建筑结构公共基础理论知识00

1、公共基础理论知识公共基础理论知识 - -建筑结构建筑结构 主讲：谭潜主讲：谭潜重庆大学重庆大学 土木工程学院土木工程学院 *teltelQQ:1017401247QQ:1017401247引言引言建筑结构：是研究结构 在荷载作用下的承载力问题，涉及到结构的受力分析、承载力计算、以及结构的选材、构造等诸方面的问题。本部分主要以常见的砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构为分析对象介绍了各类结构的构造处理和抗震措施。建筑结构的一般概念建筑结构的一般概念 建筑结构的组成建筑结构的组成 建筑结构是指建筑物中由若干个基本构件按照一定组成规则、通过正确的连接方

2、式所组成的能够承受并传递各种作用的空间受力体系（又称骨架）。房屋结构的基本构件主要有水平构件：（板、梁）、竖向构件：（墙、柱）、基础等。 第一节第一节 建筑结构的概念及分类建筑结构的概念及分类第一章第一章 建筑结构概述建筑结构概述建筑结构的分类建筑结构的分类 混凝土结构混凝土结构砌体结构砌体结构钢结构钢结构木结构木结构按所用材料分类按所用材料分类框架结构框架结构框架框架- -剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构剪力墙结构剪力墙结构排架结构排架结构网架结构网架结构悬索结构悬索结构壳体结构壳体结构 按承重体系分类按承重体系分类 现浇结构现浇结构装配式结构装配式结构装配整体式结构装配整体式结构预应力

3、混凝土结构预应力混凝土结构按施工方法分类按施工方法分类其他分类方法其他分类方法不再一一介绍不再一一介绍整体性好整体性好 抗震性好抗震性好耐久性好耐久性好耐火性好耐火性好可模性好可模性好易于就地取材易于就地取材主要优点主要优点主要缺点主要缺点自重大自重大 抗拉强度低抗拉强度低抗裂性差抗裂性差 施工受季节影响施工受季节影响施工环节多、工期长施工环节多、工期长混凝土结构混凝土结构的特点的特点混凝土结构是钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、素混凝土结构的统称。图见书256砌体结构砌体结构的特点的特点主要优点主要优点主要缺点主要缺点取材方便，造价低廉取材方便，造价低廉 耐火性和耐久性良好耐火性和耐久性良好

4、 具有良好的保温、隔热、隔声性能，具有良好的保温、隔热、隔声性能，节能效果好节能效果好 施工简单技术容易掌握和普及不需要特殊设备施工简单技术容易掌握和普及不需要特殊设备 强度低、自重大强度低、自重大 整体性差整体性差 砌筑工作量大砌筑工作量大 砌体结构是由块体（砖、石材、砌块）和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、石砌体、砌块砌体的统称图见书257钢结构结构是用钢板、热轧型钢、冷加工成型的薄壁型钢等钢材通过焊缝和螺栓连接而成。见书258页钢结构钢结构的特点的特点优点：1、力学性能好（强度、塑性、韧性），材质均匀，2、宜加工和安装制造简单、施工周期短。3、材料单一质量轻（

5、强度与密度之比）。比值越大，自重越轻，地震作用越小，震害较轻，同时对地基土要求较低，减少基础造价。4、无污染、可再生、节能、安全，符合建筑可持续发展的原则缺点：钢材耐腐蚀性差：需定期维护，维护费用较高。钢材耐热但不耐火: 600时强度约为0。需采取防火措施。木结构木结构是单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构，通过是单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构，通过各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定。各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定。木结构木结构的特点的特点特点：特点：这种结构易于就地取材、制作简单、但是易燃易腐这种结构易于就地取材、制作简单、但是易燃易腐蚀变形大并且木材的使用受到国家的限制。

6、蚀变形大并且木材的使用受到国家的限制。其他结构（见书其他结构（见书259)259)结构上的结构上的“作用作用”使结构或构件产生效使结构或构件产生效应应( (内力、变形等内力、变形等) )的的各种原因的总称各种原因的总称直接作用直接作用间接作用间接作用是指直接以力的不同集结形式是指直接以力的不同集结形式（集中力或均布力）施加在结构（集中力或均布力）施加在结构上的作用，通常也称为荷载。上的作用，通常也称为荷载。 是指能够引起结构是指能够引起结构外加变形和约束变外加变形和约束变形，从而产生内力形，从而产生内力效应的各种原因。效应的各种原因。 第二节第二节 建筑结构的荷载建筑结构的荷载可变荷载可变荷载

7、( (活荷载活荷载) )永久荷载永久荷载( (恒荷载恒荷载) )在结构设计基准期内，在结构设计基准期内，其作用量值随时间而其作用量值随时间而变化，其变化幅度与变化，其变化幅度与平均值相比不可忽略平均值相比不可忽略不计的荷载不计的荷载 风、雪风、雪在结构设计基准期内，在结构设计基准期内，其作用量值不随时间变其作用量值不随时间变化，或其变化幅度与平化，或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计均值相比可以忽略不计的荷载的荷载. 土压力、自重土压力、自重( (随时间的变异性分类随时间的变异性分类) )荷载的分类荷载的分类偶然荷载偶然荷载在结构设计基准期内不在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现一定出现，

