混凝土基本原理

1.3 结构的功能和极限状态简述
1.3.1 结构的功能
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”。
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
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
1.3.3 荷载和材料强度
荷载值基本上不随时间而变化的荷载，称为永 久荷载或恒荷载(用G或g表示)，例如结构的自重。
荷载值随时间而变化的荷载，称为可变荷载或 活荷载(用Q或q表示)，例如楼面活荷载。
荷载的标准值是荷载的基本代表值，用下标k 表示，在验算变形和裂缝宽度时要用荷载的标准 值。
在计算截面承载力时，为了满足可靠度的要 求，应采用比其标准值大的荷载设计值。
现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010—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。
由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方 法建立预加应力的混凝土制成的结构称为预应力 混凝土结构。
1.1.2 配筋的作用与要求
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源自文库 (a)素混凝土梁；(b)钢筋混凝土梁；(c)钢筋混凝土轴心受压柱
荷载设计值等于荷载标准值乘以荷载分项系 数。恒荷载的荷载分项系数一般取为1.2；活荷载 的荷载分项系数一般取为1.4。
按荷载标准值计算得到的内力，称为内力的标准值， 例如弯矩标准值Mk、轴向力标准值Nk等。
按荷载设计值计算得到的内力，称为内力的设计值， 例如弯矩设计值M、轴向力设计值N等。
验算变形、裂缝宽度时，应采用材料强度的标准值； 计算截面承载力时，要用比材料强度标准值小的材料强度 设计值。材料强度设计值等于材料强度标准值除以材料强 度的分项系数。
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。
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 双塔大厦 。
我国最高的建筑是高382m(88层)的上 海 金茂大厦 ，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)的广州中天广场 是我国最高的钢筋混 凝土建筑。
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。
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。
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。
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。
1.1.3 钢筋混凝土结构的优缺点
针对这些缺点，可采用轻质 高强混凝土及预应力混凝土以减 轻自重，改善钢筋混凝土结构的 抗裂性能。
1.2 混凝土结构的发展概况
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。
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
1.3.2 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。
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
。
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。
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。
加拿大多伦多 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。
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。
混凝土结构
混凝土结构
• 上册 混凝土结构设计原理 • （第五版）
第1章 绪论
1.1 混凝土结构的一般概念
1.1.1 混凝土结构的定义与分类
以混凝土为主制成的结构称为混凝土结构， 包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混 凝土结构等。
由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结 构称为素混凝土结构。
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称为钢筋混凝土结构。