一周1 第0章绪论 张麒

钢筋混凝土结构设计张麒高性能建筑结构与材料研究所建筑工程学院任课教师简介办公地点：安中B819联系电话M)Email：zhang_qi@研究所:高性能建筑结构与材料研究所研究方向：混凝土抗火性能、细观力学助教简介姓名：李宾宾办公地点：安中大楼B联系电话备知识及参考书预修课程：材料力学、结构力学、建筑材料、钢混原理、工程制图考试方式及要求：期末开卷考试(60%)，课程设计成绩和平时成绩(40%)推荐教材或主要参考书：1.《钢筋混凝土结构设计》舒士霖主编，第三版，浙江大学出版社2.《建筑混凝土结构设计》顾祥林主编，2011年6月第1版，同济大学出版社3.混凝土结构与砌体结构设计，东南大学、同济大学、天津大学合编，清华大学主审，2012年第五版，中国建筑工业出版社3.相关标准概论我国古代就有了专门掌管建筑工程的工官制度建筑工程设计发展历程战国时将工官称为“匠人”，唐朝称为“大匠”，他们从事设计绘图并主持施工等技术工作。汉朝时，我国建筑设计已有了图样，唐朝适用了1：100的图样，并配合模型进行建筑设计。新结构概念和近代力学理论的引入与发展，使我国的建筑结构设计从依赖传统方式的经验设计水平飞跃到依靠科学分析和定量的结构设计的新阶段。近20年，随计算机技术的发展及在土木工程重的应用，广大结构工程师从过去繁杂的手工计算和手工绘图中解放出来，并且随着设计软件的不断智能化，设计效率不断提高。随着大尺寸、大比例、多维复杂结构试验技术的发展，结构新颖、体型各异的建筑拔地而起，遍布全国，目前我国结构设计已处于世界领先水平。概论1.建筑结构——建筑物的主要“骨架”承担着建筑物在施工和使用过程中可能出现的各种作用合理的结构设计是建筑物安全、适用和耐久的保证2.建筑结构形式按建筑结构所使用的主要建筑材料混凝土结构——本课程的对象砌体结构钢结构木结构组合结构混合结构结构构件由共同工作的两种或两种以上材料结构材料。整个结构由两种或两种以上结构材料构成，但结构构件却都是采用同一种材料的结构。概论2.建筑结构形式按竖向结构体系排架结构框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构筒体结构概论层数单层结构和多高层结构工业厂房结构和民用建筑结构一般为单层结构用途一般为多高层结构2.建筑结构的形式天窗架屋架屋架下弦水平支撑排架柱基础围护墙屋面板天沟板连系梁天窗架垂直支撑托架抗风柱屋架端部垂直支撑吊车梁柱间支撑基础梁概论2.建筑混凝土结构形式-单层建筑结构概论2.建筑混凝土结构类型-多层建筑结构概论2.建筑混凝土结构形式-高层建筑结构插曲住宅建筑中低层、多层、高层如何区分？根据《住宅设计规范GB50096-1999》住宅按层数可以分为：低层住宅为一层至三层多层住宅为四层至六层中高层住宅为七层至九层多高层住宅为十层及以上。——新规范-2011中已无相关规定。概论3.建筑混凝土结构的组成概论3.建筑混凝土结构的组成-主要结构构件楼板-主要承担楼板面的荷载和楼板的自重楼梯-主要承担楼梯面的荷载和楼梯段的自重梁-主要承担楼板传来的荷载及梁自重柱-主要承担梁传来的荷载及柱自重墙-主要承担楼板、梁、楼梯传来的荷载，墙体的自重及土的侧向压力墙下基础-主要承担墙传来的荷载并将其传给地基柱下基础-主要承担柱传来的荷载并将其传给地基设计理论允许应力设计法破坏阶段设计法极限状态设计法半经验半概率法近似概率法全概率法生命全过程设计法材料力学的方法按经验法确定安全系数混凝土结构设计规范基于概率的极限状态设计法概论4.混凝土结构的设计准则极限状态是整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一要求。概论4.混凝土结构的设计准则常用规范混凝土结构设计规范(GB50010-2010)建筑结构荷载规范(GB50009-2012)建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)建筑抗震设计规范(GB50011-2010)高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3－2010)建工行业建设标准概论4.混凝土结构的设计准则功能要求安全性、适用性和耐久性可靠性可靠度结构在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的概率概率度量结构的功能要求、可靠性与可靠度整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态概论4.混凝土结构的设计准则极限状态所有能使结构产生内力和变形的原因统称为“作用”。荷载是作用中的一部分（直接作用）。概率密度荷载荷载平均值荷载标准值荷载随机变量荷载标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（如95%）的统计特征值概论4.混凝土结构的设计准则作用和材料强度的取值强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（如钢筋为97.73%,混凝土为95%）的统计特征值概率密度材料强度强度平均值强度标准值概论4.混凝土结构的设计准则作用和材料强度的取值作用效应S作用引起的内力与变形，也是随机变量结构抗力R抵抗作用效应的能力，也是随机变量概论4.混凝土结构的设计准则基于概率的极限状态设计法作用：使结构产生内力或变形的原因，分为直接作用和间接作用。荷载是直接作用，混凝土的收缩、温度变化、基础不均匀沉降、地震等引起结构附加变形或约束的原因称为间接作用。S和R符合正态分布则Z也符合正态分布概率密度Z=R-SZZpf结构的失效概率为简化计算，引入可靠指标概论4.混凝土结构的设计准则基于概率的极限状态设计法目标可靠指标安全等级一级二级三级延性破坏脆性破坏概论4.混凝土结构的设计准则基于概率的极限状态设计法直接用目标可靠指标进行结构设计，需要大量的统计数据，比较复杂采用荷载、强度标准值，相应的分项系数和组合系数表示的实用设计表达式分项系数是按目标可靠指标，并考虑工程经验确定的，使两种方法具有相同或相近的可靠性概论4.混凝土结构的设计准则实用的设计表达式承载能力极限状态设计表达式概论4.混凝土结构的设计准则实用的设计表达式正常使用极限状态设计表达式标准组合准永久值组合频遇组合概论4.混凝土结构的设计准则实用的设计表达式5.建筑混凝土结构设计步骤