8、而一旦出现其量值很大且持续时间其量值很大且持续时间很短的荷载，爆炸力等很短的荷载，爆炸力等 适用性适用性安全性安全性结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。例如，不发生过大的变形、振幅、过宽的裂例如，不发生过大的变形、振幅、过宽的裂缝等，以免影响正常使用。缝等，以免影响正常使用。 结构的极限状态结构的极限状态是指结构或者构件满足结构安全性、适用性、耐久性是指结构或者构件满足结构安全性、适用性、耐久性能中某一项功能要求的临界状态能中某一项功能要求的临界状态结构的功能要求结构的功能要求耐久性耐久性结构在正常使用和正常维护条件下应具有足结构在正常使用和正常维护

9、条件下应具有足够的耐久性能，以保证结构能够正常使用到够的耐久性能，以保证结构能够正常使用到预定的设计使用期限。预定的设计使用期限。 结构极限状态方程结构极限状态方程结构应能承受在正常施工和正常使用的情况结构应能承受在正常施工和正常使用的情况下可能出现的各种作用，在设计规定的偶然下可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必需的事件发生时及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。整体稳定性，不致发生倒塌。 建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001结构功能的极限状态分类结构功能的极限状态分类 能够满足功能要求能够满足功能要求

10、不能满足功能不能满足功能要求要求特定状态特定状态可靠度可靠度可靠可靠失效失效极限状态极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态结构或结构构结构或结构构件达到最大承件达到最大承载能力或不适载能力或不适于继续承载的于继续承载的变形时的状态变形时的状态例子见书例子见书 260结构或结构构结构或结构构件达到正常使件达到正常使用或耐久性的用或耐久性的某项规定限值某项规定限值时的状态时的状态例子例子见书见书 260适用性适用性安全性安全性 Z0,即即R S耐久性耐久性Z0,即即R S承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态 Z=g(R,S)=R-S功能

11、函数功能函数结构抗力结构抗力荷载效应荷载效应Z=0,即即R=S可靠状态可靠状态极限状态极限状态 失效状态失效状态结构可靠工作的基本条件为结构可靠工作的基本条件为:Z0:Z0或或RSRS结构抗力结构抗力R R结构抗力是指结构或结构抗力是指结构或构件承受各种荷载效构件承受各种荷载效应的能力，即承载能应的能力，即承载能力和抗变形能力。力和抗变形能力。 R = RR = R( (fc,fs,kfc,fs,k) )结构抗力也是一个随机变量，影响结构抗力也是一个随机变量，影响因素主要有材料性能（强度、变形因素主要有材料性能（强度、变形模量等物理力学性能）、构件几何模量等物理力学性能）、构件几何参数、配筋情

12、况以及计算模式的精参数、配筋情况以及计算模式的精确性等。确性等。荷载效应荷载效应S S荷载效应是指由荷载在结荷载效应是指由荷载在结构上产生的各种内力（弯构上产生的各种内力（弯矩、剪力等）和变形（挠矩、剪力等）和变形（挠度、裂缝等）的统称。度、裂缝等）的统称。 一般情况一般情况: S=CQ: S=CQ 荷载代表值荷载代表值 结构或构件设计时，需针对不同设计目的对荷载赋予一个规定的量值，该量值即为荷载代表值。 永久荷载采用标准值为代表值。 可变荷载采用标准值、组合值、频遇值和准永久值为代表值。偶然荷载按使用的特点确定代表值。 其中荷载标准值为基本代表值。 极限状态实用设计表达式荷载标准值荷载标准值

13、 荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况下可能出现的荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况下可能出现的最最大荷载值。大荷载值。 可变荷载准永久值可变荷载准永久值在设计基准期内经常作用的可变荷载，称可变荷载准永久值。在设计基准期内经常作用的可变荷载，称可变荷载准永久值。其具有总持续时间较长的的特点，对结构的影响类似于永久荷载。其具有总持续时间较长的的特点，对结构的影响类似于永久荷载。 可变荷载组合值可变荷载组合值当结构承受两种或两种以上可变荷载时，考虑它们同时达到各自当结构承受两种或两种以上可变荷载时，考虑它们同时达到各自最大值的可能性很小，故除主导的可变荷载外，其他可变荷载均乘以最大值的可

14、能性很小，故除主导的可变荷载外，其他可变荷载均乘以小于小于1.01.0的组合系数作为可变荷载组合值。的组合系数作为可变荷载组合值。 可变荷载频遇值可变荷载频遇值 可变荷载在设计基准期内在结构上偶尔出现的较大荷载，称为可可变荷载在设计基准期内在结构上偶尔出现的较大荷载，称为可变荷载频遇值。其具有持续时间较短或发生次数较少的特点。变荷载频遇值。其具有持续时间较短或发生次数较少的特点。 承载能力极限状态实用设计表达式承载能力极限状态实用设计表达式 0S R 结构重要性系数结构重要性系数 结构构件抗力结构构件抗力设计值设计值RR（fc，fs，k） 荷载效应荷载效应组合组合设计值设计值 一般排架、框架结

15、构，可采用简化公式：一般排架、框架结构，可采用简化公式： 安全等级为三级（或安全等级为三级（或年年 ）0.安全等级为一级（或安全等级为一级（或100年及以上年及以上 ） 01.1 安全等级为二级（或安全等级为二级（或年年 ）01.由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合： 由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：261页页 荷载设计值及荷载分项系数荷载设计值及荷载分项系数荷载类别荷载类别荷载特征荷载特征荷载分项荷载分项 系数系数永久荷载永久荷载当其效应对结构不利时当其效应对结构不利时对由可变荷载效应控制的组合对由可变荷载效应控制的组合对由永久荷载效应控制的组合对由永久荷载

