第三章 混凝土结构的设计方法
第三章第二节模板工程_土木工程施工
第三章 混凝土结构工程
5．振捣混凝土时产生的荷载标准值
水平面模板2.0kN/m2 ；垂直面模板4.0kN/m2 （作用 范围在有效压头高度之内）。
6．新浇筑混凝土对模板侧面的压力标准值
影响混凝土侧压力的因素很多，如与混凝土组成有 关的骨料种类、配筋数量、水泥用量、外加剂、坍落度 等都有影响。此外还有外界影响，如混凝土的浇筑速度、 混凝土的温度、振捣方式、模板情况、构件厚度等。
第三章 混凝土结构工程
大模板施工
第三章 混凝土结构工程
（三） 大模板
5
4
6 1
3 2
图3-26 筒模 3-26 1—单轴铰链； 2—花篮螺丝脱模器； 3—平面大模板； 4—主肋； 5—次肋； 6—连接板
第三章 混凝土结构工程
（四）滑升模板
滑升模板是一种工业化模板，用于现场浇筑高耸构 筑物和建筑物等的竖向结构，如烟囱、筒仓、高桥墩、 电视塔、竖井、沉井、双曲线冷却塔和高层建筑等。 滑升模板的施工特点： 在构（建）筑物底部，沿其构件的周边组装滑升模 板，随后向模板内地分层浇筑混凝土，同时用液压提升 设备使模板不断沿支承杆向上滑升，直到需要浇筑的高 度为止。
第三章 混凝土结构工程
采用内部振动器时，新浇筑的混凝土作用于模板 的最大侧压力，按下列两式计算，并取两式中的较小 值：
F = 0.22 ct0β1β2V γ
1 2
（3-3） （3-4）
F =γ c H
第三章 混凝土结构工程
F = 0.22 ct0β1β2V γ
1 2
（3-3） （3-4）
F =γ c H
第三章 混凝土结构工程
2．新浇筑混凝土的自重标准值
普通混凝土用24 kN/m3，其他混凝土根据实际 重力密度确定。
第三章 混凝土结构的耐久性设计
二,混凝土结构耐久性设计原则
混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结 构的使用环境,与结构设计,施工及养护管理密切相关.综 合国内外研究成果和工程经验,一般是从以下三个方面解决 混凝土桥梁结构的耐久性: (1)采用高耐久性混凝土,增强混凝土的密实度,提高混 凝土自身抗破损能力; (2)加强桥面排水和防水层设计,改善桥梁的环境作用条 件; (3)改进桥梁结构设计,其中包括加大混凝土保护层厚度 ;加强构造钢筋,防止控制裂缝发展;采用具有防腐保护的 钢筋(例如:体外预应力筋,无粘结预应力筋,环氧涂层钢 筋等).
一,混凝土结构的耐久性
混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用,化学侵蚀,物 理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力.由于混凝土的缺 陷(例如裂隙,孔道,汽泡,孔穴等),环境中的水及侵 蚀性介质就可能渗入混凝土内部,产生碳化,冻融,锈蚀 作用而影响结构的受力性能.并且结构在使用年限内还会 受到各种机械物理损伤(腐损,撞击等)及冲刷,溶蚀, 生物侵蚀的作用.混凝土结构的耐久性问题表现为:混凝 土损伤(裂缝,破碎,酥裂,磨损,溶蚀等);钢筋的锈 蚀,脆化,疲劳,应力腐蚀;以及钢筋与混凝土之间粘结 锚固作用的削弱等三个方面.从短期效果而言,这些问题 影响结构的外观和使用功能;从长远看,则会降低结构安 全度,成为发生事故的隐患,影响结构的使用寿命.
影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂,主要取决于以下四 个方面: (1)混凝土材料的自身特性; (2)混凝土结构的设计与施工质量; (3)混凝土结构所处的环境条件; (4)混凝土结构的使用条件和防护措施. 混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐 久性的内因.混凝土的材料组成,如水灰比,水泥品种和 数量,骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性. 混凝土的缺陷(例如裂缝,气泡,空穴等)都会造成水分 和侵蚀性物质渗入混凝土内部,与混凝土发生物理化学作 用,影响混凝土结构的耐久性.
《混凝土结构设计原理》电子教案
《混凝土结构设计原理》电子教案第一章：混凝土结构的基本概念1.1 混凝土结构的定义1.2 混凝土结构的分类1.3 混凝土结构的受力分析1.4 混凝土结构的材料特性第二章：混凝土的设计强度2.1 混凝土抗压强度2.2 混凝土抗拉强度2.3 混凝土抗剪强度2.4 混凝土的耐久性第三章：混凝土结构的设计方法3.1 极限状态设计方法3.2 安全系数设计方法3.3 荷载组合与内力计算3.4 结构可靠度与极限状态方程第四章：梁和板的设计4.1 梁的设计4.2 板的Design4.3 受弯构件的设计4.4 受剪构件的设计第五章：柱和墙的设计5.1 柱的设计5.2 墙的设计5.3 轴心受压构件的设计5.4 偏心受压构件的设计第六章：混凝土结构构件的连接设计6.1 连接的基本要求6.2 钢筋的锚固与焊接6.3 钢筋的连接方式6.4 混凝土构件的拼接设计第七章：钢筋混凝土构件的抗震设计7.1 抗震设计的基本概念7.2 地震作用及其效应7.3 抗震设防要求与抗震等级7.4 钢筋混凝土构件的抗震设计方法第八章：钢筋混凝土结构的经济设计8.1 结构经济性的概念8.2 结构设计中的成本分析8.3 结构优化设计方法8.4 钢筋混凝土结构的经济设计案例分析第九章：混凝土结构的施工图绘制9.1 施工图的基本知识9.2 混凝土结构施工图的绘制步骤9.3 常用施工图的符号与表示方法9.4 施工图的审核与修改第十章：混凝土结构设计的案例分析10.1 案例分析的基本方法10.2 框架结构设计案例10.3 剪力墙结构设计案例10.4 筒体结构设计案例重点和难点解析一、混凝土结构的基本概念：理解混凝土结构的定义、分类、受力分析以及材料特性是学习后续章节的基础。
