建筑结构设计原理(李章政)-06章-混凝土受压构件
结构设计原理
结构设计原理《结构设计原理》习题集第⼀部分：现⾏教材习题集第⼆部分：补充习题集第三部分：英⽂原⽂习题第⼀部分：现⾏教材习题集李章政熊峰第1章绪论1.1 思考题1-1 什么是建筑结构？1-2 按照材料的不同，建筑结构可分为哪⼏类？1-3 何谓构件？建筑结构主要有哪些构件？1-4 砌体结构和⽊结构均是古⽼的建筑结构，它们各⾃有何优点和缺点？1-5 什么是钢筋混凝⼟剪⼒墙？1-6 结构设计应遵循的原则是什么？1-7 本门课程有些什么特点？1-8 构造措施的含义是什么？结构设计是否可以不采取构造措施？1.2 选择题1-1 排架结构的杆件连接⽅式是屋⾯横梁与柱顶铰接，（）。
A．柱脚与基础底⾯固接B．柱脚与基础顶⾯固接C．柱脚与基础底⾯铰接D．柱脚与基础顶⾯铰接1-2 下列构件中不属于⽔平构件的是（）。
A．屋架B．框架梁C．框架柱D．⾬篷板1-3 我国现⾏结构设计规范采⽤的设计理论是（）极限状态设计法。
四川⼤学⼟⽊⼯程系A．容许应⼒B．半概率C．全概率D．近似概率1-4 建筑结构必须满⾜的基本要求是：平衡、稳定、承载⼒和（）。
A．适⽤B．经济C．优质D．美观1-5 容许应⼒法由（）建⽴，最早出现在材料⼒学中，这是⼈类⽤科学理论指导结构设计的开始。
A．圣维南B．胡克C．泊松D．纳维1-6 框架结构中，构件之间采取（）。
A．铰接连接B．半铰接连接C．刚性连接D．半刚性连接1-7 结构设计规范条⽂⽤词“必须”表该条要求（）。
A．应该遵守B．要严格遵守C．属于强制性D．可以选择1-8 结构设计规范中应该遵守的条⽂，表⽰在正常情况下均应如此，正⾯词⽤“应”，反⾯词⽤“不应”和（）A．不得B．不宜C．不可D．严禁第2章结构上的荷载及其取值2.1 思考题2-1 什么是永久荷载、可变荷载和偶然荷载？2-2 何谓荷载标准值？它与荷载代表值之间有何关系？2-3 结构的安全等级如何划分？2-4 雪荷载基本值如何确定？其准永久值系数依据什么确定？2-5 如何确定吊车横向⽔平荷载标准值？2-6 建筑结构的设计使⽤年限有什么规定？2.2 选择题2-1 建筑结构设计基准期是（）。
混凝土结构设计原理(第五版)
第1章 绪论1.1 钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。
在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。
由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。
1.2 钢筋混凝土结构的优点有：1）经济性好，材料性能得到合理利用；2）可模性好；3）耐久性和耐火性好，维护费用低；4）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性；5）刚度大，阻尼大；6）就地取材。
缺点有：1）自重大；2）抗裂性差；3）承载力有限；4）施工复杂；5）加固困难。
1.3 本课程主要内容分为“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分。
前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等混凝土结构的基本理论，属于专业基础课内容；后者主要讲述梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的结构设计，属于专业课内容。
学习本课程要注意以下问题：1）加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面；2）突出重点，并注意难点的学习；3）深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背。
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能2.1 ①混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k 是根据以边长为150mm 的立方体为标准试件，在(20±3)℃的温度和相对湿度为90％以上的潮湿空气中养护28d ，按照标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度确定的。
②混凝土的轴心抗压强度标准值f ck 是根据以150mm ×150mm ×300mm 的棱柱体为标准试件，在与立方体标准试件相同的养护条件下，按照棱柱体试件试验测得的具有95％保证率的抗压强度确定的。
