《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程 (必修), 該課程具有理論性與實踐性并重的特點。其先修課程為土木工程材料、材料力學(xué)等; 后續(xù)課程包括抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計、組合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、工程質(zhì)量事故分析與處理等。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)一般鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞類型、設(shè)計原理及相應(yīng)的構(gòu)造措施, 能夠運用基本概念分析構(gòu)件受力特性, 為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。
“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程（必修），具有理論性與實踐性并重的特點。其先修課程為土木工程材料、材料力學(xué)等；后續(xù)課程包括抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計、組合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、工程質(zhì)量事故分析與處理等。本書根據(jù)國家*新標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010）（2015版）、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2012）的相關(guān)內(nèi)容編寫而成，旨在讓學(xué)生學(xué)習(xí)一般鋼筋混凝土構(gòu)件（拉、壓、彎、剪、扭、預(yù)應(yīng)力）的破壞類型、設(shè)計原理及相應(yīng)的構(gòu)造措施，能夠運用基本概念分析構(gòu)件受力特性，具備對基本構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。本書可以作為高等院校土木工程專業(yè)的教材，也可供有關(guān)設(shè)計、施工和科研人員使用。
前言
2014年8月以來，國家相繼修訂了一些規(guī)范，包括《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）（2015年版）、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60—2015）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2012）等。為此，需要對第1版進(jìn)行修訂，主要包括了以下內(nèi)容：
（1）根據(jù)新近頒布的兩個路橋方面的設(shè)計規(guī)范，在第2~10章，每章增加一節(jié)，講述路橋混凝土的設(shè)計內(nèi)容。
（2）根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）（2015年版）局部修訂有關(guān)“取消HRBF335，限制使用HRB335和HPB300鋼筋”的規(guī)定，對本書的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了修訂。
（3）根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）（2015年版）局部修訂有關(guān)“HRB500鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計值由原來的410MPa調(diào)整為435MPa”的規(guī)定，對本書的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了修訂。
（4）根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）（2015年版）局部修訂有關(guān)“對軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值大于400MPa時應(yīng)取400MPa”，以及“預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值由原來的410MPa調(diào)整為400MPa”的規(guī)定，對本書相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了修訂。
本書第2版由第1版的各位作者分別修訂原編寫內(nèi)容，新增的路橋混凝土的設(shè)計內(nèi)容由薛剛執(zhí)筆。
本書在編寫過程中參考了國內(nèi)外大量參考文獻(xiàn)，引用了一些學(xué)者的研究成果，在此表示感謝。本教材的出版得到內(nèi)蒙古科技大學(xué)的專項資助。
鑒于作者水平有限，本書第2版難免有錯誤及不妥之處，歡迎讀者批評指正。
作者2017年4月
第1版前言
“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，適用于土木工程領(lǐng)域內(nèi)所有混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計，如房屋建筑工程、交通土建工程、礦井建設(shè)、水利工程、港口工程等。其內(nèi)容是土木工程專業(yè)本科學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備的基礎(chǔ)知識，為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課和畢業(yè)后在本專業(yè)的其他領(lǐng)域繼續(xù)深造提供堅實的基礎(chǔ)。
