民用建筑结构课件

1、 目 录 0绪论 1.钢筋混凝土的一般概念及材料的主要力学性能 2.钢筋混凝土结构计算的基本原理 3.受弯构件承载力计算与构造 4.钢筋混凝土构件的变形与裂缝计算 5.钢筋混凝土受压构件承载力计算 8.预应力混凝土构件 6.钢筋混凝土受扭构件承载力计算 目 录 9.钢筋混凝土梁板结构 11.多层及高层房屋结构概论 13.砌体材料及其力学性能 14.砌体结构构件的承载力计算 15.混合结构房屋墙、柱设计 15.1房屋结构布置方案 绪论 0.1建筑结构的分类及应用 基本建筑构件：板、梁、柱、墙、基础等 建筑结构：由基本建筑构件组成的建筑物承重骨架 建筑结构的要求：安全性、实用性、耐久性 建筑结构的

2、分类按材料和受力方式两方面划分：建筑结构的分类按材料和受力方式两方面划分： 按材料划分为：、钢结构、 木结构等。 按结构受力特点分为：混合结构、排架结构、 剪力墙结构、筒体结构等。 混合结构的传力路线：楼（屋）面荷载 板梁 砖石墙体 （柱） 基础 绪论 0.20.2建筑结构的发展简况建筑结构的发展简况 材料方面材料方面 古代：砖、木结构古代：砖、木结构 近代：钢筋混凝土结构和近代：钢筋混凝土结构和 钢结构钢结构 计算理论计算理论 古代：近似计算古代：近似计算 近代：近代： 2020世纪世纪4040年代：考虑砼塑性性能的破坏年代：考虑砼塑性性能的破坏 阶段计算方法，采用了单一的安全系数；阶段计算

3、方法，采用了单一的安全系数； 5050年代：极限年代：极限 状态计算，规定了极限状态，有三个系数，荷载、材料系状态计算，规定了极限状态，有三个系数，荷载、材料系 数和工作条件系数（数和工作条件系数（19661966年规范）。年规范）。 近来：以概率论为基础的极限状态计算法，近来：以概率论为基础的极限状态计算法，8989年年 规范及新规范（规范及新规范（GBI10-89GBI10-89、GB50010GB5001020022002） 绪论 施工工艺方面施工工艺方面 向着工业化、定型化、标准化方向发展。向着工业化、定型化、标准化方向发展。 施工技术方面施工技术方面 大模板滑模施工、预应力混凝土平板

4、楼盖等。大模板滑模施工、预应力混凝土平板楼盖等。 总之：高强度、高性能的材料的应用；计算理论的更加科总之：高强度、高性能的材料的应用；计算理论的更加科 学合理；重量更轻、跨度更大；安全性、耐久性更好；施学合理；重量更轻、跨度更大；安全性、耐久性更好；施 工更方便快捷是今后的发展方向。工更方便快捷是今后的发展方向。 绪论 0.3本课程内容特点及要求 内容：内容： 钢筋混凝土结构（基本结构和房屋结构）、砌体结构钢筋混凝土结构（基本结构和房屋结构）、砌体结构 特点：特点： 本课程所述材料的力学性能与材料力学所学内容有本课程所述材料的力学性能与材料力学所学内容有 许多相似之处，但也有不同之处。主要在均

5、质和非均质、弹许多相似之处，但也有不同之处。主要在均质和非均质、弹 性和弹塑性等之分。性和弹塑性等之分。 建筑结构的计算方法，绝大部分是建立在实验的基建筑结构的计算方法，绝大部分是建立在实验的基 础上。目前尚无完善的理论，应十分注重试验和各公式的使础上。目前尚无完善的理论，应十分注重试验和各公式的使 用条件和范围。用条件和范围。 内力分析和变形计算的理论来自结构力学，但，考虑内力分析和变形计算的理论来自结构力学，但，考虑 到结构的实际，又建立了一套自身的计算方法，应注意他们到结构的实际，又建立了一套自身的计算方法，应注意他们 的联系和区别。的联系和区别。 本课程除了进行构件的强度和变形计算外，

6、还要解决本课程除了进行构件的强度和变形计算外，还要解决 绪论 结构设计问题（包括结构方案、构件选型、材料选择和构造要求结构设计问题（包括结构方案、构件选型、材料选择和构造要求 等），综合性和实践性很强。等），综合性和实践性很强。 构造要求和结构计算同样重要，我们专业更应注重构造构造要求和结构计算同样重要，我们专业更应注重构造 要求。要求。 要求：要求： 在本课程学习的同时，要熟悉和重视国家最新颁布的建在本课程学习的同时，要熟悉和重视国家最新颁布的建 筑结构筑结构规范规范，对现行各种，对现行各种规范规范的条款要理会、熟悉并学的条款要理会、熟悉并学 会应用。会应用。 本课程涉及的众多构造要求是非常

