐增大，裂阶段和极限阶段开裂后，混凝土受同时受扭矩、弯矩和剪力作用，如框架在表面达到最大值在矩形截面中，切拉区不再承担扭矩，由箍筋和纵向钢筋边梁纯扭情况下，螺旋裂缝对称分布应力在长边中点处最大，在角部较小组成的空间桁架承担扭矩最终破坏可在构件四周；而组合扭情况下，裂缝分这种应力分布导致特征性的螺旋裂缝形能是由于钢筋屈服或混凝土斜压破坏导布不均匀，与弯曲和剪切裂缝相互影响成致受扭承载力计算方法1薄壁管模型2空间桁架理论受扭构件计算通常采用薄壁管开裂后的受扭构件可视为空间模型该模型假定扭矩主要由桁架系统，由封闭箍筋、纵向靠近截面外缘的混凝土和钢筋钢筋和受压混凝土斜杆组成承担，内部混凝土的贡献很小箍筋和纵向钢筋承担拉力，混对于矩形截面，可以将其等效凝土斜杆承担压力扭矩通过为具有相同外形尺寸的薄壁管，这种空间桁架传递，直至某一壁厚取为截面周长的构件屈服或破坏1/63计算步骤受扭承载力计算包括确定等效薄壁管的几何参数；计算扭矩作用下的切应力；确定所需箍筋和纵向钢筋面积；验算混凝土斜压破坏承载力设计中，通常将扭矩、弯矩和剪力的共同作用采用线性叠加的方式考虑受扭构件配筋设计封闭箍筋纵向钢筋形成完整闭合回路，抵抗切应力沿截面周边均匀分布，承担轴向拉力构造保障协同作用确保钢筋位置稳定，提供足够锚固形成空间桁架系统，共同抵抗扭矩受扭构件的配筋设计需满足计算要求和构造要求两方面抗扭箍筋应形成封闭形式，箍筋弯钩应伸入核心混凝土且弯折角度不小于°箍筋间距不应大于135构件最小边长的或纵向钢筋应沿截面周边均匀分布，每个角部和直边中间均应设置，相邻纵筋间距不应大于1/8100mm200mm对于同时受弯、剪和扭的构件，应将抗弯、抗剪和抗扭所需的钢筋面积叠加，作为总配筋量在设计中应注意，扭矩往往导致构件开裂，影响结构的使用性能，因此在可能的情况下，应通过合理的结构布置减小扭矩作用对于扭矩较小的情况，可仅考虑构造配筋要求第六章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算小偏心受压破坏小偏心受压构件的典型破坏表现为受压区混凝土压碎此时，中和轴位于截面内，混凝土受压区达到极限压应变而破坏，而钢筋可能尚未达到屈服强度这种破坏属于脆性破坏，变形较小，缺乏明显的预警特征大偏心受压破坏大偏心受压构件的破坏通常是受拉钢筋先屈服，然后混凝土受压区压碎这种破坏过程中，构件变形明显，有较好的延性和预警能力设计中通常倾向于这种破坏模式，以提高结构的安全性核心区概念核心区是指截面内一个特殊区域，当轴向力作用点落在该区域内时，截面各点均为压应力；当轴向力作用点落在该区域外时，截面出现拉应力核心区的大小与截面形状有关，对于矩形截面，其边界距离截面中心的距离为截面高度的1/6偏心受压构件特性小偏心受压构件计算计算假定确立基于平截面假定和材料本构关系承载力方程建立考虑偏心荷载下的平衡条件配筋方案设计确定钢筋面积和布置方式小偏心受压构件的计算基于平截面假定和应变协调原理计算中，首先确定轴力和弯矩的设计值，然后根据相对受压区高度判断是否为小偏心受压对于小偏心受压，需考虑受压区混凝土和全部钢筋（包括受拉区钢筋，如果有）的共同作用小偏心受压构件的承载力计算公式为，其中为等效应力系数，为受压区高度，和分别为受压和受拉钢N≤α·fc·b·x+σs·As+σs·Asαxσsσs筋的应力对于长柱，还需考虑附加偏心距的影响，即考虑二阶效应导致的附加弯矩在实际设计中，常采用查表法或计算机软件进行计算，简化设计过程大偏心受压构件计算轴向力平衡轴向压力等于混凝土受压区压力与钢筋合力之和弯矩平衡外部弯矩等于各内力对中和轴的矩之和应变协调各点应变满足平截面假定的几何关系承载力验算验证设计的构件能否安全承受设计荷载第七章钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性裂缝控制限制有害裂缝的宽度，确保结构的外观、防水性和耐久性裂缝宽度与钢筋应力、保护层厚度、钢筋间距等因素有关变形控制限制过大变形导致的使用功能影响、心理不适和附属构件损坏变形包括短期变形和长期变形，后者受徐变和收缩影响显著耐久性设计确保结构在设计使用年限内保持功能和安全，抵抗环境侵蚀和材料劣化关键措施包括提高混凝土质量、增加保护层和控制裂缝钢筋混凝土构件的使用性能设计与极限承载力设计同等重要，直接关系到结构的服务质量和使用寿命虽然混凝土结构中的裂缝在一定程度上是不可避免的，但通过合理设计可以控制裂缝宽度在允许范围内，减少对结构功能和耐久性的不利影响混凝土构件的使用性能混凝土构件的使用性能主要包括裂缝控制、变形控制和耐久性三个方面裂缝控制关注的是限制裂缝宽度在允许范围内，通常根据环境类别和保护等级确定允许裂缝宽度，一般在之间变形控制则是限制构件的挠度，一般要求最大挠度不超过跨度的

