第3章结构与构件设计

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1、第三章第三章 结构与构件设计结构与构件设计 3.1 概述概述3.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 混凝土结构混凝土结构包括：素混凝土结构、钢筋混凝土结包括：素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构。构、预应力混凝土结构。 由钢筋和混凝土按照一定的方式结合而成的结构由钢筋和混凝土按照一定的方式结合而成的结构称为钢筋混凝土结构。我国当前的大、中型给水排水称为钢筋混凝土结构。我国当前的大、中型给水排水构筑物一般采用的均是钢筋混凝土结构。构筑物一般采用的均是钢筋混凝土结构。 钢筋的特点钢筋的特点：抗拉和抗压强度都很高，但是柔性：抗拉和抗压强度都很高，但是柔性大，往往挠度不一定能满足

2、要求大，往往挠度不一定能满足要求。 混凝土特点混凝土特点：抗压强度较高而抗拉强度相当低，抗：抗压强度较高而抗拉强度相当低，抗拉强度一般只有抗压强度的拉强度一般只有抗压强度的1/201/10。例如：一根没有配置钢筋的纯混凝土简支梁，跨度为例如：一根没有配置钢筋的纯混凝土简支梁，跨度为4m，截面尺寸为截面尺寸为bh=200300mm2,混凝土强度等级为混凝土强度等级为C20，梁的，梁的跨中作一集中荷载跨中作一集中荷载P。当。当P=8kN时破坏。时破坏。如果简支梁中配有钢筋，梁破坏时如果简支梁中配有钢筋，梁破坏时P=36kNP=36kN. .梁中配有钢筋后，可以产生如下效果梁中配有钢筋后，可以产生如

3、下效果: :结构的承载力发生了显著的变化，从结构的承载力发生了显著的变化，从8kN8kN增大到增大到36kN36kN. .结构的受力特性得到了显著的改善。结构的受力特性得到了显著的改善。在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土这两种性质不同的材在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土这两种性质不同的材料之所以能结合成一个整体而共同工作，有下面三个条件料之所以能结合成一个整体而共同工作，有下面三个条件:(1)混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形。一起，可共同受力，共同变形。 (2)两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的

4、温度应力两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋：，钢筋： 1.2 10-5 (3)混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化 怎么保证？怎么保证？保证（采取的）措施(1)在一般环境中的钢筋混凝土构件，其受拉区混凝土虽然很难避免开裂，但必须加以控制。(2)混凝土保护层必须具备一定的厚度（见P457）钢筋混凝土的特点钢筋混凝土的特点: 优点优点就地取材。就地取材。节约钢材节约钢材耐久、耐火性好耐久、耐火性好可模性好可模性好整体性、抗震性能较好

5、整体性、抗震性能较好。缺点缺点:自重大自重大抗裂性较差抗裂性较差加固和改建比较困难加固和改建比较困难现浇钢筋混凝土结构木模板的消耗量大，施工周期较长现浇钢筋混凝土结构木模板的消耗量大，施工周期较长。3.1.2结构设计的主要内容与程序结构设计的主要内容与程序 结构设计的任务是结构设计的任务是：在确保构筑物安全可靠和：在确保构筑物安全可靠和正常使用的同时，选择技术先进、经济合理的结构正常使用的同时，选择技术先进、经济合理的结构体系。体系。1、结构设计的主要内容、结构设计的主要内容 选用材料、确定结构形式、计算构件截面尺寸、选用材料、确定结构形式、计算构件截面尺寸、确保整个建筑物和构筑物的安全使用。

6、确保整个建筑物和构筑物的安全使用。2、结构设计的程序、结构设计的程序 结构设计的基本步骤：结构选型、结构布置、结构设计的基本步骤：结构选型、结构布置、结构构件计算与设计、绘制施工图。结构构件计算与设计、绘制施工图。结构选型结构选型：砌体结构、钢结构、混凝土结构：砌体结构、钢结构、混凝土结构结构构件布置结构构件布置： 结构构件的受力途径应当简洁、合理，以减少结构构件的受力途径应当简洁、合理，以减少构件类型；尽量减少各结构构件的跨度，以节约材料。构件类型；尽量减少各结构构件的跨度，以节约材料。 (3)结构构件的计算简图结构构件的计算简图 能够正确反映结构构件的实际工作情况；便于分能够正确反映结构构

