结构设计原理第三章讲解
结构设计原理知识点
第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度cu f 。
影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。
尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100）cu f （150）=1.05cu f （200）2.混凝土弹性模量和变形模量。
①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。
表示为：E '=σ/ε=tan α0②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。
E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。
③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。
影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。
徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预应力损失。
4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。
钢筋混凝土结构设计原理 -第三章 受弯构件正截面承载力计算
1.3 钢筋的构造
混凝土保护层c(Concrete cover)
定义:钢筋边缘到构件截面的最短距离 作用:1.保证钢筋和混凝土之间的粘结
2.避免钢筋的过早锈蚀 规范给出了各种环境条件下的最小混凝土保护层厚度c(P496, 附表1-8)。
1.3 钢筋的构造
板的配筋：由于受力性能不同，现浇和预制的配筋不同。
梁的配筋
纵向受力钢筋(主钢筋)、弯起钢筋或斜钢筋、箍筋、架立筋、水平纵向钢筋
1）钢筋骨架的形式
架立钢筋
箍筋
弯起钢筋
纵向钢筋
绑扎钢筋骨架
架立钢筋
斜筋
弯起钢筋
斜筋
纵向钢筋
焊接钢筋骨架示意图
2）钢筋种类
(1)主钢筋：承受弯矩引起的拉力，置于梁的受拉区。有时在受压区也配 置一定数量的纵向受力钢筋，协助混凝土承担压应力。
数量由正截面承载力计算确定，并满足构造要求 作用：协助混凝土抗拉和抗压，提高梁的抗弯能力。 直径： d12～ d32mm,≤d40mm
排列总原则：由下至上，下粗上细，对称布置
最小混凝土保护层厚度：应不小于钢筋的公称直径，且应符合规范要求 钢筋净距：
a) 绑扎钢筋
b) 焊接钢 筋
架立筋
箍筋 主钢筋
≥≥40mm
主钢筋
c
≥ (三层及三层以下)
c
净距
≥ (三层以上)
目录
1.受弯构件的截面形式和构造 2.受弯构件正截面受力全过程及破坏形态 3.受弯构件正截面承载力计算的基本假定 4.单筋矩形截面正截面承载力计算 5.双筋矩形截面正截面承载力计算 6.T形截面受弯构件
受剪破坏：M，V作用,沿剪压区段内的某个斜截面（与梁的纵轴线 或板的中面斜交的面）发生破坏
第三章结构设计原理
第三章 轴心受力构件本章的意义和内容：在设计以承受恒荷载为主的多层房屋的内柱及桁架的腹杆等构件时，可近似地按轴心受力构件计算。
轴心受力构件有轴心受压构件和轴心受拉构件。
本章主要讲述轴心受压构件的正截面受压承载力计算、构造要求，以及轴心受拉构件的受拉承载力计算等问题。
本章习题内容主要涉及：轴心受压构件——荷载作用下混凝土和钢筋的应力变化规律；稳定系数ϕ的确定；配有纵筋及普通箍筋柱的强度计算；配有纵筋及螺旋形箍筋柱的强度计算；构造要求。
轴心受拉构件——荷载作用下构件的破坏形态；构件的强度计算。
一、概 念 题（一）填空题1. 钢筋混凝土轴心受压构件计算中，ϕ是 系数，它是用来考虑 对柱的承载力的影响。
2. 配普通箍筋的轴心受压构件的承载力为u N = 。
3. 一普通箍筋柱，若提高混凝土强度等级、增加纵筋数量都不足以承受轴心压力时，可采用 或 方法来提高其承载力。
4. 矩形截面柱的截面尺寸不宜小于 mm 。
为了避免矩形截面轴心受压构件长细比过大，承载力降低过多，常取≤l 0 ，≤h l 0 （0l 为柱的计算长度，b 为矩形截面短边边长，h 为长边边长）。
5.《混凝土结构设计规范》规定，受压构件的全部纵筋的配筋率不应小于 ，且不宜超过 ；一侧纵筋的配筋率不应小于 。
6.配螺旋箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件的正截面受压承载力为sso y s y cor c u 2(9.0A f A f A f N α+''+=），其中，α是 系数。
