钢筋混凝土结构设计原理
钢筋混凝土结构设计原理
钢筋混凝土结构设计原理钢筋混凝土结构设计的基本原理是根据建筑工程的荷载特点，通过合理的结构形式和材料选择，保证结构的稳定性、安全性和经济性。
其中，设计原理主要包括以下几个方面：1. 荷载分析：根据建筑物所承受的荷载，如重力荷载（自重、楼层荷载等）、风荷载、地震荷载等，进行荷载计算和分析。
依据荷载特点，确定结构的使用性能等级和设计标准。
2. 结构形式选择：根据建筑物的功能要求和形态设计，选择适合的结构形式，如框架结构、桁架结构、板壳结构等。
考虑结构的承载能力、刚度、稳定性等因素，同时满足施工、维护等要求。
3. 配筋设计：根据结构受力性能要求，采用合理的钢筋布置和配筋率，以满足弯曲、剪切、抗压等受力要求。
通过计算确定钢筋的直径、间距和受力长度，并考虑钢筋与混凝土的粘结性能。
4. 构件设计：根据结构的功能要求和强度要求，设计构件的尺寸和线型。
考虑构件的变形和裂缝控制，采用合理的截面形式和控制措施，确保结构的稳定性和持久性。
5. 抗震设计：钢筋混凝土结构的抗震设计是重要的安全考虑，要根据建筑物所在地的地震烈度和设计要求，确定合理的抗震要求和措施，如设置抗震墙、剪力墙、承载墙等，并采用抗震构造和材料，提高结构的抗震能力。
6. 基础设计：根据结构的荷载和地基条件，设计合适的基础形式和尺寸，确保结构的稳定性和承载能力。
考虑土壤的承载力、沉降等因素，采用合理的地基处理和加固措施。
综上所述，钢筋混凝土结构设计原理包括荷载分析、结构形式选择、配筋设计、构件设计、抗震设计和基础设计等多个方面，通过综合考虑结构的强度、稳定性、安全性和经济性，实现结构设计的合理性和可行性。
钢筋混凝土结构设计原理
钢筋混凝土结构设计原理一、引言钢筋混凝土结构是现代建筑中最常见的结构形式之一，其设计原理包括结构设计的基本概念、设计方法和规范要求等方面。
本文将从这些方面详细介绍钢筋混凝土结构设计的原理。
二、结构设计的基本概念1.受力构件受力构件是指在结构中承受荷载并传递荷载的构件。
在钢筋混凝土结构中，受力构件包括梁、柱、板、墙等。
在进行结构设计时，需要根据受力构件的不同特点和荷载情况进行合理的尺寸设计和选材。
2.荷载荷载是指作用在结构上的外部力或重量。
在结构设计中，需要根据荷载的类型和大小来确定结构的尺寸和强度等参数。
常见的荷载类型包括重力荷载、风荷载、地震荷载等。
3.荷载组合荷载组合是指将荷载按照一定的规定进行组合，以考虑不同荷载同时作用时的叠加效应。
在结构设计中，需要根据不同的荷载组合情况来确定结构的安全性和稳定性等参数。
4.安全系数安全系数是指在设计时为保证结构的安全可靠性而设置的一个系数。
在钢筋混凝土结构设计中，常见的安全系数包括强度安全系数、挠度安全系数、翻覆安全系数等。
三、设计方法1.弹性设计法弹性设计法是指在设计时假定结构中的构件在荷载作用下仍处于弹性阶段，通过计算荷载和构件的弹性变形来确定结构的尺寸和强度等参数。
在弹性设计法中，常见的计算方法包括等效荷载法、叠加荷载法、极限平衡法等。
2.极限状态设计法极限状态设计法是指在设计时考虑结构在荷载作用下可能发生的失稳或破坏状态，通过确定结构的安全性和稳定性等参数来确定结构的尺寸和强度等参数。
在极限状态设计法中，常见的计算方法包括极限平衡法、塑性分析法、有限元法等。
3.变形控制设计法变形控制设计法是指在设计时通过控制结构的变形来保证结构的安全性和稳定性。
在变形控制设计法中，常见的计算方法包括挠度限值法、刚度比法等。
四、规范要求1.设计规范设计规范是指在进行钢筋混凝土结构设计时需要遵守的规范性文件。
国内常见的设计规范包括《混凝土结构设计规范》、《钢筋混凝土结构设计规范》等。
钢筋混凝土结构设计计算原理
2、随空间位置的变异：
固定荷载：
移动荷载：
3、按结构的反应特性：
静态荷载： 动态荷载：指结构产生不可忽略的加速度荷载。所 产生的荷载效应不仅与荷载有关，还与结构本身的 动力特征有关。设计时应考虑其动力效应。
三、结构抗力：指结构构件承受内力和变形的能力。
2.3
概率极限状态设计的概念
一、 结构极限状态的定义与分类 结构在使用期间的工作情况称为结构的工作
1、结构重要性系数 0 3、荷载分项系数 4、材料分项系数
5、结构系数
G Q
c s
d
2、设计状况系数 结构在施工、安装、运行、检修等不同阶段可 能出现不同的结构体系、荷载及环境条件。 1、持久状况：指结构正常运行使用阶段；必须进 行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计。 2、短暂状况：指结构施工和安装等持续时间较短 的状况；可仅按承载能力极限状态进行设计，必 要时可同时进行正常使用极限状态的设计。
f(Z)
结构功能函数 Z = R - S
bz
Pf =P (S >R) =P(Z< 0)
Pf b