混凝土結(jié)構(gòu)由一些基本構(gòu)件組成，如受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件、受扭構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件等。本書主要講述混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能和設(shè)計計算方法，包括鋼筋和混凝土材料的基本性能，以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的性能分析、設(shè)計計算和構(gòu)造措施等。鑒于目前我國土木工程各領(lǐng)域的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范尚未統(tǒng)一，本書主要介紹房屋建筑工程的有關(guān)規(guī)范內(nèi)容。讀者在掌握了基本構(gòu)件的受力性能和建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理之后，通過自學(xué)不難掌握其他工程的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理。
本課程的教學(xué)目的如下：首先使學(xué)生從原理和問題的本質(zhì)上去認(rèn)識混凝土結(jié)構(gòu)的受力和變形性能，正確理解鋼筋混凝土的基本性能，然后引導(dǎo)學(xué)生掌握現(xiàn)行設(shè)計實踐所用的主要方法，特別是現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范所推薦的方法。
本書按混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能和特點劃分章節(jié)，各章相對獨立，以便根據(jù)不同的教學(xué)要求對內(nèi)容進(jìn)行取舍。在敘述方法上，注意到學(xué)生從數(shù)學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)課到學(xué)習(xí)學(xué)科基礎(chǔ)課的認(rèn)識規(guī)律，由淺入深，循序漸進(jìn)，力求對基本概念論述清楚，使讀者能較容易地掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能及理論分析方法；有明確的計算方法和實用設(shè)計步驟，力求做到能具體應(yīng)用。書中有相當(dāng)數(shù)量的計算例題，有利于理解和掌握設(shè)計原理。為了便于自學(xué)，每章結(jié)尾設(shè)置了思考題或習(xí)題。
為讓讀者了解全國注冊結(jié)構(gòu)工程師的考試題型和解題思路，本書在主要章節(jié)增設(shè)全國注冊結(jié)構(gòu)工程師考題。該專題中都是近年注冊結(jié)構(gòu)師的考試真題及詳解，題目和解題過程均按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）編寫，書中提到的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，均指最新版規(guī)范。
本書主編為李斌、薛剛、牛建剛，副主編為郝潤霞、高春彥、李云云。具體編寫分工如下：第1章由李斌執(zhí)筆，第2、3、9章由郝潤霞執(zhí)筆，第4、5章由李云云執(zhí)筆，第6、7章由高春彥執(zhí)筆，9.5.2節(jié)、第10章由牛建剛執(zhí)筆；第8章、各章的注冊結(jié)構(gòu)工程師考題及教材附錄由薛剛執(zhí)筆；全書由李斌、薛剛、牛建剛修改定稿。本教材的出版得到內(nèi)蒙古科技大學(xué)的專項資助。
本書在編寫過程中參考了國內(nèi)外大量參考文獻(xiàn)，引用了一些學(xué)者的資料，均在本書末的參考文獻(xiàn)中予以列出。
希望本書能為讀者的學(xué)習(xí)和工作提供幫助。鑒于作者水平有限，書中難免有錯誤及不妥之處，敬請讀者批評指正。
作者2014年5月
李斌，男，博士，教授，工程力學(xué)學(xué)會包頭市理事，中國冶金建設(shè)委員會委員，土木工程學(xué)會會員, 內(nèi)蒙古自治區(qū)建筑節(jié)能協(xié)會副理事長，結(jié)構(gòu)委員會主任。內(nèi)蒙古科技大學(xué)黨委常委、副校長，教授、碩士生導(dǎo)師。
研究方向包括：鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)、在役結(jié)構(gòu)可靠性及剩余壽命研究。
作為學(xué)科領(lǐng)導(dǎo)人和帶頭人，近年來主持完成或參與國家*、省部級、地市級等縱向課題20多項，企業(yè)委托的橫向課題40多項，獲科技進(jìn)步獎3項，創(chuàng)新獎1項，教學(xué)成果獎2項，發(fā)表論文40余篇，其中被EI收入論文20多篇。2001年獲寶鋼教育基金理事會優(yōu)秀教師獎，2010年被評為內(nèi)蒙古自治區(qū) “321”人才二層次人才。
目錄
第1章緒論
1.1混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念
1.2混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展概況
1.2.1混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況
1.2.2混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用
1.2.3我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范發(fā)展概況
1.3混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展展望
1.3.1材料方面
1.3.2結(jié)構(gòu)方面
1.3.3施工技術(shù)
1.3.4試驗技術(shù)
1.4本課程的主要內(nèi)容及特點
1.4.1主要內(nèi)容
1.4.2課程特點及學(xué)習(xí)方法
第2章鋼筋和混凝土的基本性能
2.1鋼筋的基本性能
2.1.1鋼筋的品種和級別
2.1.2鋼筋的力學(xué)性能
2.1.3鋼筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型
2.1.4鋼筋的松弛和疲勞
2.1.5混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求
2.1.6鋼筋的選用
2.2混凝土的基本性能
2.2.1單軸應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度