16、效应控制的组合1.21.21.351.35当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时一般情况下一般情况下对结构的倾覆、滑移或漂浮验算对结构的倾覆、滑移或漂浮验算1.01.00.90.9可变荷载可变荷载一般情况下一般情况下对标准值对标准值4kN4kNm m2 2的工业房屋楼的工业房屋楼面活荷载面活荷载1.41.41.31.3荷载设计值荷载分项系数荷载设计值荷载分项系数荷载标准值荷载标准值 由于荷载是随由于荷载是随机变量，考虑其有机变量，考虑其有超过荷载标准值的超过荷载标准值的可能性，设计时将可能性，设计时将荷载标准值乘以一荷载标准值乘以一个大于个大于1 1的调整系的调整系数数 。它比荷载的。它比荷

17、载的标准值具有更大的标准值具有更大的可靠度。可靠度。正常使用极限状态实用设计表达式正常使用极限状态实用设计表达式 计算时荷载及材料强度均取标准值，不再考虑荷载和材料分项系数，也计算时荷载及材料强度均取标准值，不再考虑荷载和材料分项系数，也不考虑结构的重要性系数不考虑结构的重要性系数0 0。 设计表达式设计表达式S S C C 荷载效应组合值荷载效应组合值S S，应根据不同的设计目的，分别按荷载效应的标准组应根据不同的设计目的，分别按荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计。合、频遇组合和准永久组合进行设计。结构构件达到正常使用要求的规定限值结构构件达到正常使用要求的规定限值C C ，例

18、如变形限值、裂缝宽度限，例如变形限值、裂缝宽度限值等。值等。 钢筋钢筋 混凝土混凝土 钢筋与混凝土的共同工作钢筋与混凝土的共同工作第二章第二章 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构第一节第一节 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料一一.钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别按化学成分按化学成分：碳素钢：碳素钢：又细分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。随又细分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。随 含碳量的增含碳量的增 加，强度提高，塑性及可焊性降低。加，强度提高，塑性及可焊性降低。普通低合金钢普通低合金钢：还加入少量合金元素，且含量不超过：还加入少量合金元素，且含量不超过5 5。D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线刻

19、痕钢丝螺旋肋钢丝钢筋钢筋按外形分按外形分：热轧钢筋热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRBF335、HRB400、RRB400、HRBF400、屈服强度屈服强度 fykHPB235级： 为光圆钢筋为光圆钢筋HRB335级： 为变形钢筋为变形钢筋HRB400级： 为变形钢筋为变形钢筋RRB400级： ，为余热处理钢筋为余热处理钢筋HRBF335级： 细晶粒热轧带肋钢筋细晶粒热轧带肋钢筋随强度的提高，塑性降低随强度的提高，塑性降低按加工工艺分按加工工艺分：规范规范采用的分类方式：采用的分类方式： 热轧钢筋、中高强钢丝热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋和钢绞线、热处理钢筋和冷

20、加工钢筋 HPB235级(级)钢筋钢筋多为光圆钢筋多为光圆钢筋，多作为现浇楼板的多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。受力钢筋和箍筋。 HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋钢筋强度较高，多强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用有用级钢筋作箍筋以级钢筋作箍筋以增强与混凝土的粘结，外形制作增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋成月牙肋或等高肋的变形钢筋。 RRB400级(级)钢筋钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。一般冷拉后作

21、预应力筋。s se e二二. . 钢筋的力学性能钢筋的力学性能分为有明显屈服点的钢筋（软钢）和无明显屈服点的钢筋（硬钢）。分为有明显屈服点的钢筋（软钢）和无明显屈服点的钢筋（硬钢）。 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋（如低碳钢、合金钢）的应力应变曲（如低碳钢、合金钢）的应力应变曲线，一般取屈服强度钢筋强度的设计依据线，一般取屈服强度钢筋强度的设计依据aabcdefua 为比例极限为比例极限oa为弹性阶段为弹性阶段de为强化阶段为强化阶段b为屈服上限为屈服上限c为屈服下限，即为屈服下限，即屈服强度屈服强度 fycd为屈服台阶为屈服台阶e为极限抗拉强度为极限抗拉强度 fu fyfef为颈缩阶段

22、为颈缩阶段无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋（如高碳钢）应力应变曲线（如高碳钢）应力应变曲线a0.2%s0.2 fua点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力作所对应的应力作为名义屈服点为名义屈服点，取取s s0.2 =0.85 fu作为作为设计强度设计强度强度指标强度指标：屈服强度：屈服强度屈服强度：屈服强度：是钢筋强

23、度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。一般取屈服下限作为屈服强度。可闭合的裂缝。一般取屈服下限作为屈服强度。变形指标：延伸率、冷弯性能变形指标：延伸率、冷弯性能延延 伸伸 率率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性能的指标。钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。

