钢筋混凝土结构认知 钢筋混凝土结构体系

钢筋混凝土结构概况

（一）建筑结构在土木工程中，一般把建筑物中承受荷载起骨架作用的部分称为建筑结构。

1.按所用材料分混凝土结构、钢结构、木结构、砌体结构和组合结构。

一、钢筋混凝土结构概况1.1钢筋混凝土结构实用设计方法

素混凝土结构混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构

砌体结构由块体（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称为砌体结构。

钢结构以钢材为主制作的结构。木结构指全部或大部分用木材制作的结构。

2.按受力和构造特点分框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构、排架结构、混合结构等。框架结构模型框架剪力墙结构模型砌体结构模型剪力墙结构模型

（二）基本构件结构是由基本构件组成的，房屋建筑中的板、梁、柱、墙体、基础为建筑物的基本结构构件。这些基本构件按其受力特点不同可分为受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件。一、钢筋混凝土结构概况1.1钢筋混凝土结构实用设计方法

（三）钢筋混凝土结构的形成主要机理如下：（1）混凝土硬化后与钢筋之间具有良好的粘结力，使两者之间能传递力和变形；（2）钢筋和混凝土具有相近的温度线膨胀系数，这使两者间的粘结力不致因温度变化而破坏；（3）混凝土包裹钢筋使钢筋免受锈蚀，保证了构件的耐久性。一、钢筋混凝土结构概况1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（四）钢筋混凝土结构的特点主要优点：（1）强度高；（2）耐久性好；（3）耐火性好；（4）可模性好；（5）整体性好；（6）易于就地取材。主要缺点：（1）自重大；（2）抗裂性差；（3）现浇结构需大量模板和支撑，施工复杂，工期长，并受施工环境和气候条件限制；（4）补强维修或拆除困难。一、钢筋混凝土结构概况1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（五）钢筋混凝土结构发展概况（1）在计算理论方面（2）在材料方面（3）在结构方面（4）在工程应用方面一、钢筋混凝土结构概况1.1钢筋混凝土结构实用设计方法

（一）设计的基准期与设计使用年限

1.设计的基准期结构的设计基准期是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，它不等同于建筑结构的设计使用年限，也不等同于建筑结构的寿命。我国所采用的设计基准期为50年。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法

2.设计使用年限设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可达到其预定目的的使用年限，即建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和一般维护下所应达到的使用年限。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑物

（二）结构的功能要求与可靠度

1.结构的功能要求结构的功能要求是具有可靠性。可靠性是指结构在规定的设计基准期内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。

□

“规定的时间”是指结构的设计基准期。

□“规定的条件”是指正常设计、正常施工、正常使用和正常维修的条件，不考虑人为过失。

□

“预定的功能”是指结构构件的安全性、适用性、耐久性等。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法安全性：结构能承受正常设计、正常施工、正常使用时可能出现的各种作用，在偶然荷载作用下或偶然事件发生时和发生后仍能保持必要的整体稳定性，不发生倒塌或连续破坏。适用性：结构在正常使用时具有良好的工作性能，如不发生超过规定限度的过大变形、裂缝和振动等。耐久性：是指结构或构件在正常使用和正常维护条件下，在规定的使用期限内维持其适用性的能力。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法功能要求适用性耐久性安全性可靠性2.结构的可靠度结构的可靠度是指在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的概率。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（三）结构的极限状态1.极限状态的定义整个结构或构件超过某一特定状态时（如到达极限承载力、失稳、变形过大、裂缝过宽等）就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法2.极限状态的分类（1）承载力极限状态结构或构件达到最大承载能力或达到不宜继续承载的变形或变位的状态称为承载力极限状态。

(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的某项规定限值的状态称为正常使用极限状态。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法a.整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如滑动和倾覆等b.结构构件或其连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），如轴心受压构件钢筋达到抗压强度。c.结构转变为机动体系而丧失承载力，如构件发生三铰共线形成机动体系。d.结构或构件丧失稳定，如细长杆柱达到临界荷载后压屈失稳。e.结构构件产生过大的塑性变形而不能继续承载。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法承载力极限状态a.影响正常使用或有碍观瞻的变形，如吊车梁变形过大使吊车不能正常行驶。b.影响正常使用或耐久性能的局部破坏，如水池壁开裂漏水。c.影响正常使用的振动，如机器振动而导致结构振幅超过规定限值。d.影响正常使用的其他特定状态，如相对沉降量过大。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法正常使用极限状态

(四)结构上的作用1.作用结构上的作用是指使结构产生内力和变形的所有原因，包括施加在结构上的集中荷载或分布荷载及引起结构外加变形或约束变形的所有原因。直接作用：施加在结构上的集中荷载或分布荷载称为直接作用，如结构自重、风荷载等。间接作用：引起结构外加变形或约束变形的其他作用称为间接作用。如基础不均匀沉降、温度变化、混凝土收缩等作用。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（1）永久作用：在设计基准期内其值不随时间变化或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。如结构的自重、预加应力等。（2）可变作用：在设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽视的作用。如风荷载、温度变化等。（3）偶然作用：设计基准期内不一定出现，一旦出现量值很大，且持续时间很短的作用。如地震、爆炸、汽车撞击等。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法2.作用代表值（1）永久荷载代表值永久荷载只有一个代表值就是它的标准值。荷载标准值是指结构设计基准期内可能达到的最大值。由于作用是随机变量，其量值的大小在客观上具有某个统计分布。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法常见材料的重力密度素混凝土：22—24，kN/m3