7、重要的，要充分重视本课程涉及的众多构造要求是非常重要的，要充分重视 对构造要求的学习，并加深理解其中的道理。对构造要求的学习，并加深理解其中的道理。 本课程是一门实践性很强的课程，学好本课程的关键，本课程是一门实践性很强的课程，学好本课程的关键， 实践性环节在其中起着十分重要的作用。在理论学习的过程中，实践性环节在其中起着十分重要的作用。在理论学习的过程中， 要注重联系实际，多到施工现场及预制构件厂去实习、观摩、参要注重联系实际，多到施工现场及预制构件厂去实习、观摩、参 观，多动手、勤思考、重理解、会分析。结合施工图的识读，积观，多动手、勤思考、重理解、会分析。结合施工图的识读，积 累实践经验

8、。累实践经验。 钢筋混凝土的一般概念及材料的主要力学性 能 1.1 1.1 P1P2 (a) P1P2 中和轴 受拉钢筋 (b) 钢筋混凝土的一般概念和特点 概念：概念： 由钢筋和混凝土结合在由钢筋和混凝土结合在 一起共同工作的材料，该材料一起共同工作的材料，该材料 可充分利用混凝土的抗压性能可充分利用混凝土的抗压性能 和钢筋的抗拉性能。和钢筋的抗拉性能。 特点：特点： 与砖木结构相比强度与砖木结构相比强度 高；高； 钢材用量少；钢材用量少； 耐久性好；耐久性好； 耐火性好；耐火性好； 可模性好；可模性好； 整体性好；整体性好； 材料来源广泛材料来源广泛 图1.1素混凝土和钢筋 混凝土波怀情况

9、对比 软刚和硬刚钢筋的强度和变形性软刚和硬刚钢筋的强度和变形性 能主要由单向拉伸测得的应力能主要由单向拉伸测得的应力 应应 变曲线来表征。试验表明，钢筋的变曲线来表征。试验表明，钢筋的 拉伸应力拉伸应力 应变曲线可分为两类：应变曲线可分为两类： 有明显的流幅的钢筋（也称为软钢）有明显的流幅的钢筋（也称为软钢） 见图见图1.21.2，没有明显流幅的钢筋（也，没有明显流幅的钢筋（也 称为硬钢）见图称为硬钢）见图1.31.3。 比例极限比例极限 有明显流幅的钢筋应力有明显流幅的钢筋应力 应变应变 曲线，轴向拉伸时，在达到比例极曲线，轴向拉伸时，在达到比例极 限限a a点之前，材料处于弹性阶段，软点之

10、前，材料处于弹性阶段，软 钢应力与应变的比值为常数，即为钢应力与应变的比值为常数，即为 钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量Es Es ，a a为应力应变为应力应变 成比例的极限状态，它所对应的应成比例的极限状态，它所对应的应 力称为比例极限。力称为比例极限。 (Mpa) 钢筋的主要力学性能1.2.11.2.1 a b c d e 比例极限 屈服强度 极限强度 流幅 屈服极限屈服极限 当应力达到当应力达到b b点后，材料开始屈点后，材料开始屈 服，服，b b点称屈服的上限点，过点后，点称屈服的上限点，过点后， 应力与应变曲线出现上下波动，形应力与应变曲线出现上下波动，形 成一个明显的屈服台阶，屈服台阶

11、成一个明显的屈服台阶，屈服台阶 的下限的下限c c点所对应的应力称为点所对应的应力称为“屈屈 服强度。服强度。 钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 极限强度极限强度 当钢筋屈服塑流到一定程度，即到当钢筋屈服塑流到一定程度，即到 达点以后，应力达点以后，应力 应变曲线又开始应变曲线又开始 上升，抗拉能力有所提高，随着曲上升，抗拉能力有所提高，随着曲 线上升到最高点线上升到最高点d d，相应的应力称为，相应的应力称为 钢筋的极限强度，钢筋的极限强度，cdcd段称为钢筋的段称为钢筋的 强化阶段。过了强化阶段。过了d d点以后，钢筋在薄点以后，钢筋在薄 弱处的断面将

12、显着缩小，发生局部弱处的断面将显着缩小，发生局部 颈缩现象，变形迅速增加，应力随颈缩现象，变形迅速增加，应力随 之下降，直到过点时试件被拉断之下降，直到过点时试件被拉断 。 图 钢筋的主要力学性能 (Mpa) 0.85 b b 0.2% 条件屈服强度（硬刚）条件屈服强度（硬刚） 高碳钢与低碳钢不同，见图高碳钢与低碳钢不同，见图 1.31.3，它没有明显的屈服台阶，塑，它没有明显的屈服台阶，塑 性变形小，延伸率亦小，但极限强性变形小，延伸率亦小，但极限强 度高。通常用残余应变为度高。通常用残余应变为0.2%0.2%的应的应 力，约力，约0.85b0.85b作为假想屈服点作为假想屈服点( (或或