24、冷弯性能：冷弯性能：将直径为将直径为d的钢筋浇过直径为的钢筋浇过直径为D的弯芯弯成一定角度，而不发生断的弯芯弯成一定角度，而不发生断裂、裂缝或起层。弯芯直径裂、裂缝或起层。弯芯直径D越小，弯转角越大，钢筋的塑性越好。越小，弯转角越大，钢筋的塑性越好。屈屈 强强 比：比：钢筋屈服强度与极限强度的比值，钢筋屈服强度与极限强度的比值， 反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。钢筋的设计指标（强度标准值与强度设计值）钢筋的设计指标（强度标准值与强度设计值）材料强度标准值：材料强度标准值：取具有取具有95%保证率的材料强度值为该值保证率的材料强度值为该值强度特征值。强度特征值。

25、 钢筋强度设计值=钢筋强度标准值钢筋材料分项系数su普通钢筋的普通钢筋的强度标准值、强度设计值及弹性模量强度标准值、强度设计值及弹性模量选用钢筋的则见书选用钢筋的则见书264264页页见见混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2010GB50010-2010一一. 混凝土的组成结构混凝土的组成结构普通混凝土：水泥砂石水普通混凝土：水泥砂石水 人工石材，是多相复合材料人工石材，是多相复合材料注意：注意：在荷载的作用下，在荷载的作用下，微裂缝微裂缝的扩展对混凝土的强度有着极为重要的影响的扩展对混凝土的强度有着极为重要的影响。 混凝土混凝土二二. 混凝土的强度混凝土的强度混凝土结构中，

26、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力学。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。性能中最主要和最基本的指标。 1）立方体抗压强度）立方体抗压强度 f cu ：边长为：边长为150mm的混凝土立方体试件，在的混凝土立方体试件，在标准条件下（温度为标准条件下（温度为203，湿度，湿度90%）养护）养护28天，用标准试验天，用标准试验方法（加载速度方法（加载速度0.30.5N/mm2/s，两端不涂润滑剂两端不涂润滑剂）测得的）测得的具有具有95%保证率保证率的抗压强度，的抗压强度，作为混凝土立方体抗压强度标准值作为混凝土立方体抗压强度标准值，

27、用符，用符号号fcu,k表示表示,以以N/mm2（MPa）计，）计， 并以此作为划分混凝土强度等级并以此作为划分混凝土强度等级的依据。的依据。 2 2）轴心抗压强度）轴心抗压强度 f c 按标准方法制作的按标准方法制作的100mml00mm 300mm或或150mm150mm450mm 的棱柱体试件，在温度为的棱柱体试件，在温度为20土土3和相对湿度和相对湿度为为90以上的条件下养护以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有，用标准试验方法测得的具有95保证率的保证率的抗压强度抗压强度 。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。

28、 12,0.88.ckcccu kff轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。 标准试件和非标准试件之间的强度换算关系标准试件和非标准试件之间的强度换算关系 ,(1 5 0 )0 .9 5(1 0 0 )(1 5 0 )1 .0 5(2 0 0 )cu kcu kcu kcu kffff式中式中 0.95和和1.05为修正系数，对于不超过为修正系数，对于不超过C50的混凝土时采用，随着的混凝土时采用，随着混凝土强度的提高，修正系数有所变化混凝

29、土强度的提高，修正系数有所变化.砼规范砼规范根据强度范围，根据强度范围，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,C50以上为高强混凝土以上为高强混凝土。 3 3）轴心抗拉强度）轴心抗拉强度 f t 混凝土的轴心抗拉强度可以采用混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接直接轴心受拉的试验轴心受拉的试验方法来测定，但方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验劈裂试验来来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。间接测试混凝土的轴心抗拉强度。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定规定轴心抗拉

30、强度标准值与立方体抗轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的换算关系压强度标准值的换算关系为：为：0.450.55,20.880.39511.645tkcu kcff劈裂试验劈裂试验提高混凝土抗拉强度的有提高混凝土抗拉强度的有效办法是效办法是使骨料级配均匀使骨料级配均匀和和增加混凝土的密实性。增加混凝土的密实性。三三. 混凝土的设计指标混凝土的设计指标（强度标准值与强度设计值）（强度标准值与强度设计值）混凝土强度设计值=混凝土强度标准值砼材料分项系数c材料强度标准值：材料强度标准值：取具有取具有95%保证率的材料强度值为该值保证率的材料强度值为该值强度特征值。强度特征值。 u混凝土的混凝土的

31、强度标准值、强度设计值及弹性模量见强度标准值、强度设计值及弹性模量见混凝混凝土结构设计规范土结构设计规范GB50010-2010GB50010-2010 钢筋与混凝土的共同工作钢筋与混凝土的共同工作1.1.钢筋混凝土的组成：钢筋混凝土的组成： 钢筋钢筋+ +混凝土混凝土 ( (混凝土混凝土: :现代主要的人造工程结构材料现代主要的人造工程结构材料) ) 2.2.两种材料的基本力学特性：两种材料的基本力学特性： 钢筋钢筋 抗拉与抗压强度较高，抗拉与抗压强度较高，破坏时表现出破坏时表现出较好的延性较好的延性； 混凝土混凝土抗压强度高，抗压强度高，抗拉强度远低于其抗压强度抗拉强度远低于其抗压强度 （