Z
mZ
Pf
mz
Z=R- S
b —可靠指标
b值
失效概率 Pf 2.7 3.5×10-3 3.2 6.9×10-4 3.7 1.1×10-4 4.2 1.3×10-5
目标可靠指标
bT P37
结构或构件在设计基准期内，在规定的条 件下，失效概率低于一个允许的水平。
结构在使用期间的工作情况称为结构的工作 状态。结构能满足各项功能要求而良好地工作， 称为结构“可靠”，反之称为“失效”。
结构的功能函数：
Z g ( x1 , x2 ,, xn )
钢筋混凝土结构设计原理
钢筋混凝土结构设计原理1. 引言钢筋混凝土结构是现代建筑中最常见的结构形式之一。
它由水泥、砂、骨料和钢筋组成，具有很高的强度和耐久性。
钢筋混凝土结构设计是指根据结构的荷载要求和性能要求，确定结构的形式、尺寸、布置和材料，并进行结构计算和施工图绘制的过程。
2. 钢筋混凝土材料钢筋混凝土结构主要由水泥、砂、骨料和钢筋组成。
水泥是结构中的胶凝材料，用于粘合砂、骨料和钢筋。
砂和骨料是结构的骨架材料，用于提供混凝土的强度和稳定性。
钢筋是结构的加固材料，用于抵抗拉力。
3. 结构形式和尺寸钢筋混凝土结构可以采用梁柱结构、框架结构、板壳结构等不同的形式。
选择结构形式的依据是根据结构的荷载情况、空间布置和使用要求来确定的。
结构的尺寸需要根据荷载要求和构件的强度来进行计算，确保结构的安全性和承载能力。
4. 结构布置和钢筋配筋钢筋混凝土结构的布置是指各个构件在空间中的位置和相互关系。
布置的原则是要满足结构的荷载要求，并保持结构的整体稳定性。
钢筋配筋是指将钢筋按照一定的规则和要求布置在混凝土构件中，以提供抗拉、抗弯和抗剪的能力。
5. 结构计算和验证钢筋混凝土结构的计算是指根据结构的荷载要求和性能要求，以及材料的力学特性，进行结构的静力学计算。
计算的内容包括结构的内力分析、截面计算和整体稳定性分析等。
计算结果需要进行验证，并进行必要的修改和调整。
6. 施工图绘制钢筋混凝土结构的施工图绘制是将结构设计图纸转化为施工现场所需的施工图纸。
施工图包括钢筋图、模板图、浇筑图等。
施工图需要符合相关的规范和标准，并提供足够的信息和细节，以确保施工的正确性和安全性。
7. 结论钢筋混凝土结构设计原理是根据结构的荷载要求和性能要求，确定结构的形式、尺寸、布置和材料，并进行结构计算和施工图绘制的过程。
通过合理的设计和施工，钢筋混凝土结构能够满足建筑的安全性、可靠性和耐久性的要求，成为现代建筑中最常见的结构形式之一。
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钢筋混凝土结构设计原理教案
《钢筋混凝土结构设计原理》课程教案设计一、混凝土结构的概念钢筋和混凝土这两种材料按照合理的方式结合在一起共同工作，钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力。
二、混凝土结构的分类1、素混凝土结构2、钢筋混凝土结构3、预应力混凝土结构4、其他形式的加筋混凝土结构熟练掌握基本概念透彻理解钢筋和混凝土能共同工作的原因熟悉钢筋混凝土结构的优缺点第1页1.1钢筋的形式和品种一、钢筋的主要化学成分铁（Fe）、碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）二、钢筋和钢丝的分类1、热轧钢筋：HPB235、HRB335、HRB400、RRB4002、冷拉钢筋3、钢丝4、热处理钢筋了解钢筋的形式和品种掌握钢筋的力学性能第4页2.4对钢筋质量的要求2.5钢筋的蠕变、松弛和疲劳2.6 混凝土的强度等级基本要求掌握混凝土的强度等级的划分，熟悉对钢筋质量的要求及钢筋的蠕变、松弛和疲劳的概念，了解钢筋的冷加工和热处理。
内容重点1、混凝土的强度等级2、对钢筋质量的要求，蠕变、松弛和疲劳的概念3、冷加工和热处理工艺内容难点混凝土的强度等级的划分，钢筋质量的要求。
课后作业需要时间讲授内容备注2.3钢筋的冷加工和热处理一、冷拉只能提高钢筋的抗拉强度二、冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度熟悉基本概念掌握混凝土的强度等级的有关内容第6页2.4 对钢筋质量的要求一、屈服强度在一般结构的设计中，取屈服强度作为可以利用的应力上限，也就是钢筋的强度。
二、强屈比极限抗拉强度与屈服强度的比值不低于1.25三、伸长率四、四项保证屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能五、钢筋的接头形式2.5 钢筋的蠕变、松弛和疲劳一、蠕变钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象。
二、松弛钢筋受力后，若保持长度不变，则其应变随时间增长而降低的现象。