0.2mm-

0.3mm至，具体取值根据构件类型和使用要求确定1/2501/400耐久性是指结构在设计使用年限内保持功能和安全的能力，受到环境条件、材料质量、设计细节和施工质量的共同影响主要的耐久性问题包括钢筋锈蚀、混凝土碳化、冻融损伤和化学侵蚀等耐久性设计应基于结构的设计使用年限和环境条件，采取相应的防护措施，如增加保护层厚度、使用耐久性材料、设置防水层等裂缝控制设计裂缝成因与分类裂缝宽度计算裂缝控制措施混凝土裂缝按成因可分为荷载裂缝和非裂缝宽度主要受钢筋应力、保护层厚度、控制裂缝宽度的主要措施包括合理选荷载裂缝荷载裂缝是由外力引起的，钢筋间距和混凝土有效拉伸面积等因素择构件尺寸和截面形状；适当提高配筋如弯曲裂缝、剪切裂缝和扭转裂缝等；影响规范中提供了裂缝宽度计算公式率，减小钢筋间距；控制钢筋应力水平；非荷载裂缝则由材料性质和环境因素引采用高强度混凝土；设置分布钢筋；进wmax=α·σs·

1.9c+起，如收缩裂缝、温度裂缝和沉降裂缝，其中为系数，为行良好的养护，减少收缩；在必要部位

0.08d/ρte·

1.1ασs等根据出现时间，又可分为早期裂缝钢筋应力，为保护层厚度，为钢筋直设置诱导缝，控制裂缝位置c d和后期裂缝径，为有效配筋率ρte变形控制与计算1/2501/400一般构件挠度限值敏感构件挠度限值相对于跨度的比值支撑脆性隔墙等构件的梁

2.0长期变形放大系数考虑徐变和收缩影响钢筋混凝土构件的变形包括短期变形和长期变形短期变形是指荷载作用后立即产生的弹性变形；长期变形则包括由徐变和收缩引起的附加变形，通常是短期变形的倍变形计算应考虑开裂对刚

1.5~3度的影响，通常采用有效刚度法或平均曲率法进行计算有效刚度法考虑了截面开裂对刚度的影响，对于受弯构件，有效抗弯刚度为EIe=αIg+1-，其中为刚度折减系数，为全截面惯性矩，为开裂截面惯性矩对于徐变和收缩引起的长αIcrαIg Icr期变形，可采用放大系数法，即将短期变形乘以一个放大系数（通常为左右）得到总变形在设

