建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上篇混凝土結(jié)構(gòu)一、混凝土物理力學(xué)性能1.簡單受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度（單軸）：立方體抗壓強(qiáng)度（95%?fcu,k=μfcu-1.645σf1).fcu：按照標(biāo)準(zhǔn)方法（90%濕度、20±3℃）制作養(yǎng)護(hù)的棱長為150mm的立方體試件，在28天齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（混凝土試件與鋼板之間的摩擦系數(shù)為0.4）進(jìn)行抗壓試驗(yàn)得到的破壞時(shí)試件的平均壓應(yīng)力。2）fc：一般采用圓柱體或方形棱柱體試件（我國采用150mm×150mm×300mm）?3）ft4）換算：（1）fa.0.88：考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與試件混凝土強(qiáng)度差異的修正系數(shù)；b.αc1：軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值；c.αc2：考慮混凝土脆性的折減系數(shù)；d.αc1、α（2）ftk=0.88×0.395α2.復(fù)雜受力狀態(tài)下混凝土的性能1）力學(xué)性能（兩張圖、一個(gè)公式?f2)徐變（應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間持續(xù)增加）?應(yīng)力水平、齡期、成分、養(yǎng)護(hù)和使用環(huán)境條件3.鋼筋與混凝土的粘結(jié)力1）來源：化學(xué)吸附、摩擦作用、機(jī)械咬合作用、附加咬合2）大?。害?A3）體現(xiàn)：錨固?la=α4）影響因素：鋼筋表面形狀、混凝土強(qiáng)度等級、澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置、保護(hù)層厚度和鋼筋間距、橫向鋼筋以及側(cè)向壓力二、鋼筋混凝土梁1、承載能力極限狀態(tài)下正截面受彎承載力計(jì)算、斜截面受剪承載力計(jì)算以及受扭承載力計(jì)算；正常使用極限狀態(tài)下變形以及裂縫寬度驗(yàn)算1）正截面受彎承載力（1）構(gòu)造要求：截面尺寸（最小厚度?混凝土保護(hù)層最小厚度、混凝土施工工藝，高跨比?剛度，高寬比），混凝土保護(hù)層?耐久性、耐火性以及鋼筋的有效錨固，鋼筋直徑與間距2）正截面受彎破壞模式：少筋破壞、適筋破壞、超筋破壞（1）少筋破壞：一裂就壞（2）適筋破壞：三個(gè)階段（整體彈性工作階段?抗裂計(jì)算，帶裂縫工作階段?正常使用狀態(tài)下變形和裂縫寬度計(jì)算，破壞階段?按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的承載力計(jì)算）a.曲線上三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在受拉區(qū)混凝土達(dá)到極限拉應(yīng)變、受拉區(qū)鋼筋受拉屈服、受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變b.裂縫一出現(xiàn)就開展至一定寬度并上升至一定高度，因?yàn)槭芾瓍^(qū)混凝土退出工作，受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力突然增大c.破壞階段受壓區(qū)混凝土總壓力保持不變，因?yàn)槭芾瓍^(qū)鋼筋全部屈服，總拉力不變d.適筋范圍內(nèi)配筋率越高，承載力越大，相應(yīng)延性越差（3）超筋破壞：受壓區(qū)混凝土被壓碎而受拉區(qū)鋼筋未受拉屈服3）鋼筋混凝土梁的受力特點(diǎn)：截面應(yīng)力與截面彎矩不成正比（σ=Mw?