钢筋混凝土构件设计-绪论2016年

钢筋混凝土构件设计-绪论2016年第一页，共141页。课程要求本课程是一门实践性，理论性都很强的专业课。主要研究钢筋混凝土的材料力学性能、设计方法；各类构件的受力性能、计算方法和配筋构造；梁板结构的设计计算等结构设计的基本知识。通过本课程的学习，要求学生掌握混凝土基本构件的基本原理，为学习后续课程打下基础。先修课程：高等数学、概率论与数理统计、理论力学、材料力学、结构力学中的静定部分、土木工程材料，后续课是混凝土结构设计等。通过本课程的学习，学生应对混凝土结构常见基本构件、梁板结构、单层厂房结构、多层框架结构进行设计。2第二页，共141页。1、掌握材料性能，理解试验现象理解混凝土结构的性能，首先要认识材料的性能。先修课程《土木工程材料》；从结构设计的角度进一步理解材料的性能；通过结构试验认识混凝土结构的性能。课程的学习方法混凝土材料的组成成分：砂石、水泥、水等混凝土材料的强度特性：抗压性能、抗拉性能等3第三页，共141页。课程的学习方法2、掌握设计原理，理解设计规范国家法律——《建筑法》；结构设计必须服从有关技术标准和规范；规范反映了成熟的工程技术和国家技术经济政策；结构设计的基本原理。《建筑结构荷载规范》(GBJ50009-2012)；《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010);《混凝土结构工程施工验收规范GB5024-2015》4第四页，共141页。

3、掌握理论分析，熟悉工程应用材料力学和结构力学是认识并掌握结构性能的基本条件。从材料力学出发，认识混凝土结构的性能；利用结构力学方法，确定结构的内力和变形；建筑制图，施工方法；工程质量控制。课程的学习方法材料力学：研究简单的变形体混凝土的力学特性是否可采用材料力学分析？5第五页，共141页。课程的学习方法材料特性设计方法受弯构件受压构件受剪构件变形、裂缝及结构的耐久性预应力混凝土楼盖结构单层厂房结构框架结构结构设计后续课程构件设计基础知识6第六页，共141页。课程的主要内容（一）绪论：理解钢筋混凝土的特点及钢筋混凝土在国内外的发展，了解本课程的内容、任务和学习方法。（二）混凝土结构材料的物理力学性能：1、理解混凝土强度和变形的基本概念和基本规律，混凝土的抗压强度、应力应变曲线特性、弹性模量与变形模量的关系，混凝土强度等级与不同受力强度指标之间的关系等；2、理解混凝土的收缩、徐变性质及其对混凝土结构构件性能的影响；3、理解钢筋的应力应变曲线特征，掌握钢筋弹性模量，屈服应力，极限应力及其相应的应变值；4、理解混凝土与钢筋之间的粘结性能，粘结应力与钢筋应力之间的关系。深入理解混凝土与钢筋共同工作的原理。7第七页，共141页。（三）受弯构件正截面的受弯承载力：1、深入理解梁受力各阶段截面应变和应力的分布、破坏特征及配筋率对破坏特征的影响。2、理解正截面承载力计算的基本假定及其意义。3、熟练掌握矩形、双筋、T形截面的配筋计算方法、适用条件及构造要求。4、掌握深受弯构件的受力性能、深梁的内力及承载力计算。（四）受弯构件的斜截面承载力：1、理解无腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态及其破坏形态。2、了解影响抗剪能力的因素。3、深入理解腹筋的作用及其对破坏形态的影响。4、熟练掌握有腹筋梁斜截面受剪承载力计算方法及其限制条件。5、掌握受弯构件纵向钢筋的布置、弯起、截断、锚固等构造措施。

8第八页，共141页。（五）受压构件的截面承载力：1、深入理解轴心受压构件受力全过程及其破坏特征。2、掌握轴心受压构件的承载力计算方法。3、熟悉螺旋箍筋柱的承载力计算。4、深入理解偏心受压构件的两种破坏形态、特征及其形成条件，不同长细比柱的破坏类型，偏心距增大系数和附加偏心距的意义及其影响。5、掌握偏心受压构件斜截面的承载力计算方法。（六）受拉构件的截面承载力：1、深入理解轴心受拉构件和偏心受拉构件受力全过程及其破坏特征。2、掌握轴心受拉构件及偏心受拉构件正截面的承载力计算方法及偏心受拉构件斜截面的承载力计算方法。9第九页，共141页。（七）钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性：1、理解裂缝宽度及截面抗弯刚度的计算原理。2、掌握构件挠度和最大裂缝宽度的验算方法。3、了解对不需验算构件挠度及裂缝宽度规定的依据。4、深入理解梁在纯弯区段内的应力重分布全过程，构件开裂后钢筋和混凝土应变分布规律及其影响因素，裂缝控制的目的与要求，非荷载效应引起裂缝的原因及相应的措施。5、理解耐久性的概念与主要影响因素，了解混凝土碳化的原因及减小碳化的措施，了解钢筋锈蚀的原因及减小锈蚀的措施。6、掌握耐久性设计的方法。（八）预应力混凝土构件：1、深入理解预应力混凝土的基本概念，熟悉各项预应力损失的产生原因及其计算。2、熟练掌握预应力轴心受拉构件和受弯构件的计算。3、了解预应力混凝土构件的构造要求。了解无粘结预应力混凝土和部分预应力混凝土的基本概念。10第十页，共141页。1绪论教学要求：1.1钢筋混凝土结构的基本概念1.2理解配筋的作用和要求1.3了解混凝土结构的主要优点和发展概况1.4了解混凝土结构的功能、极限状态和环境类别11第十一页，共141页。1.1混凝土结构的一般概念1.1.1混凝土结构的定义和分类定义：主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结构(ConcreteStructure)。分类：（1）素混凝土结构；（2）普通钢筋混凝土结构；（3）预应力混凝土结构；（4）钢骨混凝土结构（5）钢管混凝土结构（6）钢-混凝土组合（混合）结构

