第十章混凝土结构设计的一般原则和方法.
混凝土结构设计复习重点
混凝土结构（中册）复习(河南工业大学)第九章预应力混凝土构件一、概述：1、何为预应力混凝土？何为预应力混凝土构件？答：结构构件受外荷载作用前，预先对由外荷载产生的混凝土受拉区施加压力，由此产生的预压应力可以减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力。
预应力混凝土构件：用人工方法预先使构件截面中产生预压应力的混凝土构件。
2、预应力混凝土构件可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，高强度钢筋和高强度混凝土的应用，可取的节约钢筋、减轻构件自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。
3、那些结构物宜优先采用预应力混凝土？答：下列结构物宜优先采用预应力混凝土：（1）要求裂缝控制等级较高的结构；（2）大跨度或受力很大、承受动荷载的构件；（3）对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。
4、与钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件有何优缺点？答：与钢筋混凝土构件相比：优点：预应力构件可以采用高强混凝土和高强钢筋，强度高，刚度大，截面尺寸相对小自重轻，易于做建造大跨度和承受重型荷载的构件；预应力混凝土构件是在构件承载前，对混凝土受拉区施加预应力，提高构件的抗裂性能和刚度，扩大了钢筋混凝土构件的适用范围；缺点：如施工工序多，工艺和构造较复杂，要求高，需要张拉设备和场地，设计和计算也比普通钢筋混凝土复杂，此外预应力混凝土构件开裂荷载与破坏荷载比较接近，其延性较差。
5、预应力混凝土构件分为哪几类？答：根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同，预应力混凝土构件分为全预应力和部分预应力两类。
全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件。
相当于裂缝控制等级为一级。
部分预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许出现裂纹，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，大致相当于裂缝控制等级为三级。
6、张拉预应力钢筋的方法有哪些？各有何特点？答：有先张法和后张法。
（1）先张法：在浇灌混凝土前张拉钢筋的方法。
特点：生产工艺比较简单，质量较易保证，不需要永久性锚具；需要台座，第一次投资费用较大；适合工厂化成批生产中、小型预应力构件。
混凝土结构的设计原则
混凝土结构的设计原则混凝土结构设计是建筑工程中相当重要的一部分，合理的设计原则可以确保结构的稳定性、安全性和耐久性。
本文将介绍混凝土结构设计的原则，并探讨如何应用这些原则来设计一个高质量的混凝土结构。
一、强度设计原则混凝土结构的设计首先要满足强度要求。
这需要对混凝土的强度特性进行准确评估，并根据工程的负荷要求进行合理的强度设计。
通常情况下，设计人员会根据工程的荷载、使用寿命和施工条件等因素来确定混凝土的强度等级和配筋率。
在进行强度设计时，还需要考虑混凝土的抗压和抗拉强度，以及不同部位的受力情况。
例如，在梁柱节点处应增加受拉钢筋的配筋率，以保证节点的强度和刚度。
二、稳定性设计原则混凝土结构设计的另一个重要原则是稳定性。
稳定性是指结构在受到外力作用下不产生倾覆、破坏或变形的能力。
为了确保结构的稳定性，设计人员需要考虑结构的整体形状、尺寸和几何约束条件。
例如，在高层建筑中，建筑师会采用适当的平面和立面布局，以提高结构的整体刚度和稳定性。
此外，还需要进行荷载平衡和合理布置支撑系统，以减少结构的位移和倾覆风险。
三、耐久性设计原则混凝土结构的耐久性是指结构在长期使用和环境作用下的抗久期性能。
设计人员需要考虑混凝土的抗渗性、抗冻性、耐久性和抗化学品腐蚀性等方面。
为了提高混凝土结构的耐久性，设计人员可以采取以下措施：1. 选择合适的混凝土配合比和材料，以提高混凝土的密实性和抗渗性；2. 在混凝土中添加适量的掺合材料，如矿渣粉、硅灰等，以提高混凝土的抗冻性和耐久性；3. 采用防水、防腐蚀和防火等涂层材料，以提高结构的耐久性和安全性。
四、经济性设计原则经济性是混凝土结构设计中必须考虑的一个方面。
设计人员应该在满足强度、稳定性和耐久性要求的基础上，尽量减少材料和施工成本。
在经济性设计中，可以采用以下措施：1. 合理选择结构型式和尺寸，避免不必要的结构加强；2. 优化结构布局和形态，减少混凝土用量和钢筋配筋率；3. 使用高强度混凝土和轻质骨料等高性能材料，减少结构自重和材料消耗；4. 合理控制施工工期和质量，避免重复施工和修补。
混凝土结构设计的一般原则和方法
10.2.2 荷载的分类