准备工作确定结构方案结构布置结构计算简图结构分析和设计计算了解工程背景掌握设计所需原始资料收集设计参考资料制定工作计划上部结构楼盖基础荷载计算结构内力分析荷载效应组合构件截面设计构造要求结构设计说明结构设计计算书结构设计图纸时间上和空间上概论5.建筑混凝土结构设计步骤

概论一、准备工作1）了解工程背景：项目来源、投资规模、用途、使用要求；建筑、结构、水、暖、电设计与施工程序、内容、要求；相关单位交互、合作方式，等等。2）掌握结构设计所需的原始资料：

建筑物层数与层高

工程地质条件：建筑物位置、地形地貌、土质、最高水位、场地类别、抗震设防烈度5.建筑混凝土结构设计步骤

概论一、准备工作2）掌握结构设计所需的原始资料：环境条件：气温（季节温差、昼夜温差等）、降水、基本雪压、主导风向、基本风压；侵蚀介质等。

设备条件：电力、供水、排水、供热、消防设施等

其他技术条件：施工人员素质和水平、建材供应条件、施工机械供应条件、工期要求等。5.建筑混凝土结构设计步骤

概论一、准备工作3）收集设计参考资料：

设计规范、规程；常用设计手册、指南、图表；结构设计构造图集；国内外参考文献；以往工程经验；结构设计、分析软件等；4）制定工作计划：

工作内容、工作进度、结构设计统一技术规定、措施等。5.建筑混凝土结构设计步骤

概论二、确定结构方案（结构设计是否合理的关键）1）内容：结构形式、结构体系2）原则：满足使用要求，受力合理，技术上可行、尽可能达到经济技术指标先进。3）步骤：确定建筑方案和初步设计阶段提出初步设想；结构设计阶段进行分析比较加以确定。