三、钢筋的疲劳钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性破坏突然断裂的现象。
混凝土结构设计原理
绪论钢筋与混凝土能共同工作的原因：（1）钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；（2）钢筋与混凝土具有相近的温度线膨胀系数（钢材为 1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏；（3）混凝土对钢筋具有一定的保护作用。
第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.立方体抗压强度fcu,k>轴心抗压强度fck>轴心抗拉强度ftk2.双向应力状态或三向应力状态：（1）双向压应力作用下，一向的抗压强度随另一向压应力的增加而增加;双向拉应力作用下，混凝土一向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关。
即双向受拉的混凝土强度与单向受强度基本一样：一向受拉一向受压时，无论是抗拉强度还是抗压强度都要降低。
（2）在三向受压状态中，由于侧向压应力的存在，混凝土受压后的侧向变形受到了约束，延迟和限制了沿轴线方向的内部微裂缝的发生和发展，因而极限抗压强度和极限压缩应变均有显著的提高，并显示了较大的塑性。
2.混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。
3.徐变的影响因素（1）内在因素是混凝土的组成和配比。
骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。
水灰比越小，徐变也越小。
构件尺寸越大，徐变越小。
（2）环境影响包括养护和使用条件。
受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。
采用蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。
受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。
4.收缩：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。
5.钢筋按力学性能分为：一类是具有明显的物理屈服点的钢筋（软钢）另一种是无明显的物理屈服点的钢筋（硬钢）。
6.混凝土结构对钢筋性能的要求：○1强度：钢筋应具有可靠的屈服强度和极限强度，钢筋的强度越高，钢材的用量越少。
第一章 钢筋混凝土结构的基本原理
2.可变荷载组合值 当结构同时承受两种或两种以上的可变荷 载时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性 较小，因此除主导荷载（产生最大荷载效应 的荷载）仍以其标准值为代表值外， 对其他 伴随荷载，可以将它们的标准值乘以一个小 于或等于1的荷载组合系数（ ψc）作为代表 值，称为可变荷载组合值，即
3.可变荷载频遇值 在设计基准期内，其超越的总时间为规定 的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。 它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷 载，但总是小于荷载的标准值。 其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频 遇值系数（ψf）：
2.结构抗力 结构或构件承受作用效应的能力（如受弯 承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容 许裂缝宽度[w]等），用“R ”表示。构件制 作完成后，结构的抗力是一定的，而作用效 应可能是变化的，结构抗力的大小取决于材 料的力学性能、构件的几何参数及计算模式 的精确性。
继续
第一章 钢筋混凝土结构的基本原理
基本组合 由可变荷载效应控制的组合：
由永久荷载效应控制的组合：
γG—永久荷载的分项系数，当永久荷载效应 对结构不利时，γG =1.35；当其对结构有利 时, γG =1.0（一般情况）；（抗倾覆、滑移、 漂浮γG =0.9）； γQi—第i个可变荷载分项系数，其中γQi为可 变荷载S QiK的分项系数。一般情况下取γQi =1.4 （当荷载＞4KN/m2, γQi =1.3）； SGK—按永久荷载标准值计算的荷载效应值； SQiK—按可变荷载标准值计算的荷载效应值， 其中SQiK为诸可变荷载效应中起控制作用者； ψci—可变荷载的组合值系数，其值不大于1， 由表1-2查取或按荷载规范规定使用； n —参与组合的可变荷载数.