2.2.2復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度
2.2.3混凝土短期加載下的變形性能
2.2.4混凝土的徐變
2.2.5混凝土的疲勞性能
2.2.6混凝土的收縮、膨脹和溫度變形
2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)
2.3.1基本概念
2.3.2粘結(jié)力的組成及其影響因素
2.3.3保證可靠粘結(jié)的構(gòu)造措施
2.4鋼筋混凝土的一般構(gòu)造規(guī)定
2.4.1混凝土保護(hù)層
2.4.2鋼筋的錨固長度
2.4.3機(jī)械錨固
2.4.4鋼筋的連接
2.4.5并筋
2.5公路橋涵工程混凝土結(jié)構(gòu)材料
2.5.1混凝土與鋼筋
2.5.2公路橋涵工程混凝土結(jié)構(gòu)的一般構(gòu)造
思考題
第3章混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
3.1結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計方法
3.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求
3.1.2結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)
3.1.3結(jié)構(gòu)上的作用及結(jié)構(gòu)抗力
3.2荷載和材料強(qiáng)度的取值
3.2.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定
3.2.2材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定
3.2.3材料強(qiáng)度設(shè)計值
3.3結(jié)構(gòu)可靠度、可靠指標(biāo)和目標(biāo)可靠指標(biāo)
3.4極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式
3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式
3.4.2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式
3.5既有結(jié)構(gòu)和防連續(xù)倒塌的設(shè)計原則
3.5.1既有結(jié)構(gòu)設(shè)計原則
3.5.2防連續(xù)倒塌設(shè)計原則
3.6公路橋涵工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
3.6.1主要區(qū)別及造成兩者區(qū)別的主要原因
3.6.2極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式
思考題
第4章受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力
4.1概述
4.2受彎構(gòu)件正截面的受力性能
4.2.1梁的一般構(gòu)造
4.2.2板的一般構(gòu)造
4.2.3適筋梁正截面受彎的三個受力階段
4.2.4受彎構(gòu)件沿正截面的破壞形態(tài)
4.3受彎構(gòu)件正截面承載力計算方法
4.3.1基本假定
4.3.2等效矩形應(yīng)力圖形
4.3.3適筋破壞和超筋破壞的界限條件
4.3.4適筋破壞與少筋破壞的界限條件
4.4單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算
4.4.1基本計算公式及適用條件
4.4.2受彎構(gòu)件正截面承載力計算的兩類問題
4.4.3計算系數(shù)及其使用
4.5雙筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算
4.5.1概述
4.5.2受壓鋼筋的應(yīng)力
4.5.3計算公式和適用條件
4.5.4基本公式的應(yīng)用
4.6T形截面受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計算
4.6.1概述
4.6.2計算公式及適用條件
4.7公路橋涵工程受彎構(gòu)件的正截面設(shè)計
4.7.1基本假定
4.7.2相對界限受壓區(qū)高度
4.7.3雙筋矩形截面的正截面抗彎承載力計算
4.7.4T形與I形截面的正截面抗彎承載力計算
思考題
習(xí)題
第5章受彎構(gòu)件斜截面承載力計算
5.1概述
5.2受彎構(gòu)件斜截面受力特點與破壞機(jī)理
5.2.1斜截面開裂前后受力分析
5.2.2無腹筋梁斜截面的受力特點和破壞形態(tài)
5.2.3有腹筋梁斜截面的受力特點和破壞形態(tài)
5.3受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力計算
5.3.1影響梁斜截面受剪承載力的主要因素
5.3.2受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力計算公式
5.4受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力的設(shè)計計算
5.4.1截面設(shè)計
5.4.2截面復(fù)核
5.5保證斜截面受彎承載力的構(gòu)造措施
5.5.1材料抵抗彎矩圖
5.5.2縱筋的彎起
5.5.3縱筋的截斷
5.5.4縱筋的錨固
5.5.5箍筋的構(gòu)造要求
5.6公路橋涵工程受彎構(gòu)件的斜截面設(shè)計
5.6.1斜截面抗剪承載力的計算位置
5.6.2斜截面抗剪承載力的計算公式及其適用條件
5.6.3斜截面抗剪承載力的配筋設(shè)計方法
5.6.4斜截面抗彎承載力
思考題
習(xí)題
第6章受壓構(gòu)件截面承載力計算
6.1概述
6.2受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造要求
6.2.1材料強(qiáng)度等級
6.2.2截面形式和尺寸
6.2.3縱向鋼筋
6.2.4箍筋
6.3軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算
6.3.1軸心受壓普通箍筋柱的正截面承載力計算
6.3.2軸心受壓螺旋箍筋柱的正截面承載力計算
6.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算原理