13、称条件屈服点称条件屈服点) )，用，用0.20.2表示，表示， 0.85b 0.85b 作为条件屈服强度。作为条件屈服强度。 b b 极限抗拉强度值。极限抗拉强度值。 图 钢筋的伸长率钢筋的伸长率 除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反 映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率 即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率： 钢筋的主要力学性能 1-1 式中：式中： 伸长率（伸长率（% %） L L- -试件受力前的标距长度（有试件受力前的标距长度

14、（有5d5d、10d10d、100d100d） L L1 1- -试件拉断后的标距长度试件拉断后的标距长度 伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸 长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而 呈现脆性。呈现脆性。 钢筋的主要力学性能 钢筋的冷弯性能钢筋的冷弯性能 为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋 具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为d d的钢筋绕某一规定的钢筋绕某一规定 直径为直径为D D的钢辊进行弯曲，

15、在达到规定的冷弯角度（的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（18001800） 时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表1-11-1 表1-1 各种钢筋伸长率及冷弯试验要求 钢筋种类HPB235HRB335HRB400 伸长率（%）5251614 冷弯要求冷弯角度180018001800 5 _表示试件长度为5d的钢筋的伸长率 钢筋的主要力学性能1.2.21.2.2 钢筋的成分、分类、级别、品种钢筋的成分、分类、级别、品种 成分：成分： 钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、 钛及一些有害

16、元素如磷、硫等。刚材的强度随含碳量的增加而钛及一些有害元素如磷、硫等。刚材的强度随含碳量的增加而 增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少 量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。 分类：分类： 我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素 钢和普通低合金钢两大类。钢和普通低合金钢两大类。 含碳量小于含碳量小于0.25%0.25%的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量 为为0.6%0.6%1.4%1.4

17、%的碳素钢称为高碳钢或硬钢。的碳素钢称为高碳钢或硬钢。 在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为普通低在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为普通低 合金钢。如合金钢。如20MnSi20MnSi、20MnSiV20MnSiV、20MnSiNb20MnSiNb、20MnTi20MnTi等。等。 钢筋的主要力学性能 HPB235 HRB335 HRB400 高强钢丝 (Mpa) 0 级别及品种：级别及品种： 我国建筑工程中采我国建筑工程中采 用的钢筋，国产普通钢筋用的钢筋，国产普通钢筋 有以下有以下4 4级：级： 热轧光面热轧光面235235级级热轧热轧 带肋带肋335335级级 HRB400

18、(20MnSiVHRB400(20MnSiV、 20MnSiNb20MnSiNb、 20MnTi):20MnTi):热轧带肋热轧带肋400400级级 RRB400(K20MnSi):RRB400(K20MnSi):余热处理钢筋余热处理钢筋400400级（用级（用HRB335(20MnSi) HRB335(20MnSi) 穿穿 水热处理而成），各级别水热处理而成），各级别 性能见图性能见图1-41-4 20 20表示含碳量为表示含碳量为0.2%0.2%，其余合金元素的含量在，其余合金元素的含量在1.5%1.5%以下，以下， k k为为 控制的意思。控制的意思。 图 钢筋的主要力学性能 表1-2普

19、通钢筋强度标准值及设计值(N/mm2) 钢筋种类符号d(mm)fykfyfy HPB235(Q235)820235210210 HRB335(20MnSi)650335300300 HRB400(20MnSiV、 20MnSiNb、 20MnTi) 650400360360 RRB400(K20MnSi)840400360360 R 注：注：1.1.当当d d大于大于40mm40mm时，应有可靠的工程经验。时，应有可靠的工程经验。 2. fyk2. fyk钢筋的标准强度，具有钢筋的标准强度，具有95%95%以上的保证以上的保证 率，由屈服极限确定。率，由屈服极限确定。 3. fy3. fy钢筋

20、的抗拉强度设计值，钢筋的抗拉强度设计值，fyfy钢筋的钢筋的 抗压强度设计值。抗压强度设计值。 钢筋的主要力学性能 表1-3预应力钢筋强度标准值及设计值(N/mm2) 种 类符 号fptkfpyf py 钢绞线 1*3 S 18601320 39017201220 15701110 1*7 18601320 390 17201220 消除应 力钢丝 光 面 螺旋肋 P H 17701250 41016701180 15701110 刻 痕热处理钢筋 40Si2Mn HT1470104040048Si2Mn 钢筋的主要力学性能 表1-4钢筋 弹性模量（105N/mm2）

