工程结构第二章混凝土结构-2剖析
混凝土结构设计原理 课后习题答案
第一章绪论问答题1．什么是混凝土结构？2．以简支梁为例，说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异。
3．钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么？4．混凝土结构有什么优缺点？5．房屋混凝土结构中各个构件的受力特点是什么？6．简述混凝土结构设计方法的主要阶段。
7．简述性能设计的主要步骤。
8．简述学习《混凝土结构设计原理》课程的应当注意的问题。
第一章绪论问答题参考答案1．什么是混凝土结构？答：混凝土结构是以混凝土材料为主，并根据需要配置和添加钢筋、钢骨、钢管、预应力钢筋和各种纤维，形成的结构，有素混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、预应力混凝土结构及纤维混凝土结构。
混凝土结构充分利用了混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的优点。
2．以简支梁为例，说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异。
答：素混凝土简支梁，跨中有集中荷载作用。
梁跨中截面受拉，拉应力在荷载较小的情况下就达到混凝土的抗拉强度，梁被拉断而破坏，是无明显预兆的脆性破坏。
钢筋混凝土梁，受拉区配置受拉钢筋梁的受拉区还会开裂，但开裂后，出现裂缝，拉力由钢筋承担，直至钢筋屈服以后，受压区混凝土受压破坏而达到极限荷载，构件破坏。
素混凝土简支梁的受力特点是承受荷载较小，并且是脆性破坏。
钢筋混凝土简支梁的极限荷载明显提高，变形能力明显改善，并且是延性破坏。
3．钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么？答：混凝土和钢筋协同工作的条件是：（1）钢筋与混凝土之间产生良好的粘结力，使两者结合为整体；（2）钢筋与混凝土两者之间线膨胀系数几乎相同，两者之间不会发生相对的温度变形使粘结力遭到破坏；（3）设置一定厚度混凝土保护层；（4）钢筋在混凝土中有可靠的锚固。
4．混凝土结构有什么优缺点？答：优点：（1）可模性好；（2）强价比合理；（3）耐火性能好；（4）耐久性能好；（5）适应灾害环境能力强，整体浇筑的钢筋混凝土结构整体性好，对抵抗地震、风载和爆炸冲击作用有良好性能；（6）可以就地取材。
工程结构复习重点
注意：加下划线者为概念题第一章绪论1、混凝土结构的种类P1素混凝土结构、钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构2、钢筋和混凝土为什么可以一起共同工作？P21）钢筋和混凝土之间有着可靠的粘结力，能牢固结成整体，受力后变形一致，不会产生相对滑移。
2）钢筋和混凝土的温度线膨胀系数大致相同，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间粘结。
3）钢筋外边有一定厚度的混凝土保护层，可以防止钢筋锈蚀，从而保证了钢筋混凝土构件的耐久性。
3、钢筋混凝土结构的优缺点P2优点：1）混凝土中所用的砂石材料，一般可以就地就近取材。
2）耐久性和耐火性均比钢结构好。
3）现浇及装配整体式钢筋混凝土结构整体性好，因而有利于抗震、防爆。
4）比钢结构节约钢材。
5）可模性好，可以根据设计要求浇注成各种形状。
缺点：1）自重过大，施工复杂。
2）浇注混凝土时需要模板、支撑。
3）户外施工受季节条件限制。
4）补强维修比较困难。
第二章钢筋和砼的力学性质1、砼的强度等级按什么划分？如何表示？P5以立方体抗压强度值作为最基本的强度指标及评价砼强度等级的标准。
用符号f cu表示，单位为N/mm例如C30表示30MPa 30N/mrm2、立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度的用途P6，7立方体抗压强度是用来分类的，轴心抗压强度是计算受弯构件正截面承载力、偏心受拉和受压构件的计算指标，轴心抗拉强度是计算受弯构件斜截面受剪、受扭构件及对某些构件进行开裂验算的计算指标。
3、混凝土的变形分类P8一类是混凝土的受力变形，包括混凝土一次短期加荷的变形，荷载长期作用下的变形；一类是混凝土的体积变形，包括混凝土由于收缩和温度变化产生的变形4、什么是收缩和徐变？P10, 11混凝土在长期不变压应力作用下，其应变随时间增长的现象称为混凝土徐变。
混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩。
5、含碳量高低对钢筋性质的影响P12随着钢筋强度的提高，含碳量升高，塑性降低&确定钢筋屈服强度的方法，0.2的含义。
混凝土结构第2章
材料性能等取值而选用的时间参数，与结构的设计使
用年限是两个概念，不能混淆。
作用按随空间位置的变异可分为: 固定作用与自
由作用。
作用按结构的反应特点可分为：
(1)静态作用，使结构产生的加速度可以忽略不计的作 用，如自重、一般风荷载、雪荷载等，其作用效应 与结构的动力特性无关；
