1、混凝土結(jié)構(gòu)定義、結(jié)構(gòu)基本原理和應(yīng)用貝聿銘說 :混凝土是具有靈魂的一種材料混凝土可以澆注成各種形狀;混凝土的顏色可以變化;混凝土的表面具有織紋;混凝土可以通過泵送;在所有的現(xiàn)代建筑材料中混凝土是最可能重現(xiàn)索菲亞大教堂或者巴黎圣母院.因此,混凝土是有靈魂的.貝聿銘 I.M. Pei索菲亞大教堂圖片 巴黎圣母院圖片蓮花提 要 1.掌握混凝土結(jié)構(gòu)的定義及分類2.掌握混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及共同工作的原因3.了解混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用第一章 緒 論混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念一、混凝土結(jié)構(gòu)的定義及分類 結(jié)構(gòu)(structure)是指建筑物中支承荷載而起骨架作用的部分。 混凝土結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu) 木結(jié)構(gòu) 組合結(jié)構(gòu)混

2、凝土結(jié)構(gòu)（concrete structure）是指以混凝土為主制作的結(jié)構(gòu)。環(huán)球金融中心混凝土開澆鋼筋混凝土樁內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)以鋼為主制作的結(jié)構(gòu)工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸南北短軸，總高度。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個(gè)網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下 。設(shè)計(jì)為法國巴黎機(jī)場公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院參與主體設(shè)計(jì) ，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750t，195kg/m2。鋼結(jié)構(gòu)的廠房單層大跨度建筑體系砌體結(jié)構(gòu)是以砌體材料為主制作的結(jié)構(gòu)河北定縣開元寺塔(又稱料敵塔）于公元1055

3、年建成，是當(dāng)時(shí)世界上最高的砌體結(jié)構(gòu)。它高，共11層，平面為八邊形，底部邊長，采用磚砌雙層筒體結(jié)構(gòu)體系。木結(jié)構(gòu)以木材為主制作的結(jié)構(gòu)應(yīng)縣木塔塔平面八角形，外觀五層，夾有暗層四級(jí)，實(shí)為九層?？偢呙?，底層直徑30米。是國內(nèi)外現(xiàn)存最古老最高大的木結(jié)構(gòu)塔式建筑。 組合結(jié)構(gòu)上海金茂大廈是88層，建筑高度，建筑面積萬平方米，于1998年8月28日竣工。鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。辦公層標(biāo)準(zhǔn)平面酒店標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖矩形鋼管混凝土截面構(gòu)件混凝土結(jié)構(gòu) 素混凝土結(jié)構(gòu)(plain concrete structure)是由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。素混凝土構(gòu)件主要用于受壓構(gòu)件，當(dāng)用作受彎構(gòu)件僅

4、允許用于臥置在地基上的情況及不承受活荷載的情況。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(reinforced concrete structure)是由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。如圖11所示 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(prestressed concrete structure)是由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、計(jì)算方法以及構(gòu)造措施等將在第九章中介紹。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(steel-reinforced concrete structure)是由配置受力的型鋼或用鋼板焊成的型鋼的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)承載能力大、抗震性能好，但是消耗

5、鋼材數(shù)量較多。它適用于高層、大跨或抗震要求較高的建筑中。常用型鋼混凝土的截面形式如圖1-2所示。圖11圖12型鋼混凝土截面形式二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 如圖13，兩根跨度、截面尺寸以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)完全相同的簡支梁，一根為素混凝土梁，另一根為鋼筋混凝土梁，跨中承受一集中荷載。對它們進(jìn)行逐級(jí)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：1） 當(dāng)荷載較小時(shí)，兩根梁截面上的正應(yīng)力分布就象彈性材料的梁一樣，沿截面高度呈線形分布。2） 素混凝土梁在彎矩最大的截面處，混凝土被拉裂，只產(chǎn)生一條裂縫，隨著混凝土開裂，裂縫沿截面高度迅速上升，同時(shí)，梁發(fā)生斷裂破壞（脆性破壞），破壞時(shí)的極限荷載僅為左右；鋼筋混凝土梁雖然隨著荷載的增加，

6、混凝土被拉裂，但是混凝土開裂后，混凝土承擔(dān)的拉力將由鋼筋來承擔(dān)，因此裂縫不會(huì)沿截面高度迅速發(fā)展，梁也不發(fā)生斷裂破壞。隨著荷載的繼續(xù)增加，在原裂縫附近產(chǎn)生新的裂縫，同時(shí)原裂縫逐漸變寬和變長。當(dāng)荷載繼續(xù)增加到使受拉鋼筋達(dá)到抗拉強(qiáng)度和受壓混凝土達(dá)到抗壓強(qiáng)度時(shí)，梁才發(fā)生破壞，破壞時(shí)的極限荷載可以達(dá)到76kN，并且破壞時(shí)有一定的預(yù)兆（延性破壞）。結(jié)論及原因a 承載力有很大的提高，由提高到76kN，是倍。b 結(jié)構(gòu)的受力性能發(fā)生顯著的改變。比如梁的破壞由斷裂破壞變成有一定預(yù)兆的延性破壞。1） 鋼筋混凝土之間產(chǎn)生粘結(jié)力。當(dāng)混凝土結(jié)硬后，它能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起而產(chǎn)生粘結(jié)力，從而相互傳遞應(yīng)力來達(dá)到共同工作。2