——以混凝土作为主要承重材料；

——根据需要配置一定量钢筋、预应力筋常见的混凝土结构构件形式如下图所示：12第十二页，共141页。常见混凝土结构构件形式13第十三页，共141页。（1）素混凝土结构（PlainConcretestructures)：由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构FoundationMasonrywall14第十四页，共141页。（2）钢筋混凝土结构（ReinforcedConcreteStructure)：由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构ReinforcementStirrupSupport15第十五页，共141页。16第十六页，共141页。（3）预应力混凝土结构（PrestressedConcreteStructures)：由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的预应力混凝土制成的结构Pre-stressrebarConcreteHollowtubePre-stressedconcretehollowfloor17第十七页，共141页。18第十八页，共141页。（4）钢骨混凝土结构（Steel-ReinforcedConcretestructures)(EncasedConcrete)SteelReinforcementStirrupSteelreinforcedConcretecolumn也称为劲性混凝土结构19第十九页，共141页。

钢骨混凝土在日本应用非常普遍。关东大地震后，高层建筑一半以上采用钢骨混凝土结构。1978年宫城地震中，仙台市300余栋钢骨混凝土建筑，主体结构几乎未受到严重破坏，梁柱仅出现裂纹轻微破坏，而填充墙、开洞墙破坏较严重。20第二十页，共141页。钢骨混凝土结构的优点：1.变形能力强，抗震性能好；由于钢骨的存在，构件延性得到很大改善。2.在截面尺寸相同的情况下，可以合理地配置较多的钢材，提高梁柱截面的含钢率，满足规范对柱轴压比的要求；由于徐变引起的变形较小。3.施工时，型钢具有较大的承载力，部分起到脚手架作用，与压型钢板组合楼盖结合，可以大大减少模板工作量。4.当结构基础为钢筋混凝土、上部为钢结构时，采用钢骨混凝土作为过渡层可以使结构的内力传递更为合理。21第二十一页，共141页。深圳彩虹（北站）大桥位于广东省深圳市，全长1.2公里，宽23.5米。主跨为150米下承式钢管混凝土系杆拱桥，跨越火车北站29股道。该工程的成功之处在于结构体系创新。主拱、桥墩、桥面均采用组合结构，是首座钢-混凝土全组合结构大跨桥梁；预应力钢-混凝土空心板桥面设计，具有独创性；实现了桥梁建设"轻型大跨、预制装配、施工快速、关注环境"的目标。它是大跨度桥梁和高层建筑中一种经济的结构形式，特别适合我国国民经济可持续发展的国情。22第二十二页，共141页。香港中银大厦由贝聿铭合营建筑事务所设计。棱镜形建筑，76层。采用空间桁架体系作为支撑体系，承受各方向的侧向力和全部重量。为使空间桁架系统连续，没有采用三维钢结构焊接节点，而是将其浇筑在钢筋混凝土角柱中，形成一个整体。浇筑在钢柱周围的混凝土作为建立传递机构，平衡各桁架的偏心。23第二十三页，共141页。（5）钢管混凝土结构（Concrete-FilledsteelTubestructures)SteeltubeConcreteConcretefilledtubecolumn特点24第二十四页，共141页。

钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。钢管混凝土的案例如：深圳的赛格广场；天津的津塔等25第二十五页，共141页。深圳的赛格广场赛格广场坐落在深圳福田区，是目前世界最高的钢管混凝土结构大厦，采用框架筒体结构，占地面积9653平方米，总建筑面积169833.8平方米，建筑物高度291.6m，含塔尖总高度345.8m，大厦共有76层，其中地下室4层。26第二十六页，共141页。天津的津塔天津津塔主楼房屋高度为336.9m(室外地面到主要屋面)，属超高层建筑。采用“钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧力体系”的结构体系标准层塔楼的外框部分由钢管混凝土柱和宽翼缘钢梁组成，周边典型柱距约为6.5m，外框柱刚接。钢板剪力墙核心筒由钢管混凝土柱和内填结构钢板的宽翼缘钢梁组成，钢板剪力墙位于结构的核芯筒区域。27第二十七页，共141页。28第二十八页，共141页。重庆高层建筑第二十九页，共141页。第三十页，共141页。第三十一页，共141页。第三十二页，共141页。第三十三页，共141页。重庆嘉陵帆影国际经贸中心，（沙滨路路的重庆天地），103层468米。主体结构是由钢外框架加核心筒(钢支撑)加伸臂桁架建设而成，而且钢占整个大楼80%以上，耐火等级高。设计师RobertC.Whitlock来自世界著名的KPF建筑师事务所，曾多次获得美国及各地的建筑设计与成就奖。在亚洲，代表作：492米高的上海环球金融中心、484米高的香港环球贸易广场等城市地标建筑。第三十四页，共141页。这么高的大楼基坑有多深呢？17米深的底板加上底板下还有23米左右的基桩，整个“基坑”从2011年12月就开挖，花了10个多月时间。40米深的基坑穿透了土层、卵石层、页岩层、基岩层，大楼基础非常牢固。目前浦东在建的632米“上海中心”基桩就要打下去80多米，重庆的地基比上海硬。基坑呈大椭圆形，长330米、宽200米，修建起来的楼体平面则是长81米、宽56米的不规则“小椭圆形”。“嘉陵帆影”使用的C80混凝土，将被泵送到440米以上的高空，浇灌到直径为2.8米的大钢管中,以牢牢支撑整座大厦。避难层钢柱：18根，每根2.8m第三十五页，共141页。环球金融中心楼高492米，地上共101层，2008年8月竣工。如一柄竖起来的剑。金茂大厦楼高420.5米，地上88层，若再加上尖塔的楼层共有93层，1999年4月竣工。如一支竖起来的毛笔。上海中心大厦在建中，2013年8月3日主体结构封顶，总高为632米，结构高度为580米，由地上121层主楼、5层裙楼和5层地下室组成。建成后将成为中国第一高楼及世界第二高楼。如一本卷起来的书。第三十六页，共141页。（6）FRP混凝土（FiberReinforcedPolymer(Plastic)Concrete)表示：纤维增强塑料筋特点FRP由增强纤维和基体组成，一般用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂做基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。纤维（或晶须）的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。