(2)动态作用，使结构产生的加速度不可忽略不计的作 用，如地震，其作用效应不仅与作用的大小有关， 而且与结构的动力特性（如刚度、质量分布、自振 周期等）有关。
2.2 两类极限状态 2.2.1 建筑结构的功能
结构的可靠性指的是结构在设计使用年限内，在 规定的条件下，完成预定功能的能力。
所谓的预定功能是指建筑结构必须满足安全性、 适用性、耐久性。 安全性：指结构在预定的使用期限内，应能承受正常 施工、正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形、 约束变形等的作用。在设计规定的偶然事件发生时及 发生后，仍能保持整体稳定性，不发生倒塌或连续破 坏，应避免个别构件或局部破坏而导致整体破坏。
例题2-1
已知：板宽0.6m，板的计算跨度 l0 3.3m ， 板自重：1.62kN / m2 板面25mm水泥砂浆抹面： 0.025 20 0.5kN / m2
板底15mm纸筋石灰粉刷：0.01516 0.24kN / m2
合计：2.36kN / m2
在板宽0.6米内的均布线恒载的标准值为：
gk Gkb 2.36 0.6 1.42kN / m
在板宽0.6米内的均布线活载的标准值为：
qk Qkb 2.0 0.6 1.2kN / m
跨中弯矩设计值：
M
0S
0 ( G
1 8
4.61kN m
混凝土结构材料的物理和力学性能2
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能
1.3
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能 本章内容
● ● ● ● ● ● 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 混 凝 土 钢 筋 钢筋与混凝土之间的黏结 钢筋锚固与接头构造 思 考 题 习 题
1.4
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能 2.1 混 凝 土
普通混凝土是由水泥、石子和砂3种材料用水拌和经凝固硬化后形成的 人造石材，是一种多相复合材料。混凝土中的砂、石子、水泥胶体中的晶 体、未水化的水泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，主要承受外力，并使 混凝土具有弹性变形的特点。水泥胶体中的凝胶、孔隙和界面初始微裂缝 等，在外力作用下使混凝土产生塑性变形。而且混凝土中的孔隙、界面微 裂缝等缺陷又往往是混凝土受力破坏的起源，在荷载作用下，微裂缝的扩 展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。由于水泥胶体的硬化过程需 要多年才能完成，所以混凝土的强度和变形也随时间逐渐增长。
第2章
混凝土结构材料的物理和力学性能
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1.1
第2章 混凝土结构材料的物理和力学性能
教学提示：钢筋与混凝土材料的物理和力学性能是混凝土结构的计算理 论、计算公式建立的基础。本章主要介绍混凝土在各种受力状态下的强度 与变形性能；建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其性能；钢筋与混凝土 的黏结机理、钢筋的锚固与连接构造。 教学要求：本章要求学生熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性 能；掌握混凝土的选用原则；熟悉建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其 性能；掌握建筑工程对钢筋性能的要求及选用原则；了解钢筋与混凝土共 同工作的原理，熟悉保证钢筋结构材料的物理和力学性能
第二章-混凝土结构设计原理
第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 单轴向应力状态下的混凝土强度虽然实际工程中的混凝土结构和构件一般处于复合应力状态，但是单轴向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。
混凝土试件的大小和形状、试验方法和加载速率都影响混凝土强度的试验结果，因此各国对各种单轴向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。
1 混凝土的抗压强度(1) 混凝土的立方体抗压强度f cu,k和强度等级我国《混凝土结构设计规范》规定以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在(20±3)℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为“N/mm2”。
用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。