按空间位置的变异性，荷载可分为固定荷载（设备、 水箱等）和移动荷载（人群、吊车、车辆等）。
按结构对荷载的反应性质，荷载分为静力荷载（结 构自重、楼面活荷载、雪荷载等）和动力荷载（设 备振动、吊车荷载、风荷载、车辆刹车、撞击力、 爆炸力、地震作用等）。
设计基准期：由于确定可变荷载的标准值涉及到时 域问题，《建筑结构荷载规范》统一采用一般结构 的设计使用年限50年作为规定荷载最大值的时域， 称其为设计基准期，但它不等同于建筑结构真正的 使用寿命。
10.1.2 建筑结构设计的阶段和内容
工程建设的三个环节：勘察、设计、施工。 工程设计三1.3 建筑结构设计的一般原则
结构设计一般原则：安全、适用、耐久和经济合理 结构应满足的功能性 ：安全性、适用性、耐久性。 安全性：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 发生后保持整体稳定性。 适用性：要求结构在正常使用过程中不产生影响使用的过大变形 以及过宽的裂缝等。 耐久性：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。
§ 10.2 建筑结构荷载
10.2.1 结构上的作用与荷载 作用的概念：使结构产生内力或变形的原因称为“作
或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并 能趋于限值的荷载。如：自身重力、土压力、预应力，又称 之为恒荷载。 2.可变荷载 在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变 化与平均值不可忽略的荷载。如：楼面活荷载、风荷载、雪 荷载、吊车荷载，又称之为活荷载。 3.偶然荷载 在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现 其值很大且作用时间很短的荷载。如：爆炸力、撞击力、地 震作用。
混凝土结构设计原则
混凝土结构设计原则混凝土结构设计原则一、引言混凝土结构是现代建筑中最常用的结构类型之一，其广泛应用于各种建筑类型中。
混凝土结构设计的主要目的是确保结构材料的安全性和耐久性，同时满足设计要求和使用需求。
本文将详细介绍混凝土结构设计的原则和步骤。
二、设计原则1.力学原则混凝土结构设计的力学原则是确保结构在正常使用过程中不会发生破坏或塌陷。
为此，设计应遵循以下原则：（1）结构应能够承受设计荷载，并保持稳定。
（2）结构应具有足够的刚度和强度，以抵抗外部荷载和内部应力。
（3）结构应具有足够的韧性，以能够抵抗震动和其他外部冲击。
2.经济原则经济原则是混凝土结构设计的另一个重要原则。
设计应该尽可能减少成本，同时满足设计要求和使用需求。
为此，设计应遵循以下原则：（1）设计应尽可能减少结构的材料和工作量，以节省成本。
（2）设计应在结构的寿命内考虑维护、修理和更换成本。
（3）设计应尽可能利用现有的建筑结构和材料，以节省成本。
3.安全原则安全原则是混凝土结构设计的最重要原则之一。
设计应确保人们在结构内外的安全。
为此，设计应遵循以下原则：（1）结构应具有足够的安全系数，以确保结构在正常使用过程中不会发生破坏或塌陷。
（2）结构应考虑可能的灾害和事故，并采取必要的预防措施。
（3）结构应具有足够的通风和排水系统，以确保人们的健康和安全。
三、设计步骤混凝土结构设计的步骤包括以下几个方面：1.确定设计要求和限制条件在进行混凝土结构设计之前，应先确定设计要求和限制条件，例如结构的用途、荷载、规模、环境、材料等。
这些要求和条件将直接影响结构的设计和施工。
2.确定结构类型和布局根据设计要求和限制条件，选择适当的结构类型和布局。
例如，根据荷载和使用要求选择梁、柱、板、墙等结构类型，并确定它们的位置和尺寸。
3.进行荷载计算和分析进行荷载计算和分析是混凝土结构设计的核心部分。
计算荷载包括常规荷载（如自重、人员、设备等）和非常规荷载（如地震、风、雪等）。
混凝土结构设计的原则和方法
2. 荷载效应组合： ① 根据现行《建筑结构荷载规范》4.3.1条，屋面活荷
载不应与雪荷载同时考虑故取其较大者，即不考虑雪 荷载;
② 根据《建筑结构荷载规范》3.2.5条，取γG1=1.2、 γG2=1.35, γQ=1.4,根据《建筑结构荷载规范》表
（4.3.1）得屋面均布荷载的组合值系数Ψc=0.7,据表 4.4.1-1得屋面积灰荷载的组合值系数Ψc=0.9。
2 S
结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标[β]
破坏类型
一级
安全 等 级 二级
三级
延性破坏
3.7
3.2
2.7
脆性破坏
4.2
3.7
3.2
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混凝土结构设计原理
第10章
➢ 按承载能力极限状态设计时
破坏类型
延性破坏 脆性破坏
一级 3.7 4.2
安全等级 二级 3.2 3.7
三级 2.7 3.2
S
,
fCk
C
, ak ...)