《混凝土结构设计原理》第六章_课堂笔记
《混凝土结构设计原理》第六章 受压构件正截面承载力计算 课堂笔记 ◆ 主要内容受压构件的构造要求轴心受压构件承载力的计算偏心受压构件正截面的两种破坏形态及其判别偏心受压构件的N u -M u 关系曲线偏心受压构件正截面受压承载力的计算偏心受压构件斜截面受剪承载力的计算◆ 学习要求1.深入理解轴心受压短柱在受力过程中，截面应力重分布的概念以及螺旋箍筋柱间接配筋的概念。
2.深入理解偏心受压构件正截面的两种破坏形式并熟练掌握其判别方法。
3.深入理解偏心受压构件的Nu-Mu 关系曲线。
4.熟练掌握对称配筋和不对称配筋矩形截面偏心受压构件受压承载力的计算方法。
5.掌握受压构件的主要构造要求和规定。
◆ 重点难点偏心受压构件正截面的破坏形态及其判别；偏心受压构件正截面承载力的计算理论；对称配筋和不对称配筋矩形截面偏心受压构件受压承载力的计算方法；偏心受压构件的Nu-Mu 关系曲线；偏心受压构件斜截面抗剪承载力的计算。
6.1受压构件的一般构造要求结构中常用的柱子是典型的受压构件。
6.1.1材料强度混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土，目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C30-C40，在高层建筑中，C50-C60级混凝土也经常使用。
6.1.2截面形状和尺寸柱常见截面形式有圆形、环形和方形和矩形。
单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。
圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。
柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在l 0/b ≤30及l 0/h ≤25。
当柱截面的边长在800mm 以下时，一般以50mm 为模数，边长在800mm 以上时，以100mm 为模数。
6.1.3纵向钢筋构造纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。
同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用(垂直于弯矩作用平面)，以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。
建筑结构设计的原理
建筑结构设计的原理
建筑结构设计的原理是基于力学和结构力学原理的应用，旨在确保建筑物能够承受各种荷载和外力的作用，确保其稳定、安全。
1. 合理有效地传递荷载：建筑结构设计要考虑到不同的荷载种类，如垂直荷载（自重、使用荷载等）、水平荷载（风荷载、地震荷载等）以及温度变形等，通过设计结构的形式和布置，合理地传递荷载至地基。
2. 选择适当的结构形式：根据建筑物的功能、尺度和基础条件等，选择合适的结构形式，如框架结构、桁架结构、矩形结构等。
同时，还需根据结构形式的力学性能进行合理的构造设计，如柱、梁、板、墙等的尺寸、布置、型号选择等。
3. 灵活运用结构材料：根据设计需求，选择适宜的结构材料，如混凝土、钢材、木材等，并合理利用不同材料的力学性能。
例如，混凝土常用于受压构件，钢材常用于受拉构件，以充分发挥材料的优势。
4. 考虑结构的整体稳定性：建筑结构设计要考虑结构体整体的稳定性，避免倾覆、屈曲等问题。
采取适当的加强措施，如设置剪力墙、加筋构件等，以提高结构的整体稳定性。
5. 合理布置支撑和刚性连接：通过合理布置支撑和刚性连接，确保结构的稳定和整体性。
支撑要考虑荷载的传递路径和支撑点的位置，提供必要的水平和垂直支撑。
刚性连接要考虑连接
部位的强度和刚性，以保证构件之间的力学协调。
6. 考虑建筑物的使用年限：结构设计要考虑建筑物的使用年限，采用合理的安全系数，确保建筑物在使用寿命内能够安全稳定地使用。
综上所述，建筑结构设计原理包括荷载传递、结构形式选择、结构材料运用、结构稳定性考虑、支撑和连接的布置、使用年限考虑等方面，以确保建筑物的结构安全和稳定。
建院力学06
例6.1 作图示杆件轴力图（单位kN）
解：分三段
3
I
1 II
3 III
1
N1=3 N2=3-1=2 N3=-1
N
3
2
+
x 1
教授 李章政博士：《土木工程力学》
例6.2 作边长1.2 m的正方形受压柱的轴 力图（容重=25 kN/m3）
解：（1）先写内力函数(压力)
N(x)= 40 + 251.2 1.2 x