工程结构中常用的FRP主材主要有碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、及芳纶纤维(AFRP)，其材料形式主要有片材(纤维布和板)、棒材(筋材和索材)及型材(格栅型、工字型、蜂窝型等)。37第三十七页，共141页。FRP是一种由纤维加筋、树脂母体和一些添加料制成的复合材料，具有强度高、质量轻、抗腐蚀、低松驰、易加工等诸多优良的特性。是钢筋的良好替代物，尤其作为预应力盘它的优势更明显。在过去的二十余年内，欧洲、北美和日本对FRP混凝土及预应力混凝土结构进行了广泛的研究。

取得了一大批研究成果，制定了一些设计规范，建造了许多FRP预应力混凝土结构的高速公路桥梁、人行桥梁及房屋。若能将FRP引入国内的预应力混凝土结构，对提高结构的耐久性也具有重要的意义。38第三十八页，共141页。（7）钢-混凝土组合（混合）结构(CompositeStructureorHybridStructure)39第三十九页，共141页。1、混凝土和钢筋的最基本力学性能混凝土结构的主要材料：混凝土和钢材两种材料组成。（1）混凝土特性：◎抗压强度高；◎抗拉强度极低，一般抗拉强度只有抗压强度的1/8-1/20；◎破坏时具有明显的脆性。（2）钢材特性：◎抗拉和抗压强度都很高；◎具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性；◎但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件

因此，混凝土内配置受力钢筋的作用是提高结构或构件的承载能力和变形能力，同时在钢筋混凝土结构中，混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，使两种材料的性能得到充分发挥。

但对于纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲，材料强度一般得不到充分地发挥。

1.1.2配筋的作用与要求40第四十页，共141页。

在混凝土中配置适量的受力钢筋，并使得混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，就能起到充分利用材料，提高结构承载能力和变形能力的作用。图1-1简支梁和轴心受压柱受力示意图(a)素混凝土梁；(b)钢筋混凝土梁；(c)钢筋混凝土轴心受压柱41第四十一页，共141页。◆钢筋混凝土配筋形式：

除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件、节点区、剪力墙等），可以配置箍筋或纵横交错的钢筋当构件受力很大时，可以直接配置钢骨还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直接采用钢管采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土，其抗拉强度可以达到提高★因此，两种(或两种以上)材料的有机组合，可充分发挥各自的长处，创造出多种形式的复合材料，适应各种不同受力的要求，取得很好的综合经济效益

42第四十二页，共141页。常见的配筋形式43第四十三页，共141页。混凝土结构素混凝土结构：不配置钢筋的混凝土结构钢筋混凝土结构：配置非预应力钢筋的混凝土结构预应力混凝土结构：在混凝土或钢筋混凝土结构制作时，在其特定部位上，人为地施加预应力的混凝土结构钢筋混凝土结构：根据构件的受力特征，在混凝土构件的适当部分配置钢筋。2、混凝土结构与素混凝土的区别与图例比较44第四十四页，共141页。例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截面尺寸200×300mm，混凝土为C20。如图所示：4000AAFa)200300A－Ab)4000BBB－B200300210316a）b）45第四十五页，共141页。结果分析a)图：当荷载较小时，截面上的应力如同弹性材料的梁一样，沿截面高度呈直线分布；当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉应力达到混凝土抗拉极限强度时，该处的混凝土被拉裂；裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。这种破坏是突然发生的，没有明显的预兆。尽管混凝土的抗压强度比其抗拉强度高几倍或十几倍，但不能得到充分利用，因为试件的破坏由混凝土的抗拉强度控制，破坏荷载值很小，只有8kN。46第四十六页，共141页。b)图：如果在该梁的受拉区布置三根直径为l6mm的I级钢筋(记作3φ16)，并在受压区布置两根直径为10mm的架立钢筋和适当的箍筋，再进行同样的荷载试验(图b)可以看到，当加荷到一定阶段使截面受拉区边缘纤维拉应力达到混凝土抗拉极限强度时：混凝土虽被拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速开展，试件也不会随即发生断裂破坏。进一步解释47第四十七页，共141页。

混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可以进一步增加。此时变形将相应发展，裂缝的数量和宽度也将增大，直到受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度被充分利用时，试件才发生破坏。破坏前，试件的变形和裂缝都发展得很充分，形成明显的破坏预兆。虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整个截面面积的百分之一左右，但破坏荷裁却可以提高到36kN。

a)和b)比较48第四十八页，共141页。现将素混凝土梁和配置钢筋的梁进行荷载试验：a)

素砼梁极限荷载P=8kN由砼抗拉强度控制破坏形态：脆性b)

钢筋砼梁极限荷载P=36kN由钢筋受拉、砼受压而破坏破坏形态：延性由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：大大提高结构的承载力结构的受力性能得到改善49第四十九页，共141页。我们看看思维方式：材料力学的思维：

截面应力直线分布；

材料的抗拉强度与其抗压强度相等；

边缘应力最大值为材料强度钢筋混凝土结构：

不同种类的材料——钢筋和混凝土；

混凝土的非均匀性和各向异性；

极限承载能力由此，导致钢筋混凝土结构设计原理不同于材料力学。第五十页，共141页。因此：钢筋与混凝土合理的组合原则不是钢筋和混凝土之间的任意组合。其组合的原则：发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度低的弱点。小结：素混凝土结构中加入适量的钢筋后：承载力有很大的提高混凝土和钢筋的强度性能能得到充分发挥受力性能和破坏特征有明显改善设计原理和方法不同于材料力学方法注意钢筋的作用：主要承担拉力51第五十一页，共141页。

物理性质差异很大的情况下，二者能很好地结合在一起工作的原因：一、

在混凝土中设置受力钢筋构成钢筋混凝土，这就要求受力钢筋与混凝土之间必须可靠地粘结在一起，以保证两者共同变形，共同受力。3、钢筋与混凝土共同工作的条件设想：如果钢筋和混凝土之间没有粘结，钢筋会不会受拉？