结构设计原理钢筋与混凝土协同工作
结构设计原理钢筋与混凝土协同工作结构设计原理：钢筋与混凝土协同工作钢筋与混凝土协同工作是现代结构设计中的重要原理。
它指的是利用钢筋和混凝土的各自优势，在建筑和桥梁等工程中协同作用，共同承担结构的荷载和承载力。
这种协同工作的原理经过长期实践和研究，以其高强度、耐久性和可靠性等优点成为了主流的结构设计方法之一。
1. 钢筋与混凝土的特性钢筋具有高强度、高韧性和耐腐蚀性的特点，能够有效承载和抵抗外部荷载。
而混凝土则具有良好的抗压性能和耐久性，适合承担压力作用。
钢筋和混凝土各自的特性使它们成为了结构设计中不可或缺的材料。
2. 钢筋与混凝土的协同作用钢筋和混凝土的协同作用主要表现在以下几个方面：(1) 钢筋的加入能够增加混凝土的抗拉强度和韧性，使得混凝土在承受拉力时不易产生裂缝，并且能够有效地克服混凝土的脆性缺陷。
(2) 混凝土的抗压能力较强，能够为钢筋提供压力作用，使得钢筋在受拉时能够充分发挥其强度和韧性，从而提高结构的整体强度和稳定性。
(3) 钢筋和混凝土的热膨胀系数相近，能够减小由于温度变化而引起的应力差异，防止结构的开裂和变形。
3. 钢筋与混凝土的应用领域钢筋与混凝土协同工作的原理在建筑和桥梁等领域得到了广泛应用。
(1) 在建筑领域，通过在混凝土结构中嵌入钢筋，可以增加结构的强度和稳定性。
例如，在高层建筑中，采用钢筋混凝土框架结构能够有效抵抗地震和风力等外界荷载，保证建筑的安全性和稳定性。
(2) 在桥梁领域，钢筋混凝土梁和板是常见的结构形式，通过钢筋和混凝土的协同作用，能够满足桥梁在承载车辆荷载和自身重量时的强度和稳定性要求。
4. 钢筋与混凝土协同工作的设计考虑在进行钢筋与混凝土协同工作的设计时，需要考虑以下几个因素：(1) 结构的荷载条件：根据结构所受的荷载类型和大小，确定钢筋和混凝土的使用量和布置方式，以保证结构的承载能力和稳定性。
(2) 建筑或桥梁的用途和要求：不同的建筑和桥梁对结构的强度、刚度和耐久性等要求不同，需要进行相应的钢筋和混凝土选择和布置。
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第一节 钢筋混凝土结构设计理论的发展 第二节 结构的功能要求、荷载效应与结构抗力 第三节 概率极限状态设计的概念 第四节 荷载代表值和材料强度标准值 第五节 《水工混凝土结构设计规范》的实用设计表达式
第一节 钢筋混凝土结构设计理论的发展
一、按许可应力法设计
c [ c ] fc / Kc s [ s ] f y / Ks
[例]简支梁承受均布荷载q作用，计算 跨度为l，由力学计算可知其跨中弯矩
M＝
1 ql 2，支座剪力V ＝
1 ql 。
8
2
M与V
S
q
Q
1 8
l
2
与
1 l
2
C
三、结构抗力R
是指结构或构件 承受各种荷载效 应S的能力，即 承载能力和抗变 形能力。
R = R(fc,fs,αk…)
结构抗力也是一个随机变量， 影响因素主要有材料性能（强 度、变形模量等物理力学性 能）、构件几何参数、配筋情 况以及计算模式的精确性等。
与结构抗力
一、结构的功能要求
结构应能承受在正常施工和正常
结
安全性
构
使用的情况下可能出现的各种作 用，在设计规定的偶然事件发生 时及发生后，结构仍能保持必需 的整体稳定性，不致发生倒塌。
的
功 能
适用性
结构在正常使用期间应具有良好的工作 性能。例如，不发生过大的变形、振幅、
过宽的裂缝等，以免影响正常使用。
的严重程度以及社会经济等条件，以优化方法综 合分析得出的。 ➢ 但由于大量统计资料尚不完备或根本没有，目前 只能采用“校准法”来确定目标可靠指标。
校准法：认为原有的设计规范所设计出来的大量结构构 件反映了长期工程实践的经验，其可靠度水平在总体上是 可以接受的。根据现有的设计水平反算得到目标可靠指标。
2、正常使用极限状态
（1）概念：结构或构件达到使用功能上允许的某一规 定限值的极限状态，称正常使用极限状态 ；
（2）对应情况 ①影响结构正常使用或外观的变形； ②对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动； ③对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良 影响的局部损坏； ④影响正常使用的其他特定状态。
各种原因的总称