F1
N F1 F2 0
N F1 F2
F1
取右半段平衡
N F3 F4 F5 0
F2
F3 F4 F5
F2 N
N
F3 F4 F5
N F3 F5 F4
轴力 = 截面以左外力之和（左指为正） = 截面以右外力之和（右指为正）
教授 李章政博士：《土木工程力学》
mA
9549
PkA n
9549 12 1000
A
B
C
114.59 N.m
T (N.m)
76.39
mC
9549 PkC n
9549 8 1000
76.39 N.m
x
（2）扭矩图
114.59
（3）已知功率和转速
设功率为P（power），转速为 n ，则有
dW md
dW m d
dt dt
P m
d
m
所以 m P /
当Pk (kW), n (r/min)
m 1000Pk 9549 Pk
2n / 60
n
N.m
当Ph (horsepower 马力), n (r/min)
建筑结构设计原理
高层建筑的结构形式主要包括框架结构、剪力墙 结构、框架-剪力墙结构、筒体结构等。
3
高层建筑的结构设计要点
高层建筑的结构设计需要重点考虑结构的稳定性 、抗震性能、经济性等因素，同时还需要考虑施 工的可操作性。
大跨度结构设案例计
大跨度结构的定义
大跨度结构是指跨度较大的建筑物，其结构设计需要考虑的因素 包括材料、施工方法、荷载等。
特殊结构的结构形式
特殊结构的结构形式主要包括拱形结构、薄壳结构、折板结构等 。
特殊结构的设计要点
特殊结构的设计需要重点考虑结构的稳定性、承载能力、经济性 等因素，同时还需要考虑施工的可操作性。
THANKSBiblioteka 感谢观看地震定义01
地震是由于地球内部岩层在地壳运动过程中发生断裂或错动而
释放出的能量，以地震波的形式向四周传播的现象。
地震分类
02
根据成因不同，地震可分为构造地震、火山地震、塌陷地震和
人工地震等。
地震波
03
地震波分为体波和面波两大类，体波包括纵波和横波，面波则
分为瑞雷波和洛夫波。
抗震设计的基本原则
概念设计
大跨度结构的结构形式
大跨度结构的结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构等 。
大跨度结构的设计要点
大跨度结构的设计需要重点考虑结构的自重、跨度、稳定性等因素 ，同时还需要考虑施工的可操作性。
特殊结构设案例计
特殊结构的定义
特殊结构是指具有特殊功能或特殊形式的建筑物，其结构设计需 要考虑的因素包括材料、施工方法、荷载等。
需求。
方案设计
根据需求分析结果，制定结构 方案，包括结构形式、构件布 置和连接方式等。
计算分析
建筑结构设计原理(李章政)-06章-混凝土受压构件讲课讲稿
较小直径的 10 倍、且不应大于200mm • 当受压钢筋直径d >25mm时，尚应在搭接
接头两个端面外100mm范围内各设置两 个箍筋。
2020/6/19
13
《建筑结构设计原理》
6.2 混凝土轴心受压构件 正截面承载力计算
d2 co r
4
3902
1.1951
05 mm2
间接钢筋换算面积
AssoN/0.92fcA fycor fyAs
29 1 730 /0 0.9 1.3 4 1.19 15 50 36 30041 2 1.0210
1182 mm2
2% 5As0.2 5304716.30 mm2
2020/6/19
33
• 间距s400mm，且b、 15倍纵筋最小直径
• 全部纵筋配筋率超过3%时
箍筋直径不应小于8mm
间距不应大于10倍纵筋最小直径、且不应大于
2020/6/21900mm。
9
《建筑结构设计原理》
• 设置复合箍筋 （1）b>400mm，各边受力钢筋>3 根 （2）b400mm，各边受力钢筋>4 根 防止中间钢筋压屈
设计值 N=3000 kN，试验算承载力。
❖解
先验算配筋率
2020/6/19
As 3041 1.9%
A 400400
m in 0.6%
3%
满足要求（配筋合理）
22
《建筑结构设计原理》
承载力验算
l0/b450/400011.25
查表6-1（插值法）
0.9 80.9 8 0.9 5 (1.2 1 5 1)0
结构设计原理课后习题答案
第一章1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么？答：当荷载超过了素混凝土的梁的破坏荷载时，受拉区混凝土开裂，此时，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力，能继续承担荷载，直到受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎破坏。