21、 种 类Es HPB2352.1 热处理钢筋 2.0 消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝） 2.05 钢绞线1.92 注：必要时钢铰线可采用实测的弹性模量 钢筋的主要力学性能 热处理钢筋热处理钢筋 上面所述为普通钢筋，而预应力钢筋采用热处理钢筋。由上面所述为普通钢筋，而预应力钢筋采用热处理钢筋。由 40Si2Mn(d=6)40Si2Mn(d=6)、48Si2Mn(d=8.2)48Si2Mn(d=8.2)和和45Si2Cr(d=10)45Si2Cr(d=10)等通过加热、等通过加热、 淬火和回火等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋。淬火和回火等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称

22、调质钢筋。 钢丝钢丝主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力的光面钢钢丝钢丝主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力的光面钢 丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝三种。丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝三种。 冷拔低碳钢丝由低碳热轧钢筋经冷拔制成，分为两个级别：冷拔低碳钢丝由低碳热轧钢筋经冷拔制成，分为两个级别： 甲级和乙级。冷拔低碳钢丝的延性较差，新甲级和乙级。冷拔低碳钢丝的延性较差，新规范规范中也未列中也未列 入。若在建筑工程中采用时，应遵守专门规程的规定。入。若在建筑工程中采用时，应遵守专门规程的规定。 钢丝钢丝( (直径在直径在5mm5mm以内以内) )可以是单根的，也可以编成钢绞线或可以是单根的，也可

23、以编成钢绞线或 钢丝束。钢丝束。 钢筋的主要力学性能 钢绞线钢绞线是由多根高强钢丝在绞丝机上绞合，再经低钢绞线钢绞线是由多根高强钢丝在绞丝机上绞合，再经低 温回火制成。按其股数可分为温回火制成。按其股数可分为3 3股和股和7 7股两种，高强钢丝、股两种，高强钢丝、 钢绞线的强度可达钢绞线的强度可达1700N1700Nmm2mm2以上。以上。 钢筋的主要力学性能1.2.31.2.3 钢筋的冷拉和冷拔钢筋的冷拉和冷拔 (1)(1)冷拉冷拉 冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提 高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉高

24、钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉 强度，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材，强度，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材， 调直钢筋，自动除锈，检查焊接质量的作用。调直钢筋，自动除锈，检查焊接质量的作用。 (2)(2)冷拔冷拔 冷拔是将冷拔是将6688的的HPB235HPB235级钢筋，用强力从直径较小的级钢筋，用强力从直径较小的 硬质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，硬质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝， 以提高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较大的提以提高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较

25、大的提 高，但塑性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘高，但塑性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘 检验，分为甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应检验，分为甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应 力钢筋。力钢筋。 a d e o 冷拉伸长率 图1-5冷拉后的应 力应变曲线 1.2钢筋的主要力学性能 k k l k k d e b5 b4 b3 200 o 图1-6冷拔钢筋的应 力应变曲线 21.9 6 400 600 (10-2) 1.2钢筋的主要力学性能 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋；而冷冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋

26、；而冷 拔可同时提高抗拉和抗压强度。拔可同时提高抗拉和抗压强度。 必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换取强度必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换取强度 的有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来，的有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来， 强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供 应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新混凝土规范混凝土规范，但，但 并不是不允许使用这些钢筋。当应用这些钢筋时，应符合专并不是不允许使用这些钢筋。当应用这些钢筋时，应符合专 门规程的规定。门

27、规程的规定。 1.2钢筋的主要力学性能1.2.4 1.2.4钢筋的形式钢筋的形式 (b) (a) (c)(d) 光面钢筋光面钢筋 (a):HPB235 带肋钢筋带肋钢筋 (b)_(d): (b)螺纹钢筋螺纹钢筋 (c)人字纹钢筋人字纹钢筋 (d) 月牙形钢筋月牙形钢筋 我国带肋钢筋的外形目前生产我国带肋钢筋的外形目前生产 的是月牙形。的是月牙形。HRB335表面有阿表面有阿 拉伯数字拉伯数字“2”， HRB400表面有表面有 阿拉伯数字阿拉伯数字“3”。 1.2钢筋的主要力学性能1.2.5 1.2.5建筑结构对钢筋的要求及选择原则建筑结构对钢筋的要求及选择原则 要要 求求 强度要求、塑性要求、