极限状态实用设计表达式的一般形式
一.承载能力极限状态 1.荷载效应的基本组合
可变荷载效应控制 0 G
SGk
Q1 SQ1k
n i2
Qi Ci
SQik
R(
fck
c
，f sk
s
，ak，)
永久荷载效应控制
0
G
SG
k
n i 1
Qi. Ci
SQik
R
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◆ 耐久性
3、建筑结构的功能
结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够 的耐久性，完好使用到设计使用年限。
例如：混凝土不发生严重的风化、腐蚀、脱落，钢 筋不锈蚀等。
第10章混凝土结构设计的一般原则和方法
（式1）
（式2）
式中：
G
Qi
—— 永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时， （式1） G 1.2 （式2），当其效应对结构有利时，应取1.0 G 1.35 —— 活载分项系数，一般情况下取1.4，当活载标准值大于 4kN / m 2
的工业房屋楼面结构取1.3
SGK —— 恒载标准值所产生的内力 SQ1K —— 活载标准值产生的内力，i=1的活荷载为主导活荷载。
变化较大部分 t
可变荷载
T
0.5
变化较小部分 —— 准永久值
T —— 建筑物的设计使用年限 （设计基准期） t 0.5 t —— 活载存在的时间年限 T
第10章>§10.2
10.2.4 材料强度
取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分为标准值和设计值。 1. 材料强度的标准值
混凝土 钢筋
s
fy
f yk
s —— 钢筋分项系数
s
第10章>§10.3
§10.3 结构的功能要求和极限状态
10.3.1 结构的功能要求
1 结构设计使用年限
类别 1 2 3 4 结构类型 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要建筑 年限（年） 5 25 50 100
2.04kN / m2
25 0.04 1kN / m2 20 0.02 0.4kN / m2
3.44kN / m2
沿板长每延米均布荷载标准值为
0.9 3.44 3.1kN / m
可变荷载每延米标准值
0.9 2.0 1.8kN / m
简支板在均布荷载作用下的弯矩为
m 1 ql 2 8
第10章混凝土结构设计的一般原则和方法精品PPT课件
10.2.3 荷载代表值
《建筑结构荷载规范》给出了四种荷载代表值： 标准值、组合值、频遇值和准永久值。
荷载的标准值
具有一定概率（一般为95%）的最大荷载值称为 荷载标准值。荷载标准值是荷载的基本代表值。对于 结构自重可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密度 确定；可变荷载标准值由设计使用年限内最大荷载概 率分布的某个分位值确定。
§10.1 建筑结构设计的一般原则
10.1.1 建筑结构的组成和类型 1.组成 (1)上部结构：水平结构体系
竖向结构体系 (2)下部结构：主要由地下室和基础等组成。 2.类型 (1)按结构材料分：砌体结构、混凝土结构、钢结构、 组合结构和混合结构等。 （2）按竖向结构体系分：排架结构、框架结构、剪力 墙结构、框架—剪力墙结构和筒体结构等。
10.1.3 建筑结构设计的一般原则 1.一般原则 安全、适用、耐久和经济合理。 三性：安全性、适用性、耐久性 考虑：功能要求与经济性之间的均衡 2.具体的结构设计原则
§10.2 建筑结构荷载
10.2.1 结构上的作用、作用效应
1.结构上的作用
使结构产生内力或变形的原因称为“作用”，分直接 作用和间接作用两种。
第 10 章 混凝土结构设计的一般原则和方法
本章提要
我国现行的建筑结构设计方法是：以概率理论为基础 的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度， 采用以分项系数的设计表达式进行设计。因此，本章内容 围绕结构设计的总目标，对结构的功能要求、结构的极限 状态、结构上的作用、荷载的代表值、各种作用的效应及 结构的抗力和满足结构设计可靠度要求的材料强度分项系 数及荷载分项系数等均提出了明确的要求，明确以概率理 论为基础的各种极限状态表达方法，并以此作为结构设计 的依据。
混凝土结构基本原理_第9章_混凝土结构设计的一般原则和方法
② 极限状态的分类
a. 承载能力极限状态
•
a) b)
结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继 续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。具体包括：
整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆 等）； 结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破 坏），或因过度变形而不适于继续承载；
c)
d) e)
类 别 1 2 3 4 设计使用年 限（年） 5 25 50 100 示例 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要 的建筑结构 0.9 ~ 1.0 1.1
③ 结构的功能要求
• 结构设计需要满足的基本要求是：使结构在 设计使用年限内，在正常使用、维护条件下，应保持其 各项功能，而不需进行大修加固。建筑结构应满足的功 能要求可概括为：安全性、适用性、耐久性
10.2.3 荷载的代表值
在结构设计基准期T中具有不被超越的概率为pk的荷载。
第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法
2.