2.0计中，还应注意减小悬臂构件的变形，因为悬臂构件的挠度对使用功能和视觉感受影响较大耐久性设计设计使用年限环境作用分级混凝土结构的设计使用年限通根据环境侵蚀性将环境条件分常为年至年，特殊结为不同等级，如一般环境、潮50100构可更长设计使用年限是确湿环境、海洋环境、冻融环境定耐久性设计参数的基础，应和化学侵蚀环境等不同环境根据结构重要性、使用功能和等级对应不同的设计要求，包经济性综合确定较长的设计括混凝土强度等级、水灰比、使用年限通常需要更严格的耐最小水泥用量和最小保护层厚久性措施度等关键防护措施提高混凝土的密实度和抗渗性；增加保护层厚度；控制裂缝宽度；使用抗侵蚀材料，如硫铝酸盐水泥、掺合料和外加剂；采用表面防护处理，如涂层、浸渍和覆盖等；设置阴极保护系统；定期检查和维护第八章预应力混凝土构件设计发展历程预应力混凝土技术起源于世纪初，法国工程师弗莱西内（）首次提出预应力20Freyssinet概念年代开始在桥梁中应用，年代进入建筑领域随着技术进步，预应力混19401950凝土已成为大跨度结构的主要选择之一基本原理预应力技术通过预先施加压应力，抵消全部或部分使用荷载引起的拉应力，从而提高混凝土结构的抗裂性、刚度和承载力这使得混凝土能够充分发挥其抗压优势，克服抗拉弱点，实现更经济、更轻盈的结构设计应用优势预应力混凝土相比普通钢筋混凝土具有多项优势可实现更大跨度；减小构件截面尺寸和自重；提高抗裂性能和耐久性；减少变形；节约材料和降低成本这些优势使其在桥梁、大跨度屋盖、水池等结构中广泛应用关键难点预应力技术也面临一些挑战施工工艺复杂，要求高；预应力损失的准确预测困难；锚固区需特殊处理；施工质量控制要求严格；造价相对较高这些因素需在设计中充分考虑，确保结构安全和经济性预应力混凝土结构概述预应力的基本概念预应力作用原理应用范围预应力是指在构件使用前，人为地施加预应力原理可理解为三个阶段首先，预应力混凝土广泛应用于需要大跨度、永久性应力，以改善构件的受力性能张拉预应力钢绞线产生拉力；然后，拉高强度、防裂要求高的结构中，如桥梁、预应力混凝土通过高强度钢绞线（预应力通过锚具传递给混凝土，使混凝土产大跨度屋盖、水池、筒仓、核电站等力筋）的张拉，在混凝土中产生预压应生压应力；最后，外荷载作用时，需先在建筑中，常用于大跨度楼板、转换梁力，抵消全部或部分外荷载引起的拉应抵消预压应力后才会产生拉应力，从而和无梁楼盖等近年来，预应力技术还力，从而提高结构的抗裂性、刚度和承提高构件的抗裂能力和承载力拓展到地基加固、结构加固和特种工程载力领域预应力施加方法先张法后张法先张法是指先对预应力筋张拉，然后浇后张法是指先浇筑混凝土并预留孔道，筑混凝土，待混凝土达到一定强度后释待混凝土达到一定强度后，将预应力筋放预应力筋，通过粘结力将预应力传递穿入孔道并张拉，通过锚具将预应力传给混凝土先张法多用于工厂预制构件，递给混凝土后张法多用于现场浇筑构如楼板、梁等其优点是工艺简单，质件，如桥梁、大跨度屋盖等后张法可量易控制；缺点是需要专用台座，运输分为粘结和非粘结两种粘结式在张拉受限后灌浆，预应力筋与混凝土形成整体；非粘结式预应力筋保持独立，可检查和更换预应力筋和锚具预应力筋通常采用高强度钢绞线，强度等级为（抗拉强度）或fpk18601860MPa锚具是预应力系统的关键组件，用于固定预应力筋并传递预应力常用fpk1960锚具包括夹片式、挤压式和螺纹式等张拉设备包括千斤顶、压力表、伸长计等，用于精确控制张拉力和伸长量预应力损失计算预应力混凝土受弯构件设计与计算确定截面尺寸与预应力筋布置根据跨度、荷载和使用要求，确定合适的截面形式（如矩形、形、形等）和尺寸T I预应力筋布置应考虑弯矩分布，通常在跨中下缘和支座上缘配置较多的预应力筋对于变截面构件，预应力筋线形应与弯矩图形相适应，以提高预应力效率预应力值计算与应力验算通常采用允许应力法确定预应力值，确保在各施工阶段和使用阶段，混凝土和预应力筋的应力不超过允许值关键验算点包括预应力传递时（仅自重作用）和全部荷载作用时应力控制原则是预应力传递时，混凝土受拉应力不超过抗拉强度；使用阶段，混凝土宜全截面受压或轻微受拉极限状态承载力计算预应力混凝土受弯构件的极限承载力计算与普通钢筋混凝土类似，但需考虑预应力筋的初应变正截面承载力计算采用平截面假定和应变协调原理，考虑预应力筋和普通钢筋的共同作用斜截面承载力计算需考虑预应力筋线形对抗剪能力的影响，曲线预应力筋有利于提高抗剪能力框架结构设计结构体系特点框架梁设计框架结构由梁和柱通过刚性节点连框架梁承受竖向荷载和地震作用下接而成，主要依靠框架抵抗水平力的弯矩、剪力，其设计需考虑正负和竖向力其特点是空间布置灵活，弯矩区的配筋框架梁宜采用矩形内部空间开阔，适用于多层建筑、或形截面，高宽比一般为T大空间公共建筑和工业厂房等框梁端部应考虑地震作