7、） 鋼筋和混凝土線膨脹系數(shù)接近。鋼筋的線膨脹系數(shù)為1.210-5/，混凝土的線膨脹系數(shù)在（）10-5/之間,二者相差不多。因此，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，鋼筋和混凝土之間就不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生較大的相對位移（變形）而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，導(dǎo)致粘結(jié)應(yīng)力發(fā)生破壞。3） 混凝土對鋼筋的保護(hù)作用。我們知道混凝土凝結(jié)硬化后呈弱堿性，可以防止鋼筋銹蝕，從而對鋼筋起保護(hù)作用。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 就地取材，總造價(jià)低。 合理用材。 耐久性和耐火性好。 可模性好。 整體性好，剛度大。缺點(diǎn)：1）自重大。 2）抗裂性差。 3) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建造比較費(fèi)工，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板耗用較多，施工 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用一、材料 混凝土：其發(fā)展

8、的主要方向是輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、抗震（爆）1.高性能混凝土(High Performance Concrete簡稱HPC)高性能混凝土是指混凝土具有高強(qiáng)度、高耐久性、高流動(dòng)性等多方面優(yōu)越性能的混凝土。 主要措施： 1）采用高性減小劑以降低水 灰比； 2）使用超細(xì)礦物摻合料（超細(xì)粉）。2.輕集（骨）料混凝土（Light Aggregate Concrete）輕集（骨）料混凝土是指利用天然輕集料（如浮石、凝灰?guī)r等）、工業(yè)廢料輕集料（如爐渣、粉煤灰、煤矸石等）以及輕砂、人造輕集料（陶粒、膨脹珍珠巖等）制成的混凝土。 3.改良混凝土（Modified Concrete） 改良混凝土包括纖維增強(qiáng)混凝土、鋼

9、絲網(wǎng)水泥、樹脂混凝土、膨脹混凝土、聚合物混凝土等。 纖維增強(qiáng)混凝土是指為了改善混凝土抗拉性能和延性較差的缺點(diǎn)，而摻加纖維形成的混凝土。目前摻的纖維有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、聚丙烯纖維或尼龍合成纖維、植物纖維等。 鋼絲網(wǎng)水泥是指在砂漿中鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)及骨架鋼筋而形成的。 樹脂混凝土是指用樹脂和混凝土復(fù)合而成的新型材料。常用的樹脂有聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。4.按施工方法不同配制的混凝土按施工方法不同配制的混凝土主要有碾壓混凝土、泵送混凝土、流態(tài)混凝土、水下混凝土、噴射混凝土等。 碾壓混凝土是國內(nèi)外發(fā)展較快的一種新型材料，用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房地面、公路路面及機(jī)場道面等。它澆注機(jī)具與普通混凝土不同，平

10、整使用推土機(jī)，振實(shí)用碾壓機(jī)，層間處理用刷毛機(jī)。施工的機(jī)械化程度和施工效率高，與普通混凝土相比，可縮短工期的1312，并且可以減少用水量和水泥用量。二、結(jié)構(gòu)1.高層大跨目前最高的混凝土建筑是香港中環(huán)大廈，建于1992年，層數(shù)78層，高度為374米；我國最高的混凝土建筑是廣州中天廣場，建于1997年，層數(shù)80層，高度為322米。加拿大多倫多的預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔是最高的混凝土建筑物，高度為549米。迪拜塔” 這座摩天大樓高度約為700米，預(yù)計(jì)在2008年建成，屆時(shí)將取代中國臺(tái)灣省的臺(tái)北101大樓，成為全球最高的摩天大樓。 繼續(xù)2.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)比如懸臂式建筑、用吊桿的懸掛式建筑、外傾式建筑等。如圖

11、15為同濟(jì)大學(xué)圖書館。如圖16為懸掛式結(jié)構(gòu)。達(dá)拉市政中心如圖1-7為外傾式建筑。3.裝配式或裝配整體式為了克服現(xiàn)澆混凝土受天氣的限值，影響工期，提高混凝土質(zhì)量，加快施工速度，采用裝配式或裝配整體式施工方法。4.結(jié)構(gòu)耐久性結(jié)構(gòu)的耐久性問題分為兩大類：1）將建結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)；2）已建結(jié)構(gòu)耐久性的鑒定。迪拜塔”施工現(xiàn)場這張照片顯示的是位于阿拉伯聯(lián)合酋長國港口城市迪拜的“迪拜塔”施工現(xiàn)場。這座摩天大樓高度約為700米，預(yù)計(jì)在2008年建成，屆時(shí)將取代中國臺(tái)灣省的臺(tái)北101大樓，成為全球最高的摩天大樓. 2010年1月5日大樓高度為828米，同時(shí)大樓改名為“哈里發(fā)” 圖14金茂大廈自左向右：臺(tái)北101