可变荷载的代表值
10.2.3 荷载的代表值
① 可变荷载的标准值Qk 荷载标准值实际上是结构在使用期间，在正常情况下， 可能出现的具有一定保证率的偏大荷载值 《建筑结构荷载规范》规定的荷载标准值，大部分仍沿 用或参照了传统习惯的数值 ② 可变荷载的组合值Qc ③ 可变荷载的准永久值Qq
10.2.4 竖向荷载
2.
积雪荷载
第10章 混凝土结构设计的一般原则和方法
2.
积雪荷载
10.2.4 竖向荷载
屋面水平投影面上的雪荷载标准值（kN/m2）按下式计算：
Sk r S0
Sk——雪荷载标准值（kN/m2）； ur——屋面积雪分布系数； S0——基本雪压，当地空旷平坦地面上根据气象记录资料 经统计得到的在结构使用期间（一般为50年）可能出现的 最大雪压值。
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构造措施
配置除计算所需之外的钢筋（分布钢筋、架立钢筋等）、钢 筋的锚固、截断的确定等。
四、结构设计成果
结构方案设计说明书、 结构设计计算书、结构设计图纸
本课程主要内容：
房屋建筑工程中混凝土结构的设计方法，主要包括：
楼盖
单层工业厂房
砌体结构设计
课程内容侧重于结构整体设计：
结构方案和结构体系的选择，进行结构布置 确定计算简图 选择合适的结构分析方法
第十章
混凝土结构设计受力骨架体系，由水平结构
体系、竖向承重体系和下部结构组成。
建筑结构的功能：满足使用和美观的需求，满足安全性、 建筑结构的分类：
适用性、耐久性的要求，并且做到经济合理。
（1）按用途：工业厂房结构和民用建筑结构； （2）按体型和高度：单层结构、多层结构、高层结构和大跨结构； （3）按结构材料：木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构、组合
结构和混合结构等。
（4）按主要结构型式：排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架－ 剪力墙结构、筒体结构、拱结构等
结构设计步骤
一、确定结构方案 1、内容： 水平结构体系方案（楼、屋盖结构方案） 竖向结构体系方案 基础方案 结构主要构造措施及特殊部位的处理 2、基本原则： 满足使用要求 满足美观要求 受力性能好 施工简便 经济合理
计算作用、作用效应，进行作用效应组合
构件截面设计及构件间的连接构造设计
二、结构布置 结构布置就是在结构方案的基础上，确定各结构构件之 间的相互关系，初步定出各构件的尺寸。 结构布置要考虑使用要求、结构受力、施工和造价等因 素，在平面尺寸较大的建筑，要根据规范规定考虑变形缝的 设置（温度伸缩缝、沉降缝和防震缝的设置） 三、结构分析及设计计算 结构分析指采用力学方法对作用在结构上的各种荷载产 生的内力、变形等进行分析计算，是结构设计计算中最主要 的工作，然后根据分析结果对构件进行设计计算。
1、内容： 确定计算简图 进行荷载（作用）计算 结构内力分析 构件设计 构造措施
对混凝土结构，合理地确定力学模型和选择分析方法是提高 设计质量、确保结构安全可靠的重要环节。 确定计算简图 结构布置以后，要根据结构的特点、实际的受力情况、构件 的尺寸、边界条件等确定整体结构的传力路径以及计算简图，将 实际结构转化为力学模型。
n
承载能力极限状态：
n
i 2
正常使用极限状态： n 标准组合： S SGK SQ1K ci SQiK
i 2
i 1
频遇组合： S SGK f 1SQ1K qi SQiK 准永久组合： S SGK qi SQiK
i 1 n
i 2
n
构件设计 承载能力极限设计：对控制截面进行配筋计算，使其满足安 全性的要求。 S R 正常使用极限状态：对构件的挠度和裂缝进行验算，使其满 足适用性和耐久性的要求。 S C
结构内力计算 根据各类荷载的大小以及计算简图，采用一定的分析方法， 计算结构在各类荷载作用下的内力值（标准值），然后对荷载作 用效应进行组合。
可变荷载控制的组合：S o ( G SGK Q1SQ1K γQi ci SQiK )
永久荷载控制的组合： S o ( G SGK γQi ci SQiK )
结构上荷载的计算 根据作用时间的长短分为恒载、活载和偶然荷载 恒载标准值主要根据材料的容重以及构件的尺寸来确定。
活荷载标准值按荷载规范取值。
民用建筑楼面均布活荷载：《荷载规范》中根据建筑的类型进行规 定，考虑实际楼面活荷载的大小和作用位置经常变动，不可能同时 满布，所以设计中有些情况下给予折减。 工业建筑楼面均布活荷载：根据《荷载规范》取值。 屋面活荷载：按课本P6表10-2确定，并且屋面活荷载不与雪荷载同 时考虑。 雪荷载： S k r S 0 风荷载： wk z s z w0