第三章混凝土结构基本设计原则
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）。
混凝土结构设计原理练习题
混凝土结构原理练习题温州大学瓯江学院20XX年第一章 概述一、选择题J-1 与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁承载能力 （ ）（A ）相同 （B ）提高许多 （C ）有所提高J-2 与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁抵抗开裂的能力 （ ）（A ）提高不多 （B ）提高许多 （C ）完全相同J-3 钢筋混凝土梁在正常使用荷载下（ ）（A ）通常是带裂缝工作的（B ）一旦出现裂缝，裂缝贯通全截面（C ）一旦出现裂缝，沿全长混凝土与钢筋间的粘结力丧尽第二章 混凝土结构材料的物理力学性能一、选择题J-1 混凝土各种强度指标就其数值的大小比较，有 （ ）（A ）k cu f , >t f >c f >k t f , （B ）k cu f , >c f >k t f ,>t f （C ）k cu f , >c f >t f >k t f ,J-2 混凝土强度的基本指标是 （ ）（A ）立方体抗压强度标准值 （B ）轴心抗压强度设计值 （C ）轴心抗压强度标准值 （D ）立方体抗压强度平均值 J-5 混凝土的受压破坏（ ）（A ）取决于骨料抗压强度 （B ）取决于砂浆抗压强度 （C ）是裂缝累积并贯通造成的（D ）是粗骨料和砂浆强度已耗尽造成的J-6 混凝土双向受力时，何种情况下强度降低（ ）（A ）两向受压 （B ）双向受拉 （C ）一拉一压J-12 在钢筋混凝土轴心受压构件中混凝土的徐变将使（ ）（A）钢筋应力增大（B）混凝土应力增大（C）钢筋应力减小J-13 混凝土的水灰比越大，水泥用量越多，则徐变及收缩值（）（A）增大（B）减少（C）基本不变J-15 变形钢筋与混凝土间的粘结能力（）（A）比光面钢筋略有提高（B）取决于钢筋的直径大小（C）主要是钢筋表面凸出的肋的作用Y－8 混凝土在复杂应力状态下强度降低的是（）(A) 三向受压(B) 两向受压（C）一拉一压Y－10 混凝土的徐变，下列叙述不正确的是（）(A)徐变是在长期不变荷载作用下，混凝土的变形随时间的延长而增长的现象(B)持续应力的大小対徐变有重要影响(C)徐变対结构的影响，多数情况下时不利的(D)水灰比和水泥用量越大，徐变越小Y－12 对于无明显屈服点的钢筋，其强度标准值取值的依据是（）(A)最大应变对应的应力(B)极限抗拉强度(C)0.9倍极限强度(D)条件屈服强度Y－14 钢筋的力学性能指标包括：(1) 极限抗拉强度；（2）屈服点；（3）伸长率；（4）冷弯试验，其中检验塑性的指标是（）(A)极限抗拉强度(B)极限抗拉强度和伸长率(C)极限抗拉强度和伸长率(D)伸长率和冷弯试验Y－40 在其它条件相同的情况下，同一混凝土试块在双向受压状态下所测得的抗压强度极限比单向受压状态下所测得的抗压强度极限值高的主要原因是（）(A)双向受压时的外压力比单向受压时多(B)双向受压时混凝土的横向变形受约束(C)双向受压时的纵向压缩变形比单向受压时小Y－46 混凝土保护层厚度是指（）(A)外排纵筋的外表面至混凝土外表面的距离(B)箍筋的外表面至混凝土外表面的距离(C)外排纵筋的内表面至混凝土外表面的距离G-1碳素钢的含碳量越高，则其（）(A)强度越高，延性越高(B)强度越低，延性越高(C)强度越高，延性越低(D)强度越低，延性越低G-2钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求不包括（）(A)强度(B)塑性(C)与混凝土的粘结力(D)耐火性G-3混凝土的侧向约束压应力提高了混凝土的（）(A)抗压强度(B)延性(C)抗拉强度(D)抗压强度和延性G-4减小混凝土徐变的措施是（）(A)加大水泥用量，提高养护时的温度和湿度(B)加大骨料用量，提高养护时的温度，降低养护时的湿度(C)延迟加载时的龄期，降低养护时的湿度和温度(D)减小水泥用量，提高养护时的温度和湿度L-1 《混凝土结构设计规范》中混凝土强度的基本代表值是。
《混凝土结构设计原理》 教案大纲