7、件的实际工作情况；便于分析与计算。析与计算。 (4)单个构件的设计计算单个构件的设计计算 (5)绘制结构施工图绘制结构施工图3.1.3结构构件计算简图结构构件计算简图1、构件的简化构件的简化2、支座简化与计算跨度、支座简化与计算跨度3、荷载简化与计算、荷载简化与计算（1）荷载分类）荷载分类永久作用永久作用(荷载荷载) 永久荷载指在设计基准期内，其值不随时间而变化，永久荷载指在设计基准期内，其值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如结构或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如结构自重、土壤压力、预加应力等。自重、土壤压力、预加应力等。可变荷载可变荷载 指在设计基准期

8、内，其值随时间发生变化，且指在设计基准期内，其值随时间发生变化，且变化的程度与平均值不可以忽略不计的荷载。例如变化的程度与平均值不可以忽略不计的荷载。例如安装荷载、楼面上的人群、家具质量产生的活荷载、安装荷载、楼面上的人群、家具质量产生的活荷载、风荷载、雪荷载等。风荷载、雪荷载等。偶然荷载偶然荷载 偶然荷载指在设计基准期内不一定会出现，但偶然荷载指在设计基准期内不一定会出现，但是一旦出现量值就很大，且持续的时间也较短的作是一旦出现量值就很大，且持续的时间也较短的作用，例如地震、冲击、爆炸等。用，例如地震、冲击、爆炸等。（2）荷载简化）荷载简化荷载简图的形式通常有线荷载（均布荷载、三角荷载简图的

9、形式通常有线荷载（均布荷载、三角形荷载、梯形荷载）、集中荷载和力偶（矩）形荷载、梯形荷载）、集中荷载和力偶（矩）3.2 钢筋砼材料主要物理力学性能3.2.1钢筋钢筋 分类（外形）：分类（外形）： （1）光面钢筋光面钢筋，HPB235,一级钢筋一级钢筋 （2）带肋钢筋，带肋钢筋，HRB335(二级二级)、 HRB400(三级三级)、 RRB400(四级四级)。附表。附表P454分类（直径，分类（直径，mm）：附表）：附表3-2，P461 3.2 钢筋砼材料主要物理力学性能3.2.3钢筋与砼的共同工作钢筋与砼的共同工作1、钢筋与混凝土的粘结作用、钢筋与混凝土的粘结作用（1）钢筋与混凝土接触面上的化

10、学吸附力，也称）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附力，也称胶结力；胶结力；（2）混凝土硬结时体积收缩将钢筋紧紧握裹而产）混凝土硬结时体积收缩将钢筋紧紧握裹而产生的摩擦力；生的摩擦力；（3）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力，也称咬合力。咬合力，也称咬合力。3.3结构按极限状态计算的基本原则结构按极限状态计算的基本原则3.3.1设计基准期和设计使用年限设计基准期和设计使用年限设计基准期设计基准期（design reference period）:由于结构上的由于结构上的荷载是随着时间而变化，因此在分析结构可靠度时必须荷载是随着时间而变化，因此在分析结

11、构可靠度时必须相对固定在一个时间坐标系数以作为基准，区别建筑物相对固定在一个时间坐标系数以作为基准，区别建筑物的设计使用年限与建筑物的使用寿命的设计使用年限与建筑物的使用寿命设计使用年限设计使用年限(design working period)是设计规定的一是设计规定的一个时期，在这一规定时间内个时期，在这一规定时间内(建筑工程、给排水工程建筑工程、给排水工程50年，桥梁工程按年，桥梁工程按100年设计年设计)，在规定条件下，在规定条件下(正常设计、正常设计、正常施工、正常使用正常施工、正常使用)完成预定功能（安全、适用、耐完成预定功能（安全、适用、耐久）。久）。3.3结构按极限状态计算的基本