32、之比约为（之比约为10%10%，破坏时具有明显的破坏时具有明显的脆性性质脆性性质）一、钢筋与混凝土能共同工作的原因一、钢筋与混凝土能共同工作的原因3.3.配筋的基本原则配筋的基本原则 ：使钢筋在结构中处于受拉；使混凝土在结构中处于受压。使钢筋在结构中处于受拉；使混凝土在结构中处于受压。4.4.钢筋与混凝土能共同工作的原因： 钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他们可以结合在一起共同工作，是因为：们可以结合在一起共同工作，是因为： 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷，在荷载作用下，可以保证两

33、种材料协调变形，共同受力；载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力； 钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为钢材为1.21.21010-5-5，混凝土为混凝土为(1.01.5)(1.01.5)1010-5-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。（3 3）钢筋被混凝土包着，从而使钢筋不会因为大气的侵蚀而生锈变质钢筋被混凝土包着，从而使钢筋不会因为大气的侵蚀而生锈变质二、钢筋与混凝土粘结力组成二、钢筋与混凝土粘结力组成钢筋与混凝土的

34、钢筋与混凝土的粘结作用粘结作用由三部分组成：由三部分组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力胶结力；混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的两者间的混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的两者间的摩擦力摩擦力；机械咬合力机械咬合力。 对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。为保证光面钢筋的锚固为保证光面钢筋的

35、锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。钢筋弯钩形式有钢筋弯钩形式有三种三种，分别为，分别为半圆弯钩、直弯钩及斜弯钩。半圆弯钩、直弯钩及斜弯钩。 将钢筋表面轧制出肋形成将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的筋与混凝土的机械咬合作用机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。，从而大大增加了粘结强度。对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有

36、足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。三、钢筋的锚固与连接三、钢筋的锚固与连接1 1、钢筋的锚固、钢筋的锚固为保证构件内的钢筋能很好的受力，当钢筋伸入支座或在切断时，必为保证构件内的钢筋能很好的受力，当钢筋伸入支座或在切断时，必须伸入一个长度，依靠这个长度上的粘结力把钢筋锚固在混凝土中，须伸入一个长度，依靠这个长度上的粘结力把钢筋锚固在混凝土中，此长度称为锚固长度。此长度称为锚固长度。u受拉钢筋的锚固长度受拉钢筋的锚固长度 规范规范是以拔出试验为基础确定是以拔出试验为基础确定基本锚固长度基本锚固长度的。取的。取钢筋受拉时的基本钢筋受拉时的基本锚固

37、长度锚固长度为，它与钢筋和混凝土的强度等级、钢筋的外形有关。为，它与钢筋和混凝土的强度等级、钢筋的外形有关。dffltya有时受拉锚固长度可修正，有时受拉锚固长度可修正，但任何时都不能小于左式的但任何时都不能小于左式的0.7倍，且不应小于倍，且不应小于250mm。u受压钢筋的锚固长度受压钢筋的锚固长度受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍倍2 2、钢筋的连接、钢筋的连接钢筋的连接形式分为两类：钢筋的连接形式分为两类：绑扎搭接绑扎搭接；机械连接机械连接或或焊接焊接。 轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得

38、采用绑扎搭接接头；受力钢筋不得采用绑扎搭接接头；直径直径大于大于28mm28mm的受拉钢筋及直径的受拉钢筋及直径大于大于32mm32mm的受压钢筋的受压钢筋不宜采用绑不宜采用绑扎搭接接头扎搭接接头。受拉钢筋搭接长度：受拉钢筋搭接长度：ll =la300mm 式中式中la受拉钢筋的锚固长度；受拉钢筋的锚固长度； 受拉钢筋搭接长度修正系数，按下表采用。受拉钢筋搭接长度修正系数，按下表采用。纵向受拉钢筋搭接长度修正系数纵向受拉钢筋搭接长度修正系数 同一搭接范围同一搭接范围内搭接钢筋面内搭接钢筋面积百分率积百分率 25%50%100% 1.21.41.6受压钢筋的搭接长度不宜小于受压钢筋的搭接长度不宜

39、小于0.7ll，且任何情况下不应小于，且任何情况下不应小于200mm第二节第二节 钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件一一. .概述概述 （一）受弯构件的类型（一）受弯构件的类型受弯构件是指仅承受的弯矩和剪力的构件（弯曲变形为主）。 如梁和板。截面上有弯矩和剪力，轴力可以忽略不计如梁和板。截面上有弯矩和剪力，轴力可以忽略不计( (见书）。见书）。梁和板的区别在于梁和板的区别在于：梁的截面高度一般都大于其宽度，而板的截面高度则小于其宽度。 梁、板的制作工艺有现浇和预制两种，相应的梁、板叫现浇梁、现浇梁、现浇板和预制梁、预制板现浇板和预制梁、预制板。常见梁板的截面形式见下图所示。 (a) 平板；(

40、b) 槽形板；(c) 多孔板 钢筋混凝土受弯构件可能沿弯矩最大的截面发生破坏-图 （a)破坏截面与构件的轴线垂直，故称为沿正截面破坏。 也可能沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面发生破坏-图(b） 破坏截面与构件的轴线斜交，称为沿斜截面破坏。 受弯构件的主要破坏形态 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定板的截面尺寸应满足承载力、刚度的要求。同时必须满足现浇板的最小厚度，对于一般民用建筑的楼面板为60mm，工业建筑楼面板为70 mm，屋面板为60mm。现浇板的厚度h取10mm为模数，从刚度条件出发，不需作挠度验算的板的厚度与跨度的最小比值(h/l)应按下表取值。 一、一