中和軸不斷上移，截面抵抗矩相應(yīng)變化）、撓度與荷載不成正比（隨著裂縫發(fā)展，梁的剛度不斷下降）、破壞類型取決于鋼筋與混凝土截面的比例關(guān)系（配筋率與界限配筋率的關(guān)系?4）正截面受力分析（1）基本假定：平截面假定、不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度、混凝土受壓本構(gòu)關(guān)系（二次拋物線+水平線，分界點(diǎn)：ε0=0.002、εcu=0.0033）、縱向受拉鋼筋的極限拉應(yīng)變?nèi)椋?）等效矩形應(yīng)力圖形?混凝土壓應(yīng)力合力的大小及其作用點(diǎn)位置不變a.等效矩形應(yīng)力圖形上的應(yīng)力值為α1fc，受壓區(qū)高度x=β1xa=ξ（3）適筋截面的界限條件（最大配筋率、最小配筋率）a.界限破壞：對有屈服點(diǎn)的普通鋼筋，當(dāng)縱向受拉鋼筋屈服時(shí)，受壓區(qū)混凝土也同時(shí)被壓碎（受壓區(qū)混凝土外邊緣纖維達(dá)到其極限壓應(yīng)變）；對無屈服點(diǎn)的普通鋼筋，受拉鋼筋屈服時(shí)，應(yīng)考慮0.002的殘余應(yīng)變，即εb.ξb=βc.平截面假定是應(yīng)變之間的關(guān)系，應(yīng)變通過材料的本構(gòu)關(guān)系曲線轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的應(yīng)力，所以應(yīng)變符合平截面假定并不表示應(yīng)力符合平截面假定d.界限破壞是介于適筋破壞與超筋破壞之間的一種破壞模式，當(dāng)ξ=xh0<e.界限相對受壓區(qū)高度ξb控制最大配筋率f.ρmin=max{0.45ftg.驗(yàn)算縱向受拉鋼筋最小配筋率時(shí)，構(gòu)件截面面積應(yīng)取全截面面積5)受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算（1）單筋矩形截面梁a.截面設(shè)計(jì)：選擇混凝土強(qiáng)度等級和鋼筋品種?確定截面尺寸?計(jì)算鋼筋截面面積并選用鋼筋?計(jì)算表格編制（fcb.截面復(fù)核：fc.提高正截面受彎承載力，采用強(qiáng)度較高的鋼筋比提高混凝土強(qiáng)度等級更有效（2）雙筋矩形截面梁a.雙筋?減小受壓區(qū)高度（x↓、ξ↓）以避免發(fā)生超筋破壞、同一截面承受的彎矩可能改變符號、支座錨固段鋼筋參與作用b.Mu=Mu1+Mu2=fy'As'h0-ad.截面設(shè)計(jì)方法：已知M、b×h、fc、α1、β1、fy、fy'ξ=ξbAs1=α1fcbξbh0fy、As2=Ase.截面復(fù)核方法（3）T形截面梁a.翼緣計(jì)算寬度bf'?計(jì)算跨度l0、梁肋凈距Sn、翼緣高度b.第一類T形截面與第二類T形截面?M≤6）斜截面受剪承載力（1）破壞類型（剪跨比λ=aha.斜壓破壞（λ<1）：斜裂縫?腹剪斜裂縫；類似于正截面的超筋破壞，承載力取決于混凝土的抗壓強(qiáng)度?剪壓比即最小截面尺寸（hwb≤4，b.剪壓破壞（1≤λ≤3）：垂直裂縫?彎剪斜裂縫?臨界斜裂縫；Vu=c.斜拉破壞（λ>3）：一旦出現(xiàn)垂直向彎曲裂縫，就會(huì)迅速向受壓區(qū)斜向延伸?類似于正截面的少筋破壞，承載力取決于混凝土在復(fù)合受力下的抗拉強(qiáng)度?構(gòu)造措施d.承載力：斜壓破壞>剪壓破壞>斜拉破壞；延性反之7）斜截面受彎承載力a.正截面抵抗彎矩圖：按實(shí)際配置的縱筋所確定的梁上各個(gè)截面所能承擔(dān)的彎矩圖形b.充分利用點(diǎn)：鋼筋強(qiáng)度被充分利用的截面；不需要點(diǎn)：按正截面承載力計(jì)算不需要該鋼筋的截面?彎起點(diǎn)與充分利用點(diǎn)的水平距離不小于h0c.縱向鋼筋的截?cái)嗯c錨固：l8）矩形截面受扭承載力?平衡扭轉(zhuǎn)（變形協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)不會(huì)引起結(jié)構(gòu)破壞）（1）純扭：T≤0.35a.Wb.ζ=fyAstlsfyvA（2）彎剪扭a.縱筋：受彎縱筋單獨(dú)計(jì)算，剪扭構(gòu)件的受扭縱筋單獨(dú)計(jì)算；箍筋：剪扭構(gòu)件受剪和受扭承載力分別計(jì)算b.