1.5~

2.5架结构的抗侧刚度主要来自梁柱弯用下的塑性铰形成，增加箍筋密度曲变形，因此在高层建筑中常与剪并做好纵筋锚固梁柱连接处应避力墙组合使用免梁强柱弱，确保地震时塑性铰首先在梁端形成框架柱设计框架柱主要承受竖向荷载和水平力引起的轴力、弯矩，属于偏心受压构件柱截面形式通常为矩形或圆形，截面尺寸应满足抗震等级要求柱的配筋应考虑双向地震作用，通常在四角和边中设置纵向钢筋，并采用箍筋约束柱纵筋的配筋率一般在之间，柱端部需加密箍筋以提高延性1%~5%剪力墙结构设计剪力墙结构体系墙体设计与配筋连梁设计剪力墙结构是由钢筋混凝土墙板承担主剪力墙设计需考虑轴力、弯矩和剪力的连梁是连接相邻剪力墙的水平构件，对要水平力的结构体系，墙体既是承重构共同作用墙体厚度应满足规范最小要提高结构整体性和耗能能力具有重要作件也是分隔空间的围护构件剪力墙结求，通常不小于或层高的用连梁的跨高比影响其受力特性，跨160mm构具有较高的侧向刚度，抗侧移能力强，墙体配筋包括竖向分布钢筋、水高比小于的短连梁主要承受剪力，应采1/252适用于高层和超高层建筑根据墙体布平分布钢筋和边缘构件配筋竖向钢筋用交叉配筋；跨高比大于的长连梁类似2置形式，可分为筒体式、框筒式、剪力主要承担弯曲作用，水平钢筋主要抵抗于普通梁，按常规方法配筋连梁应具墙式等多种结构类型剪力边缘构件是墙端部加强区域，需有足够的延性，确保在地震作用下能形设置密集箍筋约束，以提高墙体延性和成塑性铰并耗散能量承载力框架剪力墙结构设计-结构体系特点内力分配机制框架剪力墙结构是框架和剪力墙两种结构框架和剪力墙的变形特性不同，框架呈剪切-形式的组合，发挥各自优势低层部分的水型变形，剪力墙呈弯曲型变形在结构底部，平力主要由框架承担，高层部分主要由剪力剪力墙承担较大比例的水平力；在结构上部，墙承担，形成良好的协同工作机制框架承担较大比例的水平力整体性与协调性薄弱环节处理结构布置应尽量规则、对称，减小扭转效应3框架与剪力墙连接部位是应力集中区，需特框架和剪力墙的刚度比应合理配置，避免某别加强转换层是应力和变形突变区，应避一部分过早失效各部分应有良好的连接，免设置或进行特殊处理连接梁应有足够的确保整体协同工作变形能力，防止脆性破坏平板结构设计平板配筋特点冲切设计变形控制平板结构的配筋区域通常分为柱带和中间平板结构最危险的破坏形式是柱周围的冲平板结构的刚度较小，变形控制是设计中带，柱带宽度为相邻跨度的柱带内切破坏，表现为锥形破坏面冲切设计需的重要问题应控制板的厚度与跨度比，1/4配置较多的钢筋（约的总配筋量），验算柱周围的冲切应力是否超过混凝土的一般不小于长期变形需考虑徐变70%1/30以抵抗较大的弯矩和剪力；中间带配置较抗冲切强度当抗冲切承载力不足时，可和收缩的影响，可能是短期变形的倍2~3少的钢筋（约的总配筋量）板的下采取增大板厚、增设柱帽、设置抗冲切钢当跨度较大或荷载较重时，可采用预应力30%部配置连续的受弯钢筋，上部在支座处配筋或在柱顶部增设剪力头等措施提高抗冲技术减小变形，或设置梁带增强刚度置负弯矩钢筋切能力基础结构设计基础是将上部结构荷载传递给地基的构件，是确保建筑安全的关键部分基础类型选择应考虑上部结构特点、地基条件和经济性独立基础适用于荷载较小、地基条件较好的框架结构；条形基础适用于荷载沿线分布的墙体结构；筏形基础适用于荷载较大、地基不均匀或需控制不均匀沉降的高层建筑；桩基础则适用于地基承载力不足或需控制沉降的情况基础设计的主要内容包括确定基础形式和尺寸；验算地基承载力和沉降；计算基础构件的内力并进行配筋设计基础设计需特别注意防水和耐久性问题，混凝土强度等级一般不低于，最小配筋率不低于当基础位于地下水位以下时，应采取防水措施，如设置防水C