特别是混凝土结构的受力分析，它是理解结构在不同荷载作用下的响应的关键。
二、混凝土的设计强度：掌握混凝土的抗压、抗拉、抗剪强度以及耐久性是进行结构设计的前提。
学生需要理解这些强度参数的测定方法和应用条件。
混凝土结构的设计方法
混凝土结构的设计方法
混凝土结构的设计方法主要包括以下几个方面：
1. 结构设计原则：综合考虑结构的强度、刚度、稳定性、耐久性以及施工可行性等因素，根据结构承受的荷载和使用要求，确定结构的布局、尺寸和形式等。
2. 荷载计算：根据工程的使用要求和设计规范，分析和计算各种荷载的大小和作用方式，包括常规荷载（如自重、活载、风载等）和非常规荷载（如地震、爆炸、冲击等），并确定施工过程中施加的施工荷载。
3. 结构分析：根据结构的布局和荷载的大小，采用力学原理进行结构的静力分析或动力分析，确定结构各个构件的内力、变形和应力等参数。
4. 材料选择：根据结构的使用要求和设计规范，选择适当的混凝土强度等级、钢筋和预应力钢筋的规格和型号，保证结构的强度和耐久性。
5. 施工工艺：根据结构的特点和要求，制定合理的施工工艺和施工顺序，包括浇筑混凝土、安装和焊接钢筋、预应力张拉和灌浆等工艺操作。
6. 结构细部设计：根据结构的特点和力学要求，设计并确定结构各个连接部位（如节点、墙柱交接、板梁交接等）和构造细部（如开孔、凹槽、压应力区等）的尺寸和形式，保证结构的整体性和安全性。
7. 构造计算：对结构各个构件进行构造计算，确定每个构件的尺寸、配筋和预应力钢筋的布置，以保证结构的合理性和经济性。
8. 施工监督与质量控制：在施工过程中，通过监督和检查，控制结构施工的质量和进度，保证结构的可靠性和耐久性。
总之，混凝土结构的设计方法是一个整体性的过程，需要综合考虑结构的力学性能、耐久性、经济性和施工可行性等因素，通过科学的分析和计算，最终确定合理、安全、经济的结构设计方案。
《混凝土结构设计原理》电子教案
《混凝土结构设计原理》电子教案第一章：混凝土结构的基本概念1.1 混凝土结构的定义1.2 混凝土结构的特点1.3 混凝土结构的应用范围1.4 混凝土结构的设计原则1.5 混凝土结构的设计流程第二章：混凝土的基本性质2.1 混凝土的组成材料2.2 混凝土的力学性质2.3 混凝土的耐久性2.4 混凝土的变形特性2.5 混凝土的强度理论第三章：混凝土结构的设计方法3.1 结构力学的相关知识3.2 极限状态设计方法3.3 安全系数设计方法3.4 混凝土结构的极限状态方程3.5 混凝土结构的设计计算步骤第四章：梁和板的设计4.1 梁的设计要点4.2 梁的抗弯承载力计算4.3 梁的抗剪承载力计算4.4 板的设计要点4.5 板的抗弯承载力计算第五章：柱和墙的设计5.1 柱的设计要点5.2 柱的轴压承载力计算5.3 柱的抗弯承载力计算5.4 墙的设计要点5.5 墙的抗压承载力计算第六章：混凝土结构的设计规范6.1 国内外主要混凝土结构设计规范简介6.2 设计规范的基本原则和规定6.3 混凝土强度等级和构件尺寸限制6.4 荷载及其组合6.5 结构耐久性和防火要求第七章：钢筋混凝土梁的设计7.1 钢筋混凝土梁的设计流程7.2 抗弯承载力设计7.3 抗剪承载力设计7.4 挠度验算7.5 裂缝宽度验算第八章：钢筋混凝土板的设计8.1 钢筋混凝土板的设计流程8.2 单向板设计8.3 双向板设计8.4 板的翘曲验算8.5 板的构造要求第九章：钢筋混凝土柱和墙的设计9.1 钢筋混凝土柱的设计流程9.2 轴压承载力设计9.3 抗弯承载力设计9.4 抗剪承载力设计9.5 柱和墙的稳定性验算第十章：混凝土结构施工图的解读10.1 施工图的基本构成10.2 结构平面图的解读10.3 结构立面图和剖面图的解读10.4 钢筋图的解读10.5 施工图的变更和修改第十一章：混凝土结构的抗震设计11.1 地震工程基本概念11.2 结构抗震设计原则11.3 地震作用计算11.4 混凝土结构的抗震承载力设计11.5 抗震构造要求第十二章：混凝土结构的加固设计与修复12.1 结构加固的必要性12.2 常见的加固方法12.3 加固设计的计算方法12.4 加固材料的选用12.5 加固施工注意事项第十三章：混凝土结构的经济性分析13.1 结构经济性的重要性13.2 成本分析的基本方法13.3 结构方案的经济比较13.4 材料选择的经济性考虑13.5 施工方案的经济性分析第十四章：计算机在混凝土结构设计中的应用14.1 结构分析软件的介绍14.2 结构分析的基本步骤14.3 参数设置和模型建立14.4 结构分析与设计结果输出14.5 计算机设计在工程实践中的应用案例第十五章：混凝土结构设计的案例分析15.1 案例一：小型混凝土框架结构设计15.2 案例二：高层混凝土剪力墙结构设计15.3 案例三：混凝土连续梁的设计与施工15.4 案例四：混凝土结构的抗震加固设计15.5 案例五：混凝土结构的经济性优化设计重点和难点解析本文档详细介绍了《混凝土结构设计原理》电子教案，共包含十五个章节。
《混凝土结构设计原理》 教案大纲
《混凝土结构设计原理》教案大纲第一章：混凝土结构的基本概念1.1 混凝土结构的定义1.2 混凝土结构的分类1.3 混凝土结构的特点及应用范围1.4 混凝土结构设计的基本原则第二章：混凝土的基本性质2.1 混凝土的组成及材料性质2.2 混凝土的力学性能2.3 混凝土的耐久性2.4 混凝土的变形性能第三章：混凝土结构的受力分析3.1 概述3.2 单向板受力分析3.3 双向板受力分析3.4 梁、柱和节点受力分析3.5 框架结构受力分析第四章：混凝土结构的承载力计算4.1 概述4.2 抗拉、抗压承载力计算4.3 抗弯、抗剪承载力计算4.4 疲劳承载力计算4.5 极限状态设计方法第五章：混凝土结构的变形与裂缝控制5.1 混凝土结构的变形控制5.2 混凝土结构的裂缝控制5.3 钢筋的锚固、焊接与连接5.4 混凝土结构的施工缝处理第六章：混凝土结构的稳定性分析6.1 结构稳定性的基本概念6.2 压弯构件的稳定性分析6.3 