混凝土结构设计课件 第1章 概论

2.初步设计阶段(preliminary design phase) 根据中标方案、设计任务书和设计基础资料，对设 计对象进行总体安排和控制性结构计算，对工程工期 和投资总额进行深入分析，编制设计总概算。 应提交的设计文件：设计说明书，设计图纸，主 要设备和材料清单等。 结构设计在该阶段包括 编制结构设计要点及主要措施：
（3）基础——基础体系
•基础是将建筑物上部的各种荷载与作用传递至地面的重要部分。 •基础要承担垂直力、水平侧向力、弯曲作用等复杂的作用。 •并不是建筑物地面以下的部分都是基础。
结构的三个基本分体系
水平体系、竖向体系和基础体系
1.2 混凝土建筑结构的形式
混凝土结构： ——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。 混凝土结构主要包括： (1)素混凝土结构（Plain Concrete) (2)钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete Structure) (3)预应力混凝土结构（Pre-stressed Concrete Structure) (4)钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete) (5)钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube) (6)FRP混凝土（Fiber Reinforced Polymer(Plastic) Concrete ) (7)钢-混凝土组合（混合）结构
水工结构 特种结构
木结构 薄膜充气结构
拱结构 网架结构 空间薄壁结 构
4.结构的组成
（1）形成跨度的构件与结构——水平体系
•建筑物内部要形成必要的使用空间，跨度是必不可少的尺度要 求。 •常见的跨度构件是梁。 •板是梁水平侧向尺度的变异性构件，其原理、作用与梁基本相 同。
（2）垂直传力的构件与结构——竖向体系
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3.工程结构分类
按使用功能 建筑结构 桥梁结构 岩土工程结 构 按用途 工 业 厂房 结 构 按体型和高度 单层结构（单厂、 单层空旷等） 按材料 混凝土结构 钢结构 砌体结构 按结构型式 墙体结构 框架结构 筒体结构
民 用 建筑 结 多层结构（2-9层） 构 高 层 结 构 （ >10 层 ） 大 跨 结 构 （ >40~50m）
（6）电算程序应符合规范要求，结果应经判断和校核 目前普遍采用计算机作为手段进行结构分析，也是今后结 构设计的发展方向。为了确保计算结果的正确性，结构分析所 采用的电算程序应经考核和验证，其技术条件应符合国家规范 和有关标准的要求；电算结果应经判断和校核，在确认其合理 、有效后，方可用于工程设计。
专门对技术复杂或有特殊要求的大中型项目增加的一个设计 阶段，是对初步设计方案所作的调整和深化。 结构设计的主要内容： （1）确定结构受力体系和主要技术参数 （2）计算初步确定主要构件（梁、柱、墙等）的截面和配筋 （3）绘出结构平面简图、重要节点大样图、必要的文字说明 （4）对地质勘探、施工条件、主要材料等方面的特殊要求
1.3.1 基本建设工作程序
投资控制
项目立项建议书 可行性研究报告 设计任务书 选址 确定设计计划 介入质监和监理工作
造价估算
方案设计阶段
编制概算
修正概算
初步设计阶段
技术设计阶段
施工图设计阶段
编制施工图预算 施工图审查阶段 付诸施工过程 决算 竣工验收 交付使用
1.3.2 房屋建筑工程的设计阶段 1.方案设计阶段(scheme design phase) 需完成的设计文件有设计说明书、设计图纸、投资估 算及效果透视图等内容，应分专业编制。 结构设计文件主要内容是编制结构设计说明书和结构 平面图。 结构设计说明书: （1）设计依据 （地域，有关自然条件，抗震设防烈 度，工程地质概况等 ）； （2）结构设计要点 （上部结构选型，基础选型，人 防结构，抗震设计等 ）； （3）需要说明的问题 （如对工艺的特殊要求，与相 邻建筑物的关系，基坑特征，防护等 ）。 结构平面图 ：应标出：柱网，剪力墙，沉降缝等。
混凝土建筑结构的形式 常用的结构形式有（按体型和高度分类）
（1）单层单层混凝土建筑结构
如单层工业厂房，仓库，实验室，食堂等，由屋盖和钢筋混凝土 柱组成。
（2）多层混凝土建筑结构
如各种多层的工业与民用建筑，主要为混凝土框架结构，有些情 况下，采用板柱结构等； 在多层建筑中，大量的为砌体-混凝土混合结构，如砌体结构（ 楼板为混凝土），内框架结构，底部框架结构等。
(Composite Structure or Hybrid Structure)
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混凝土结构的发展简况及其应用
阿斯匹丁(J.Aspdin)发明了波特兰水泥 ——1824年英国约瑟夫· 并取得了专利； ——1850 年，法国朗波（ mbot ）制成了铁丝网水泥砂浆 的小船； 莫尼埃（Joseph Momier）获得了制造 ——1861年法国约瑟夫· 钢筋混凝土板、管道和拱桥等的专利。 ——德国学者1866年发表了计算理论和计算方法，1887年又发 表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受拉区的概念和板的计 算方法。在此之后，钢筋混凝土的推广应用才有了较快的发 展。 ——1891年－1894年，欧洲各国的研究者发表了一些理论和试 验研究结果。但是在1850－1900年的整整50年内，由于工程师 们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密，公开发表的 研究成果不多。
课程性质：
1.《混凝土结构》（含《混凝土结构设计原理》和《混凝 土结构设计》）和《砌体结构》是土木工程专业最主要 的一门专业基础课之一； 2.是一门关键的主干课程； 3.是报考结构工程、防灾减灾及防护工程等专业硕士研究 生的考试课程； 4.该课程的实践性强（后续包含2个课程设计），实用性 强，与毕业设计有着很大的联系； 5.是今后报考“注册结构工程师”的一门难度较大的科目。