《混凝土结构设计原理》教案大纲第一章：混凝土结构的基本概念1.1 混凝土结构的定义1.2 混凝土结构的分类1.3 混凝土结构的特点及应用范围1.4 混凝土结构设计的基本原则第二章：混凝土的基本性质2.1 混凝土的组成及材料性质2.2 混凝土的力学性能2.3 混凝土的耐久性2.4 混凝土的变形性能第三章：混凝土结构的受力分析3.1 概述3.2 单向板受力分析3.3 双向板受力分析3.4 梁、柱和节点受力分析3.5 框架结构受力分析第四章：混凝土结构的承载力计算4.1 概述4.2 抗拉、抗压承载力计算4.3 抗弯、抗剪承载力计算4.4 疲劳承载力计算4.5 极限状态设计方法第五章：混凝土结构的变形与裂缝控制5.1 混凝土结构的变形控制5.2 混凝土结构的裂缝控制5.3 钢筋的锚固、焊接与连接5.4 混凝土结构的施工缝处理第六章：混凝土结构的稳定性分析6.1 结构稳定性的基本概念6.2 压弯构件的稳定性分析6.3 受拉构件的稳定性分析6.4 钢筋混凝土构件的稳定性分析6.5 稳定性校核与提高稳定性的措施第七章：混凝土结构的抗震设计7.1 抗震设计的基本概念7.2 地震作用及地震反应7.3 抗震设计原则与要求7.4 混凝土结构的抗震设计方法7.5 抗震设计实例分析第八章：混凝土结构的耐久性设计8.1 耐久性的基本概念8.2 混凝土的侵蚀与碳化8.3 钢筋的腐蚀与防护8.4 混凝土结构的耐久性设计方法8.5 耐久性设计实例分析第九章：混凝土结构的设计实例9.1 工业与民用建筑混凝土结构设计实例9.2 桥梁混凝土结构设计实例9.3 港口与水利混凝土结构设计实例9.4 高层建筑混凝土结构设计实例9.5 特殊环境下的混凝土结构设计实例第十章：混凝土结构设计的软件应用10.1 结构设计软件的基本功能10.2 常见结构设计软件介绍10.3 混凝土结构设计软件操作实例10.4 结构设计软件在工程中的应用与优势10.5 结构设计软件的发展趋势与展望重点解析第一章：混凝土结构的基本概念重点：混凝土结构的定义、分类、特点及应用范围。
第三章 混凝土结构设计方法
•工程结构设计中的核心问题：–结构力学行为的科学反映•结构分析方法（弹性力学，材料力学，结构力学等）•力的概念，应力与应变的概念，广义胡克定律•结构力学与材料力学的分析范式–工程中客观存在的不确定性的科学度量•结构行为的不可预测性•材料与结构特性的不确定性，荷载的不确定性•分析模型与边界条件的不确定性•第一代结构设计理论：–1678，Hooke 定律–1822，Cauchy 应力概念，弹性力学（固体力学发端）–1825，Navier ，梁、板、壳弹性理论（材料力学传统建立）–1864，Saint-Venant ，弹性力学基本方程–1850，Culmann ，静定框架；–1854，Maxwell ，虚功原理–1903，Kirpichev ，超静定框架的分析理论。
结构分析弹性理论第一代结构设计理论•第一代结构设计理论：容许应力法结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理经验安全系数K : 经验安全系数1900：K -10;1930: K =5•容许应力法的几个问题：–弹性分析理论•结构实际行为是非线性的–应力强度理论•应力强度不是唯一的破坏因素–单一安全系数•不同性质的因素不确定性是不一致–安全系数的确定依据•经验确定的安全系数无可比性•第二代结构设计理论：破坏阶段法（第一阶段）–1914，Kazinczy,钢梁的极限承载力试验；–1926，Mayer ，《Structural Safety 》出版–1930，Fritsche ，钢梁的极限强度分析理论；–1935-1952，关于塑性铰方法（极限强度设计）的争论；–1936，Gvozdev ，极限承载力设计的基本理论结构分析弹性理论第一代结构设计理论第二代结构设计理论非线性材料力学u结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理基于统计的安全系数非线性材料力学经验安全系数第二代结构设计理论-I 20世纪20年代，Mayer 第一次提出：采用概率理论度量工程中客观存在的不确定性1930’s-1960’s•第二代结构设计理论：近似概率的极限状态法（第II 阶段）–1938, Freudenthal 发表许用应力与结构安全–1950，Streletski 提出极限状态(Limit state)的概念；–Cornell （1969），Ang （1969），Lind （1971），Hasofer&Lind （1974），可靠度理论蓬勃发展–1971，国际结构安全联合委员会（JCSS ）成立S,R oP S R结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理近似概率准则非线性材料力学经验安全系数第二代结构设计理论-II 至20世纪80年代，世界大多数国家均已在土木工程结构设计规范中采用考虑多种极限状态的近似概率设计准则。
3章 混凝土结构设计的基本原则
第三节