受拉构件的稳定性分析6.4 钢筋混凝土构件的稳定性分析6.5 稳定性校核与提高稳定性的措施第七章：混凝土结构的抗震设计7.1 抗震设计的基本概念7.2 地震作用及地震反应7.3 抗震设计原则与要求7.4 混凝土结构的抗震设计方法7.5 抗震设计实例分析第八章：混凝土结构的耐久性设计8.1 耐久性的基本概念8.2 混凝土的侵蚀与碳化8.3 钢筋的腐蚀与防护8.4 混凝土结构的耐久性设计方法8.5 耐久性设计实例分析第九章：混凝土结构的设计实例9.1 工业与民用建筑混凝土结构设计实例9.2 桥梁混凝土结构设计实例9.3 港口与水利混凝土结构设计实例9.4 高层建筑混凝土结构设计实例9.5 特殊环境下的混凝土结构设计实例第十章：混凝土结构设计的软件应用10.1 结构设计软件的基本功能10.2 常见结构设计软件介绍10.3 混凝土结构设计软件操作实例10.4 结构设计软件在工程中的应用与优势10.5 结构设计软件的发展趋势与展望重点解析第一章：混凝土结构的基本概念重点：混凝土结构的定义、分类、特点及应用范围。
混凝土结构构造手册
混凝土结构构造手册第一章引言混凝土结构是建筑结构中常用的一种结构形式，以混凝土作为主要结构材料，通过配筋及构造设计，构成各种不同形式的承重结构。
本手册旨在提供混凝土结构构造的基本原理、设计规范和施工要点等方面的知识，供工程师和施工人员参考。
第二章混凝土材料及技术要求本章主要介绍混凝土材料的性质与分类、施工工艺要求以及与混凝土结构相关的技术要求。
混凝土作为主要的结构材料，其性能直接影响着结构的使用寿命和安全性。
因此，在混凝土结构的施工中，必须对混凝土材料的选用、搅拌、浇筑、养护等方面的操作进行合理控制，以确保混凝土结构的质量。
第三章混凝土结构的设计原理本章主要介绍混凝土结构设计的基本原理，包括载荷计算、结构分析、构造设计等方面的内容。
混凝土结构的设计是保证结构稳定性和强度的根本措施，设计过程中需根据结构的使用要求和具体情况进行合理的设计，确保结构的安全性和经济性。
第四章混凝土结构施工要点本章主要介绍混凝土结构施工过程中的一些要点和注意事项，包括施工方案、模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑、成型和养护等方面的内容。
混凝土结构的施工质量直接影响着结构的使用性能和寿命，因此，施工过程中需要合理安排施工顺序，控制施工参数，确保结构的质量和工期。
第五章混凝土结构的维护与检测本章主要介绍混凝土结构的维护与检测方法和要点，包括结构的日常维护、定期检测和加固措施等方面的内容。
混凝土结构在长期使用中会受到各种外力和环境因素的影响，结构的损坏和老化是不可避免的，因此，针对不同类型的混凝土结构，需要采取相应的维护和检测措施，延长结构的使用寿命。
第六章混凝土结构的安全与防护本章主要介绍混凝土结构的安全与防护措施，包括地震安全性设计、火灾防护、抗水渗漏等方面的内容。
混凝土结构作为承载力较强的建筑结构形式，其对于自然灾害和人为因素的抵抗力较高，但在具体的设计和施工中，仍需采取一系列的安全措施和防护措施，保证结构的安全性和稳定性。
第三章 混凝土结构设计方法
•工程结构设计中的核心问题：–结构力学行为的科学反映•结构分析方法（弹性力学，材料力学，结构力学等）•力的概念，应力与应变的概念，广义胡克定律•结构力学与材料力学的分析范式–工程中客观存在的不确定性的科学度量•结构行为的不可预测性•材料与结构特性的不确定性，荷载的不确定性•分析模型与边界条件的不确定性•第一代结构设计理论：–1678，Hooke 定律–1822，Cauchy 应力概念，弹性力学（固体力学发端）–1825，Navier ，梁、板、壳弹性理论（材料力学传统建立）–1864，Saint-Venant ，弹性力学基本方程–1850，Culmann ，静定框架；–1854，Maxwell ，虚功原理–1903，Kirpichev ，超静定框架的分析理论。
结构分析弹性理论第一代结构设计理论•第一代结构设计理论：容许应力法结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理经验安全系数K : 经验安全系数1900：K -10;1930: K =5•容许应力法的几个问题：–弹性分析理论•结构实际行为是非线性的–应力强度理论•应力强度不是唯一的破坏因素–单一安全系数•不同性质的因素不确定性是不一致–安全系数的确定依据•经验确定的安全系数无可比性•第二代结构设计理论：破坏阶段法（第一阶段）–1914，Kazinczy,钢梁的极限承载力试验；–1926，Mayer ，《Structural Safety 》出版–1930，Fritsche ，钢梁的极限强度分析理论；–1935-1952，关于塑性铰方法（极限强度设计）的争论；–1936，Gvozdev ，极限承载力设计的基本理论结构分析弹性理论第一代结构设计理论第二代结构设计理论非线性材料力学u结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理基于统计的安全系数非线性材料力学经验安全系数第二代结构设计理论-I 20世纪20年代，Mayer 第一次提出：采用概率理论度量工程中客观存在的不确定性1930’s-1960’s•第二代结构设计理论：近似概率的极限状态法（第II 阶段）–1938, Freudenthal 发表许用应力与结构安全–1950，Streletski 提出极限状态(Limit state)的概念；–Cornell （1969），Ang （1969），Lind （1971），Hasofer&Lind （1974），可靠度理论蓬勃发展–1971，国际结构安全联合委员会（JCSS ）成立S,R oP S R结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理近似概率准则非线性材料力学经验安全系数第二代结构设计理论-II 至20世纪80年代，世界大多数国家均已在土木工程结构设计规范中采用考虑多种极限状态的近似概率设计准则。