是指能够引起结构
直接作用 间接作用
外加变形和约束变
形，从而产生内力
效应的各种原因。
是指直接以力的不同集结形式
（集中力或均布力）施加在结
构上的作用，通常也称为荷载。
随
荷 载
时 间
的
的变
分 类
异 性
分
类
)
(
永久荷载
(恒荷载)
可变荷载
(活荷载)
偶然荷载
在结构设计基准期内，其 作用量值不随时间变化， 或其变化幅度与平均值相 比可以忽略不计的荷载。
• 结构或结构 构件达到正 常使用或耐 久性的某项 规定限值时 的状态
1、承载能力极限状态
（1）概念：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适 于继续承载的变形的极限状态，称承载能力极限状态。
（2）对应情况 ①整个结构或结构的一部分失去刚体平衡； ②结构构件因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏）， 或因过大的塑性变形而不适于继续承载； ③结构或结构构件丧失稳定； ④整个结构或结构的一部分转变为机动体系（图片）。
优点：概念比较简明
二、按破损阶段法设计
M Mu / K
优点：概念清楚、计算简便 缺点：无法得知构件在正常使用期间的应用情况
三、按极限状态法设计
承载能力极限状态：验算结构构件最终 破坏时的极限承载力；
正常使用极限状态：验算构件在正常使 用时的裂缝开展宽度和挠度变形是否满 足适用性的要求。
第二节 结构的功能要求、荷载效应
第三节 概率极限状态设计的概念 二、极限状态方程式、失效概率和可靠指标
1、极限状态方程式 结构的极限状态可用极限状态函数(或功能
函数)Z来描述。设影响结构极限状态的有n个独
立变量Xi(i=1，2，…n)，函数Z可表示为：
Z=g(X1，X2，…，Xn)
功能函数
结构抗力
Z=g(R,S)=R-S
Z＞0,即R ＞S Z=0,即R=S
在结构设计基准期内，其 作用量值随时间而变化， 其变化幅度与平均值相比 不可忽略不计的荷载。
在结构设计基准期内不一 定出现，而一旦出现其量 值很大且持续时间很短的 荷载。
)
荷 载 的 分
的随 变空 异间 分位
(
类 类置
)
(
荷 载 的
应按 特结 点构
分 分的
类 类反
固定荷载 偶然荷载 静态荷载 动态荷载
要
求
耐久性
结构在正常使用和正常维护条件下应 具有足够的耐久性能，以保证结构能
够正常使用到预定的设计使用期限。
结构设计的目的就是使所设计的结构在规定的设计使用年限 内，用最经济的手段获得预定条件下满足设计所预期的各种
二、作用(荷载)与荷载效应
结构上的 “作用”
使结构或构件产生效 应(内力、变形等)的
可靠状态 极限状态
荷载效应
Z＜0,即R ＜S
失效状态
结构可靠工作的基本条件为:Z≥0或R≥S
2.可靠概率Ps (success) Z≥0的概率为可靠概率Ps，即结构在规定的时间
内，在规定条件下，完成预定功能的概率。
Z＜0的概率为失效概率Pf (failure)，即出现R<S 的概率。
Pf ＋ Ps = 1.0 失效概率Pf愈小， 结构的可靠性愈高。
指在结构上具有固 定位置的荷载。
指在结构空间位置 的一定范围内可任 意移动的荷载。
指不使结构产生加速 度或产生的加速度可 忽略不计的荷载。
指使结构产生不可忽 略的加速度的荷载。
荷载效应S
指由荷载在结构上产 生的各种内力(弯矩、 剪力、轴力、扭矩等) 和变形(挠度、裂缝等) 的统称。
一般情况: S=CQ
3.可靠指标：可靠指标β为结构功能函数Z的平均值
μZ与标准差σZ的比值，即
z
z
可靠指标β与失效概率Pf之间在在着一一对应关系
β
2.7
3.2
3.7
4.2
pf 3.5×10-3 6.9×10-4 1.1×10-4 1.3×10-5
4. 目标可靠指标的确定 ➢ 目标可靠指标理应根据结构的重要性和破坏后果
第三节 概率极限状态设计的概念
一、极限状态的定义与分类
不能结满足构功或能要结求构的一部分超过某一能特够定满足状功态能就要求不能
满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该
功能的极失限效状态。
可靠
特定状态
极限状态
可靠度
• 结构或结构 构件达到最 大承载能力 或不适于继 续承载的变 形时的状态
承正 载常 能使 力用 极极 限限 状状 态态