结构设计原理教学大纲

《结构设计原理（2）》教学大纲

第一部分教学大纲说明

一、课程的性质与任务

1．《结构设计原理》（2）是中央广播电视大学工科土建类土木工程专业（专升本）本科一门必修课程。本课程针对中央广播电视大学土木工程专业（专科）学生具有钢筋混凝土结构基本知识，在此基础上，理解结构设计理论，掌握构件计算方法。本课程的主要任务是：1）理解结构设计理论，掌握构件设计计算方法。2）了解现行《公路桥规》对结构构件计算的有关规定。

2．《结构设计原理》课程是在已开设的《建筑材料学》、《材料力学》、《结构力学》等先修课程的基础上设置的专业基础课，后续课程是《桥梁工程》。

3．《结构设计原理》课程内容包括：钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、混凝土与砌体结构、钢结构、钢—混凝土组合结构。

二、课程的目的与要求

1．《结构设计原理》课程研究各种结构构件的设计计算理论、截面应力应变、承载力计算方法。通过对材料力学性能、截面受力性能的分析、结合试验，给出截面承载力计算方法，应力、位移、裂缝计算方法。本课程要求学生重点掌握：结构设计计算理论、截面受力分析、承载力计算方法。

2．《结构设计原理》课程，在了解材料力学性能、本构关系、掌握受力分析的基础上，要求学生了解结构试验方法、观察试验过程、能将试验结果应用到承载力计算中。

3．《结构设计原理》课是一门实践性较强的课程。一方面各种构件计算方法都有试验分析作为基础，同时截面设计要考虑构造要求；另一方面设计计算为工程实际服务。要求学生加强实践性环节：如观摩受弯构件正截面试验分析、受压构件强度试验、预应力施工技术等。了解《公路桥规》有关构造要求。

4．通过习题练习加深对所学内容的理解。

三．课程教学要求层次

教学环节中，基本概念、定义、截面性质、受力性能等概念，由低到高分为“知道、了解、掌握”三个层次。有关截面承载力计算、应力计算、连接计算、变形、裂缝计算等公式及其设计计算方法，由低到高分为“会、掌握、熟练掌握”三个层次。

第二部分媒体使用与教学过程建议

一．学时分配与学分

1．学时分配

本课程共72个学时（具体课时分配如下表）。

课时分配表

2．学分

本课程共4学分。

二．教学安排

《结构设计原理》课安排在第3学期，一个学期完成全部教学任务。

三．媒体选择

1．文字教材

根据远程教育要求和电大学生特点，本课程文字教材采用文字主教材和文字辅助教材两部分，采取合一式编排。各章中的前面部分为主教材的内容，后面部分为辅助教材的内容。

文字教材是学生学习本课程的主要用书，主教材部分的内容是课程的基本内容，是教学的主要依据。辅助教材部分的内容是对主教材相应内容的推演或归纳总结，配有例题、习题与思考题，帮助学生加深理解和掌握课程内容。

文字教材是学生获得知识、提高能力的重要媒体之一，教材内容力求科学性，教材中的概念叙述要直观无误，方法阐述要详细，论证要清楚，公式推导要严谨，充分体现远程开放教育的特色，适合成人教育、以自学为主的特点，便于自学。

2．IP教材

本课程要积极探索基于网络环境的远程开放教育的教学模式，充分利用IP课程的网络传播优势，充分发挥IP课程的教学内容可选性和交换性，为学生为主自主学习本课程提供更方便的教学资源。

3．录象教材

本课程安排电视教学录象课。建议安排钢筋混凝土受弯构件正截面试验，轴心、偏心受压试验，预应力混凝土技术三个专题录象。

四．教学环节

本课程配有电视课、IP课程及文字教材。电视课和IP课程是教学的重要形式，文字教材适合于学生自学。课后有习题练习和思考题、网上答疑，期末考试。

1．自学

自学是广播电视大学学生获得知识的重要方式，自学能力的培养是远程开放高等教育的目的之一，本课程的教学要注意对学生自学能力的培养。学生可以通过收看电视、IP课程、直播课堂和网上教学辅导等方式进行学习，各教学点可以采取灵活多样的助学方式，帮助学生学习。

2．作业

独立完成作业是学好本课程的必不可少的一项教学环节。作业的内容以教材中的习题、思考题为主，通过这些习题、思考题的练习，熟悉各种基本题形的解题方法、加深对课程中各种概念的理解，以达到基本掌握本课程主要内容的目的。