第三章钢筋混凝土楼盖结构设计
第三章钢筋混凝⼟楼盖结构设计第三章钢筋砼楼盖结构设计第⼀节概述⼀、正确合理地进⾏楼盖结构设计的重要性楼盖是房屋结构中的重要组成部分。
在整个房屋的材料⽤量和造价⽅⾯，楼盖所占的⽐例是相当⼤的，因此合理选择楼盖的结构型式、正确合理地进⾏楼盖结构设计对建筑物的使⽤、美观以及技术经济指标都具有⼗分重要的意义。
●其重要性具体表现在：（1）、在⼀幢混合结构的房屋中，楼盖（屋盖）的造价约占房屋总造价的 30%～40%；在6～12 层的框架结构中，楼盖的⽤钢量约占总⽤钢量的 30%～50%；在钢筋砼⾼层建筑中，砼楼盖的⾃重占总⾃重的 50%～60%。
因此降低楼盖的造价和⾃重对降低整个建筑物的造价和⾃重都是⾮常重要的。
（2）、减⼩楼盖的结构⾼度，从建筑上说，可以降低层⾼；当总⾼⼀定时可以增加层数，对⼀幢 30 层的楼⽽⾔，每层降低0.1 m 就可增加⼀层。
从结构上说，降低层⾼意味着减轻⾃重，也就减⼩了地震作⽤，这对建筑结构设计具有很⼤的经济意义，将直接降低⼯程造价。
（3）、楼盖（屋盖）结构形式和建筑⾯层构造的合理选⽤，直接影响到建筑在隔声、保温、隔热、防⽔和美观⽅⾯的功能要求。
（4）、楼盖结构作为建筑物的⽔平受⼒构件，其受⼒特点和⼯作性能直接影响整个结构的受⼒特点和内⼒分析⽅法的选⽤。
对保证建筑物的承载⼒、刚度、耐久性以及提⾼结构、抗风、抗震性能有着重要的作⽤。
（5）、楼盖结构设计是结构设计⼈员必须熟悉和掌握的基本功，它的设计原理、概念和⽅法可⽤于桥⾯结构、筏基、挡⼟墙、⽔池等许多结构物的设计中。
⼆、楼盖的结构功能及其分类（⼀）楼盖的结构功能建筑结构是⼀个由多种构件组成的空间受⼒结构体系。
按构件的设置⽅向，可认为它是由⽔平结构体系和竖向结构体系组成。
楼盖是由梁、板等⽔平⽅向的构件组成的⽔平承重结构体系，其基本作⽤是：（1）、在竖向，直接承受楼盖中梁、板构件及装修⾯层的重量；承受施加在楼⾯、屋⾯上的使⽤荷载，并传给竖向结构。
混凝土结构的设计方法
混凝土结构的设计方法
混凝土结构的设计方法包括以下几个步骤：
1. 确定结构设计目标和使用要求：确定结构的承载能力、使用寿命、安全性等设计目标，以及结构将承受的荷载、环境条件和使用要求等。
2. 计算荷载：根据设计要求和相关规范，计算结构所承受的荷载，包括常规荷载如建筑重、活荷载、风荷载和地震荷载等。
3. 选择结构形式和构造系统：根据荷载计算结果和设计目标，确定结构的形式和构造系统。
常见的混凝土结构形式包括框架结构、桁架结构、壳体结构、梁-柱结构等。
4. 进行结构计算和分析：根据选择的结构形式和构造系统，进行结构计算和分析，计算结构的内力和变形。
常见的计算方法包括弹性理论分析、有限元分析等。
5. 进行构造设计：根据结构计算和分析结果，进行具体的构造设计，包括确定结构成员的截面尺寸、布置形式、配筋要求等，并考虑结构的施工工艺。
6. 进行结构验算：对所设计的混凝土结构进行验算，检查结构的承载能力和安全性是否满足设计要求，如有不足，需要进行优化或改进。
7. 绘制施工图纸：根据已完成的结构设计和验算结果，绘制混凝土结构的施工图纸，确定结构的具体施工方法和施工序列。
8. 施工和监测：按照施工图纸进行混凝土结构的施工，同时进行施工过程的监测和质量控制，确保结构的质量和安全性。
9. 结构维护和检修：混凝土结构的维护和检修对于其使用寿命和安全性至关重要，定期检查和维护结构，及时修复和加固有损部分，延长结构的使用寿命。
混凝土结构的设计方法
3.4 混凝土结构的耐久性的规定
耐久性：是指结构在预定设计工作年限期内，
在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满 足，而满足正常使用和安全功能要求的能力。
对于一般建筑结构，设计工作年限为50年， 重要的建筑物可取100年。
对于其它土木工程结构，根据其功能要求， 设计工作年限也有差别，如桥梁工程一般要求 在100年以上。
我国对于一般工程结构，当为延性破坏时， 其可靠指标取β =3.2，对脆性破坏取β =3.7。
对于重要的工程结构，应提高可靠指标。 根据建筑的重要程度，将建筑的安全等级分 为了三级。见表3.3
3.3.2 极限状态实用表达式
为了简化设计，实现可靠度指标，因而在实 用设计表达中引入了分项系数
1.可靠性的评价包含在三类分项系数之中，即
基本组合：承载能力极限状态计算时，永
久作用和可变作用的组合。 ◆①由可变荷载效应控制的组合
S G S G K Q 1 S Q 1 K i n 2Q c iS iQiK
◆②由永久荷载效应控制的组合
n
S GSGK
S Qi ci QiK
i1
取两者中的较大值
标准组合：正常使用极限状态计算时，采用
S dS G K f1 S Q 1 Ki n 2 qS iQiK
例：一简支梁，计算跨度为8米，作用有均布荷载，
恒 载 标 准 值 gk=10kN/m ， 分 项 系 数 G=1.2
（1.35），活荷载标准值qk=8kN/m，分项系
数Q=1.4，构件安全等级为二级。
分别计算梁支座剪力的基本组合、标准组合、 频遇组合和准永久组合(活载组合值系数0.7， 频遇系数0.5；准永久系数 0.4)
1）材料强度的设计值
第3章 混凝土结构设计的基本原则
第3章混凝土结构设计的基本原则3.1 混凝土结构设计理论的发展最早的钢筋混凝土结构设计理论是采用以弹性理论为基础的容许应力计算法。
这种方法要求在规定的标准荷载作用下，按弹性理论计算的应力不大于规定的容许应力。
容许应力系由材料强度除以安全系数求得，安全系数则根据经验和主观判断来确定。
由于钢筋混凝土并不是一种弹性材料，而是有着明显的塑性性能，因此，这种以弹性理论为基础的计算方法不能如实地反映构件截面的应力状态。
20世纪30年代出现了考虑钢筋混凝土塑性性能的破坏阶段计算方法。