6.4.1偏心受壓短柱的破壞形態(tài)
6.4.2偏心受壓長柱的破壞形態(tài)
6.4.3偏心受壓長柱考慮二階效應(yīng)的設(shè)計彎矩計算
6.4.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算的基本假定
6.4.5附加偏心距
6.4.6小偏心受壓構(gòu)件中遠(yuǎn)離縱向偏心力一側(cè)的鋼筋應(yīng)力
6.5矩形截面不對稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算
6.5.1區(qū)分大、小偏心受壓破壞形態(tài)的界限
6.5.2矩形截面大偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算
6.5.3矩形截面小偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算
6.5.4截面設(shè)計
6.5.5截面承載力復(fù)核
6.6矩形截面對稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算
6.6.1基本公式及適用條件
6.6.2截面設(shè)計
6.6.3截面復(fù)核
6.7I形截面對稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算
6.7.1基本公式及適用條件
6.7.2截面設(shè)計
6.8偏心受壓構(gòu)件NM相關(guān)曲線
6.9雙向偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算
6.10偏心受壓構(gòu)件斜截面受剪承載力計算
6.11公路橋涵工程受壓構(gòu)件的設(shè)計
6.11.1軸心受壓構(gòu)件
6.11.2矩形截面偏心受壓構(gòu)件
6.11.3T形和I形截面偏心受壓構(gòu)件
思考題
習(xí)題
第7章受拉構(gòu)件的正截面承載力計算
7.1軸心受拉構(gòu)件的截面承載力計算
7.2矩形截面偏心受拉構(gòu)件正截面受拉承載力計算
7.2.1偏心受拉構(gòu)件正截面的破壞形態(tài)
7.2.2矩形截面大偏心受拉構(gòu)件正截面的承載力計算
7.2.3矩形截面小偏心受拉構(gòu)件正截面的承載力計算
7.3偏心受拉構(gòu)件斜截面受剪承載力計算
7.4公路橋涵工程受拉構(gòu)件的設(shè)計
7.4.1軸心受拉構(gòu)件正截面承載力計算
7.4.2偏心受拉構(gòu)件正截面承載力計算
思考題
習(xí)題
第8章受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力
8.1概述
8.2受扭構(gòu)件的破壞特征
8.3截面開裂扭矩
8.4純扭構(gòu)件變角度空間桁架模型計算理論
8.5受扭構(gòu)件配筋計算方法
8.5.1純扭構(gòu)件的配筋計算方法
8.5.2彎剪扭構(gòu)件的配筋計算方法
8.6壓、彎、剪、扭矩共同作用下鋼筋混凝土矩形截面框架柱剪扭承載力計算
8.7構(gòu)造要求
8.8公路橋涵工程受扭構(gòu)件的設(shè)計
8.8.1矩形和箱形截面純扭構(gòu)件承載力計算
8.8.2矩形和箱形截面剪扭構(gòu)件承載力計算
8.8.3T形、I形和帶翼緣箱形截面剪扭構(gòu)件承載力計算
8.8.4矩形、T形、I形和箱形截面彎剪扭構(gòu)件承載力計算
8.8.5受扭構(gòu)件承載力計算公式的適用條件與鋼筋的構(gòu)造規(guī)定
思考題
習(xí)題
第9章鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性
9.1概述
9.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗算
9.2.1截面彎曲剛度
9.2.2縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)
9.2.3截面彎曲剛度的計算公式
9.2.4影響截面受彎剛度的主要因素
9.2.5最小剛度原則與撓度驗算
9.3鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗算
9.3.1裂縫的出現(xiàn)、分布與開展
9.3.2平均裂縫間距
9.3.3平均裂縫寬度
9.3.4最大裂縫寬度及其驗算
9.4鋼筋混凝土構(gòu)件的截面延性
9.4.1延性的概念
9.4.2受彎構(gòu)件的截面曲率延性系數(shù)
9.4.3偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性的分析
9.5混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性
9.5.1耐久性的概念與結(jié)構(gòu)耐久性劣化現(xiàn)象
9.5.2耐久性設(shè)計
9.6公路橋涵工程混凝土構(gòu)件的裂縫寬度、變形驗算
9.6.1公路橋涵工程裂縫寬度驗算
9.6.2公路橋涵工程受彎構(gòu)件變形驗算
思考題
習(xí)題
第10章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件
10.1概述
10.1.1預(yù)應(yīng)力混凝土的概念
10.1.2預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的發(fā)展簡史
10.1.3預(yù)應(yīng)力混凝土的分類
10.1.4張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的方法
10.1.5錨具與孔道成型材料
10.1.6預(yù)應(yīng)力混凝土材料
10.2張拉控制應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力損失
10.2.1張拉控制應(yīng)力σcon
10.2.2預(yù)應(yīng)力損失的分類
10.2.3預(yù)應(yīng)力損失值的組合
10.3預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞長度和構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算
10.3.1預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞長度ltr