3．考核

考试题符合大纲要求，考核内容力求全面，同时体现重点突出、难度适中、题量适度，不出难题、怪题。题量和难度的梯度按教学大纲的三个不同层次安排。

第三部分 教学内容与教学要求

总论（2学时）

介绍《结构设计原理》课程的主要内容，课程的重点、难点；需要一般了解的知识点。课程安排、学习要求、授课方法。结构设计理论简介；结构动力性能介绍。

一、钢筋混凝土结构的基本概念及结构设计理论

（4学时）

（一）教学内容

本章内容为钢筋混凝土结构计算基本概念与基本理论，是本课程的重点章节之一，对重点概念要求熟练掌握。

1．钢筋混凝土结构的基本概念

钢筋混凝土结构及其特点，钢筋混凝土共同工作。 2．材料的物理力学性能

混凝土强度及其强度取值，混凝土变形，本构关系，弹性模量，收缩、徐变及其计算。 钢筋的强度与变形，钢筋的成分、品种与等级，钢筋的加工。

重点：钢筋混凝土共同工作，混凝土变形及其变形性能，本构关系；钢筋的强度与变形。 难点：混凝土变形性能

（二）教学要求

1． 了解有关荷载计算 2． 掌握混凝土变形特征

3．熟练掌握钢筋混凝土共同工作、材料力学性能、混凝土徐变等概念

二、 受弯构件正截面承载力（6学时）

（一）教学内容

受弯构件正截面承载力是本课程的重点内容，并配有习题练习。 1．钢筋混凝土受弯构件概述 受弯构件及构造要求（截面与配筋）。 2．正截面承载力计算的基本原则

正截面受力分析与破坏特征，正截面计算基本假定，受压区混凝土等效矩应力图形，受压区高度界限系数jg 与最小配筋率μ

min 。

3．受弯构件正截面承载力设计计算

单筋、双筋矩形截面、T形截面受弯构件，深受弯构件。

重点：正截面试验分析、正截面受力、承载力计算方法

难点：正截面计算方法与公式推导

（二）教学要求

1．知道深受弯构件。

2．了解截面配筋率的定义（μ）、适筋梁界限破坏及适筋梁条件（ξjg及μmin）、不同配筋率下的正截面破坏状态、配有相应的习题练习。

3．掌握受弯构件正截面三个工作阶段及其特点。

4. 熟练掌握受弯构件正截面承载力计算。

三、受弯构件斜截面承载力（6学时）

（一）教学内容

受弯构件斜截面是本课程的重点内容，并配有习题练习。

1．受弯构件斜截面概述

斜截面受力分析、构造要求。

2．受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态

无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态，简支梁斜截面破坏主要形态，有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态。