28、可焊性要求、与混凝土的粘结力强度要求、塑性要求、可焊性要求、与混凝土的粘结力 选择的原则选择的原则 在实际工程应用中，基于混凝土对钢筋性能的要求，确定的选用原则为：在实际工程应用中，基于混凝土对钢筋性能的要求，确定的选用原则为： 钢筋混凝土结构以钢筋混凝土结构以HRB400级热轧带肋钢筋为主导钢筋；级热轧带肋钢筋为主导钢筋； 实际工程中，普通钢筋宜采用实际工程中，普通钢筋宜采用HRB400级和级和HRB335级钢筋，也可采用级钢筋，也可采用HPB235 级及级及RRB400级钢筋。级钢筋。 预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢筋；预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢

29、筋； 预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线，也可采用热处理钢筋。预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线，也可采用热处理钢筋。 各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理、保证质量、提高性能，通过各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理、保证质量、提高性能，通过 市场竞争优化或淘汰。市场竞争优化或淘汰。 购买钢筋应要求厂家提供三项力学性能（购买钢筋应要求厂家提供三项力学性能（抗拉强度、屈服强度、伸长率抗拉强度、屈服强度、伸长率）、两项）、两项 化学性能（化学性能（磷、硫含量磷、硫含量） 1.3混凝土的主要力学性能1.3.1 1.3 1.3 混凝土的主要力学性能混凝土的主要力学性能 1.3.1混凝土的强度

30、混凝土的强度 （1）、混凝土的立方体抗压强（）、混凝土的立方体抗压强（fcu）度及强度等级）度及强度等级 混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是混凝土。因此抗压强度是混凝土 力学性能中最主要和最基本的指标。力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的 混凝土强度等级混凝土强度等级：边长：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下立方体标准试件，在标准条件下 （203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度 0.150.3N/mm2/se

31、c，两端不涂润滑剂）测得的，两端不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证率保证率的立方的立方 体抗压强度，用符号体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2 ， fcu,k混凝土强混凝土强 度标准值，注意：度标准值，注意： fcu与与fcu,k的区别在于是否具有的区别在于是否具有95%的保证率的保证率 根据根据规范规范强度范围，强度范围，从从C15C80共划分为共划分为14个强度等级个强度等级，级差为，级差为 5N/mm2。与原。与原规范规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级范围由相比，混凝土强度等级范围由C60 提高到提高到C80，C50以上为以上为高强混凝土高强混

32、凝土。 1.3混凝土的主要力学性能 如果采用的是如果采用的是100mm、200mm的非标准试件，应乘以的非标准试件，应乘以0.95、 1.05的系数将其折算成标准试件。的系数将其折算成标准试件。 规范规范GB500102.24.1.2规定：规定：在钢筋混凝土结构中，在钢筋混凝土结构中， 混凝土的强度等级不宜低于混凝土的强度等级不宜低于C15；当采用；当采用HRB335级钢筋时，级钢筋时， 混凝土强度等级不应低于混凝土强度等级不应低于C20；当采用；当采用HRB400和和RRB400级级 钢筋以及的对承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低钢筋以及的对承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低 于

33、于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30； 当采用预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，当采用预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时， 混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C40。 1.3混凝土的主要力学性能 （2）混凝土轴心抗压强度）混凝土轴心抗压强度 实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱柱体，即实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱柱体，即 构件的高度要比截面的尺寸大。一般用构件的高度要比截面的尺寸大。一般用h/b=34的棱柱体抗压的棱柱体抗压 强度来代表混凝土单向均匀受压时的抗压强度。轴心抗压强强度

34、来代表混凝土单向均匀受压时的抗压强度。轴心抗压强 度采用棱柱体试件测定，用符号度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件表示，它比较接近实际构件 中混凝土的受压情况，我国通常取中混凝土的受压情况，我国通常取150mm150mm450mm 的棱柱体试件，也常用的棱柱体试件，也常用100100300试件。试件。 对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱。棱 柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为： k ,cu2C1Cck f88. 0f 混凝土的轴心抗压设计强度：混凝土的轴心抗压设

35、计强度：fc=fck/c 1.3混凝土的主要力学性能 式中：式中：fck混凝土轴心抗压强度标准值混凝土轴心抗压强度标准值 fc混凝土轴心抗压强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值 0.88实验试件与实际结构的差异修正系数实验试件与实际结构的差异修正系数 c1棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值，棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值， 对对C50以下取以下取0.76，对，对C80取取0.82，其间按，其间按 线性差值计算。线性差值计算。 c2C40以上混凝土脆性折减系数，以上混凝土脆性折减系数， C40取取1.0， C80取取0.87，其间按线性差值计算。，其间按线性差值计算。 c混凝土材料分项系数