结构的可靠度和极限状态方程
一、作用效应和结构抗力 任何结构或结构构件中都存在对立的两个方面：作用效应 S 和结构抗力 R。如何保证结 构抗力 R 大于作用效应 S 是结构设计中必须解决的问题。 （一）作用和作用效应 结构上的作用有直接作用和间接作用两种。直接作用是指施加在结构上的荷载，如恒荷 载、活荷载、风荷载和雪荷载等。间接作用是指引起结构外加变形和约束变形的其他作用， 如地基沉降、混凝土收缩、温度变化和地震等。 作用效应 S 是指作用对结构产生的效应，如内力、变形和裂缝等。 1．作用的分类 结构上的作用，可按下列性质分类。 （1）按随时间的变异分类。 1）永久作用在设计基准期内，其值不随时间变化或变化与平均值相比可以忽略不计。例 如，结构自重、土压力、预加应力等。 2） 可变作用在设计基准期内， 其值随时间变化， 且其变化与平均值相比不可忽略。 例如，
（3-3） （3-4）
fc fck / c
式中 fs、fc——分别为钢筋强度设计值和混凝土强度设计值； fsk、fck——分别为钢筋强度标准值和混凝土强度标准值；
s、c——分别为钢筋材料分项系数和混凝土材料分项系数。
（2）钢筋的强度标准值和设计值。 根据上述原则，钢筋强度标准值是按下述方法确定的。对有明显流幅的热轧钢筋，采用 国家标准中规定的屈服强度标准值（废品限值） ；对无明显流幅的钢筋，采用国家标准中规定 的极限抗拉强度。 钢筋材料分项系数s 的取值如下： 延性较好的热轧钢筋， s 取 1.1； 但对新投产的 500MPa 级钢筋，s 取 1.15；延性稍差的预应力钢筋，s 取 1.2。 钢筋抗压强度设计值 f y 取与抗拉强度设计值 fy 相同。 这是由于构件中混凝土受到箍筋的 约束，实际极限受压应变增大，受压钢筋可达到屈服。 （3）混凝土的强度等级、强度标准值和强度设计值。 1）混凝土的强度等级。混凝土强度等级（fcu,k）是指按照标准方法制作和养护的、边长 为 150mm 的立方体试件，在 28d 龄期或规定龄期，用标准试验方法测得的具有 95%保证率 的抗压强度，即
第三章：混凝土结构设计基本原则
第三章混凝土结构基本设计原则3.1结构的功能要求3.1.1 混凝土结构的组成与作用•骨架•构件3.1.2 结构上的作用、结构抗力•按时间的变异分布：永久作用、可变作用、偶然作用•按随空间位置的变异分类：固定作用、可动作用•按结构的反应分类：静态作用、动态作用•结构或结构构件承受内力和变形的能力称为结构抗力R作用直接作用：间接作用：按时间分永久作用：可变作用：按位置分固定作用可动作用按反应分静态作用动态作用荷载温度应力、基础沉降，地震作用自重，土压力楼面活荷载、风荷载、雪荷载作用效应S•结构由于各种原因，引起内力和变形称为作用效应。
内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩；变形：挠度、转角、裂缝。
•作用效应取决于作用的方式及结构或构件的几何尺寸及支承条件。
简支梁在跨中一集中荷载作用下跨中弯矩lP M 41=•例：简支梁在均布荷载作用下跨中弯矩S = cQc –––荷载效应系数Q –––荷载•作用效应具有随机性q M 281=281l l 41c结构的抗力R•结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。
•结构抗力的影响因素：材料性能的不确定性材料几何参数的不确定性计算模式的不确定性•结构的抗力具有随机性。
3.1.3 结构的功能要求安全性、适用性、耐久性安全性：结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。
适用性：结构在正常使用时有良好的工作性能。
耐久性：结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。
3.1.4 结构的可靠性与安全等级3.2 结构极限状态3.2.1 极限状态的定义：是结构或其构件能够满足前述某一功能要求的临界状态。
超过这一界限，结构或其构件就不能满足设计规定的该项功能要求而进入失效状态。
极限状态的分类：承载能力极限状态正常使用极限状态极限状态的表现形式：(承)：刚体失去平衡，材料强度不足，结构转变为机构，失稳(正)：过大的变形，影响正常使用或耐久性能的局部损坏，过大的振动3.2.2 极限状态分类结构或构件能否完成预定功能与结构的荷载效应S与结构的抗力R有关。
混凝土结构设计原理-第3章-设计原则精品PPT课件
▲ R—结构抗力
结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu
如Mu ?