这种方法以考虑了材料塑性性能的结构构件承载力为基础，要求按材料平均强度计算的承载力必须大于计算的最大荷载产生的内力。
计算的最大荷载是由规定的标准荷载乘以单一的安全系数而得出的，安全系数仍是根据经验和主观判断来确定。
在20世纪50年代提出了极限状态计算法。
极限状态计算法是破坏阶段计算法的发展，它规定了结构的极限状态，并把单一安全系数改为三个分项系数，即荷载系数、材料系数和工作条件系数，故又称为“三系数法”。
三系数法把不同的材料和不同的荷载用不同的系数区别开来，使不同的构件具有比较一致的可靠度，部分荷载系数和材料系数是根据统计资料用概率的方法确定的。
我国1966年颁布的《钢筋混凝土结构设计规范》BJG 21—66即采用这一方法，1974年颁布的《钢筋混凝土结构设计规范》TJ10—74亦是采用极限状态计算法，但在承载力计算中采用了半经验、半统计的单一安全系数。
在总结我国的试验研究、工程实践经验和学习国外科技成果的基础上，我国于2001年颁布的修订本《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001采用了以概率论为基础的极限状态设计法，使我国的建筑结构设计基本原则更趋合理。
目前，国际上将概率方法按精确程度不同分为三个水准：半概率法、近似概率法、全概率法。
（1）水准I——半概率法。
对影响结构可靠度的某些参数，如荷载值和材料强度值等，用数理统计进行分析，并与工程经验相结合，引入某些经验系数。
极限状态设计表达式
◆ 结构或构件丧失稳定
◆ 结构形成几何可变体系
3.3 极限状态设计法
第三章 混凝土结构的设计方法
正常使用极限状态
超过该极限状态，不能满足适用性和耐久性的要求。
◆ 过大的变形、侧移；
◆ 过大的裂缝； ◆ 过大的振动；
◆ 其他正常使用要求。
3.3 极限状态设计法
第三章 混凝土结构的设计方法
二、极限状态方程
第三章 混凝土结构的设计方法
§3.2 荷载和材料强度
对于结构设计而言，如何设计的安全呢？
Sm Sm+1.645σ
fm-1.645σ fm
荷载标准值： 材料强度标准值：
Sk Sm 1.645 Sm (1 1.645 )
fk fm 1.645 fm (1 1.645 )
结构的功能函数Z=R-S（随机变量）。
Z=R-S>0，可靠
Z=R-S=0，极限状态
Z=R-S<0，失效
Z=0 称为结构的极限状态方程。
3.3 极限状态设计法
第三章 混凝土结构的设计方法
f(Z)
三、结构的可靠度和可靠指标 可靠度：可靠性的概率度量。
Pf
bz
1、可靠概率PS 2、失效概率Pf
PS f Z dZ
结构可靠性越高，建设造价投资越大。
■ 如何在可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。
3.1 结构可靠度
第三章 混凝土结构的设计方法
三、结构安全等级
建筑结构的安全等级
安全等级 一级 二级 破坏后果 很严重 严重 建筑物类型 重要的建筑物 一般的建筑物
三级
不严重
次要的建筑物
3.1 结构可靠度
混凝土结构设计原理 第3章混凝土结构设计的基本原则
极限状态函数可表示为：
(3-2) Z=R-S 式中，R——结构构件抗力，它与材料的力学指标及材料用量有关； S——作用(荷载)效应及其组合，它与作用的性质有关。 Z 为复合随机变量， 它们之间的运算规则应按概率理论进行。 R 和 S 均可视为随机变量， 式(3-2)可以用来表示结构的 3 种工作状态： 当 Z > 0 时，结构能够完成预定的功能，处于可靠状态。 当 Z < 0 时，结构不能完成预定的功能，处于失效状态。 当 Z = 0 时，即 R=S 结构处于临界的极限状态， Z = g ( R, S ) = R − S = 0 ，称为极限状
结构能够完成预定功能的概率称为可靠概率 PS ；结构不能完成预定功能的概率称为失 效概率 Pf 。显然，二者是互补的，即 Ps + Pf = 1.0 。因此，结构可靠性也可用结构的失效概 率来度量，失效概率愈小，结构可靠度愈大。 可靠概率 失效概率
Ps = P( z ≥ 0) = ∫
+∞ 0
f ( z )dz
2. 承载能力极限状态
结构或构件达到最大承载力，疲劳破坏或不适于继续承载的变形状态称为承载能力极 限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求，主要包括： ① 结构或构件达到最大承载力(包括疲劳)。 ② 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移)。 ③ 结构塑性变形过大而不适于继续使用。 ④ 结构形成几何可变体系(超静定结构中出现足够多的塑性铰)。 ⑤ 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。
表 3-1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念 结构的功能 安全性 适用性 耐久性 受弯承载力 挠度变形 裂缝宽度 可 靠 极限状态 M = Mu f=[f] wmax= [wmax] 失 效
国开混凝土结构课程设计
国开混凝土结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解混凝土结构的定义、分类及其在工程中的应用。
2. 学生能掌握混凝土材料的力学性能，包括强度、刚度、稳定性等基本概念。
3. 学生能了解混凝土结构设计的基本原则和方法，包括荷载分析、截面设计、钢筋配置等。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，对简单的混凝土结构进行初步设计和计算。
2. 学生能通过实际案例，分析和解决混凝土结构在设计过程中可能遇到的问题。