36、，取混凝土材料分项系数，取1.4 1.3混凝土的主要力学性能 （3 3）混凝土轴心抗拉强度）混凝土轴心抗拉强度 混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft是采用是采用 100mm100mm500mm的棱柱体，两端设的棱柱体，两端设 有螺纹钢筋有螺纹钢筋(图图1-7)，在实验机上受拉来测定，在实验机上受拉来测定 的。当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混的。当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混 凝土的轴心抗拉强度。实验表明，混凝土的凝土的轴心抗拉强度。实验表明，混凝土的 抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗 拉强度只是混凝土立方体抗压强度的拉强度只是混凝土立方体抗

37、压强度的1/17 1/8倍倍,而且随混凝土强度等级的提高而减小。而且随混凝土强度等级的提高而减小。 通过实验，新规范按下式计算：通过实验，新规范按下式计算： 500 150 150 100 16 轴心受拉试验 图：1.7 2 45.055.0 , )645.11(395.088.0 ckcutk ff ctkt ff/ 1.3混凝土的主要力学性能 式中：式中： ftk混凝土轴心抗拉强度标准值混凝土轴心抗拉强度标准值 ft混凝土轴心抗拉强度设计值混凝土轴心抗拉强度设计值 c2C40以上混凝土脆性折减系数，以上混凝土脆性折减系数， C40取取1.0， C80取取0.87，其间按线性差值计算。，其间

38、按线性差值计算。 混凝土立方体强度变异系数混凝土立方体强度变异系数 c混凝土材料分项系数，取混凝土材料分项系数，取1.4 轴心受拉试验由于两端所埋设的钢筋不易对中，实轴心受拉试验由于两端所埋设的钢筋不易对中，实 测数据偏差较大，目前国内普遍采用立方体试件做劈拉测数据偏差较大，目前国内普遍采用立方体试件做劈拉 试验试验 来代替。来代替。 1.3混凝土的主要力学性能 劈拉试验 P a P 拉 压 压 2 2 a P f sp 4/3 19. 0 cusp ff 图：1-8 1.3混凝土的主要力学性能 （4 4）混凝土强度指标）混凝土强度指标 混凝土强度也有标准值和设计值之分，混凝土强度的标准值具混

39、凝土强度也有标准值和设计值之分，混凝土强度的标准值具 有有95%的保证率，若将其除以材料分项系数的保证率，若将其除以材料分项系数c（c=1.4），即得，即得 混凝土强度设计值，混凝土强度标准值按下表采用。混凝土强度设计值，混凝土强度标准值按下表采用。 混凝土强度标准值（N/mm2） 混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级 强度种类强度种类符号符号 C15C20C25C30C35 轴心抗压强度轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4 轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk1.271.541.782.012.20 混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级 C40C45C50C55C60

40、C65C70C75C80 26.829.632.435.538.541.544.547.450.2 2.402.512.652.742.852.933.003.053.10 表表1-5 1.3混凝土的主要力学性能 混凝土立方体强度实测值、立方体强度标准值、轴心抗压标准值、轴混凝土立方体强度实测值、立方体强度标准值、轴心抗压标准值、轴 心抗拉标准值之间的关系心抗拉标准值之间的关系 立方体强度实测值立方体强度实测值：每个立方体试件实际测得的强度值每个立方体试件实际测得的强度值f 0cu 立方体强度标准值：立方体强度标准值： 规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 应具有不小于应具有不小于

41、95%的保证率的保证率 立方体强度标准值立方体强度标准值fcu,k即为混凝土强度等级即为混凝土强度等级 )645.11( , mcukcu ff 规范规范在确定混凝土在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变时，假定它们的变 异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可 按上式计算得到。按上式计算得到。 同时，同时，规范规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心 抗压强

42、度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个折减系数折减系数：结构中混凝土强度与混结构中混凝土强度与混 凝土试件强度的比值，取凝土试件强度的比值，取0.88；脆性折减系数，对脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中间，中间 按线性规律变化。按线性规律变化。 1.3混凝土的主要力学性能1.3.2 1.3.21.3.2混凝土的变形混凝土的变形 混凝土的变形可分为两类：混凝土的变形可分为两类：一类是受力引起的变形；另一类一类是受力引起的变形；另一类 是收缩和温度变化引起的变形。是收缩和温度变化引起的变形。 （1）混凝土的受力变形）混凝土的受力变形

43、混凝土单向受压时的应力混凝土单向受压时的应力应变曲线应变曲线 混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴受力时的应力- -应变关系反映了混凝土受力全过应变关系反映了混凝土受力全过 程的重要力学特征程的重要力学特征 是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必 要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。试验表明混要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。试验表明混 凝土完整的应力应变曲线包括两部分：凝土完整的应力应变曲线包括两部分：上升阶段和下降阶段上升阶段和下降阶段。 混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来应变关