3．斜截面承载力

影响斜截面抗剪能力的主要因素，斜截面承载力、基本公式及适用条件，等高度简支梁腹筋设计初步。

4．受弯构件斜截面抗弯

斜截面抗弯计算，纵向钢筋的起弯点位置。

5．全梁承截能力校核与构造要求

6．连续梁斜截面抗剪

连续梁斜截面的破坏特点，等高度连续梁抗剪承载力计算。

重点：斜截面破坏主要形态、影响斜截面抗剪强度的主要因素、腹筋设计计算。

难点：斜截面受力分析模型、斜截面抗弯计算、全梁承载力校核。

（二）教学要求

1．知道斜截面抗弯承载力计算、深受弯构件。

2．了解箍筋配筋率的定义（μk）、了解斜截面抗剪、斜截面抗弯对弯起钢筋起弯点构造要求。

3．掌握斜截面破坏特征、抗剪计算、全梁承载力较核。

四、受扭构件承载力（4学时）

（一）教学内容

本章节为了解内容

1．纯扭构件的破坏特征和强度计算

矩形截面纯扭构件的开裂扭矩、破坏特征，纯扭构件强度计算理论，矩形截面纯扭构件强度计算。2．弯剪扭构件承载力

在弯、剪、扭共同作用下的破坏特征，弯剪扭构件配筋计算方法。

3．T形截面受扭构件、箱形截面受扭构件，构造要求。

重点：开裂扭矩、弯剪扭构件配筋计算方法。

难点：纯扭构件承载力计算理论。

（二）教学要求

1．会弯剪扭构件配筋计算方法、矩形截面开裂扭矩计算。

2．了解纯扭构件强度计算理论、受扭构件构造要求。

五、轴向受力构件承载力（10学时）

（一）教学内容

轴心受力构件是本课程的重点内容，并配有习题练习。

1．轴心受拉构件

轴心受拉构件受力分析、破坏特征、承载力计算。

2．轴心受压构件

普通箍筋柱：普通箍筋柱受力分析与破坏形态，纵向弯曲系数

，承载力计算。

螺旋箍筋柱：受力特点与破坏特征，正截面计算，构造要求。

3．偏心受压构件

正截面的受力特点和破坏形态、受力分析，拉破坏、压破坏、界限破坏，M-N关系曲线，偏心距增大系数η。

偏心受压构件：矩形截面计算基本公式及适用条件，矩形截面非对称配筋设计计算，矩形截面对称配筋设计计算，构造要求。

4．工字形和T形截面偏心受压构件

正截面强度计算基本公式、承载力计算方法。

5．圆形截面偏心受压构件

正截面承载力计算基本假定、计算基本公式、设计计算方法。

重点：轴心受拉、轴心受压构件受力分析与计算、矩形截面大偏心受压构件强度计算。

难点：纵向弯曲对轴心受压、偏心受压构件承载力的影响、矩形截面小偏心受压构件强度计算、圆形

截面强度计算公式推导。

（二）教学要求

1．会T形、工字形截面受压构件强度计算、偏心受拉构件强度计算。

2．了解长柱对受压构件承载力的影响、螺旋箍筋柱受力特点。

3．了解偏心受压构件截面破坏形态，大、小偏心受压的界限、偏心矩增大系数、构造要求。

4．掌握螺旋箍筋柱正截面强度计算、小偏心受压构件强度计算。

5．熟练熟练掌握轴心受力构件强度计算、大偏心受压构件强度计算、圆形截面偏心受压构件强度计算。

六、钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形（6学时）

（一）教学内容

本章节是正常使用极限状态要求的，是本课程的重点内容，配有习题练习。

1．概述

正常使用极限状态要求，换算截面的概念。

2，应力计算

3．受弯构件裂缝及最大裂缝宽度验算

钢筋混凝土的裂缝，受弯构件裂缝宽度理论与计算方法简介，《公路桥规》最大裂缝宽度计算方法和裂缝宽度限值。

3．变形计算

受弯构件变形刚度、预拱度的设置、挠度限制。

重点：换算截面的概念、混凝土裂缝、受弯构件变形计算。

难点：截面抗弯刚度。

（二）教学要求

1．会利用规范计算截面应力、混凝土裂缝宽度、受弯构件变形。

2．了解裂缝宽度计算理论。

3。掌握换算截面、截面抗弯刚度的概念。

七、预应力混凝土结构的基本概念（4学时）

（一）教学内容

本章节预应力的基本概念是课程的次重点内容。

1．预力混凝土结构的基本原理

2．预应力混凝土结构的特点

3．预应力混凝土结构的应用

4．加筋结构的分类

5．预加应力技术与设备

6．预加应力的主要方法，锚具与预应力设备

重点：预应力的基本原理、预应力度、预应力技术。

难点：先张法温差损失。

（二）教学要求

1．熟练掌握预应力混凝土的基本原理、预应力度的概念。

2．掌握预应力技术、预应力结构的特点、预应力结构的应用。

八、预应力混凝土受弯构件的设计与计算（12学时）

（一）教学内容

预应力混凝土受弯构件计算是本课程的重点，安排有习题练习。

1．预应力混凝土各阶段受力分析

预加力阶段受力分析，使用阶段受力分析，预应力消压弯矩，预应力混凝土结构破坏特征。