41、、 板的构造规定板的构造规定（一）（一） 截面尺寸截面尺寸板中受力钢筋沿板的跨度方向在受拉区布置；承担由弯矩产生的拉力。板中受力筋直径d=6-10 ，间距为70-200，一般采用HPB235钢筋。 分布钢筋布置在受力钢筋的内侧，并与受力钢筋垂直，交点处用细铁丝绑扎或焊接，共同形成钢筋网片。见图。 板中分布钢筋的作用是固定受力钢筋的正确位置，抵抗混凝土因温度变化及收缩产生的拉应力，将板上的荷载有效地传到受力钢筋上去。 （二）（二） 板的配筋板的配筋-受力钢筋和分布钢筋。 下表板的高跨比（下表板的高跨比（h/l） 板类型 支承情况 单向板（梁式板）双向板悬臂板 简支 1/35 1/45 连续 1/

42、40 1/501/12 1. 模数要求为了统一模板尺寸和便于施工，梁的截面尺寸应符合模数要求。当梁高h800mm时，h为50mm的倍数，当h800mm时，为100mm的倍数。当梁宽b250mm时，b为50mm的倍数；当梁宽b250mm时，梁宽可取b=120mm、150mm、180mm、200mm、220mm。二、梁的构造规定二、梁的构造规定（一）（一） 梁的截面尺寸梁的截面尺寸图板的配筋 受力钢筋受力钢筋分布钢筋分布钢筋分布钢筋分布钢筋受力钢筋受力钢筋cA 3. 梁截面的高宽比梁截面的高宽比按下列比值范围选用，并应符合模数：矩形截面时：h/b=2.03.5；T形截面时：h/b=2.54.0。确

43、定截面尺寸时宜先根据高跨比初选截面高度h，然后根据高宽比初选截面宽度b，最后由模数要求确定截面尺寸。 2. 梁的高跨比 梁截面高度h按高跨比h/l估算。梁的高跨比h/l按下表采用，表中l0为梁的计算跨度。表表不需作挠度计算梁不需作挠度计算梁的截面最小高度的截面最小高度 项次构件种类简支两端连续悬臂 1整体肋形梁 次梁主梁 l0/15l0/12 l0/20l0/15 l0/8l0/6 2独立梁 l0/12l0/15l0/6梁中的钢筋有纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋和架立筋等。 1. 纵向受力钢筋纵向受力钢筋的主要作用是用来承受由弯矩在梁中产生的拉力。 直径不小于10mm，通常是12-25mm，且优

44、先选择直径较小的钢筋，不同直径搭配直径相差不超过两个级别。钢筋伸入支座的数量：当梁宽b100mm时，不宜少于两根；当梁宽b100mm时，可为一根。 （二）（二） 梁的配筋梁的配筋图梁的配筋 2. 架立钢筋 架立筋设置在梁的受压区外缘两侧，一般应与纵向受力钢筋平行。架立筋的主要作用是用来固定箍筋的正确位置和形成钢筋骨架；此外，架立钢筋还可承受因温度变化和混凝土收缩而产生的应力，防止裂缝发生。架立钢筋的直径与梁的跨度有关：当跨度小于4m时，不宜小于8mm；当跨度等于46m时，不宜小于10mm；跨度大于6m时，不小于12mm。 3. 箍筋箍筋的主要作用是用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，防止

45、斜截面破坏。其次，箍筋通过绑扎和焊接把其它钢筋连系在一起，形成一个空间钢筋骨架。梁内箍筋数量由抗剪计算和构造要求确定。 梁高大于800mm，箍筋d8mm，梁高不大于800mm，箍筋d6mm箍筋分开口和封闭两种形式。箍筋的肢数有单肢、双肢和四肢（如图）。 4. 弯起钢筋弯起钢筋一般是由纵向受力钢筋弯起而成的。 弯起钢筋作用是弯起段用来承受弯矩和剪力产生的主拉应力；跨中水平段承受弯矩产生的拉力；弯起后的水平段可承受支座处的负弯矩。弯起钢筋的数量、位置由计算确定。弯起钢筋的弯起角度：当梁高不大于800mm时，采用45；当梁高大于800mm时，弯起角采用60。 图箍筋的形式和肢数 5. 纵向构造钢筋（

46、腰筋）当梁的腹板高度hw450mm时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%，且其间距不宜大于200mm，纵向构造钢筋的作用是防止混凝土由于温度变化和收缩等原因在梁侧中部产生裂缝。梁的腹板高度hw的取值如下：对于矩形截面，取截面有效高度h0；对于T形截面，取截面有效高度减去翼缘高度；对于工字形截面，取腹板净高。 混凝土保护层的作用是防止钢筋锈蚀、防火和保证钢筋与混凝土的紧密粘结，故梁、板的受力钢筋均应有足够的混凝土保护层。混凝土保护层应从钢筋的外边缘算起。保护层厚度主要取决于构件使用环境、构件类型、混凝土强度等级、受力钢筋直径等因