250.2%层、增加混凝土密实度和控制裂缝宽度等混凝土结构抗震设计性能目标多水平抗震设防，保障人员安全构造措施提高结构延性，保证整体性计算方法考虑地震动特性和结构非线性混凝土结构抗震设计基于多水平抗震设防的理念，即在小震下基本不损坏，中震下可修复，大震下不倒塌抗震设计除满足强度要求外，更强调结构的延性和耗能能力，确保结构在强震作用下能够通过塑性变形耗散地震能量而不发生脆性破坏抗震设计的关键原则包括强柱弱梁原则，确保地震下塑性铰首先在梁端形成；强剪弱弯原则，避免构件发生脆性剪切破坏；强节点弱构件原则，保证节点区域有足够的强度和刚度构造措施方面，应注重提高构件的延性和约束性，如在关键部位加密箍筋、采用封闭箍筋形式、增加纵向钢筋的锚固长度等设计中还应注意结构的整体性和规则性，避免平面和竖向的不规则性，减小扭转效应特殊构件设计短柱设计转换结构设计后浇带设计连系梁设计短柱因刚度大、变形能力差，转换结构是上下部结构体系或后浇带是分期施工或为减小收连系梁是连接相邻结构单元的在地震中易发生脆性剪切破坏柱网布置不同时，用于传递和缩应力而预留的带状区域，后水平构件，用于提高结构整体设计中应尽量避免形成短柱效分配荷载的过渡结构包括转期浇筑后浇带宽度通常为性和协同工作能力连系梁应应，如避免部分高度砌墙或设换梁、转换板和转换桁架等形，其钢筋应有足够的拉伸、压缩和剪切能500-1000mm置窗间墙当无法避免时，应式转换结构承受巨大荷载，连续通过，不得在后浇带处搭力，确保能在地震作用下有效加强短柱的抗剪能力，采用密设计中应控制截面尺寸和配筋接混凝土应采用微膨胀或补传递水平力设计中应注意连集箍筋和较高的配筋率，确保率，确保足够的刚度和承载力偿收缩混凝土，并注意与两侧系梁与相邻结构的连接细节，剪切承载力显著大于弯曲承载同时，应注意振动和沉降控制，已硬化混凝土的界面处理，确确保连接可靠力避免在抗震不利位置设置转换保良好的粘结性能层混凝土结构加固与改造加固必要性评估常用加固方法结构加固的常见原因包括使用功能混凝土结构常用的加固方法包括增变更导致荷载增加；结构老化或材料大截面法，通过增加混凝土和钢筋提劣化；设计或施工缺陷；自然灾害或高承载力；粘贴钢板或碳纤维，提高意外事故造成的损伤；规范更新需要构件的抗弯和抗剪能力；外包钢加固，提高抗震能力等加固前应进行详细提高构件的承载力和延性；预应力加的结构检测和安全性评估，明确加固固，通过施加预应力改善结构性能；目标和范围局部更换或补强，替换或修复损伤部位加固设计要点加固设计应考虑原结构与加固部分的协同工作，确保加固后结构整体性良好应注意新旧混凝土界面的处理，采用凿毛、植筋等措施提高粘结性能加固材料应与原结构材料兼容，避免因材料性能差异导致的应力集中施工中应注意对原结构的保护，减少施工荷载和振动对原结构的影响工程实例分析高层建筑案例上海中心大厦是中国最高的建筑之一，采用了核心筒巨型框架伸臂桁架的混合结构体系其--混凝土核心筒采用高强混凝土，通过巨型斜柱和环带桁架形成整体结构系统设计中特别C60考虑了风荷载、地震作用和结构舒适度控制，应用了减震装置和智能监测系统大跨度桥梁案例港珠澳大桥是世界最长的跨海大桥，采用了预应力混凝土连续梁桥、钢箱梁桥和沉管隧道等多种结构形式其预应力混凝土部分采用了海工混凝土，设计使用寿命年面对复杂的C50120海洋环境，采取了严格的耐久性设计措施，包括增大保护层厚度、采用不锈钢钢筋和表面防护处理等特殊环境结构案例某核电站安全壳结构采用了预应力混凝土结构，厚度米，内衬钢板混凝土强度等级为，