（二）选择题1. 一钢筋混凝土轴心受压短柱，由混凝土徐变引起的塑性应力重分布现象与纵筋配筋率ρ'的关系是：[ ]a 、ρ'越大，塑性应力重分布越不明显b 、ρ'越大，塑性应力重分布越明显c 、ρ'与塑性应力重分布无关d 、开始，ρ'越大，塑性应力重分布越明显，但ρ'超过一定值后，塑性应力重分布反而不明显了2. 配置螺旋箍筋的钢筋混凝土柱的抗压承载力，高于同等条件下不配置螺旋箍筋时的抗压承载力是因为 [ ]。
《钢结构设计原理》3-1 钢结构的连接-焊缝连接
3. 气体保护焊
气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体 作为保护介质的一种电弧熔焊方法。
直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层， 以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳 定性。
气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清 楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射 的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接 速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手 工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置 的焊接。但不适用于在风较大的地方施焊。
3.4.1 角焊缝的构造要求
4 侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端 大中间小。焊缝越长，应力集中越明显。
若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后， 继续加载，应力会渐趋均匀。
若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两 端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度
A、B级精制螺栓是由毛坯在车床上经过切削加 工精制而成。表面光滑，尺寸准确，对成孔质量 要求高。有较高的精度，因而受剪性能好。制作 和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用
C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成。螺栓表面 粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻 模钻成设计孔径的孔(II类孔)。
螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.5~2mm。螺栓 杆与螺栓孔之间有较大的间隙，受剪力作用时， 将会产生较大的剪切滑移，连接的变形大。安装 方便，且能有效地传递拉力，可用于沿螺栓杆轴 受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装 时的临时固定。
3.4.1 角焊缝的构造要求
3 角焊缝的最小计算长度 焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝 起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的 其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠。 搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线 弯折大，会造成严重应力集中。
(钢结构设计原理)第三章钢结构的连接
对于工字形或T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力 外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:
12312 1.1ftw （3-4）
式中 : 1、1——为腹板与翼缘 交接处的正应力和剪应力。
1.1为考虑到最大折算应力只 在局部出现，而将强度设计值适 当提高系数。
弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝
工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力 主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。
轴力、弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算
轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算
轴力、弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝
牛腿处对接焊缝的强度计算
轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算
轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，
铆钉连接
铆钉连接
19世纪20～30年代出现铆钉连接。把铆钉 加热到1000～1500℃，用铆钉枪铆合。
优点
*塑性和韧性较好； *传力可靠，质量易于检查和保证； *可用于承受动载的重型结构。
缺点
*工艺复杂，噪音大，劳动条件差，用钢量大； *现已很少采用。
栓钉连接
栓（焊）钉连接
*栓钉将钢板与混凝土板连接起来； *栓钉承受剪力。
钢结构常用的焊接方法
钢结构常用的焊接方法
电弧焊 埋弧焊 电渣焊 气体保护焊 电阻焊
熔化焊
手工电弧焊
手工电弧焊
原理：利用电弧产生热量熔化 焊条和母材形成焊缝。 优点：方便，适用于任意空间 位置的焊接，特别适用于在高 空和野外作业，小型焊接。
缺点 质量波动大，要求焊工等 级高，劳动强度大，生产效率低。
夹角，其计算公式为：
Nlsw tinftw或fcw
钢结构基本原理第三章 构件截面承载力 强度
第三章 构件截面承载力--强度钢结构承载能力分3个层次截面承载力：材料强度、应力性质及其在截面上分布属强度问题。
构件承载力：构件最大截面未到强度极限之前因丧失稳定而失稳，取决于构件整体刚度，指稳定承载力。
结构承载力：与失稳有关。
3.1 轴心受力构件的强度及截面选择3.1.1 轴心受力构件的应用及截面形式主要用于承重钢结构，如平面、空间桁架和网架等。
轴心受力截面形式：1）热轧型钢截面2）冷弯薄壁型钢截面3）型钢和钢板连接而成的组合截面（实腹式、格构式）（P48页）对截面形式要求：1）提供强度所需截面积2）制作简单3）与相邻构件便于连接4）截面开展而壁厚较薄，满足刚度要求（截面积决定了稳定承载力，面积大整体刚度大，构件稳定性好）。
3.1.2 轴心受拉构件强度由εσ-关系可得：承载极限是截面平均应力达到抗拉强度u f ，但缺少安全储备，且y f 后变形过大，不符合继续承载能力，因此以平均应力y f ≤为准则，以孔洞为例。
规范：轴心受力构件强度计算：规定净截面平均应力不应超过钢材强度设计值f A N n ≤=/σN ：轴心拉力设计值； An ：构件净截面面积；R y f f γ/=: 钢材抗拉强度设计值 R γ:构件抗力分项系数Q235钢078.1=R γ，Q345，Q390，Q420111.1=R γ49页孔洞理解见书例题P493.1.3 轴心受压构件强度原则上与受拉构件没有区别，但一般情况下，轴心受压构件的承载力由稳定性决定，具体见4章。
3.1.4 索的受力性能和强度计算钢索广泛用于悬索结构，张拉结构，桅杆和预应力结构，一般为高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线，钢丝绳等。
索是一种柔性构件，内力不仅与荷载有关，而且与变形有关，具有很强几何非线性，但我们通常采用下面的假设：1）理想柔性，不能受压，也不能抗弯。
2）材料符合虎克定理。
在此假设下内力与位移按弹性阶段进行计算。
加载初期（0-1）存在少量松弛变形，主要部分（1-2）线性关系，接近强度极限（2-3）明显曲线性质（图见下）实际工程对钢索预拉张，形成虚线应力—应变关系，很大范围是线性的高强度钢丝组成钢索初次拉伸时应力—应变曲线钢索强度计算采用容许应力法：k f A N k k //maxk N ：钢索最大拉力标准值 A ：钢索有效截面积k f :材料强度标准值 k ：安全系数2.5-3.03.2 梁的类型和强度3.2.1 梁类型按制作方法：型钢梁：热轧型钢梁（工字梁、槽钢、H 型钢）。
第三章 上装结构制图-1衣身结构
一、衣身与人体体型特征的关系
7.衣身结构线、轮廓线及机构点
第一节 衣身结构
二、上装原型的绘制
1.女上装原型
第一节 衣身结构
二、上装原型的绘制
1.女上装原型 (160/84A,背长：38)
第一节 衣身结构
二、上装原型的绘制
1.女上装原型 (160/84A,背长：38)
第一节 衣身结构
二、上装原型的绘制
