01-绪论哈工大：混凝土结构设计原理

第一章 绪论
金茂大厦主体结构中部为八角形型钢配筋混凝土(SRC)核 核 金茂大厦主体结构中部为八角形型钢配筋混凝土 心筒束，筒内井字形墙到56层结束 层结束， 心筒束，筒内井字形墙到 层结束，然后单筒升到 335.3 m； ； 核心筒四周为八根SRC大柱，截面由 1.5 m×5 m逐渐收至 大柱， 逐渐收至1 核心筒四周为八根 大柱 × 逐渐收至 m×3.5 m，以适应逐渐收进的外形。 × ，以适应逐渐收进的外形。
第一章 绪论
1.2 混凝土结构的应用与发展
1824年英国人阿斯普丁 年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥 年英国人阿斯普丁 发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波 年法国人朗波(mbot)制造了第一只钢筋混凝土小船 年法国人朗波 制造了第一只钢筋混凝土小船 材料利用合理 钢筋与混凝土的材料强度可充分发挥； 钢筋与混凝土的材料强度可充分发挥； 1872年在纽约建造了第一所钢筋混凝土房屋 年在纽约建造了第一所钢筋混凝土房屋 可模性好 适用于各种复杂的结构形式； 适用于各种复杂的结构形式； 混凝土结构开始应用距今仅150多年 混凝土结构开始应用距今仅 多年 维护费用低； 耐久和耐火性好 维护费用低； 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长， 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但 有利于结构的抗震、抗爆； 结构整体性好 有利于结构的抗震、抗爆； 发展非常迅速， 发展非常迅速，目前已成为大量土木工程中主要采用的结构形 刚度、 有利于结构的变形控制； 刚度、阻尼大 有利于结构的变形控制； 而且高性能混凝土 新型钢－混凝土组合结构还在不断发 高性能混凝土和 式，而且高性能混凝土和新型钢－混凝土组合结构还在不断发 混凝土材料可就地取材， 材料易获得 混凝土材料可就地取材，还可利用工业废料 展。 作为其原材料，进而保护环境。 作为其原材料，进而保护环境。
钢骨混凝土 Steel Reinforced Concrete (SRC)
第一章 绪论
可利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度， 可利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直 接采用钢管来约束混凝土 接采用钢管来约束混凝土 钢管
核心混凝土三向受压 核心混凝土三向受压 钢管混凝土 Concrete filled Steel Tube
第一章 绪论
第一章 绪论
活性粉末混凝土 Reactive Powder Concrete, RPC 法国Bouygues公司 公司1993年研究成功 法国 公司 年研究成功 抗压强度可达200MPa、500MPa和800MPa 、 抗压强度可达 和 采用粒径小于1mm的细石英砂为粗骨料 的细石英砂为粗骨料 采用粒径小于 在成型过程中施加压力、热水养护或蒸压养护 在成型过程中施加压力、 掺入细而短的钢纤维，抗折强度可达50MPa。 掺入细而短的钢纤维，抗折强度可达 。
第一章 绪论
第一章 绪论
高性能混凝土包括高强度、高耐久性和高工作性三个要素 高性能混凝土包括高强度、高耐久性和高工作性三个要素 高强度
序 号
工程名称
建筑面积 应用部位 (万m2) (层) 层 万
混凝土 供应方
施工年月
强度平均值 (MPa)
1 2.4 2003.4 116.3 -2～+5 远吉大厦 华兴 林立岩设计大师与沈阳北方建筑材料试验有限责任公司 林立岩设计大师与沈阳北方建筑材料试验有限责任公司 2 2.1 114.5 1～3 贵和大厦 泰丰 成功地在沈阳皇朝万鑫大厦工程中应用了C100级高性能 工程中应用了 成功地在沈阳皇朝万鑫大厦工程中应用了2004.3 级高性能 3 皇朝万鑫大厦 泵送混凝土。 泵送混凝土。 4 5 东北大学科技 综合楼 宏发国际名城 20 3.8 10.5 -2～+8 1～3 -2～+12 汉拿 健富 华兴 2005.4～ 7 2005.9 2005.9 119.1 正在施工 116.9
由于采用了RPC材料，不仅大大减轻了桥梁结构的自重，同 材料，不仅大大减轻了桥梁结构的自重， 由于采用了 材料 时提高了桥梁在高湿度环境、除冰盐腐蚀与抗冻融循环作用 时提高了桥梁在高湿度环境、除冰盐腐蚀与抗冻融循环作用 高湿度环境 下的耐久性能。 下的耐久性能。
钢管RPC钢管混凝土桁架 钢管混凝土桁架 钢管
第一章 绪论
混凝土的材料特性 混凝土的材料特性
抗压强度高， 抗压强度高，而抗拉强度却很低 通常抗拉强度只有抗压强度的1/8~1/20 通常抗拉强度只有抗压强度的 破坏时具有明显的脆性特征 破坏时具有明显的脆性特征
第一章 绪论
钢筋的材料特性 钢筋的材料特性
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 具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性 屈服现象 细长的钢筋受压时极易压曲 细长的钢筋受压时极易压曲
第一章 绪论
混凝土结构设计原理