说明上部结构方案设计的依据及（人防）地下室结构方案的 要点，简述变形缝的布置及做法，提出具体的地基处理方案 ，选定主要结构的材料和采用的构件标准图等
结构设计文件应包括：
设计说明书，结构控制性计算的计算书，方案设计简图， 总概算书
3. 技术设计阶段(technical design phase)
—— 美国学者 1850 年进行了 RC 梁的试验，但其研究成果 直到年才1877发表并为人所知。19世纪70年代有学者曾使 用过某些形式的钢筋混凝土，并且于1884年第一次使用变 形（扭转）钢筋并形成专利。1890年在旧金山建造了一幢 两层高、 321 英尺（ 95m ）长的钢筋混凝土美术馆。从此 以后，钢筋混凝土在美国获得了迅速的发展。 ——混凝土结构开始应用于土木工程距今仅150多年。 ——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。
概 论 楼盖和楼梯 单层厂房结构 框架结构 砌体结构（含材料、原理、构件、 结构）
第1章
概
论
1.1 建筑结构的概念及其基本形式
1.定义 工程结构——用各种材料（砖、石、混凝土、钢材和 木材等）建造的建筑物或构筑物的受力骨架体系。 建筑结构——房屋建筑的空间受力骨架体系。
2.结构的作用
抵抗和承担各种自然的和人为的作用力，以为人类生 活和生产服务。
4. 施工图设计阶段(working drawing design phase)
是项目施工前最重要的一个设计阶段，要求以图纸和文字的 形式解决工程建设中预期的全部技术问题，并编制相应的对施 工过程起指导作用的施工预算。
上述四个阶段，仅对重要和复杂的大型工程建设项目才 要求；对普通大中型项目可将初步设计和技术设计阶段合 并为一个阶段；对简单的小型项目也可只进行方案设计和 施工图设计两个设计阶段。
已学习了《混凝土结构设计原理》，有什么体会和 问题？
本学期：
存在的困难和问题：学时少，内容多，实践性强， 要求高。 对学生的要求：积极配合教师上好每一节课，认真 听讲，积极思考，积极参与交互式教学活动中，认 真完成课后作业。多给教师提宝贵意见和建议。
章
节

内
容
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章
一栋建筑物好比一个人，建筑相应于人的容貌、体型、气 质；结构相应于人的骨骼、耐力、寿命；水电暖等设备相应 于人的神经、脉络、器官。因此设计一个建筑物需要各工种 的共同合作。 其中，建筑与结构设计者的合作是最基本的，也是最重要的 。特提出四个合作的层次 （1）首先是合作（即各人做各的设计，遇到矛盾，协商解 决）——最低层次的要求 （2）其次是结合（即虽个人做各的设计，但都相互了解， 主动的互相补充）——较高层次的要求 （3）第三是融合（即你中有我，我中有你，融为一体，结 构自觉地考虑建筑问题，建筑自觉地考虑结构问题）——更 高层次的要求 （4）第四是统一（即结构工程师就是好的建筑师，建筑师 就是好的结构工程师，两类人才的素质统一在一个人身上） ——最高层次的要求
•跨度构件的两端的支座反力，需要有其他的构件承担并传递至 地面，这就是垂直传力构件或结构。 •常见的垂直传力构件或结构是柱。 •墙是柱水平侧向尺度的变异性构件，其原理、作用与柱基本相 同，但是具有较大侧向刚度。
•对于一些特殊结构，不能够简单的将其分解成为跨度构件与垂 直构件，可能是由整体结构形成的，如拱、壳。
如制作阶段、运输阶段、安装阶段、施工期、使用期
等。
（3）各种取值应符合实际工作状况
分析所需的各种几何尺寸，计算简图、作用（荷载） 的取值与组合、材料指标、初始应力和变形状况等，应符 合实际，并应具有相应的构造措施来保证。
（4）满足平衡条件，变形协调和本构关系尽可能符合实际 如边界条件、支座和节点的约束条件、截面变形条件等，若 难以严格地满足，应在不同的程度上予以满足。 （5）选择合理的分析方法 目前工程设计中常用的计算方法，可分为以下五类： ——线弹性分析方法 ——考虑塑性内力重分布的分析方法 ——塑性极限分析方法 ——非线性分析方法 ——试验分析方法 上述分析方法中，又各有多种具体的计算方法，如解析法或 数值解法、精确解法或近似解法。结构设计时，应根据结构的 重要性和使用要求、结构体系的特点、荷载（作用）状况、要 求的计算精度等加以选择；计算方法的选取还取决于已有的分 析手段，如计算程序、手册、图表等。