（1）后背撇势 后背撇势实际上既起腰省的作用，又塑造背弯。 （2）领口造型变化 基础纸样的领宽、领深及领口曲线为基础，以领型的立体效果为
依据，来决定横、直开领的增加量。 （3）肩线造型变化 根据人体形态，在基础纸样中，肩线呈现前凸后凹的形状，呈现
一定角度的肩斜。
四、衣身结构变化
2.衣身各部位结构变化 （4）袖窿造型变化 根据衣袖对人体的贴 体程度，袖窿风格可分为宽松型、较宽松型、 较贴体型、贴体型四种。不同风格袖窿的前 后冲肩量和凹度各不相同。
3.分割线的结构设计 （1）分割线的分类 分割是指根据设计将衣片整体分成若干组成部分。 根据分割线的形态可分为：纵向分割线、横向分割线、弧形分割线等； 根据分割线所起的作用可分为：装饰性分割线和功能性分割线
三、衣身平衡
3.分割线的结构设计 （2）分割线的设计应用 ①通过BP点的分割线
第一节 衣身结构
三、衣身平衡
2.褶裥 （2）褶裥的设计与应用 ④前中心处有横向的抽褶，褶量
较大。
第一节 衣身结构
三、衣身平衡
2.褶裥 （2）褶裥的设计与应用 ⑤领圈是一种帘式重褶，也称为
环浪。
第一节 衣身结构
三、衣身平衡
2.褶裥 （2）褶裥的设计与应用 ⑥单肩不对称抽褶
第一节 衣身结构
3第三章(14)：钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算3.6
混凝土结构设计原理
第 3章
板的截面尺寸确定
板的宽度一般较大，计算时取单位宽度（b=1000mm）进行计算；
厚度应满足①单跨简支板的最小厚度不小于l0/35; ②多跨连续板的最小厚度不小于l0 /40 ； ③悬臂板的最小厚度（指的是悬臂板的根部 厚度）不小于l0 /12。同时 ，应满足表3-3的规定，并以10mm为模数。
混凝土结构设计原理
第4章
c
d 8 ~ 12mm
板： ≤ C20时，c=20mm ≥ C25时，c=15mm
as ＝c+d/2 as=20mm。 h0＝h－20
h0 h
梁正截面的三种破坏形态
（a）少筋梁；(ρ＜ρmin)
承载力很小，一裂即断，没 有预兆，脆性，应避免。
（b）适筋梁；（ρmin≤ρ≤ρb ）
混凝土结构设计原理
3.3.2计算简图
第3章
x=β1x0
C ——受压区合力；T ——受拉区合力
等效：指两个图形不但压应力合力的大小相等，而且 合力的作用位置完全相同。
混凝土结构设计原理
第 3章
X 0 α1ƒcbx＝ƒyAs
（3-2）
Ms 0 M≤Mu＝α1ƒcbx(h0－x/2) （3-3a）
但混凝土用量和模板费用增加，并影响使用净空高度；
● 反之，b、h(h0)越小，所需的As就越大，r 增大。
衡量截面尺寸是否合理的标准是：实际配筋率是否处 于常用配筋率范围内。
经济配筋率 梁：（0.6~1.5）% 板：（0.4~0.8）%
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二、钢筋砼梁的构造 长度与高度之比大于或等于5的受弯构件，可按杆件 考虑，通称为“梁” 。 1、截面形式和尺寸： 梁的截面常采用矩形、Ｔ形、工字形和箱形等型式。 矩形梁的高宽比一般为h/b≈2.5~3。Ｔ形截面梁的高度主 要与梁的跨度、间距及荷载大小有关。Ｔ形简支梁桥，其 梁高与跨径之比为1/11～1/16。预制T形截面梁翼缘悬臂端 的厚度不小于100mm；当预制T形截面梁之间采用横向整 体现浇连接或箱形截面梁设有桥面横向预应力钢筋时，悬 臂端厚度不小于140mm。T形和 I形截面梁，在与腹板相 连处的翼缘厚度不小于梁高的1/10，当该处设有承托时翼 缘厚度可计入承托加厚部分厚度。
第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面 承载力计算
• 第一节 受弯构件的截面形式与构造 • 第二节 受弯构件的受力分析 • 第三节 单筋矩形截面受弯构件正截面强度计算 • 第四节 双筋矩形梁正截面强度计算 • 第五节 T形截面梁强度计算 • 第六节 钢筋混凝土简支梁计算程序
◆受弯构件：
是指承受弯矩和剪力作用的构件. ◆结构中常用的梁、板是典型的受弯构件. ◆受弯构件达到最大承载力时，会发生破坏两种 Ü À Ê ¹ ¼ þ 可能的破坏，即正截面破坏和斜截面破坏。
2、钢筋构造：见图3-6。 受力钢筋：
布置在梁的受拉区的纵向受力钢筋是梁内 的主要受力钢筋，一般又称为主钢筋，当 梁的高度受到限制时，亦可在受压区布置 纵向受力钢筋。 弯起钢筋： 承受剪力，保证斜截面抗剪强度。
箍筋：
除满足斜截面抗剪强度外，它还起到联结受 拉主钢筋和受压区混凝土使其共同工作的作 用，在构造上还起着固定钢筋位置使梁内各 种钢筋构成钢筋骨架。
序号 1