1-2 试解释一下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。
答：混凝土立方体抗压强度：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以每边边长为150mm 的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d ，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa 为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号cu f 表示。
混凝土轴心抗压强度：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以150mm ×150mm ×300mm 的棱柱体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d ，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa 为单位）称为混凝土轴心抗压强度，用符号c f 表示。
混凝土劈裂抗拉强度：我国交通部部颁标准《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ 053-94）规定，采用150mm 立方体作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定，按照规定的试验方法操作，则混凝土劈裂抗拉强度ts f 按下式计算：20.637ts F F f A ==πA 。
混凝土抗拉强度：采用100×100×500mm 混凝土棱柱体轴心受拉试验，破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度，目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验测得的混凝土劈裂抗拉强度值换算成轴心抗拉强度，换算时应乘以换算系数0.9，即0.9t ts f f =。
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受压钢筋配筋率一般不超过3%
2020/6/14
8
• 对称配筋
构造简单
施工方便
不易出错
用钢量大
• 非对称配筋
构造复杂
容易出错
用钢量小
对称配筋广为流行
2020/6/14
9
《建筑结构设计原理》
➢受压构件箍筋
❖箍筋的作用
❖纵筋构造要求
• 直径d 12mm，常用12 ~ 32 mm
• 矩形截面纵筋不少于 4 根，圆柱不宜少于8
根，不应少于6 根。
2020/6/14
7
《建筑结构设计原理》
• 钢筋净距不应小于50mm，不宜大于300mm • 偏压h>600mm时，设置
10~16mm的构造钢筋， 间距不超过300mm。 • 配筋率 最小配筋率：全纵筋0.6%
教 授
博 士
李 章 政
建筑结构设计原理
第6章 混凝土受压构件
6.1 混凝土受压构件及其构造要求 6.2 混凝土轴心受压构件正截面承载力计算 6.3 混凝土偏心受压构件正截面承载力计算 6.4 混凝土偏心受压构件斜截面承载力计算 6.5 混凝土偏心受压构件裂缝宽度验算
《建筑结构设计原理》
6.1 混凝土受压构件 及其构造要求
• 保证纵筋的正确位置
• 防止纵向钢筋压曲
❖基本构造要求
• 封闭形式。直径纵筋最大直径/4，且 6mm
• 间距s400mm，且b、 15倍纵筋最小直径
• 全部纵筋配筋率超过3%时
箍筋直径不应小于8mm
间距不应大于10倍纵筋最小直径、且不应大于
2020/6/21400mm。
10
《建筑结构设计原理》
• 设置复合箍筋 （1）b>400mm，各边受力钢筋>3 根 （2）b400mm，各边受力钢筋>4 根 防止中间钢筋压屈
6.2.1 轴心受压构件的破坏特征
➢混凝土轴心受压构件分类
❖箍筋配置方式
• 普通箍筋柱 • 螺旋箍筋柱
螺旋箍筋和 焊接环筋称
• 焊接环筋柱 为间接钢筋
2020/6/14
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《建筑结构设计原理》
❖按长细比分类
• 构件长细比
l0 ,
i
• 构件分类 短柱
i I A
2020/6/14
l0 28
i
❖截面设计
• 已知：构件截面，轴向力设计值 计算长度，材料强度等级
• 计算：纵筋面积
❖承载力复核
• 全部条件已知