12、大樓（508）、芝加哥席爾斯大樓（442）、吉隆坡雙子星大樓(452)、上海金茂大廈(421)、香港國際金融中心(415)、廣州中信廣場大樓（391）、深圳順興廣場大樓（384）、紐約帝國大廈(381)、香港中環(huán)廣場大廈（374）臺(tái)北101（TAIPEI 101），原名臺(tái)北國際金融中心，始建于2004年，設(shè)計(jì)師李祖原。臺(tái)北101大樓是位于臺(tái)灣臺(tái)北市信義區(qū)的一幢摩天大樓，樓高508米，地上101層， 地下5層，是目前全世界最高的摩天大樓。其英文名稱TAIPEI 101除代表臺(tái)北，還有“Technology、Art、Innovation、People、Environment、Identity”（科

13、技、藝 術(shù)、創(chuàng)新、人性、環(huán)保、認(rèn)同）之意義。101數(shù)字，除代表樓層高度101層樓，也代表了超越滿分，再上層樓的吉祥意涵。 0與1的數(shù)字，也表現(xiàn)了大樓的高科技視野。臺(tái)北101刷新的世界紀(jì)錄1、 總高度508米，為目前世界第一高樓。(世界高樓協(xié)會(huì)CTBUH的3項(xiàng)世界第一認(rèn)證分別為世界最高建筑物、世界最高使用樓層以及世界最高屋頂高度)2、世界最高速度的電梯：從5樓直達(dá)89樓的室內(nèi)觀景臺(tái)只需37秒，電梯攀升的速度為每分鐘1010米，是世界最快的電梯，其長度也是世界第一。3、世界首座防震用調(diào)質(zhì)阻尼器外露于整體設(shè)計(jì)的大樓，無論是在85、86、與88樓觀景餐廳用餐，或是在89樓觀景臺(tái)，都可以看到這個(gè)帶有裝飾

14、且外型像大圓球的阻尼器，其直徑和重量660噸。圖15同濟(jì)大學(xué)圖書館圖16懸掛式結(jié)構(gòu)圖1-7 達(dá)拉市政中心做成傾斜的v字形。1.這樣使得建筑和廣場相互親近。 2.該地區(qū)陽光十分強(qiáng)烈，這樣可以形成大片的陰影，便于人們活動(dòng)。 三、計(jì)算理論 主要集中在以下幾個(gè)方面：1）鋼筋混凝土的有限元分析方法；2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的極限分析；3）混凝土斷裂力學(xué)；4）工程結(jié)構(gòu)的可靠度。 學(xué)習(xí)本課程的目的和方法 混凝土結(jié)構(gòu)課程通常按內(nèi)容的性質(zhì)分為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理主要講述混凝土基本構(gòu)件的受力性能、截面設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求等基本理論，屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，這也是本學(xué)期所要講的內(nèi)容?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)

15、計(jì)主要講述各種混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房、多層和高層建筑等，屬于專業(yè)課。學(xué)習(xí)本課程的目的是：掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論和構(gòu)造知識(shí)，為今后能順利地從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作和其他工作打下牢固的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)課程時(shí)，要注意本課程的特點(diǎn)和方法。1.材料性質(zhì)2.內(nèi)力重分布3.計(jì)算公式半理論半實(shí)踐4.構(gòu)造知識(shí)5.對規(guī)范的態(tài)度是指遵守、探索、改進(jìn)6.學(xué)習(xí)解決問題的能力7.注意與前續(xù)課程的聯(lián)系8.利用網(wǎng)上資源進(jìn)行學(xué)習(xí)如網(wǎng)易土木在線建筑大師等設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：是由國務(wù)院或各部委授權(quán)主管機(jī)構(gòu)制定或批準(zhǔn)的對重復(fù)性事物和概念所作的統(tǒng)一規(guī)定。它對技術(shù)原則、指標(biāo)或界限給出的規(guī)定。是一種衡量準(zhǔn)則，屬國家標(biāo)準(zhǔn)范疇。如建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范：各部委授權(quán)主管機(jī)構(gòu)制定的對技術(shù)要求和技術(shù)方法所做的系列規(guī)定。屬國家標(biāo)準(zhǔn)范疇，是標(biāo)準(zhǔn)的一種形式。比如混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)程：各部委授權(quán)主管機(jī)構(gòu)制定的對具體