44、系曲线，常采用棱柱体试件来 测定。测定。 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压 强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应 变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应变曲 线的线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一 同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变应变 曲线的曲

45、线的下降段下降段。 1.3混凝土的主要力学性能 图：1-9 1.3混凝土的主要力学性能 强度等级越高，线弹性段越长，强度等级越高，线弹性段越长， 峰值应变也有所增大。但高强混凝峰值应变也有所增大。但高强混凝 土中，砂浆与骨料的粘结很强，密土中，砂浆与骨料的粘结很强，密 实性好，微裂缝很少，最后的破坏实性好，微裂缝很少，最后的破坏 往往是骨料破坏，破坏时脆性越显往往是骨料破坏，破坏时脆性越显 著，下降段越陡。峰值应力著，下降段越陡。峰值应力fc所对应所对应 的应变的应变0约为约为0.002左右，应力小于左右，应力小于 0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混凝时混凝土处于弹性阶段，混凝 土内部几乎没有

46、裂缝，土内部几乎没有裂缝，0.30.8 fc之之 间，混凝土内部裂缝发展，但能保间，混凝土内部裂缝发展，但能保 持稳定，大于持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂缝混凝土内部裂缝 发展很快，塑性变形显著增大，体发展很快，塑性变形显著增大，体 积应变逐渐由压缩转为扩张。积应变逐渐由压缩转为扩张。 0 图 1-10 不同强度混凝土的应力 - 应变关系曲线 00.0020.0040.0060.0080.01 20 40 60 (MPa) C20 C40 C60 C80 fc 0.3fc 1.3混凝土的主要力学性能 不涂润滑剂 涂润滑剂 图：1-11混凝土破坏机理 fc 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝

47、的发展已处于不稳定的状态，徐时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐 变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混作为混 凝土的凝土的长期抗压强度长期抗压强度。 高强混凝土高强混凝土的密实性好，在相同的的密实性好，在相同的 /fc比值下，徐变比普通混比值下，徐变比普通混 凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较 大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达 0.65fc，长期强度约为，

48、长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。，也比普通混凝土大一些。 1.3混凝土的主要力学性能 （2）混凝土的收缩变形）混凝土的收缩变形 混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影 响不大。响不大。 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收 缩。缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束 时，时，

49、将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝 土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会（如拱结构），收缩也会 引起不利的内力。引起不利的内力。 1.3混凝土的主要力学性能 楼板干燥收缩裂缝与边框架的变形 图：1-16 1.3混凝土的主要力学性能 混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较早期收缩变形发展较 快，两周可完成全部收缩的快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可

50、完成，一个月可完成50%，以后，以后 变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。 一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为 混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4 14d 28dt sh (25)10-4 25% 50% 图：1-17 1.3混凝土的主要力学性能 影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及 尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养 护条

51、件等许多因素有关。护条件等许多因素有关。 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。 干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。 高强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。 在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影 响响施工缝。施工缝。 1.4钢筋与混凝土之间的粘

52、接1.4.1 1.41.4钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结 1.4.1钢筋与混凝土的粘结作用钢筋与混凝土的粘结作用 钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必 要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面： 钢筋和混凝土接触面上的粘结钢筋和混凝土接触面上的粘结化学吸附力化学吸附力，亦称，亦称胶结力胶结力。 这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程 中水泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸中水

53、泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸 附胶着作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于附胶着作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于 原生状态时才存在，原生状态时才存在，旦发生滑移，它就失去作用旦发生滑移，它就失去作用 ，其值很小，其值很小， 不起明显作用。不起明显作用。 钢筋与混凝土之间的钢筋与混凝土之间的摩阻力摩阻力。由于混凝土凝固时收缩使钢。由于混凝土凝固时收缩使钢 筋与混凝土接触面上产生正应力，因此，当钢筋和混凝土产生筋与混凝土接触面上产生正应力，因此，当钢筋和混凝土产生 相对滑移时相对滑移时(或有相对滑移的趋势时或有相对滑移的趋势时)，在钢筋和混凝土的界面

54、上，在钢筋和混凝土的界面上 将产生摩阻力。将产生摩阻力。光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻力光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻力。 1.4钢筋与混凝土之间的粘接 钢筋与混凝土的钢筋与混凝土的咬合力咬合力。对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙。对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙 不平而产生的咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋不平而产生的咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋 间嵌入混凝土而形成的机械咬合作用，这是带肋钢筋与混凝土粘间嵌入混凝土而形成的机械咬合作用，这是带肋钢筋与混凝土粘 结力的主要来源。结力的主要来源。 机械锚固力机械锚固力弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用。