剪扭構(gòu)件：V≤1.5-βt1.75λ+1ftbh（3）限制條件a.最小配箍率：ρb.受扭縱筋最小配筋率：ρc.截面限制條件：h9）變形計(jì)算：f=S?a.B=b.θ=2.0-0.4ρc.ψ=1.1-0.65ftkρteσs，有效縱向受拉鋼筋配筋率ρte=AsAted.γff.最小剛度原則：彎矩最大處的截面彎曲剛度10）裂縫寬度的計(jì)算：wa.平均裂縫間距l(xiāng)m=1.5l，其中b.αcr為構(gòu)件受力特征系數(shù)，對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件取為c.deq=nidi211）耐久性a.概念：設(shè)計(jì)工作年限、正常維護(hù)、保持使用功能b.影響因素：混凝土碳化、鋼筋銹蝕c.提高耐久性的有效措施：增加鋼筋保護(hù)層厚度三、鋼筋混凝土柱1.破壞類型1）強(qiáng)度破壞：軸壓?箍筋間的縱筋受壓屈服并外鼓，混凝土被壓碎；大偏心受拉破壞?受拉縱筋屈服，受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變，受壓縱筋受壓屈服（延性破壞）；小偏心受壓破壞?遠(yuǎn)端縱筋受拉（壓）未屈服，受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變（脆性破壞）2）穩(wěn)定破壞2.配有普通箍筋的軸心受壓柱：Na.φ?考慮縱向彎曲的穩(wěn)定系數(shù)，與長細(xì)比負(fù)相關(guān)b.γ3.配有螺旋箍筋的軸心受壓柱：Na.螺旋箍筋的作用使核心區(qū)混凝土處于三向受壓狀態(tài)，核心區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯提高，螺旋箍筋柱的破壞是以螺旋箍筋屈服為標(biāo)志的b.Ac.α為折減系數(shù)，與混凝土強(qiáng)度有關(guān)d.為了保證螺旋箍筋柱在正常使用條件下混凝土保護(hù)層不至于過早剝落，螺旋箍筋柱受壓承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)大于同等條件下普通箍筋柱受壓承載力設(shè)計(jì)值的1.5倍，且不應(yīng)小于同等條件下普通箍筋柱受壓承載力設(shè)計(jì)值；對長細(xì)比l0d>12的螺旋箍筋柱應(yīng)按照普通箍筋柱設(shè)計(jì)；為保證螺旋箍筋的約束效果，螺旋箍筋的換算面積4.偏心受壓構(gòu)件1）大小偏壓判別：ei=e0a.附加偏心距ea?荷載作用位置的不確定性、混凝土質(zhì)量的不均勻性、施工造成的截面尺寸偏差；取20mm和偏心方向構(gòu)件截面尺寸的1b.e0=MN?Mc.復(fù)核大偏心受拉破壞：ξ≤2）大小偏壓的區(qū)別：σ3）Nu5.斜截面受剪承載能力考慮了軸壓力的有限影響四、鋼梁1.強(qiáng)度1）彎曲正應(yīng)力：σ=a.γ為截面形狀系數(shù)（截面塑性發(fā)展系數(shù)），大小僅與截面的形狀有關(guān)，表示在截面邊緣纖維屈服之后繼續(xù)承載能力的大小b.當(dāng)梁受壓翼緣的自由外伸寬度與其厚度之比不大于132352）工字型截面最大切應(yīng)力：τ3）局部壓應(yīng)力：σ4）折算應(yīng)力2.整體穩(wěn)定性：焊接工字型等截面簡支梁φa.整體失穩(wěn)是平面外彎曲和扭轉(zhuǎn)，承載力未充分發(fā)揮b.與荷載類型與作用位置（βbc.ηbd.當(dāng)φb>0.6時(shí)需按式φb3.組合梁截面設(shè)計(jì)：h4.增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施：設(shè)置側(cè)向支撐、增加受壓翼緣的寬度五、鋼柱1.強(qiáng)度1）軸心受力：σ=a.應(yīng)考慮孔前傳力b.An為驗(yàn)算截面處的凈截面2）拉（壓）彎：N2.剛度：λ=a.計(jì)算長度l0=μl，取決于兩端支承情況，約束越強(qiáng)，μ越小。b.受拉構(gòu)件的容許長細(xì)比比受壓構(gòu)件容許長細(xì)比大2.整體穩(wěn)定性1）軸心受壓