石灰砂浆、混合砂浆：17kN/m3

钢筋混凝土：24—25，kN/m3

普通砖砌体：18—19kN/m3

水泥砂浆：20kN/m3

二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（2）可变荷载代表值可变荷载应根据设计要求分别取标准值、组合值、准永久值和频遇值作为代表值。a.可变荷载标准值b.可变荷载组合值

Qc=Ψc×Qk

c.可变荷载准永久值

Qq=Ψq×Qkd.可变荷载频遇值

Qf=Ψf×Qk二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法作用设计值由作用的标准值乘以相应的分项系数确定。（1）永久荷载分项系数rG当永久荷载作用效应对结构不利时：由可变荷载效应控制的组合，rG=1.2；由永久荷载效应控制的组合，rG=1.35；当永久荷载作用效应对结构有利时：一般取rG=1.0；当验算结构倾覆和滑移时，取rG=0.9。（2）可变荷载分项系数rQ一般情况取rQ=1.4，对工业建筑楼面均布活荷载qk＞4KN/m2的情况，取rQ=1.3。

二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（五）作用效应及结构抗力1.作用效应施加在结构上的各种作用将使结构产生内力和变形（如弯矩、剪力、轴力、扭矩、挠度、转角、裂缝等），这种内力和变形称为作用效应。由荷载引起的内力和变形，称为荷载作用效应，用符号S表示。作用效应是不确定的随机变量。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法2.结构抗力结构抗力：结构或构件承受内力和变形的能力称为结构抗力。如构件的承载能力和刚度等，其大小取决于结构几何参数和材料性能等，用符号R表示。结构抗力是不确定的随机变量。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（六）结构工作状态结构或构件在使用期间的工作情况称为结构的工作状态。结构能够满足各项功能要求为可靠或有效，反之为不可靠或失效。Z＞0，即R＞S，结构能完成预定功能，结构处于可靠状态；Z=0，即R=S，结构处于极限状态；Z＜0，即R＜S，结构不能完成预定功能，结构处于失效状态。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法结构的失效概率：结构功能函数小于零的概率。结构设计要求失效概率要不大于允许失效概率，即Pf≤[Pf]延性破坏的结构[Pf]=6.9×10-4，脆性破坏的结构[Pf]=1.1×10-4二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（七）结构的安全等级我国《建筑结构设计统一标准》对建筑结构的安全等级划分为三级。安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重工业与民用建筑，二级严重一般的工业与民用建筑三级不严重次要的建筑物二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（八）材料强度1.强度标准值材料强度标准值：考虑到同一批材料实际强度有时大有时小的这种离散性，在分析大量试验结果的基础上，通过数理统计，根据结构安全和经济条件，在材料强度总体实测值中，选取某一个具有95%保证率的强度值，作为材料强度标准值。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法2.强度设计值材料强度设计值：考虑实际材料强度低于材料强度标准值的可能性，结构承载力设计时应采用材料强度设计值。材料强度标准值除以相应材料分项系数即为材料强度设计值。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（九）钢筋混凝土结构实用设计方法结构构件应按承载力极限状态设计，按正常使用极限状态校核。1.按承载力极限状态设计的计算方法（1）承载力极限状态设计的计算内容a.结构构件应进行承载力计算，包括失稳计算；b.直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算；c.有抗震设防要求的结构应进行抗震承载力计算；d.对可能发生倾覆、滑移、漂浮的结构应进行倾覆、滑移、漂浮验算；e.对可能遭受偶然作用且倒塌可引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法（2）承载力极限状态设计的计算公式

r0S≤R①荷载效应设计值对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从下列组合值中取最不利值确定：a.由可变荷载效应控制的组合

S=rGSGK+rQ1SQ1K+

Ψci∑rQiSQik

对常见住宅、办公楼等民用建筑，当仅有一个可变荷载时

S=1.2SGK+1.4SQ1K

二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法

b.由永久荷载效应控制的组合

S=rGSGK+

Ψci

∑

rQiSQik

对常见住宅、办公楼等民用建筑，当仅有一个可变荷载时

S=1.35SGK+1.4×0.7SQ1K

二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法对排架、框架结构，基本组合式可简化为：a.由可变荷载效应控制的组合S=rGSGK+0.9∑

rQiSQ1K

当仅有一个可变荷载时S=1.2SGK+1.4SQ1K

b.由永久荷载效应控制的组合S=rGSGK+

Ψci∑rQiSQik

对常见住宅、办公楼等民用建筑，当仅有一个可变荷载时S=1.35SGK+1.4×0.7SQ1K

二、极限状态设计理论1.1钢筋混凝土结构实用设计方法②结构抗力设计值结构抗力设计值的大小取决于截面几何尺寸、截面材料种类与强度等级等多种因素，它的一般形式为：

R=R(fc,fy,αd