As
N
/(0.9)
f y
fc A
• 先验算配筋率
• 后确定稳定系数
• 最后验算不等式是否成立
2020/6/14
20
《建筑结构设计原理》
❖例题6-1
• 某柱计算长度5 m，截面300mm300mm， HRB335级纵向钢筋， C30混凝土，承受 轴心压力设计值为N=1400 kN。试选配纵 向受力钢筋。
• 异形柱采用较少（有应用）
❖尺寸要求
• 最小边长300mm；800mm以下取50mm为模 数，800mm以上取100mm为模数
• 满足条件
l0 25,
l0 30
2020/6/14
h
b
6
《建筑结构设计原理》
6.1.3 受压构件配筋构造
➢纵向受力钢筋
❖轴心受压纵向受力钢筋的作用
• 协助混凝土受压，减小构件截面尺寸 • 承受可能的弯矩，及收缩、温变拉应力 • 防止脆性破坏
➢材料选择
❖混凝土
• 材料强度等级尽可能高 • C25以上，至C50 或更高
❖钢筋
• f y 400N/mm2，不宜选高强度钢筋作为压筋 • 不得采用冷拉钢筋作压筋 • 常用：HRB335, HRB400
2020/6/14
5
➢构件截面
《建筑结构设计原理》
❖常用截面
• 轴心受压正方形为主 • 偏心受压矩形为主 • 预制柱可采用 I 形截面
较小直径的 5 倍、且不应大于100mm • 纵筋受压时，箍筋间距不应大于搭接钢筋
较小直径的 10 倍、且不应大于200mm • 当受压钢筋直径d >25mm时，尚应在搭接
接头两个端面外100mm范围内各设置两 个箍筋。
2020/6/14
14
《建筑结构设计原理》
6.2 混凝土轴心受压构件 正截面承载力计算
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《建筑结构设计原理》
❖长柱破坏
• 不能忽略的影响 荷载初始偏心产生附加弯矩
附加弯矩产生水平挠度加大偏心 • 破坏特点
在轴力和弯矩共同作用下发生破坏
破坏荷载低于同条件下短柱的
破坏荷载
• 稳定系数考虑此影响（表6-1）
近似计
1
算公式
1 0.002 (l0 / b 8)2
2020/6/14
18
长柱
l0 28
i
对于矩形截面
l0 8 b
l0 8 b
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《建筑结构设计原理》
➢轴心受压构件的破坏特征
❖短柱破坏
• 应变分布
可能存在的初偏心对承载力无明显影响
钢筋和混凝土之间压应变相等
• 钢筋受力
钢筋可能屈服，可能不屈服
• 破坏的控制
短柱四周出现明显的纵向裂缝
纵筋屈曲
混凝土压碎
2020/6/14
6.1.1 混凝土受压构件
➢受压构件分类
❖轴心受压构件
❖偏心受压构件
• 单向偏心受压
• 双向偏心受压
2020/6/14
3
《建筑结构设计原理》
➢受压构件应用实例
❖轴心受压
• 屋架受压腹杆、上弦杆 • 等跨柱网房屋的内柱
❖偏心受压
• 框架柱 • 排架柱
2020/6/14
4
《建筑结构设计原理》
6.1.2 受压构件的材料和截面
❖解
l0 / b 5000 / 300 16.7
1
1 0.002 (l0 / b 8)2
1
1 0.002 (16.7 8)2
2020/6/14
0.869
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《建筑结构设计原理》
取 N Nu 0.9( fc A fyAs)
As
N
0.9
fc A
f y
1400103 14.3 3002 0.9 0.869
《建筑结构设计原理》
6.2.2 普通箍筋柱正截面
承载力计算
➢基本公式
❖抗压组成
• 混凝土抗压 • 纵筋抗压
❖承载力公式
配筋率大于3% 时，取净面积。
• 考虑稳定系数 • 考虑与偏压柱的可靠性衔接
2020/6/14
N Nu 0.9( fc A fyAs)
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《建筑结构设计原理》
➢计算方法（公式应用）
• 纵向有构造钢筋，可设复合箍筋或拉筋
2020/6/14
11
《建筑结构设计原理》
2020/6/14
12
❖复杂截面箍筋
• 采用复合箍筋 • 内折角不可采用
箍筋合力向外 砼保护层崩裂
《建筑结构设计原理》
2020/6/14
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《建筑结构设计原理》
❖纵筋搭接长度范围内的箍筋
• 直径不小于搭接钢筋最大直径的0.25倍 • 纵筋受拉时，箍筋间距不应大于搭接钢筋