3. 学生能运用专业软件或工具，进行混凝土结构设计和性能模拟。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对土木工程专业的热爱和责任感，认识到混凝土结构在国民经济建设中的重要性。
2. 学生在学习过程中，培养合作意识、探究精神和批判性思维。
3. 学生通过课程学习，增强对工程质量的敬畏之心，树立正确的工程伦理观。
课程性质分析：本课程为国开混凝土结构课程设计，旨在通过实际案例和动手实践，使学生在掌握混凝土结构基本知识的基础上，提高解决实际问题的能力。
学生特点分析：本课程针对的对象为具有一定力学基础和土木工程知识的高年级学生，他们对混凝土结构有一定了解，但设计经验不足。
教学要求：1. 教师需结合教材，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究，培养学生的创新意识。
3. 教学评价应关注学生的知识掌握、技能运用和情感态度价值观的培养，全面评估学生的学习成果。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 混凝土结构基本概念：混凝土材料的力学性能、结构分类及工程应用。
- 教材章节：第一章 混凝土结构基本概念- 内容列举：混凝土的强度、刚度、稳定性；混凝土结构的优缺点；各类混凝土结构的应用。
2. 混凝土结构设计原理：荷载分析、截面设计、钢筋配置等。
- 教材章节：第二章 混凝土结构设计原理- 内容列举：荷载组合与作用；截面设计方法；钢筋的选用与配置；耐久性设计。
3. 混凝土结构设计方法：介绍混凝土结构设计的基本步骤和方法。
第3章_混凝土结构的设计方法
Pf = P ( R < S ) = P ( R − S < 0)
（3-3）
失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率 Pf 来定量表示结构可靠 性的大小。当失效概率小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为 结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率 [ Pf ] 。 为使分析简单化， 假定 S 及 R 均服从正态分布，S 的均值为 µ S ，S 的标准差为 σ S ，R 的均值为 µ R ， R 的标准差为 σ R ， 且 S 及 R 相互独立。由概率理论得知，两个相互独立的 正态分布的随机变量之差 Z = R − S 仍服从正态分布，其均值和标准差分别为： µZ = µR − µS
Z = R − S = 0 态： S≤R
3.4.1.3 结构设计问题的不确定性
（3-2）
荷载效应 S 及结构抗力 R 均为随机变量。比如两端简支梁跨中弯矩的表达式
1 M = ( g + q )l 2 ，其中恒荷载 g 与构件尺寸、材料容重等有关，活荷载 q（楼面活载、雪荷 8 载等）的数值都是随时在变化的，另外计算简图中的计算跨度 l 与实际情况也有误差。此时
顾及到可能造成的环境影响、 社会影响等次生经济损失， 这种经济损失往往远超过工程本身。 3.4.1.5 结构的失效概率和可靠指标 失效概率就是结构或构件不能满足预定功能的概率。 概率理论认为，人们设计的结构都会有失效的可能性，只是可能性大小不同而已，或者 说失效概率总不会等于零。 若设 R > 0 ， S > 0 ，则失效概率可表示为：
对次要的结构，其安全等级可取为三级。
工程结构的安全等级 破坏后果 很严重 严 重 不严重
注：对重要的结构，安全等级应取为一级；对一般的结构，其安全等级宜取为二级；
混凝土结构设计原理PPT课件第3章 受弯构件正截面承载力计算
3.5.3计算方法 1）截面计算
情况1：已知截面尺寸、材料的强度类别，弯 矩计算值，求 As和As 。
（1）假设 as和as ，求得h0 has。
（2）验算是否需要双筋截面。
M M ufcb d02 hb(1.5b)
（3）补充条件xbh0 ，求得 As和As 。
（4）分别选择受压及受拉钢筋的直径和根数，进 行截面布置。
第三章
受弯构件正截面承载力计算
受弯构件的主要破坏形态:
3.1受弯构件的截面形式与构造 3.1.1截面的形式和尺寸
板
受压区
现浇板宽度 比较大，计算 时可取单位宽 度的矩形截面 计算。
b 整体式板
受拉钢筋
钢筋混凝土简支板的标准跨径不宜大于13m，连 续板桥的标准跨径不宜大于25m，预应力连续板桥 的标准跨径不宜大于30m。
As
M fsd(h0 as)
（4）当 xbh0且 x2as时，由基本公式求 A s 。
（5）选择钢筋的直径和根数，布置截面钢筋。
2)截面复核 （1）检查钢筋布置是否符合要求。 （2）按双筋截面求受压区高度x。
（3）当 xbh0且 x2as时，由下式求受拉钢筋面积。
As
M fsd(h0 as)
箍筋直径不小于8mm或受压钢筋直径的1/4倍。
受压钢筋的应力 由图可得：
cu 0.0033
x c xc as s
a s
cs uxcx cas (1a xc s)(10.8 xas)
A s
As
s
0.00(1303.8as) x
取 x 2as
C0bx0bxc 0bch0 yc 2x12xc 12ch0
x = βxc
混凝土结构设计原理第3章钢筋混凝土轴心受压构件
混凝土结构设计原理第3章钢筋混凝土轴心受压构件钢筋混凝土轴心受压构件是混凝土结构中常见的一种构件形式，主要用于承受垂直于构件轴线方向的压力。
钢筋混凝土轴心受压构件的设计原理分为两部分：构件的轴心受压行为和构件的承载能力计算。
构件的轴心受压行为主要包括构件的受压区域、受压区域的应力分布和受压区域的破坏机制。
钢筋混凝土轴心受压构件的典型截面形态为矩形或圆形，受压区域的形态可能是均匀分布的，也可能是不均匀分布的。
构件的轴心受压行为需要满足构件内力平衡条件和满足构件受压后的变形和破坏要求。