《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。
例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm2。
其中，C50～C80属高强度混凝土范畴。
图2-1 混凝土立方体试块的破坏情况(a)不涂润滑剂；(b) 涂润滑剂(2) 混凝土的轴心抗压强度混凝土的抗压强度与试件的形状有关,采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。
用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心抗压强度。
图2-2 混凝土棱柱体抗压试验和破坏情况我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。
《混凝土结构设计规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号f ck表示，下标c表示受压，k表示标准值。
第二章 工程结构损伤机理及危害
混凝土在水化作用时，水泥中的氧化钙生成氢氧化钙，混凝土孔隙中含
有大量的
OH
，其值一般可达到12.5~13.5（碱性）。钢筋在这样的高
(20 ~ 60) 1010 m 的钝化膜，能阻止钢筋进一
碱性环境中表面能形成厚度约
步锈蚀，当钝化膜一旦遭到破坏，钢筋才开始发生腐蚀。
第二章 工程结构损伤机理及危害第二章 工程结构损伤机理及危害
4.钢筋防腐蚀的措施
钢筋防腐蚀措施可分为两类：一类是常规防腐蚀法，一类是特殊防腐蚀 法。 ⑴ 常规防腐蚀法：
① 优选混凝土配合比，严格控制水灰比，选用合适的水泥用量和外加剂。
② 工程设计中采用一定厚度的保护层，有利于阻止有害物质的渗入和抵抗 钢筋锈蚀胀力。
③ 保证混凝土施工质量，提高密实性、抗冻性和抗渗性，加强养护，防止
料混凝土显著。
第二章 工程结构损伤机理及危害
⑶ 施工因素 施工因素对混凝土碳化的影响主要指混凝土搅拌、振捣和养护等条件 的影响。这些因素对混凝土的密实性影响很大。保证施工中获得质量良 好的混凝土对提高其抗碳化性能是十分重要的。
第二章 工程结构损伤机理及危害
第二章 工程结构损伤机理及危害
5.减小混凝土碳化的措施 ⑴ 合理设计混凝土配合比。选择抗碳化性能较好的硅酸盐水泥或普
第二章 工程结构损伤机理及危害
⑹ 其他因素 1、混凝土内部或外部环境不均匀。 2、预应力钢筋腐蚀：锈坑腐蚀、应力腐蚀和氢脆腐蚀。锈坑腐蚀是由 于电化学作用造成的腐蚀；应力腐蚀是腐蚀介质和拉应力共同作用下钢 筋产生晶间或穿晶断裂现象；氢脆腐蚀是由硫化氢与钢筋的化学反应引 起的。 3、 潮湿环境。在潮湿环境中使用的钢筋混凝土结构，裂缝宽度达时， 即可引起钢筋腐蚀。 4、矿物掺合料。粉煤灰等矿物掺合料会降低混凝土的碱性，从而对钢 筋腐蚀有不利影响。
工程结构重点
工程结构重点绪论：建筑结构按所用材料不同分类：混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构。
钢筋和混凝土共同工作的基础：1、钢筋与混凝土之间有良好的粘结力。
2、钢筋和混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数。
3、混凝土包裹着钢筋，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，加强了结构的耐久性。
钢筋混凝土结构的优缺点：优点：1、取材容易。
2、耐火、耐久性好。
3、可模性、整体性好。
4、维修保养费低。
缺点：1、自重大。
2、抗裂性能差。
3、费工，费模板，现场施工周期长，且受季节性影响。
第一章：：立方体抗压强度标准值ƒcu,k是指按照标准方法制作的边长为150mm的立方体试件，在温度为(20±3)℃、相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d或按设计规定，用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值。
（如C20表示立方体抗压强度标准值为20N/mm2,即ƒ=20N/mm2。
）cu,k混凝土的徐变：混凝土在荷载长期作用下，即使应力维持不变，其应变会随时间而增长的现象称为混凝土的徐变。
影响混凝土徐变的因素：1、内在因素：主要是指混凝土的组成和配合比。
2、环境影响：主要是指混凝土制作时的养护方法和使用条件。
3、应力条件：应力俞大，徐变俞大。
混凝土结构的钢筋，一般情况下可按下列规定选用：1、纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500钢筋。
2、梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500钢筋。
3、箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB335、HPB300钢筋。