在普通钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土之间的粘

结是保证钢筋和混凝土共同受力的基本条件之一。52第五十二页，共141页。二、

由于钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近(钢1.2×10-5/℃；混凝土(1.0×10-5～1.5×10-5)/℃)，当温度变化时钢筋与混凝土之间不会产生较大的相对变形而破坏粘结，为满足两种材料共同受力的要求创造了前提条件。

设想一个材料力学问题：假设钢杆和铜杆粘结在一起，在没有外力的条件下，温度升高将导致钢杆受压而铜杆受拉，如果温度特性相近，外界温度的变化不会产生很大的内应力。第五十三页，共141页。三、混凝土对钢筋的保护作用：可防腐、防锈；结构也不致因火灾使钢筋很快软化而导致破坏。

同时，在钢筋混凝土结构和构件中，受力钢筋的布置和数量都应由计算和构造要求确定，施工也要正确。

结构的耐久性：未经防护的钢结构耐久性很差，全世界每年因锈蚀而导致的钢材损失约占全球钢产量的五分之一。钢材在酸性环境下极易腐蚀，而混凝土具有强碱特性，可在钢筋表面形成钝化膜，混凝土保护层可防止水、空气和其他有害物质侵入到钢筋表面。因此，混凝土结构具有良好的耐久性。第五十四页，共141页。优点：

就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。承载力大：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。1.1.3混凝土结构的优缺点：55第五十五页，共141页。耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。整体性好：且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。刚度大、阻尼大：有利于结构的变形控制。56第五十六页，共141页。缺点：自重大(对重力坝，自重大是一个优点）——发展轻质混凝土、高强混凝土和预应力混凝土。抗裂性差，影响结构的耐久性

——发展预应力混凝土，利用树脂涂层钢筋。承载力有限——发展高强混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土。施工复杂，工序多，工期长，受季节、天气的影响较大——利用钢模、飞模、滑模等先进施工技术，采用泵送混凝土、早强混凝土、高性能混凝土、免振自密实混凝土等，提高施工效率。破坏后的修复、加固、补强比较困难

——发展新型的混凝土加固技术，如碳纤维布加固混凝土结构技术。57第五十七页，共141页。混凝土与其他结构的各项指标比较58第五十八页，共141页。钢筋混凝土建筑结构及基本构件土木工程中，钢筋混凝土结构可以用于多种房屋结构类型以及其他工程。一．结构体系（类型）

1．混合结构：是指承重构件由不同材料组成的如：砌体结构，钢木结构等。

2．框架结构：主要用于工业厂房及层数较多的民用建筑。

3．框架—剪力墙结构：房屋更高时，基本为框架，但部分采用钢筋混凝土墙。

4．剪力墙结构：全部采用钢筋混凝土墙，无柱。

5．筒体：多种布置方式与构造的筒体结构，刚度好和防震能力强，在现代许多高层建筑中都被应用。59第五十九页，共141页。2．框架结构：主要用于工业厂房及层数较多的民用建筑。

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。60第六十页，共141页。3．框架—剪力墙结构：房屋更高时，基本为框架，但部分采用钢混凝土墙。这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙，有相当大的刚度，框剪结构的受力特点，是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，所以它的框架不同于纯框架结构中的框架，剪力墙在框剪结构中也不同于剪力墙结构中的剪力墙。61第六十一页，共141页。4．剪力墙结构：全部采用钢筋混凝土墙，无柱。剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力。钢筋混凝土墙板能承受竖向和水平力，它的刚度很大，空间整体性好，房间内不外露梁、柱棱角，便于室内布置，方便使用。

62第六十二页，共141页。5．筒体：多种布置方式与构造的筒体结构，刚度好和防震能力强，在现代许多高层建筑中都被应用。主要抗侧力，四周的剪力墙围成竖向薄壁筒和柱框架组成竖向箱形截面的框筒，形成整体，整体作用抗荷。钢筋混凝土结构筒体的合理高度为60层左右，比一般框架结构可节省一半材料。63第六十三页，共141页。

目前世界上最高的钢筋混凝土筒结构建筑是1976年建于美国芝加哥的水塔广场大厦，共76层，高260米，为筒中筒结构。钢结构筒体的合理高度达80层，比传统的钢框架结构可节省钢材60％左右。美国芝加哥100层的约翰·汉考克大厦，用钢量只相当于钢框架结构35层的用钢量。钢-钢筋混凝土混合结构中，有的用钢筋混凝土以滑升法建内核心环，而外筒用钢材；有的则用钢材建内核心和楼层，而以预应力钢筋混凝土构筑外筒。64第六十四页，共141页。

美国纽约110层的世界贸易中心大厦，采用单筒建筑结构。中国深圳的国际贸易中心大厦共50层，高160米，采用筒中筒结构。日本东京的新宿住友大厦，考虑防震要求，采用了内外三层的筒中筒结构。美国芝加哥110层的西尔斯大厦采用束筒结构。65第六十五页，共141页。纽约世界贸易中心（110层，高412米,筒中筒结构

芝加哥西尔斯大厦采用了9个30×30米的框筒集束而成

第六十六页，共141页。二．承重构件

1．水平承重构件：屋盖及楼盖；主要承受直接作用于屋（楼）盖上的荷载及结构本身自重，它是由梁、板组成。

2．竖向承重构件：柱子，墙。承受由屋（楼）盖传来的作用力，如风或地震引起的水平力，并将这些力传给基础，由基础传至地基。综上所述，钢筋混凝土结构构件按形状和功能分为梁、板、柱、墙、基础，统称为基本构件。67第六十七页，共141页。按受力特点来区分基本构件一．受弯构件：如梁或板，主要承受M作用，但一般也有V存在。二．受压构件：如柱，结构墙，屋架压杆等。承受N，轴向力沿构件纵轴作用时为轴压。承受M、N，与构件轴线作用有偏心的称为偏压。承受M、N、V，当V较大时，计算中还应考虑其影响。三．受拉构件：如屋架拉杆，承受N：沿构件纵轴作用时为轴拉（屋架下弦）。承受N、M、V，如框架柱，在竖向、水平荷载作用下，柱中可能受拉力，又有M、V，可能为偏拉构件四．受扭构件：框架结构的边梁，雨篷梁等（一侧有竖向荷载，另一侧没有竖向荷载）而引起的M，但纯扭构件很少，一般都是M、M、V共同作用。68第六十八页，共141页。69第六十九页，共141页。1.2混凝土结构的发展简况及其应用混凝土结构的发展阶段