构件的承载能力计算是根据轴心受压构件的截面尺寸、材料强度和受力状态等因素，通过确定构件的抗压能力来判断构件是否满足设计要求。
钢筋混凝土轴心受压构件的承载能力主要由混凝土和钢筋的受压能力共同决定，混凝土的受压承载能力取决于混凝土的抗压强度和受压区域的形态，钢筋的受压承载能力取决于钢筋的抗压强度和受压区域的钢筋配筋率。
在设计钢筋混凝土轴心受压构件时，需要确定合适的截面尺寸和配筋率，并满足以下设计原则：1.受压区域的尺寸要满足受力要求和受变形要求。
受压区域的尺寸过小可能导致构件的承载能力不足，受压区域的尺寸过大可能造成材料的浪费。
2.配筋率要满足受力要求和受变形要求。
钢筋的配筋率过小可能导致构件的抗压能力不足，钢筋的配筋率过大可能造成材料的浪费。
3.构件的抗压能力要大于受力要求。
构件的抗压能力应该满足构件在设计使用寿命内的受力要求，包括弯曲强度、剪切强度和承载力等。
4.考虑构件的极限状态和使用状态。
在设计过程中，需要考虑构件的极限状态和使用状态，确保构件在使用过程中的安全可靠性。
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第三章 混凝土结构的设计方法一、填空题：1、建筑结构的功能是指： 、 、 。
2、我国的结构设计的基准期规定为 。
3、作用在结构上的荷载的类型有： 、 、 三种。
4、荷载的代表值有： 、 、 、 四种。
5、在荷载的代表值中， 是最基本的代表值，其它的值都是以此为基础进行计算的。
6、荷载的设计值是指 。
7、结构功能的两种极限状态包括 、 。
8、荷载的分项系数是通过 和 确定的。
9、为提高结构可靠度，结构设计时，从 、 、 三方面给予保证。
10、结构安全等级为二级的，结构重要性系数为 。
11、完成结构预定功能的规定的条件是 、 、、 。
二、判断题：1、在进行构件承载力计算时，荷载应取设计值。
（ ）2、在进行构件变形和裂缝宽度验算时，荷载应取设计值。
（ ）3、设计基准期等于结构的使用寿命，结构使用年限超过设计基准期后，结构即告报废，不能再使用。
（ ）4、结构使用年限超过设计基准期后，其可靠性减小。
（ ）5、正常使用极限状态与承载力极限状态相比，失效概率要小一些。
（ ）6、结构的重要性系数，在安全等级为一级时，取0.10=γ。
（ ）7、以恒载作用效应为主时，恒载的分项系数取2.1。
（ ）8、以活载作用效应为主时，恒载的分项系数取35.1。
（ ）9、活载的分项系数是不变的，永远取4.1。
（ ）10、荷载的设计值永远比荷载的标准值要大。
（ ）11、恒载的存在对结构作用有利时，其分项系数取得大些，这样对结构是安全的。
（ ）12、任何情况下，荷载的分项系数永远是大于1的值。
（ ）13、结构的可靠指标β越大，失效概率就越大，β越小，失效概率就越小。
（ ）14、承载能力极限状态和正常使用极限状态都应采用荷载设计值进行计算，这样偏于安全。
（ ）15、荷载的组合值是考虑在多层结构设计时，各层活荷载都同时达到最大的值的可能性较小。
（）16、荷载的组合值是考虑作用于结构上的活载有两种或两种以上时，多种荷载同时达到最大值的可能性较小的折减系数。
（）三、单项选择题：1、下列关于设计基准期和设计使用年限的概念何项是错误的？A可靠度指结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率；规定的时间指设计基准期B设计基准期是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，设计基准期为50年C设计使用年限是设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按期预定的目的使用的时期D设计使用年限按1、2、3、4类分别采用5年、25年、50年、100年。
2、超过设计基准期的建筑结构，将会发生（）。
A倒坍B可靠性指标降低C对结构安全无影响3、（）属于超出承载能力极限状态。
A裂缝宽度超过规定限值B挠度超过规范限值C结构或构件视为刚体失去平衡D预应力构件中混凝土的拉应力超过规范限值4、下列属于超出正常使用极限状态的情况有（）。
A雨篷倾倒B现浇板楼面在人行走动中震动较大C雨篷梁出现裂缝D连续梁中间支座产生塑性铰5、下列何种状态不是超过承载能力极限状态？A结构作为刚体失去平衡，如挑梁的倾覆B构件变形过大，超过规范规定的挠度或水平位移限值C墙、柱压屈失稳D地基失稳6、下列何种状态不是超过正常使用极限状态的状态？A影响正常使用或外观的变形B混凝土构件的裂缝宽度超过规范规定的限值C影响正常作用的振动D结构构件或连接因过度变形而不适于继续承载7、下列关于设计状况的论述中，何项正确？A房屋结构承受正常人员荷载的状况属短暂状况B结构施工承受堆料荷载或维修状况属持久状况C结构遭受多遇地震、火灾、爆炸的状况属偶然状况D对三种设计状况（持久状况、短暂状况、偶然状况）均应进行承载能力极限状态设计8、根据结构的重要性及破坏可能产生后果的严重程度，将结构的安全等级划分为（）级。
A2 B3 C4 D59、下列关于建筑结构的安全等级的叙述（）正确。
A 建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构相同。
对其中部分构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级B 混凝土屋架、托架的安全等级应提高一级C 承受恒载为主的轴压柱、小偏压柱，其安全等级应提高一级D 预制构件在施工阶段的安全等级，可较其使用阶段的安全等级降低一级10、在进行正常使用极限状态的验算中，荷载采用（ ）。
A 最大值B 设计值C 标准值D 平均值11、在进行承载能力极限状态的验算中，荷载采用（ ）。
A 最大值B 设计值C 标准值D 平均值12、工程结构的可靠指标β与失效概率f p 的之间存在下列（ ）关系。