混凝土结构对钢筋性能的要求：1、强度：钢筋强度是作为设计计算时的主要依据，是钢筋混凝土结构承载力的决定因素。
2、延性:延性是钢筋变形、耗能的能力。
3、可焊性：钢筋需具有良好的焊接性能，保证焊接后的接头性能良好。
4、与混凝土的粘结：必须具有足够的粘结力。
粘结力的组成：1、胶结力。
2、摩阻力。
3、机械咬合力。
钢筋搭接的方法分为两类：绑扎搭接、机械连接或焊接。
《混凝土结构设计原理》第2章
0
1.1
1.0
二、承载能力极限状态设计表达式 建规 0 S R 桥规 0 Sud R
第二章
混凝土结构基本设计原则
三、建规承载能力极限状态的 荷载效应组合设计值S
▲基本组合-由可变荷载效应控制
S G SGK Q1SQ1K Qi Ci SQi k
i 2
2.1.2 结构的功能
（包括安全性、适应性和耐久性）
一、 结构的安全等级
根据结构破坏后果的影响程度分为三级。
建筑结构的安全等级
安全等级 一级 二级 三级 破坏后果 很严重 严 重 不严重 建筑物类型 重要的建筑物 一般的建筑物 次要的建筑物
3.1 结构的功能
第二章
混凝土结构基本设计原则
桥梁结构的安全等级
第二章
混凝土结构基本设计原则
三、 结构的功能
（包括安全性、适应性和耐久性）
1、 安全性
结构在设计规定的使用年限内，能承受在正常施工和 正常使用时可能出现的各种作用。在设计规定的偶然事件 发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。
▲设计使用年限：一般为50年。 ▲各种作用：指荷载、外加变形和约束变形（如温度和收缩变形受 到约束时）； ▲偶然事件：如地震、爆炸、火灾、撞击等；
第二章
混凝土结构基本设计原则
2.2 按近似概率的极限状态设计法 2.2.1结构的可靠度 一、可靠性
结构在设计规定的使用年限内，在规定的条件 下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完 成预定功能（安全性、适用性和耐久性）的能力。 即是安全性、适用性和耐久性的总称。
二、可靠度
结构可靠度：是结构可靠性的概率度量。
因（混凝土收缩、温度变化、基础差异
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六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
双向板肋梁楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
井式楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
密肋楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
密肋楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
主梁集中荷载的 负荷面积
次梁 的负 荷面
积
次梁的 间距
次梁
主梁
柱
1m 次梁
此力分析 梁时不要， 设计柱时 不能丢！
板
主梁
六、梁板结构
2. 单向板肋梁楼盖
按弹性方法计算钢筋混凝土连续梁板的内力 相邻两跨跨长相差≤10％时，按等跨计算。 计算等跨跨数
少于五跨按实际
多于五跨按五跨
六、梁板结构
2. 单向板肋梁楼盖
当 2 < l2/l1 < 3 时，宜按双向板计算；为简化计算，按 单向板计算，应在长跨方向配置足够量的构造钢筋。
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
主梁与次梁
D
aa a XX
b =1.0 b =∝
M4
A
B
C
2a
2a
2a
X
X
M2 b =∝
M2
M3
b = iCD
iAB
b =1.0
M(×qa2)
0.6 3
为提高建筑物的侧向刚度，主梁宜沿建筑物的横向布置。
主梁横向布置
主梁纵向布置
不设主梁
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
梁的布置 在混合结构中，梁的支承点应避开门窗洞口。
梁 门窗洞口
板的经济跨度：单向板2~3m，双向板4~6m。次梁的经 济跨度4~6m。
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
2. 单向板肋梁楼盖
按弹性方法计算钢筋混凝土连续梁板的内力
活荷载的不利位置----空间上的变化
M1max、 M3max、 M2min 、VAmax M2max、 M1min 、M3min MBmax、 VBlmax、 VBrmax MCmax、 VClmax、 VCrmax MDmax、 VDlmax、 VDrmax MEmax、 VElmax、 VErmax
1.梁板结构的实例和分类
实例
挡土墙
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
按施工方法
按结构形式
现浇式 装配式 装配整体式
单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖
井式楼盖 无梁楼盖 密肋楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
单向板肋梁楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
当 b≥8 时，可近似为主次梁结构体系(b = ∝)。
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
计算简图
支承条件： 梁、墙视为板的铰支座(支座无沉降)
板 梁或墙
墙视为梁的铰支座
梁 墙
主梁视为次梁的铰支座(支座无沉降，需满足b ≥8 )
次梁 主梁或墙
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
计算简图 支承条件：
主梁与柱： 当ib / ic ≥ 5 时，柱可视为主梁的铰支座
主梁 柱或墙
当ib / ic < 5 时，梁柱视为刚结，按框架结构分析
主梁
柱
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
计算简图 计算跨度（主要取决于支座反力点的位置）：
砖墙
a
ln1
b
l01
ln2
b
ln3
l02
l03
l02 = ln2 b l03 = ln3 b
0.4 2
0.2 1
0.0
48
-0.2
-0.4
M4 M3
12 16 20 M2
b
22
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
主梁与次梁
M(×qa2)
0.6 3 M4
0.4 2
0.2 1
M3
0.0
4 8 12 16 20
-0.2 M2
-0.4
b
22
b =∝
当 b >12 时，与 b =∝较为接近； 当 b < 8 时，与 b =∝相差很远；
工程结构
第二章 混凝土结构
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
实例
由梁、板组成的结构
楼、屋盖，挡土墙，筏片基础，储液池的底、顶 板，楼梯，阳台和雨蓬，城市高架道路的路面
其中，以楼、屋盖最为典型
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
实例
楼盖、楼梯
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
实例
筏片基础
六、梁板结构
板的受力分析
l1
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
l2=nl1
n=1
n=3 n=2 n=1
0.02
0.04 M2 ql12
M1 ql12
n=2 n=3 n=∝
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
板的受力分析 当 l2/l1 ≥3 时，按单向板计算 当 l2/l1 ≤2 时，按双向板计算
经济：柱网大则楼盖跨度大，楼盖的材料用量增加，但 柱子少，建筑面积利用率高；柱网过小，柱子增多，而梁板 结构由于跨度小而按构造设计则也未必经济。目前较经济的 柱网 5~8 m。
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
梁的布置
使用要求：大型设备应直接由梁来支承，大孔的边缘应 有梁，隔墙下也宜布置梁。
六、梁板结构
2. 单向板肋梁楼盖
按弹性方法计算钢筋混凝土连续梁板的内力
活荷载的不利位置----空间上的变化
* 求某跨跨中最大正弯矩时，在该跨布置活荷载，然后向其 左右每隔一跨布置活荷载
* 求某跨跨中最大负弯矩时，在相邻两跨布置活荷载，然后 向其左右每隔一跨布置活荷载
梁： l01 = Min1ln.10250l.n51b00.5.b5a
板：
l01
=
Minllnn11
0.5b 0.5b
0.5a 0.5h
六、梁板结构
2. 单向板肋梁楼盖
荷载的计算
荷载的传递路径：
单向板
次梁
传递原则：最短路径
主梁
柱 墙体
基础
六、梁板结构
2. 单向板肋梁楼盖
荷载的计算
板的负荷 面积
无梁楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
无梁楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
无梁楼盖
六、梁板结构
1.梁板结构的实例和分类
楼屋盖的分类
预制梁截面形式
装配式楼盖
叠合梁
六、梁板结构
2. 楼盖结构布置及受力分析
柱网布置
使用要求：公共建筑的大厅一般要求较大的柱网，居住 建筑则主要取决于居室的标准，工业厂房视工艺和设备的要 求而定。
按弹性方法计算钢筋混凝土连续梁板的内力
活荷载的不利位置和内力包罗图
内力的计算方法 弯矩分配法：工程力学上的方法
查表法：教材中附录 A-15
六、梁板结构
2. 单向板肋梁楼盖
按弹性方法计算钢筋混凝土连续梁板的内力
活荷载的不利位置----空间上的变化
q
q
1
2
1
2
3
45
M
V
q
3
45
M
V
1
2
3
45 M
V
六、梁板结构