※1824年——英国人阿斯普丁（J.Aspdin）发明硅酸盐水泥

※1850年——法国人朗波（L.Lambot）制造了世界上第一只钢筋混凝土小船

※1872年——纽约建造了世界上第一所钢筋混凝土房屋

※混凝土结构约有150年的历史，与钢、木和砌体结构相比，由于它在物理力学性能、材料来源以及工程造价等方面有许多优点，所以发展速度很快，应用也最广泛。70第七十页，共141页。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。

我国是采用混凝土结构最多的国家，在高层建筑和多层框架中大多采用混凝土结构。71第七十一页，共141页。目前，混凝土结构已经成为土木工程结构中最主要的结构。其发展大体可以分为三个阶段：

◆

第一阶段——钢筋混凝土发明至20世纪初

钢筋和混凝土的强度比较低：应用领域——用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件设计方法——容许应力设计方法，弹性理论

◆

第二阶段——从20世纪20年代到第二次世界战争前后

出现了预应力混凝土：应用领域——开始用于大跨度结构

设计方法——破损阶段设计法和极限状态设计法

◆

第三阶段——第二次世界战争以后至今

出现了装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产的结构：应用领域——超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型结构工程

设计方法——以概率理论为基础的极限状态设计法72第七十二页，共141页。

目前，世界上最高的混凝土建筑是高450m的位于马来西亚吉隆坡的型钢混凝土结构的。我国最高的建筑是高382m(88层)的上海，主体为钢筋混凝土结构，其中部分柱是型钢混凝土柱。高322m(80层)的广州是我国最高的钢筋混凝土建筑。的预应力混凝土电视塔高达549m，是有代表性的预应力混凝土构筑物。我国最高的电视塔为上海电视塔(东方明珠)，高415.2m，主体为混凝土结构。双塔大厦金茂大厦中天广场加拿大多伦多第七十三页，共141页。哈立法塔最高（828米），其后是位于沙特麦加的皇家钟塔饭店（601米）、美国世贸中心一号大楼（541米）、台北的101大厦（509米）和上海环球金融中心（492米）。去年长沙曾投建高达838米的“天空之城”，可惜被紧急叫停，未能刷新高度记录，而更多的高楼还在建设中。沙特造世界最高楼混凝土输送1000米难倒建筑师：王国塔高1000米，200层，地基深61米。如图所示。74第七十四页，共141页。

世界上最高的混凝土重力坝是瑞士狄克桑斯大坝，坝高285m，坝顶宽15m，坝底宽225m，坝长695m。我国长江三峡水利枢纽工程，是世界上最大的水利工程，混凝土大坝高186m，坝体混凝土用量达1527万m3。第七十五页，共141页。

现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)积累了半个世纪以来丰富的工程实践经验和科研成果，把我国混凝土结构设计方法提高到了当前的国际水平，在工程设计中发挥指导作用。

随着高强度钢筋、高强高性能混凝土(强度达到100N/mm2)以及高性能外加剂和混合材料的研制使用，高强高性能混凝土的应用范围不断扩大，钢纤维混凝土和聚合物混凝土的研究和应用有了很大发展。还有，轻质混凝土、加气混凝土、陶粒混凝土以及利用工业废渣的“绿色混凝土”，不但改善了混凝土的性能，而且对节能和保护环境具有重要的意义。此外，防射线、耐磨、耐腐蚀、防渗透、保温等特殊需要的混凝土以及智能型混凝土及其结构也正在研究中。第七十六页，共141页。混凝土结构的工程应用

你想一睹混凝土结构的风采吗？

桥梁工程；房屋建筑工程；特种结构与高耸结构；水利及其他工程桥梁工程：77第七十七页，共141页。78第七十八页，共141页。1.米约高架大桥法国塔恩河谷­

被称为“世界第一桥”的法国米约高架大桥（MillauBridge）可以说是人类的建筑奇迹，跨越塔恩河谷，全长达2.46公里，却只用7个桥墩支撑，其中2、3号桥墩分别高达245米和220米，是世界上最高的两个桥墩。大桥最高点达到343米，超过埃菲尔铁塔23米。2004年大桥正式对外开放使用，超越美国科罗拉多州的皇家峡谷大桥，成为目前世界第一高的交通大桥。每当清晨的云雾从山中升起，白色的米约大桥宛如一座巨大的竖琴，车辆在其上仿佛是穿梭在云间，享受一派云海美景。当地居民也称其为“天空之桥”。79第七十九页，共141页。

2.费马恩大桥波罗的海

2007年6月29日，丹麦与德国合作修建跨波罗的海（BalticSea）的费马恩大桥（FehmarnBeltBridge）。该项目总投资高达58亿欧元，跨海大桥总长18公里，连接德国的费马恩岛和丹麦的洛兰岛。此项目于2011年开始，预计在2018年结束。不过当地有部分民众反对此项目的立项，除了担心大桥建成后会使原来繁忙的航运业丧失就业岗位，环保人士还担心野生动物将受到影响。80第八十页，共141页。

3.盖茨黑德千禧大桥英国盖茨黑德

盖茨黑德千禧桥（GatesheadMillenniumBridge）跨越泰恩（Tyne）河，步行桥长126米，规模不算大，但是造桥花费却用了将近3000万英镑！独特的外形引人注目：它不是一般的直桥，而是弯成弧形，索塔也不是直立的，而是倾斜状的，通过几十组钢索将桥面固定，还可以将主桥向上拉起50米，这种创新的开闭设计能让大型船只从下面通航而过，升到顶部时索塔和主桥宛若一只蝴蝶。81第八十一页，共141页。4.白令海峡大桥北极海白令海峡