55、弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用。 r aad 劈裂裂缝 ft ft (a)挤压产生的咬合力 (b)A-A剖面上的力 图：1-18 1.4钢筋与混凝土之间的粘接 dl T 图：1-19 l d T max 1.4钢筋与混凝土之间的粘接1.4.2 1.4.2钢筋的锚固与连接钢筋的锚固与连接 (1)钢筋的锚固钢筋的锚固 为了使钢筋和混凝土能可靠地共同工作，钢筋在混凝土中必须有可为了使钢筋和混凝土能可靠地共同工作，钢筋在混凝土中必须有可 靠的锚固。靠的锚固。 受拉钢筋的锚固受拉钢筋的锚固 当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵向受拉钢筋的锚当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中

56、纵向受拉钢筋的锚 固长度应按下列公式计算：固长度应按下列公式计算： d f f l t Y a 普通钢筋：普通钢筋： d f f l t pY a 预应力钢筋：预应力钢筋： 1.4钢筋与混凝土之间的粘接 式中式中la 受拉钢筋的锚固长度；受拉钢筋的锚固长度； fy、fpy普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值按普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值按 表表1-2、表、表1-3取用。取用。对应对应规范规范表表4.2.3-1、4.2.3-2； ft混凝土轴心抗拉强度设计值，按表混凝土轴心抗拉强度设计值，按表1-5采用。当混采用。当混 凝土强度大于凝土强度大于C40时，按时，按C40取用。取用。对应对应

57、规范规范表表4.1.4； d 钢筋的公称直径；钢筋的公称直径； 钢筋的外形系数，按表钢筋的外形系数，按表1-7取用。取用。 对应对应规范规范表表9.3.1。 表表1-7 钢筋的外形系数钢筋的外形系数 钢筋类型光面钢筋带肋钢筋刻痕钢筋螺旋肋钢筋三股钢绞线 七股钢 绞线 0.160.140.190.130.160.17 1.4钢筋与混凝土之间的粘接 注：光面钢筋系指HPB235级钢筋，其末端应做180o弯钩，弯 后平直长度不应小于3d，但作受压钢筋时，可不做弯钩；带肋 钢筋系指HRB335、HRB400级钢筋和RRB400级钢筋及余热处 理钢筋。 当符合下列条件时，锚固长度应加以修正：当符合下列条

58、件时，锚固长度应加以修正： 对于直径大于对于直径大于25mm的的HPB335、HRB400和和RRB400时，时， 其锚固长度应取计算结果乘以修正系数其锚固长度应取计算结果乘以修正系数1.1 为了减少锚固长度，可在受拉钢筋末端采用机械锚固措施。为了减少锚固长度，可在受拉钢筋末端采用机械锚固措施。 对于对于HRB335、HRB400和和RRB400级钢筋，当采用机械锚固级钢筋，当采用机械锚固 措施时，其锚固长度（包括附加锚固端头在内）可取按公式措施时，其锚固长度（包括附加锚固端头在内）可取按公式 计算的锚固长度的计算的锚固长度的0.7倍。详见倍。详见 规范规范9.3.1和和9.3.2条条P114

59、、 P115 la 锚固长度 1.4钢筋与混凝土之间的粘接 D=4d d 5d 1350 (a)末端带1350弯钩 d d 5d （b）末端与钢板穿孔塞焊 d d 5d d （c）末端与短钢筋双面贴焊 图：1-20 钢筋机械锚固的形式及构造要求 1.4钢筋与混凝土之间的粘接 采用机械锚固措施时，在锚固长度范围内的箍筋不采用机械锚固措施时，在锚固长度范围内的箍筋不 应少于应少于3个，其直径不应小于锚固钢筋直径的个，其直径不应小于锚固钢筋直径的0.25倍；倍； 间距不应小于锚固直径的间距不应小于锚固直径的5倍。当锚固钢筋的混凝土倍。当锚固钢筋的混凝土 保护层厚度不小于钢筋公称直径的保护层厚度不小于

60、钢筋公称直径的5倍时，可不配置倍时，可不配置 上述箍筋。上述箍筋。 受压钢筋的锚固受压钢筋的锚固 当计算中充分利用纵向钢筋的受压强度时，其锚固当计算中充分利用纵向钢筋的受压强度时，其锚固 长度不应小于受拉钢筋锚固长度的长度不应小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍。倍。 必须注意，对于光面钢筋（受拉或受压），其末端必须注意，对于光面钢筋（受拉或受压），其末端 均应做均应做180o标准弯钩。焊接骨架、焊接网中的光面标准弯钩。焊接骨架、焊接网中的光面 钢筋可不做弯钩。钢筋可不做弯钩。 1.4钢筋与混凝土之间的粘接 (2) (2)钢筋的连结钢筋的连结 钢筋的接头可分为三种：绑扎搭接、机械连接或焊接。钢筋的接