A β越大，f p 越大B β与f p 呈反比关系C β与f p 呈正比关系D β与f p 存在一一对应关系，β越大，f p 越小13、安全等级为二级的建筑结构的混凝土梁，当进行斜截面受剪承载力计算时，要求可靠指标β不应小于下列（ ）数值。
A 2.3=βB 25.02.3-=βC 7.3=βD 25.07.3-=β14、我国钢筋混凝土结构规范度量混凝土结构可靠性的原则是（ ）。
A 用分项系数，不用f pB 用分项系数和结构重要性系数，不用f pC 用β，不用f pD 用β代替f p ，并在形式上采用分项系数和结构重要性系数代替β15、下列（ ）作用不属于永久作用。
A 结构自重B 土压力C 预应力D 温度作用16、下列（ ）不属于偶然作用。
A 罕遇地震B 爆炸力、撞击力C 施工检修荷载D 龙卷风17、有关荷载分项系数的叙述，（ ）是不正确的。
A G γ为恒载分项系数B Q γ用于计算活载效应的设计值C G γ不分场合，均取1.2D Q γ取1.4，当活载标准值不小于2/4m KN 时，取1.318、一般说结构的可靠性是指结构的（ ）。
A 安全性B 适用性C 耐久性D 安全性、适用性、耐久性19、各种荷载在建筑结构设计时采用荷载的基本代表值是（ ）。
A 荷载的标准值B 荷载准永久值C 荷载的组合值D 荷载的频遇值20、在荷载的组合时，屋面活荷载和雪荷载（ ）。
A 同时考虑B 取二者中较大者C 取二者中的较小者D 二者均不需要考虑21、在荷载的组合时，积灰荷载和屋面活荷载或雪荷载中的较大者（ ）。
A 同时考虑B 取二者中较大者C 取二者中的较小者D 二者均不需要考虑四、简答题：1、什么是建筑结构的功能？2、什么是结构上的作用？3、什么是结构的“设计基准期”？我国的结构设计基准期规定的年限多长？4、设计基准期是否等于结构的使用寿命？5、《建筑结构荷载规范》将结构上的荷载分为哪几类？6、荷载的代表值有哪些？7、什么叫荷载的标准值？分哪几种？8、什么叫荷载的组合值？9、什么是荷载的作用效应10、什么叫结构的抗力？影响因素有哪些？11、建筑结构有哪两种极限状态？举例说明超过了两种极限状态的后果。
12、什么叫建筑结构可靠性？13、什么叫建筑结构可靠度？14、如何划分结构的安全等级？分哪几级？15、同一建筑物内各种结构构件的安全等级是否要相同？16、为什么要引入分项系数？17、什么叫荷载的分项系数？荷载的分项系数如何确定的？如何取值？18、何谓荷载的设计值？何谓内力设计值？19、结构重要性系数如何取值？20、为提高结构可靠度，结构设计时，从哪三方面给予保证？21、建筑结构的破坏性质有哪两种？其可靠度指标定的是否相同？22、按现行的设计方法进行混凝土结构设计时，需要做哪些计算与验算？23、什么是混凝土结构的耐久性？影响耐久性的因素有哪些？24、对于基本组合，荷载效应组合的设计值S 考虑了哪两种情况的组合？五、计算题：2-1 某办公楼屋面采用预制钢筋混凝土空心板，简支在砖墙上，如图2-1（a ）所示。
板的跨度为3600mm ，板宽mm b 1200 ，屋面的材料构造作法如图2-1（b ）所示（注：找坡层最薄处20mm ，最厚236mm ）。
预制空心板的厚度为120mm ，自重为2/24.2m KN ，屋面活荷载的标准值为2/5.0m KN ，雪荷载标准值为2/4.0m KN ，试确定屋面板的弯矩设计值。
图2-1 习题2-1附图 2-2 某教学楼的内廊为简支在砖墙上的现浇钢筋混凝土板，计算跨度m l 66.20=，板厚为100mm 。
楼面的材料作法为：采用水磨石地面（10厚面层，20mm 厚水泥砂浆打底），自重为2/65.0m KN ，板底抹灰厚15mm 混合砂浆，楼面活荷载的标准值为2/5.2m KN ，试计算该楼板的弯矩设计值。
2-3 已知矩形截面简支梁，截面尺寸b ×h=250mm×600mm，两端搭接在砖墙上，搭接长度mm a 240=，如图2-2所示。
承受板传来均布恒载标准m KN G k /32.15=，均布活载标准值m KN Q k /25.11=，试计算梁的跨中最大弯矩和支座剪力设计值。
图2-2 习题2-3附图参考答案一、 填空题：1、适用性 安全性 耐久性2、50年3、永久性荷载 可变荷载 偶然荷载4、荷载标准值可变荷载准永久值可变荷载频遇值可变荷载组合值5、荷载标准值6、荷载标准值与荷载分项系数的乘积。
7、承载能力极限状态正常使用极限状态8、可靠度分析工程经验9、结构重要性系数荷载分项系数材料的分项系数10、1.011、正常设计正常施工正常使用正常维护二、判断题：1、∨2、×3、×4、∨5、×6、×7、×8、×9、×10、×11、×12、×13、×14、×15、×16、∨三、单项选择题：1、A2、B3、C4、A5、B6、D7、C8、B9、A 10、C 11、B 12、D 13、C 14、D 15、D 16、C 17、C 18、D 19、A 20、B 21、A四、简答题：1、在进行结构设计时，各类结构及构件在规定的时间内，在正常条件下，均能满足下列各项预定的功能要求：（1）安全性；（2）适用性；（3）耐久性。
2、是指施加在结构上的集中或均布荷载以及引起结构外加变形或约束变形的因素的总称。
（1）直接作用：是指施加在结构上的集中或均布荷载（习惯上称荷载）。
——定量(结构计算主要考虑荷载)（2）间接作用：引起结构外加变形或约束变形的因素（如地基变形、混凝土收缩、温度变化或地震等引起的作用）。
——定性（构造上采取措施）3、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。
由于作用在结构上的作用都是随时间而变化的，所以分析结构可靠度时必须相对固定一个时间坐标，以做基准，称设计基准期T，我国规定为50年。
4、结构设计基准期不等于结构的寿命，但有一定的联系。
当年限超过50年后，失效概率增大，但结构并未完全报废，适当维修，还能正常使用。
5、分为三类：（1）恒荷载（永久荷载）：在结构使用期间，其值不随时间变化或变化与其平均值相比可乎略。