目前还只是处于提案阶段的白令海峡大桥（BeringStraitsBridge）一旦建成将成为一座宏伟的跨洲连接通道，将亚洲、非洲、欧洲、北美洲和南美洲统统连接起来。该桥的建址目前已经有了多种提议，比如威尔士王子角、楚科奇海港、得兹涅夫角都有很可能。此外还有人建议能建造由三座桥梁组成的系列桥梁，总长超过80公里。然而北极地区的环境相当恶劣，要建筑这样一座大桥真的很难，一旦建成，将成为人类建筑史上的又一大奇迹。­82第八十二页，共141页。5.杭州湾大桥中国浙江

杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36公里，比连接巴林与沙特的法赫德国王大桥还长11公里，已经成为中国世界纪录协会世界最长的跨海大桥候选世界纪录，成为继美国的庞恰特雷恩湖桥和青岛胶州湾大桥，是目前世界上最长的跨海大桥，世界第三长的桥梁。83第八十三页，共141页。6.伊拉斯谟斯大桥荷兰鹿特丹港市伊拉斯谟斯大桥（Erasmusbrug）以“天鹅大桥”的美称闻名于世，拥有简洁俐落的外形，雪白的桥身修长挺拔，像一只优雅的白天鹅高贵地游荡在马斯河上。这座单向斜拉式大桥落成于1996年，拥有2600级阶梯、数条大道，车辆、电车、脚踏车、行人及溜滑板的运动人士都可以自由通行，可谓荷兰人的实用主义精神。84第八十四页，共141页。

7.金门大桥美国旧金山

经历了半个多世纪的金门大桥（GoldenGateBridge）建于1933-1937年，耗时4年时间，使用了10万多吨钢材，耗资高达3550万美元。整个大桥造型宏伟壮观、朴素无华。可是，由于一下雨，钢塔就会生锈，粉刷匠只能日复一日地刷上油漆。更麻烦的是，金门大桥的颜色并不是正红，而是红、黄和黑混合的“国际橘色”，油漆工必须在移动的鹰架上油漆，先用压力清洗，然后上三层油漆。85第八十五页，共141页。8.伦敦塔桥英国伦敦伦敦塔桥（TowerBridge）又被称为“双子桥”，在历史上也被称为伦敦的正门，原为木桥后来改为了石桥。桥身由4座塔形建筑联接。两座方塔上再建4座白色大理石尖阁和5座小尖塔，好似两顶皇冠。下层桥面可以开合，平时通车，桥桁开启时可容万吨船只通过，船过后又慢慢落下恢复通行。两块活动桥面，各自重达1000吨。从远处观望塔桥，双塔高耸，极为壮丽。86第八十六页，共141页。9.青马大桥中国香港

青马大桥(TsingMaBridge)是世界上第六大吊桥，1999年荣获“二十世纪十大建筑成就奖Top10”。大桥于1992年5月开始兴建，历时五年竣工，造价71.44亿港元。横跨青衣岛及马湾，桥身总长度2200米，主跨长度1377米，离海面高62米，创造世界最长的行车、铁路两用吊桥纪录。大桥采用双层式设计，桥的露天上层为双程三线行车线，下层则为二条地铁东涌线及机场快线的铁路和和二条供紧急时(如台风吹袭时)使用的单线行车道路。87第八十七页，共141页。10.厄勒大桥丹麦厄勒海峡

厄勒大桥(OresundBridge)是一座跨越了丹麦厄勒海峡的公铁两用桥，全长16公里，由西侧的海底隧道、中间的人工岛和跨海大桥三部分组成。西侧的海底隧道由五条管道组成。它们分别是两条火车道、两条双车道公路和一条疏散通道，是目前世界上最宽敞的海底隧道。中间的人工岛长4050米，将两侧工程连在一起。东侧的跨海大桥长7845米，共有51座桥墩，中间是斜拉索桥，跨度490米，高度55米，是目前世界上承重量最大的斜拉索桥。­88第八十八页，共141页。

11.悉尼海港大桥澳大利亚悉尼­

悉尼海港大桥（SydneyHarbourBridge）位于悉尼杰克逊海港，号称“世界第一单孔拱桥”。它像一道横贯海湾气势磅礴的长虹，与举世闻名的悉尼歌剧院隔海相望，成为悉尼的象征之一。­这座大桥整个工程的全部用钢量为5.28万吨，铆钉数是600万个，用水泥9.5万立方米，花岗石1.7万立方米。在上世纪30年代的科技和经济条件下，能在大海上凌空架桥，实为罕见。89第八十九页，共141页。

12.港珠澳大桥

大中华区­（港澳台+中国大陆的统称）

港珠澳大桥是一座连接香港、珠海和澳门的巨大桥梁，港珠澳大桥在促进香港、澳门和珠江三角洲西岸地区经济上的进一步发展具重要的策略意义。港珠澳大桥主体建造工程于2009年12月15日开工建设，以期于2015至2018年完成，大桥投资超700亿元，约需6年建成。2010年，一香港老太就大桥香港段环评报告申请司法复核，大桥在建工程被延迟。2011年12月，延误近1年的港珠澳大桥香港段工程启动，曾荫权表示会追回一年的延误。90第九十页，共141页。港珠澳大桥创多个世界之最最长：港珠澳大桥全长5664米的海底隧道，由33节钢筋混凝土结构的沉管对接而成，是世界上最长的海底沉管隧道

。最大：沉管隧道浮在水中的时候，每一节的排水量约75000吨，而辽宁号航母满载时的排水量也只有67500吨。最重：沉管预制由工厂化标准生产，使用钢筋量相当于埃菲尔铁塔。在这75000吨重的沉管下面，是预先安装好的256个液压千斤顶。最精心：做精细化、小区域的海洋环境预报，每天坚持监测预报，花费达3000万元，只为每个沉管找两三天的作业时间。最精细：在沉管隧道安装之前，还要在挖好的基槽中做碎石基床基础，即要在40米深的海底，铺设一条42米宽、30厘米厚平坦的“石褥子”，而这条“石褥子”的平整度误差要控制在4厘米以内。最精准：沉管在海平面以下13米至44米不等的水深处无人对接。对接在环境复杂的海底进行，受多种环境介质影响，共需对接33次，耗时3年。沉管连接处橡胶止水带要可用120年，对接误差控制在2厘米以内。91第九十一页，共141页。13.博斯普鲁斯大桥土耳其伊斯坦布尔