1.2C50预应力采用后张法，钢绞线张拉至设计预应力的设计中特别考虑了极端温度、辐射、内75%压和地震等多种作用，确保在各种设计工况下均能保持结构完整性和气密性失效案例分析某商场屋顶在使用几年后出现严重下挠和裂缝，调查发现是由于设计中低估了永久荷载，且未充分考虑混凝土的徐变和收缩影响加固方案采用了碳纤维布加固梁底，并增设钢支撑系统分担部分荷载这一案例强调了荷载估算和长期变形计算的重要性计算机辅助设计常用结构设计软件有限元分析技术技术应用BIM目前国内常用的混凝土结构设计软件包括有限元分析是现代结构分析的重要手段，可以建筑信息模型技术在混凝土结构设计中BIM、、、等这模拟复杂的几何形状、材料非线性和动力响应的应用越来越广泛，可实现设计、施工和运维PKPM SATWEMIDAS ETABS些软件能够进行结构建模、荷载分析、内力计在混凝土结构设计中，有限元分析常用于复杂的全过程信息集成模型包含结构构件的BIM算和构件设计，大大提高了设计效率不同软节点设计、温度应力分析、裂缝控制和抗震性几何信息、材料属性和施工信息，有助于发现件有各自的特点和适用范围，设计人员应根据能评估等方面设计人员应理解有限元分析的设计冲突、优化施工方案和提高管理效率结项目需求选择合适的软件工具基本原理和局限性，合理选择单元类型、网格合参数化设计和性能化分析，技术将引领BIM划分和边界条件混凝土结构设计的数字化转型总结与展望知识体系回顾设计要点总结从材料性能到各类构件设计的系统掌握安全性、适用性、耐久性和经济性的综合考量发展趋势展望常见问题应对绿色、智能、工业化和性能化的未来方向实际工程中的技术难点和解决策略《混凝土结构设计》课程涵盖了从材料性能、构件设计到结构体系的完整知识体系通过本课程的学习，学生应掌握混凝土结构的基本原理和设计方法，能够进行各类构件的分析与设计，并理解不同结构体系的特点和适用范围混凝土结构的未来发展趋势包括绿色环保材料的应用，如再生混凝土、低碳混凝土；高性能混凝土技术的推广，如超高强混凝土、自密实混凝土；工业化建造方式的普及，如装配式混凝土结构；智能化和数字化技术的融入，如传感器监测和数字孪生；性能化设计理念的深入，更加注重结构的全生命周期性能作为未来的工程技术人员，应保持学习热情，持续关注行业发展，不断更新知识和技能。