5.建筑混凝土结构设计步骤

概论三、结构布置和结构计算简图的确定确定各构件之间的相关关系

确定结构的传力路径（结构力学模型、合理确定计算简图）

原则：a)能够反映结构的实际体型、尺度、边界条件、截面尺寸、

材料性能及连接方式；b)能够反映结构的实际受力情况，便于进行结构分析；c)能够考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况等的影响。

初步定出结构的全部尺寸。

5.建筑混凝土结构设计步骤

概论三、结构布置和结构计算简图的确定结构布置面临的问题

：a)可供选择的结构传力路径一般不是唯一的。b)结构的尺寸也不是唯一的。

凭经验确定，参照规范、手册或指南；没有经验参照时依赖设计者的判断。

5.建筑混凝土结构设计步骤

概论四、结构分析和设计计算

1）建筑结构上的作用计算——按照结构尺寸和建筑构造计算永久荷载的标准值——按照荷载规范计算可变荷载的标准值作用于结构的荷载：

结构自重和构造层（地面、顶棚、装饰面层）的重力荷载

屋面雪荷载或施工荷载

使用荷载：人群、家具、设备等

外墙面风荷载…

5.建筑混凝土结构设计步骤

概论四、结构分析和设计计算

2）结构分析

原则：——结构整体及各部分必须满足力学平衡条件；——在不同程度上符合变形协调和边界约束条件；——采用合理的材料和构件单元的应力-应变本构关系

结构分析方法线弹性分析方法塑性内力重分布分析方法塑性极限分析方法非线性分析方法试验分析方法5.建筑混凝土结构设计步骤

概论线弹性分析方法一般情况下，混凝土结构的承载力极限状态及正常使用极限状态的内力和变形计算都采用线弹性分析方法。

5.建筑混凝土结构设计步骤

概论塑性内力重分布分析方法

适用于下列情况：

——房屋结构中的连续梁和连续单向板可按弯矩调幅法进行承载能力极限状态设计计算——采用专门构造措施后的框架—剪力墙结构——周边嵌固的双向板可对弹性分析的内力在支座处进行弯矩调幅，并确定相应的跨中弯矩——直接承受动力荷载作用的结构、不允许出现裂缝的结构、配置延性较差的钢筋的结构和处于严重腐蚀环境中的结构，不得采用塑性内力重分布的分析方法。

5.建筑混凝土结构设计步骤

概论塑性极限分析方法——周边嵌固且承受均布荷载作用的双向矩形板可采用塑性极限分析方法计算承载力极限状态时的内力，但还需对正常使用极限状态进行验算；——承受均布荷载的板柱体系，可根据结构布置形式的不同，采用弯矩系数法或等代框架法计算承载能力极限状态的弯矩值。5.建筑混凝土结构设计步骤

概论非线性分析方法——适用于对二维、三维结构及重要的、受力特殊的大型杆系结构进行整体或局部的受力全过程分析。5.建筑混凝土结构设计步骤

概论试验分析方法——体型复杂、手里特殊的混凝土结构或构件可采用试验方法对结构的正常使用极限状态和承载能力极限状态进行复核。实验模型应采用能够模拟实际结构受力性能的材料制作。3）荷载效应组合及最不利荷载位置——对无抗震要求的框架结构：永久荷载+可变荷载、永久荷载+风载、

永久荷载+0.9（可变荷载+风载）——若采用线弹性分析，可以通过荷载效应组合来实现；——若采用非线性分析，应对荷载效应组合值进行相应的修正。5.建筑混凝土结构设计步骤

概论

最不利荷载位置的确定——在空间上对可变荷载进行多种布置，找出最不利的可变荷载布置和相应的荷载效应。4）构件截面设计根据3）算出的最不利内力对控制截面进行配筋设计以及必要的尺寸修改。5.建筑混凝土结构设计步骤

概论5）构造设计（概念设计）配置分布钢筋、架立钢筋；钢筋的锚固、钢筋的弯起与截断、构件支承条件的正确实现以及腋角等细部尺寸确定等——参考构造手册五、结构设计的主要成果5.建筑混凝土结构设计步