博斯普鲁斯大桥（BosphorusBridge）因为是“全世界唯一横跨两个大陆的大桥”而名声大噪。它成功连接了欧洲和亚洲，从1967年正式大桥最终获批开建，六年后即1973年大功告成。成为世界第四大吊桥、欧洲第一大吊桥。大桥水中没有桥墩，整个桥身以两根巨大的钢索牵引，支撑着整个桥面。整座大桥宛若一条长虹飞架在海峡两岸，沟通了欧亚两洲的交通和运输，方便了两洲人民间的交流。­92第九十二页，共141页。14.圣地亚哥-科罗拉多大桥圣地亚哥圣地亚哥-科罗拉多大桥（Diego-Coronado）总长2公里，位于美国西部壮丽又凶险的科罗拉多大峡谷，玻璃桥向外延伸了21米，桥身离谷底1200米高，比世界上目前最高的摩天大楼还要高出一倍多，足以让一艘航空母舰从桥下通过。它是靠94根插入岩壁的钢柱支撑，可以承受2万人的重量，抵抗8级地震。93第九十三页，共141页。15.明石海峡大桥日本神户-淡路岛

明石海峡大桥（Akashi-Kaikyo）是目前世界上最长的一座悬索桥，也是世界上最长的双层桥。1998年正式通车。全长3911米，主桥墩跨度1991米。它跨越日本本州岛-四国岛之间的明石海峡，实现了日本人一直想修建一系列桥梁把4个大岛连在一起的愿望，创造了本世纪世界建桥史的新纪录。94第九十四页，共141页。16.马格德堡水桥德国马德堡易北河

马格德堡水桥（MagdeburgWaterBridge）最大的特色在于它是一架可以行船的水桥。于2003年10月完工，总长达到918米，有趣的是，船只在这座桥上可以自由的航行。它是欧洲目前最长的水道桥工程，将东部的米特兰德运河与西部的易北-哈威尔运河连接了起来，所以事实上，这座桥跨越了整个易北河。此桥用6年时间建造完成，耗资5亿欧元，于2003年开放。

95第九十五页，共141页。上海莘庄大型立交工程：由15条线路、6条主线，20个定向匝道构成，占地面积45.8公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里，面积8.4万平方米第九十六页，共141页。这座桥梁有一个小故事：这座名叫GateTower－Building的办公大楼地下2层，地上16层。最初，大楼的主人希望将它拆了重建，但是城市规划部门告诉他，一条正在规划中的高速路将从此处经过，大楼不能重建。结果双方各坚持己见，谁也不愿做出让步，最后在1992年达成妥协，高速路从大楼内部穿过！第九十七页，共141页。房屋工程：98第九十八页，共141页。99第九十九页，共141页。迪拜塔

迪拜塔公布大楼高度为828米，同时大楼改名为“哈里发”。

2004年开工，原定2009年9月完工，但受金融危机拖累，竣工日期推迟。

耗材大约33万立方米混凝土和大约3.14万吨钢材。楼高160层，49层为办公场所。

迪拜塔表面由大约2.8万块外层板组成，所用玻璃足以覆盖14座标准规格足球场。

楼内设57部电梯，包括最高时速64公里的世界最快电梯。100第一百页，共141页。101第一百零一页，共141页。水利工程：三峡工程

三峡水电站，大坝位于宜昌市上游不远处的三斗坪，俯瞰三峡水电站并和下游的葛洲坝水电站构成梯级电站。它是世界上规模最大的水电站，也是中国有史以来建设最大型的工程项目。102第一百零二页，共141页。

三峡水电站1992年获得中国全国人民代表大会批准建设，1994年正式动工兴建，1997年导流明渠正式通航，同年11月8日实现大江截流，2003年开始蓄水发电，于2009年全部完工。103第一百零三页，共141页。

水电站大坝高185米，蓄水高175米，水库长600余公里，安装32台单机容量为70万千瓦的水电机组，是全世界最大的（装机容量）水力发电站。

2010年7月，三峡电站机组实现了电站1820万千瓦满出力168小时运行试验目标。（日发电量可突破4.3亿度电！占全国日发电量的5%左右）。104第一百零四页，共141页。1.2混凝土结构发展概况

1.2.1材料方面：向高强、轻质、耐久、抗震的方向发展。

过去一般采用低强度混凝土(低于20N／mm2)。现在已发展到(20N／mm2一50N／mm2)和高强度混凝土(50N／mm2以上)。目前已经研制成强度为200N／mm2左右的混凝土。重力密度为14kN／m3~18kN／m3的陶粒混凝土、浮石混凝土、泡沫混凝土、加气混凝土等轻质混凝土以及利用工业废渣的“绿色混凝土”在世界各地也得到广泛应用，不仅改善了混凝土的性能，而且对节能和保护环境具有重要的意义。各种低合金钢钢筋和高强度钢筋与钢丝也广泛地用于钢筋混凝土结构之中。轻质高强材料的采用，为高层建筑和大跨结构的发展提供了有利条件。例如，20层以内的框架结构，可以用改变混凝土强度和调整钢筋数量的方法，将立柱截面从底层到顶层设计成400mm×400mm，从而达到减轻结构自重、节约材料用量和简化施工操作等效果。此外，防射线、耐磨、耐腐蚀、防渗透、保温等特殊需要的混凝土以及智能型混凝土及其结构也正在研究中。105第一百零五页，共141页。1.2.2.结构方面：已经由过去的简单结构，发展到高层、大跨等复杂结构。目前，世界上用钢筋混凝土材料建成的最高建筑是位于马来西亚吉隆坡的型钢混凝土结构的双塔大厦，高450m。我国目前最高的建筑是上海的金茂大厦，88层，高382m，主体为钢筋混凝土结构，其中部分柱是型钢混凝土柱。最高的钢筋混凝土建筑为广州中天广场，高322m（80层）。目前，已经建成的预应力轻骨料混凝土飞机库屋盖结构的最大跨度为90m。一般的工业与民用建筑中，混凝土结构逐步朝定型化、标准化和体系建筑发展。钢筋混凝土还广泛地用来建造水池、水塔、油罐、烟囱、简仓、桥梁、电视塔等。106第一百零六页，共141页。1.2.3施工技术：最早是凭经验估算。稍后，从本世纪初的容许应力方法，经过40年代的按破损阶段计算，发展到50年代以来的按极限状态设计方法。概率理论更多地应用于结构设计，构造措施逐步合理，设计规范日趋完善，电子计算机已广泛用于结构计算、绘图和辅助助设计。107第一百零七页，共141页。1.2.4混凝土结构计算理论的发展概况1.混凝土结构计算理论发展概况：