47、素的影响。具体数值按下表采用，但同时也不应小于受力钢筋的直径。 （三）（三） 混凝土保护层及钢筋间净距混凝土保护层及钢筋间净距在计算梁板受弯构件承载力时，因受拉区混凝土开裂后拉力完全由钢筋承担，这时梁能发挥作用的截面高度，应为受拉钢筋截面形心至受压边缘的距离，称为截面有效高度h0(图）。根据上述钢筋净距和混凝土保护层最小厚度的规定，并考虑到梁、板常用的钢筋直径，室内正常环境梁板的截面有效高度h0和梁板的高度h有以下关系：对于梁： h0=h-35mm(一排钢筋) C25或 h0h-(50-60)mm (二排钢筋）C25 对于板： h0h-20mm C25 （四）（四） 截面有效高度截面有效高度表

48、纵向受力钢筋混凝土最小保护层厚度表纵向受力钢筋混凝土最小保护层厚度(mm) 环境类别 板、墙、壳梁柱C20C25C40C50C20C25C40C50C20C25C40C50一201515302525303030二a一 2015一3030一3030b一2520一3530一3530三一3025一4035一4035二、受弯构件正截面的破坏形式二、受弯构件正截面的破坏形式受弯构件以梁为试验研究对象。试验表明：同样的截面尺寸、跨度和同样材料强度的梁，由于配筋量的不同，会发生本质不同的破坏。如图所示。受弯构件的截面配筋率是指纵向受拉钢筋截面面积与截面有效面积的百分比，用表示：0bhAs受弯构件正截面承载力

49、计算受弯构件正截面承载力计算图4.6混凝土保护层及钢筋净距 当构件的配筋不是太少但也不是太多时，构件的破坏首先是由于受拉区纵向受拉钢筋屈服，然后受压区混凝土被压碎，构件即告破坏，钢筋和混凝土的强度都能得到充分利用。此种破坏在构件破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆，属于塑性破坏。（一）（一） 适筋梁适筋梁(a) 少筋梁;(b) 适筋梁；(c) 超筋梁 当荷载很小时，截面上的弯矩很小，应力与应变成正比，截面的应力分布呈直线,这种受力阶段称为第阶段，也可称为弹性阶段。当荷载增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土即将达到其实际的抗拉强度ft和抗拉极限应变值t。截面处在要开裂而又未开裂的临界状态,这种受力状

50、态称为第a阶段。 适筋梁受力的三阶段（一）第（一）第阶段阶段截面开裂前的阶段截面开裂前的阶段( (弹性阶段）弹性阶段） （二）（二） 第第阶段阶段从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋即从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋即将屈服的阶段（带裂缝阶段）将屈服的阶段（带裂缝阶段）截面受力超过a阶段后，受拉区混凝土开裂，截面上应力发生重分布，裂缝处混凝土不再承担拉应力，退出工作，钢筋的拉应力突然增大，受压区混凝土出现明显的塑性变形，应力图形呈曲线，这种受力阶段称为第阶段。荷载继续增加，裂缝进一步开展上移，钢筋和混凝土的应力不断增大。当荷载增加到某一特定数值时，受拉区纵向受拉钢筋应力即将达到其屈服强度，钢筋即将开始

51、屈服,这种特定的受力状态称为第a阶段。受拉纵向钢筋屈服后，截面的承载能力无明显的提高，但塑性变形急速发展，裂缝迅速开展并且向受压区延伸，受压区面积减小，受压区混凝土压应力迅速增大,这种截面的受力状态称为第阶段。在荷载几乎不再增加的情况下，裂缝进一步急剧开展，受压区混凝土出现极明显的塑性性质，当受压区边缘的混凝土达到极限压应变时，出现水平裂缝，混凝土被完全压碎，截面发生破坏。这种特定的受力状态称为第a阶段。 （三）（三）第第阶段阶段破坏阶段破坏阶段 当构件的配筋太少时，构件不但承载能力很低，而且受拉边一旦开裂，裂缝就急速向上扩展，裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担，由于钢筋数量过少，钢筋应力很快达到

52、屈服强度，并进入强化阶段，甚至被拉断；此时受拉区混凝土裂缝很宽，构件挠度很大，构件亦即发生破坏。此种破坏的特点是“一裂即坏”，无明显的预兆，属于明显脆性破坏。 （二）（二） 少筋梁少筋梁图钢筋混凝土梁的三个阶段 当构件的配筋太多时，破坏是由于混凝土受压边缘达到极限压应变、混凝土被压碎引起的，而受拉钢筋尚未达到屈服强度。这种破坏在破坏前虽然有一定的变形和裂缝预兆，但不明显，而且当混凝土压碎时，破坏突然发生，钢筋的强度得不到充分利用，破坏具有脆性性质，这种破坏称为超筋破坏。 （三）（三） 超筋梁超筋梁单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算算只在截面的受拉区配有纵向受

53、力钢筋的矩形截面，称为单筋矩形截面，见右图所示。单筋矩形截面 计算基本假定计算基本假定为了简化计算，根据试验分析结果，规范规定，受弯构件正截面承载力应按下列基本假定进行计算：（1） 截面应变仍保持平面；（2） 不考虑受拉区混凝土参加工作；（3） 采用理想化的混凝土-图形（如图a）；（4） 采用理想化的钢筋-图形（如图b）。二、等效矩形应力图形二、等效矩形应力图形受弯构件正截面承载力是以适筋梁第a状态及其图形作为依据的。规范规定，受弯构件、偏心受力构件正截面受压区混凝土的应力图形可简化为等效的矩形应力图形。简化原则是：压应力合力大小相等，合力作用位置不变。经折算，矩形应力图形的混凝土受压区高度x