Design Principle for Concrete Structures
主讲： 郑文忠 主讲：
王震宇 邹超英
教授 副教授 教授
哈尔滨工业大学 土木工程学院 School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology
第一章 绪论
主要教学参考书 主要教学参考书 （Text Book and References） References）
第一章 绪论
Introduction
1.1 1.2 1.3 1.4 混凝土结构的概念和特点 混凝土结构的应用与发展 学习内容、 学习内容、目的及方法 本课程考核方式
第一章 绪论
钢－混凝土组合结构 Composite Structure 素混凝土 Plain Concrete 钢筋混凝土 Reinforced Concrete 钢骨混凝土 Steel Reinforced Concrete 钢管混凝土 Concrete Filled Steel Tube 纤维增强混凝土 Fiber Reinforced Concrete 预应力混凝土 Prestressed Concrete
第一章 绪论
轻集（ 轻集（骨）料混凝土主要为解决混凝土自重大的缺陷，采用 料混凝土主要为解决混凝土自重大的缺陷， 浮石、工业废渣及轻砂为原料， 浮石、工业废渣及轻砂为原料，减少了混凝土结构的自重
目前世界上最高的轻骨料混凝土 高层建筑为美国的休斯敦贝壳广 高层建筑为美国的休斯敦贝壳广 场大厦， 层 米 场大厦，共52层，高215米。
第一章 绪论
韩国 Seoul（汉城）混凝土步行拱桥 （汉城） 跨度120m，拱高15m，厚1.3m，没有任何柱子支撑，没有箍筋 ，拱高 跨度 ， ，没有任何柱子支撑，
第一章 绪论
国际金融中心 （415米） 米
上海环球金融中心 （492米） 米
阿拉伯酋长国 迪拜摩天大楼 （ 800米） 米
钢筋混凝土结构的缺点
不适于发展高层和大跨结构； 自重大 不适于发展高层和大跨结构；
？
第一章 绪论
钢材和混凝土同时承受100吨的压力 吨 钢材和混凝土同时承受 往往导致受力构件的截面尺寸较大； 承载力较低 往往导致受力构件的截面尺寸较大； 抗压强度： 混凝土 混凝土30MPa 钢材235MPa 抗压强度： 钢材 对防渗防漏的结构不利，还会影响结构的耐久性； 抗裂性差 对防渗防漏的结构不利，还会影响结构的耐久性； 施工较复杂 工期长，受季节影响； 工期长，受季节影响； 183 修复、 混凝土产生裂缝或被压碎后修复困难； 修复、加固难 混凝土产生裂缝或被压碎后修复困难； 容重 25 kN/m3 容重 78 kN/m3 高性能混凝土水胶比较小，早期收缩大。 早期容易开裂 高性能混凝土水胶比较小，早期收缩大。 0.837 kN 0.33 kN 65
第一章 绪论
在复杂应力区域配置钢筋 复杂应力区域配置钢筋 P P P P
a
b
M
x
c
d
x
σ
Pl 3
σ
σ
Pτ xy + a
x
V
c _
d P
bσ
x
τ xy
bc段称为纯弯段，ab、cd 段称为弯剪段 1 段称为纯弯段， 、 σ 3 段称为纯弯段 σ
第一章 绪论
当构件所受压力很大时，可直接配置钢骨混凝土 当构件所受压力很大时，可直接配置钢骨混凝土 钢骨
第一章 绪论
混凝土结构的发展取决于混凝土材料的发展 混凝土结构的发展取决于混凝土材料的发展 发展取决于混凝土
自重大 抗裂性差 承载力较低 施工较复杂 修复、 修复、加固难 轻质混凝土 纤维混凝土 高性能混凝土 自密实混凝土 碳纤维加固
高性能、高功能和智能化是 世纪混凝土科技的主要发展趋势 高性能、高功能和智能化是21世纪混凝土科技的主要发展趋势
P P 素混凝土梁破坏突然 没有明显预兆； 破坏突然， 素混凝土梁破坏突然，没有明显预兆；而钢筋混凝土梁则 2φ14 φ 表现出较好的延性，破坏前有明显预兆； 表现出较好的延性，破坏前有明显预兆； 延性 有明显预兆 钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏， 钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已 经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。 经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。 材料强度均得到充分利用 P=4.4 kN P=62.5 kN
混凝土结构的概念 概念和特点 1.1 混凝土结构的概念和特点
材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、 以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、 钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土 钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土 结构（ ）。 结构（Concrete Structures）。
第一章 绪论
配置预应力筋， 配置预应力筋，形成预应力混凝土构件或结构
张拉钢筋
砼成型及养护
预应力混凝土空心楼板
放张钢筋
第一章 绪论