10.3.2后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)的局部承壓承載力計算
10.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計算
10.4.1軸心受拉構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析
10.4.2預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計算和驗算
10.5預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的計算
10.5.1各階段應(yīng)力分析
10.5.2受彎構(gòu)件正截面破壞形態(tài)及基本假定
10.5.3預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算
10.5.4預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計算
10.5.5受彎構(gòu)件使用階段正截面抗裂度驗算
10.5.6受彎構(gòu)件使用階段斜截面抗裂度驗算
10.5.7受彎構(gòu)件使用階段變形驗算
10.5.8受彎構(gòu)件施工階段的驗算
10.6預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求
10.7公路橋涵工程中預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計
10.7.1張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失
10.7.2預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的承載力計算
10.7.3預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件應(yīng)力計算和應(yīng)力控制
10.7.4預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件抗裂驗算
10.7.5預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件撓度驗算
10.7.6預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件端部錨固區(qū)計算
思考題
習(xí)題
附錄A材料力學(xué)指標(biāo)
附錄B鋼筋的計算截面面積及公稱質(zhì)量
附錄C基本規(guī)定
附錄D術(shù)語
參考文獻(xiàn)
第3章混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
本章介紹混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)遵循的基本原則，主要包括作用在結(jié)構(gòu)上的荷載大小如何確定； 所用結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度如何取值； 結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的功能； 結(jié)構(gòu)安全可靠的標(biāo)準(zhǔn)； 概率極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式等。
3.1結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計方法
3.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求
1. 結(jié)構(gòu)的安全等級
建筑物的重要程度是根據(jù)其用途決定的。例如，設(shè)計一個大型體育館和設(shè)計一個普通倉庫是有差異的，因為大型體育館一旦發(fā)生破壞，造成的生命財產(chǎn)損失要比普通倉庫大得多，所以對它們安全度的要求應(yīng)該不同，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)按不同的安全等級進(jìn)行設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，如危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會影響等的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級。建筑結(jié)構(gòu)安全等級的劃分應(yīng)符合表31的要求。對人員比較集中、使用頻繁的影劇院、體育館等，安全等級宜按一級設(shè)計。對特殊的建筑物，其設(shè)計安全等級可視具體情況確定。還有，建筑物中梁、柱等各類構(gòu)件的安全等級一般應(yīng)與整個建筑物的安全等級相同，對部分特殊構(gòu)件可根據(jù)其重要程度作適當(dāng)調(diào)整。
表31建筑結(jié)構(gòu)的安全等級
安 全 等 級
破壞后果
建筑物類型
一級
很嚴(yán)重
重要的建筑物
二級
嚴(yán)重
一般的建筑物
三級
不嚴(yán)重
次要的建筑物
注： (1) 對特殊的建筑物，其安全等級應(yīng)根據(jù)具體情況另行確定；
(2) 地基基礎(chǔ)設(shè)計安全等級及按抗震要求設(shè)計時建筑結(jié)構(gòu)的安全等級，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。
2. 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限與設(shè)計基準(zhǔn)期
計算結(jié)構(gòu)可靠度所依據(jù)的年限稱為結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限。結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。設(shè)計使用年限按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068—2001)確定，就總體而言，橋梁應(yīng)比房屋的設(shè)計使用年限長，大壩的設(shè)計使用年限更長。結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限應(yīng)按表32采用。