54、=1x0，x0为实际受压区高度，1为系数。 受弯构件正截面应力图见下图所示。 图受弯构件正截面应力图 (a) 横截面；(b) 实际应力图;(c) 等效应力图；(d) 计算截面 受弯构件正截面承载力的计算，就是要求由荷载设计值在构件内产生的弯矩，小于或等于按材料强度设计值计算得出的构件受弯承载力设计值。 下图所示为单筋矩形截面受弯构件计算图形。由于截面在破坏前的一瞬间处于静力平衡状态，由平衡条件得出其承载力基本计算公式。基本公式及适用条件基本公式及适用条件（一）（一） 基本公式基本公式 UMM 201xhbxfMMcu sycAfbxf 1 20 xhAfMMsyu0 XuMM 基本计算公式是以

55、适筋梁第a状态的静力平衡条件得出的。在应用公式时，一定要保证防止超筋破坏和少筋破坏。(二）二） 基本公式的适用条件基本公式的适用条件 (1) 界限破坏 破坏特征：纵向受拉钢筋刚屈服的同时，受压区混凝土就压碎。0hx a.相对受压区高度b.界限相对受压区高度0hxbb1.1.防止超筋破坏的条件防止超筋破坏的条件实用的计算表格供设计时使用的公式。M=(1-0.5)1fcbh02设s为截面抵抗矩系数，并令s=(1-0.5)，则上式改写为：M=s1fcbh02由式 得 M=fyAs(h0-0.5x)=fyAsh0(1-0.5)基本公式的应用（简化公式计算法）基本公式的应用（简化公式计算法）（一）（一）

56、 表格计算法表格计算法 20 xhAfMMsyu2. 为防止少筋破坏，应符合的条件为：为防止少筋破坏，应符合的条件为：minh/h0或Asminbhminmax(0.2/tyff%，45%)设s为内力臂系数，并令s=1-0.5，则上式得 M=fyAsh0s 由上述可知，系数s、s与之间具有一一对应关系，所以可以把它们之间的数值关系用表格表示，以供设计时查用。、s、s之关系见附表。 20 xhAfMMsyu0yssf Ah 201xhbxfMMcu 210scf bh 10cysf b hf A210scf bh s211201bhfMcs2211ss0yssf Ah单筋矩形截面受弯构件正截面承

57、载力的计算有两种情况，即截面设计与截面验算。 1. 截面设计截面设计就是在已知弯矩设计值M的情况下，选定材料强度等级，确定梁的截面尺寸b、h，计算出受拉钢筋截面面积As。已知: bh、 fc、 fy、 M 求: As(二二) 计算及实例计算及实例【例5.1】已知矩形梁截面尺寸bh为250mm500mm；由荷载产生的弯矩设计值M=150kNm；混凝土强度等级为C25；钢筋采用HRB335级钢筋。求所需受拉钢筋截面面积As。【解】确定计算数据：设钢筋配置一排， 则h0=(500-35)mm=465mm,M=150kNm=150106Nmm。1=1.0,fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/m

58、m2,fy=300N/mm2(1) 求出s。s=M/(1fcbh02)=0.280s,max=0.399(2) 求出。1120.336sb （3） 求As。由式As=h01fc/fy得As=1551mm2配筋，选用325，实际面积As=1473mm2。（4） 验算。min=0.45ft/fy=0.19%min=0.2% As minbh250mm2 满足要求。 2. 截面复核截面复核是在已知材料强度、截面尺寸、钢筋截面面积的条件下，计算梁的受弯承载力设计值Mu。 一般是在出了事故后校核原设计有无问题，或当荷载有变化时，验算构件是否承受得了。计算步骤如下：已知： bh、 fc、 fy、 As 、

59、（ M ） 求： Mu （ 比较 M Mu）【例5.2】某学校教室梁截面尺寸200450及配筋416，弯矩设计值M=80kNm，混凝土强度等级为C25，HRB335级钢筋。验算此梁是否安全。【解】确定计算数据：fc=11.9N/mm2, fy=300N/mm2, As=804mm2, h0=450-35mm=415mm, b=0.550, 1=1.0, min=0.2%(1) 方法一，用基本公式法验算 验算最小配筋率 As minbh=180mm 满足要求。求x, x=fyAs/(1fcb)=101.3mm bh0=0.550415mm=228mm 受压区高度符合要求。 求Mu Mu=1fcb

60、x(h0-x/2=87.8kNmM=80kNm(安全）（2） 方法二，用查表法验算 验算最小配筋率As minbh=180mm2 满足要求。 求,即=fyAs/(1fcbh0)= 0.244 b=0.550， 求MuMu=1fcbh02(1-0.5)= 87.8 kNmM=80kNm故安全。应指出的是：受弯构件承载力的计算是以适筋梁第a状态的应力状态为计算依据的，又假定受拉区混凝土开裂不参加工作，拉力完全由钢筋承担，所以受拉区的形状对受弯构件承载力没有任何影响。下图所示的矩形、十字形、倒T形、花篮形四个截面虽然受拉区截面形状各不相同，但其截面高度、受压区宽度和受拉钢筋完全相同。所以，只要受压区