1）它经历了弹性理论为基础的容许应力法（此种方法与实际情况有较大出入）认识问题由浅至深。

2）40年代，按破坏阶断的计算方法（试验研究的进展）。前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。

3）50年代，按极限状态的计算方法（对荷载和材料变异性能不断研究）这种方法以过30多年的研究与实践，其理论不断发展完善，已为多数国家所采用。目前基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。108第一百零八页，共141页。4）近年来，我国在混凝土基本理论与设计方法、结构可靠度与荷载分析、工业化建筑体系、结构抗震与有限元分析方法以及现代化测试技术等方面的研究也取得了很多新的成果，某些方面已达到或接近国际先进水平。混凝土结构的设计和研究向更完善更科学的方向发展。先进的现代测试技术保证了实验研究更精确、更系统。基于可靠度理论的分析方法也在逐步完善，并开始用于结构整体和使用全过程的分析。与此同时，电子计算机的普及和多功能化、CAD等软件系统的开发，缩短了结构设计的时间和工作量，提高了经济效益。109第一百零九页，共141页。2.我国混凝土结构设计规范发展概况：

1）1949—1965年，直接采用外国规范，前期按破坏阶段计算方法，后期按极限状态计算方法。

2）1966—1988年，采用我国自制《规范》BJG21—66《钢筋混凝土结构设计规范》随后对BJG21—66修改为TJ—74。3）1989—2002年，《混凝土结构设计规范》，以概率理论为基础的极限状态设计方法，并用多个经验系数来表达。

4）2002年以来，采用现行《混凝土结构设计规范》GB50010—2002其计算结果有明确的可靠度指标，对提高构件设计合理性具有深刻意义，并将建筑结构的计算方法提高到当今的国际先进水平。

5）现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)积累了半个世纪以来丰富的工程实践经验和科研成果，把我国混凝土结构设计方法提高到了当前的国际水平，在工程设计中发挥指导作用。

110第一百一十页，共141页。相应的规范1．GB50010—2002。混凝土结构设计规范，北京：中国建筑工业出版社，2002

2．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（征求意见稿），北京：中交公路规划设计院，2000

3．GB50068—2001，建筑结构可靠度设计统一标准，北京：中国建筑工业出版社，2001

4．GB/T50283—1999，公路工程结构可靠度设计统一标准，北京：中国计划出版社，2001

5．GB50009-2001，建筑结构荷载规范，北京：中国建筑工业出版社，2002

6.GB50010-2010,混凝土结构设计规范,北京：中国建筑工业出版社，2010111第一百一十一页，共141页。1.3结构的功能和极限状态简述

建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面，简称“三性”。安全性是指建筑结构承载能力的可靠性，即建筑结构应能承受正常施工和使用时的各种荷载和变形，在地震、爆炸等发生时和发生后能保持结构的整体稳定性适用性要求结构在正常使用过程中不产生影响使用的过大变形以及不发生过宽的裂缝和振动等耐久性要求在正常维护条件下结构不发生严重风化、腐蚀、脱落、碳化，钢筋不发生锈蚀等，达到设计预期的使用年限1.3.1结构的功能第一百一十二页，共141页。◆安全性◎如（M≤Mu）◎结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。◎在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。113第一百一十三页，共141页。◆适用性◎如（f≤[f]）◎结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。114第一百一十四页，共141页。◆耐久性◎如wmax≤[wmax]◎结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。115第一百一十五页，共141页。◆结构的可靠性可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称

就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。

结构可靠性越高，建设造价投资越大。

如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。116第一百一十六页，共141页。

显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。

规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。

设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。

经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用117第一百一十七页，共141页。1.3.2结构的极限状态

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，则此状态称为该功能的极限状态。◆结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。◆区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”。如下表所示：第一百一十八页，共141页。钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念表格119第一百一十九页，共141页。◆结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）◆结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）◆结构塑性变形过大而不适于继续使用◆结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）◆结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）1承载能力极限状态

结构或构件达到最大承载能力或者变形达到不适于继续承载的状态，称为承载能力极限状态。

当结构或构件由于材料强度不足而破坏，或因疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，或丧失稳定，或结构转变为机动体系时，就认为结构或构件超过了承载能力极限状态。

超过承载能力极限状态后，结构或构件就不能满足安全性的要求。120第一百二十页，共141页。2正常使用极限状态

结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。例如，当结构或构件出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动时，可认为结构或构件超过了正常使用极限状态。超过了正常使用极限状态，结构或构件就不能保证适用性和耐久性的功能要求。

进行结构设计时，结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按正常使用极限状态进行验算。也就是说，设计的结构或构件在满足承载能力极限状态的同时也要满足正常使用极限状态。第一百二十一页，共141页。超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。◆过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；◆过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；◆过大的振动（不舒适）；◆其他正常使用要求。122第一百二十二页，共141页。3.极限状态方程S<R

可靠S——荷载效应结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度f、裂缝宽度w等）

S=S(Q)R——结构抗力结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[w]R=R(fc,fy,A,h0,As,…)S=R

极限状态S>R

失效123第一百二十三页，共141页。结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示：

Z=R-S对应的：Z=R-S>0时，结构处于可靠状态；Z=R-S=0时，结构达到极限状态；Z=R-S<0时，结构处于失效（破坏）状态。在结构设计中，不仅仅只考虑结构的承载能力，有时还要考虑结构的