2．预加力的计算与预应力损失的估算

预应力钢筋的张拉控制应力，钢筋预应力损失估算，钢筋的有效预应力计算。

3．预应力混凝土受弯构件的应力计算

受弯构件正应力验算，主应力验算。

4．预应力混凝土受弯构件的强度计算

受弯构件正截面强度计算，受弯构件斜截面强度计算。

5．端部锚固区的计算

局部承压的破坏形态和破坏机理，混凝土局部承压受力分析及破坏特征，局部承压理论，局部承压区开裂计算、强度计算，局部承压强度提高系数。后张法构件锚下局部承压计算。

先张法构件预应力钢筋的传递长度和锚固长度。

6．变形计算

预应力受弯构件的变形，预拱度的设置。

7．预应力混凝土简支梁设计

简支梁设计初步，截面设计，预应力钢筋数量的选择，预应力钢筋的布置。

重点：受弯构件受力分析、消压弯矩、预应力损失、受弯构件截面应力验算。混凝土局部承压提高系数。

难点：先张法温度应力损失、受压区预应力筋应力、预应力筋的索界，局部承压破坏机理。

（二）教学要求

1．了解预应力混凝土简支梁设计。

2．掌握预应力混凝土受弯构件各受力阶段的受力特点及其破坏特征、预应力损失、有效预应力的概念，部承压破坏机理。

3．掌握端部锚固区计算、变形计算及预拱度设置、预应力筋设计。

4．熟练掌握截面应力计算、承载力计算方法。混凝土局部承压提高系数计算。

九、部分预应力混凝土受弯构件介绍（4学时）

（一）教学内容

部分预应力混凝土受弯构件是本课程的一般了解内容。

1．部分预应力混凝土结构

部分预应力混凝土结构的特点、发展。

2．部分预应力混凝土结构的受力特性

3．部分预应力混凝土受弯构件的计算

B类构件使用阶段正截面应力计算，裂缝宽度计算，变形计算，疲劳计算。

4．部分预应力混凝土受弯构件的设计与构造要求

截面配筋设计的预应力度法、名义拉应力法，构造要求。

重点：部分预应力混凝土结构的受力特性、受弯构件的计算。

难点：配筋截面设计预应力度法。

（二）教学要求

1．会B类构件使用阶段正截面应力计算，裂缝宽度计算，变形计算，疲劳计算。

2．了解部分预应力混凝土结构的特点及其发展。

3．了解部分预应力混凝土受弯构件的设计与构造要求。

十、砌体与混凝土结构（2学时）

(一)教学内容

1.混凝土及砌体结构材料

砌体材料的种类、砂浆的性能、砌体的强度与变形。

2.砌体的承载力

计算原则、轴心受压构件承载力、偏心受压构件承载力、受弯直接受剪和局部承压计算

（二）教学要求

1.了解砌体结构材料性能、砂浆的性能、砌体的强度与变形。

2.会砌体承载力计算。

十一、钢结构（8学时）

（一）教学内容

钢结构是本课程次重点内容，安排有习题练习。

1．钢结构基本概念

钢结构计算基本原则、设计的基本要求。钢结构材料的主要性能，影响钢材性能的主要因素，钢材的

种类及其选用。

2．钢结构的连接

焊缝连接：焊接方法，焊缝型式与焊接计算，焊接应力与焊缝变形，焊缝的疲劳强度。

普通螺栓和铆钉连接：构造和计算，铆钉连接的构造和计算特点。

高强螺栓连接：工作原理、连接的构造、连接计算。

3．钢桁架构件

钢桁架桥的组成，联结系的构造，桁架截面形式，组合构件。

实腹式轴心受力构件：实腹式轴心受拉构件，实腹式轴心受压构件。

组合式受压构件：截面形式，换算长细比，组合式压杆的剪力，缀板缀条的计算。

偏心受力构件：偏心受拉构件，偏心受压构件。

钢桁架节点设计：节点构造，杆端部连接计算，实腹式轴心受力构件节点板强度验算。

4．钢板梁

钢板梁构造，截面设计，截面沿跨长的变化，焊接钢板梁翼板和腹板的连接焊缝，钢板梁的局部稳定性和腹板加劲肋的布置，钢板梁的支承加劲肋。

重点：钢材的种类、性能、钢结构的连接方式、钢结构的接点设计。

难点：钢材的疲劳、焊缝应力。

（二）教学要求

1．了解钢板梁设计计算。

2．熟练掌握钢材的性能、钢结构的连接、钢结构计算原则、钢结构的稳定性。

3．熟练掌握焊接、铆接及高强螺栓连接计算、实腹式桁架接点、截面设计计算。

十二、钢-混凝土组合构件（4学时）

（一）教学内容

钢—混凝土组合构件是本课程了解内容。

1．钢-混凝土组合梁

钢-混凝土组合梁的基本概念，计算原则及一般规定。组合梁的截面设计，抗剪连接件设计。

2．钢管混凝土构件

钢管混凝土的基本概念、受压构件的工作性能。受压构件的计算、构造要求。

重点：钢—混凝土构件计算原则及一般规定、钢管混凝土截面工作性能。

难点：组合梁中温度应力及混凝土收缩应力、徐变影响。

（二）教学要求

1．了解钢—混凝土组合构件计算方法、钢管混凝土受压构件截面设计。

2．掌握钢—混凝土组合构件基本概念、钢管混凝土截面工作性能。