本课程的主要内容
▲ S和R都是随机变量
第三章 混凝土结构基本设计原则
一、结构的功能函数
Z > 0 可靠
Z=R-S Z = 0 极限状态
Z < 0 失效
Z>0
不一定绝对安全。
二、极限状态方程
Z=0 即 R-S＝0
3.4 结构设计方法
化与平均值相比可以忽略不计的作用。
如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等。
2、可变作用：在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变
化与平均值相比不可忽略的作用。 如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、 温度变化等。
3、偶然作用：在结构使用期间不一定出现，而一旦出现其量
值很大且持续时间很短的作用。
一状、态极”限状态的概念
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不 能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功 能的极限状态。
二、两类极限状态
承载能力极限状态与正常使用极限状态。
3.2 极限状态
第三章 混凝土结构基本设计原则
1、承载能力极限状态 Ultimate Limit State
（1）概念：承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大
如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。
第三章 混凝土结构基本设计原则
3.1.2 结构的功能
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
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1 结构的功能要求
• 混凝土结构是由混凝土梁、板、柱（或墙）、基础等基本 构建组成的承受各种外部作用的骨架。 • 作用类型
① 直接作用：施加在结构上的集中荷载和分布荷载； ② 间接作用：引起结构外加变形和约束变形的其他作 用。
• 作用分类 随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用； 随空间位置的变异分类：固定作用、可动作用； 按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
的某个限值的(裂缝验算)。
极限状态方程：Z=R-S；R为结构抗力，S为结构的作用效
应。
结构可靠度的定量描述——“失效概率”。
3 极限状态实用设计表达式
——分项系数法
① 承载能力极限状态
（1）要求: γ0Sd≤Rd ；Rd=R（fc,fy,αk...） γ0 — 结构的重要性系数，对于地铁车站，其为1.1；
Sd — 作用基本组合的效应设计值； Rd — 结构或者结构构件抗力设计值。
荷载效应基本组合的设计值
a. 由可变荷载效应控制的组合
n
S G SGk S Q1 Q1k S Qi ci Qik i2
• b. 由永久荷载效应控制的组合
n
S G SG S Qi ci Qik i 1
S qi Qik
准永久值、荷 载组合值。
例题P29。
荷载效应：施加在结构上的直接作用产生的内力和变形。 结构抗力：结构或结构构件承受内力和变形的能力。 结构的功能要求：安全性、适用性、耐久性——可靠性。
2 结构的极限状态
• 极限状态的概念 • 两类极限状态： • ① 承载能力极限状态：结构或构件发挥其最大承载力时
的状态(结构配筋计算)。 • ② 正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许
• 荷载分项系数的选定：（1）永久荷载的分项系数
（2）荷载的分项系数
（3）钢筋和混凝土的强度分项系 数
② 正常使用极限状态
S≦C
（1）标准组合
n
S SGk SQ1k
S ci Qik
i2
（2）频遇组合
n
S SGk f S1 Q1k
S qi Qik
i2
（3）准永久组合
n
S SGk