构 件 类 别 基础、桩基承台 ⑴基坑底面有垫层或侧面有模板 （受力钢筋） ⑵基坑底面无垫层或侧面无模板 墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上 建筑（受力主筋） 人行道构件、栏杆（受力主筋） 箍筋 缘石、中央分隔带、护栏等行车道构件 收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋
环 境 条 件
Ⅰ 40 60 Ⅱ Ⅲ、Ⅳ 50 75 60 85
弯折处，均应设置分布钢筋 B、与主筋垂直 C 、设在主筋的内侧 数量：截面面积不小于板截面面积的0.1% 。 直径：不小于6mm。 间距：应不大于200mm。
（一）单向板(one-way slabs) 、双向板(two-way slabs) 周边支承的板（图3-3），视其长短边的比例，可 分为两种情况：当长边与短边之比大于等于２时，弯 矩主要沿短边方向分配，长边方向受力很小，其受力 情况与两边支承板基本相同，故称单向板。 在单向板中，主钢筋沿短边方向布置，在长边方向 只布置分布钢筋如图3-4（a）。 当长边与短边之比小于２时，两个方向同时承受弯 矩，故称双向板。 在双向板中，两个方向都应设置受力主钢筋如图3-4 （b ） 。 单边固接的板称为悬臂板(canlilever slabs)，主钢筋应 布置在截面上部。
Ü Í Ê ä ¹ ¼ þ
Ü Ñ Ê ¹ ¹ ¼ þ
第一节 钢筋砼受弯构件的构造
一、钢筋砼板(reinforced concrete slabs )的构造（附：示意图） 1、钢筋砼板的分类：
整体现浇板、预制装配式板。
2、截面形式 小跨径一般为实心矩形截面。跨径较大时常做成 空心板。如图3.1所示。 3、板的厚度：
架立钢筋：
固定箍筋与主钢筋等连成钢筋骨架。
纵向水平钢筋： 抵抗温度应力和砼收缩应力产生的裂缝。
（1）纵向受力筋 直径：14～32mm，不得超过40mm，采用两种直径，但 直径相差不应小于2mm，束筋的单根钢筋直径 不应大于28mm,束筋成束后的等径de nd 。 根数：梁端应至少有２根并不少于总数1/5的下层的受拉 主钢筋通过。 排列：梁内的纵向受力钢筋可以单根或2～3根成束的布置 采用单根配筋时，主钢筋的层数不宜多于三层。 间距：绑扎骨架：三层及以下时净距不应小于30mm并不 小于钢筋直径；三层以上时净距不小于40mm或钢 筋直径的1.25倍。 焊接骨架：叠高一般不超(0.15～0.20)h，h为梁高。 保护层：主钢筋至梁底面的净距不小于30mm，亦不大于 50mm，边上的主钢筋与梁侧面的净距应不小25mm， 钢筋与梁侧面的净距应不小于25 mm。见图3.7。
根据跨径(span)内最大弯矩和构造要求确定，其最 小厚度应有所限制：行车道板一般不小于100mm；人行 道板不宜小于60mm(预制板)和80mm(现浇筑整体板)。
4、板的钢筋
由主钢筋(即受力钢筋)和分布钢筋组成（如图32）。
（1）主筋 布置：布置在板的受拉区。 直径：行车道板：不小于10mm； 人行道板：不小于8mm。 间距：间距不应大于 200mm。主钢筋间横向净距和层 与层之间的竖向净距，当钢筋为三层及以下时， 不应小于30mm，并不小于钢筋直径；当钢筋为 三层以上时，不应小于40mm，并不小于钢筋直 径的1.25倍。 净保护层：保护层厚度应符合表3.1规定 。
（二）斜板
斜板的钢筋布置 ：见图3.5。
（三）组合板和装配式板
由预制板与现浇混凝土结合的组合板，预制板顶面应 做成凹凸不小于6mm的粗糙面。如结合面配置竖向结合钢 筋，钢筋应埋入预制板和现浇层内，其埋置深度不应小于 10倍钢筋直径；钢筋间距不应大于500mm 。
装配式板当采用铰接时，铰的上口宽度应满足施工时 使用插入式震捣器的需要，铰的深度不应小于预制板高的 1/2,预制板内应预埋钢筋伸入铰内。铰接板顶面应铺设现 浇混凝土层，其厚度不易小于80mm。
2
3 4 5 6
30
20
40
25
45
30
20
30 15
25
40 20
30
45 25
表3.1
（2）分布钢筋(distribution steel bars) ： 垂直于板内主钢筋方向上布置的构造钢筋称为分布钢筋 作用：A、将板面上荷载更均匀地传递给主钢筋 B、固定主钢筋的位置 C 、 抵 抗 温 度 应 力 和 混 凝 土 收 缩 应 力 (shrinkage
T形、I形截面或箱形截面梁的腹板宽度不应小于 140mm；其上下承托之间的腹板高度，当腹板内设有 竖向预应力钢筋时，不应大于腹板宽度的20倍，当腹 板内不设竖向预应力钢筋时，不应大于腹板宽度的15 倍。当腹板宽度有变化时，其过渡段长度不宜小于12 倍腹板宽度差。
箱形截面梁顶板与腹板相连处应设置承托；底板与 腹板相连处应设倒角，必要时也可设置承托。箱形截 面梁顶、底板的中部厚度，不应小于其净跨径的1/30， 且不小于140mm；