表32設(shè)計使用年限分類
類別設(shè)計使用年限/年示例
15臨時性結(jié)構(gòu)
225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件
350普通房屋和構(gòu)筑物
4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物
設(shè)計基準(zhǔn)期是為確定可變作用代表值與時間有關(guān)的材料性能而選用的時間參數(shù)。
設(shè)計使用年限與設(shè)計基準(zhǔn)期既有聯(lián)系又有不同。設(shè)計基準(zhǔn)期可根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的要求適當(dāng)選定。結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限雖與其使用壽命有聯(lián)系，但不等同。超過設(shè)計使用年限的結(jié)構(gòu)并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。
3. 建筑結(jié)構(gòu)的功能
根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068—2001)，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：
(1) 在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；
(2) 在正常使用時具有良好的工作性能；
(3) 在正常維護(hù)下有足夠的耐久性能；
(4) 在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。
上述(1)、(4)兩項屬于結(jié)構(gòu)的安全性，結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種荷載和變形，在偶然事件(如地震、爆炸等)發(fā)生時和發(fā)生后保持必需的整體穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。紐約世界貿(mào)易中心雙子大廈遭恐怖分子劫持飛機(jī)撞擊，產(chǎn)生爆炸、燃燒而最終導(dǎo)致整體倒塌，是一個非常典型的偶然事例。第(2)項關(guān)系到結(jié)構(gòu)的適用性，如不產(chǎn)生影響使用的過大變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者不安的過寬裂縫等。第(3)項為結(jié)構(gòu)的耐久性，如結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下在設(shè)計規(guī)定的年限內(nèi)混凝土不發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落，鋼筋不發(fā)生銹蝕等。安全性、適用性和耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。
3.1.2結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)
整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計指定的某一功能要求，這個特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)，如構(gòu)件即將開裂、傾覆、滑移、壓屈、失穩(wěn)等。也就是說，能完成預(yù)定的各項功能時，結(jié)構(gòu)處于有效狀態(tài)，反之，則處于失效狀態(tài)。有效狀態(tài)和失效狀態(tài)的分界，稱為極限狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)開始失效的標(biāo)志。極限狀態(tài)可分為兩類。
1. 承載能力極限狀態(tài)
結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形及裂縫寬度，稱為承載能力極限狀態(tài)。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由于材料強(qiáng)度不夠而破壞，或因疲勞而破壞，或因漂浮而破壞，或產(chǎn)生過度的變形而不能繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈），或結(jié)構(gòu)在偶然作用下連續(xù)倒塌或大范圍破壞等； 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系時，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就超過了承載能力極限狀態(tài)。超過承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足安全性的要求。
2. 正常使用極限狀態(tài)
結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用的某項限值或產(chǎn)生影響耐久性能的局部損壞，這種狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)影響正常使用或外觀的變形、過寬裂縫、局部損壞和振動時，可認(rèn)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過了正常使用極限狀態(tài)。超過了正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能保證適用性和耐久性的功能要求。
結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計算后，還應(yīng)該按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗算。
為了提高使用質(zhì)量，正常使用極限狀態(tài)中對跨度較大的樓板及業(yè)主有要求時，增加了舒適度要求，需控制樓蓋豎向自振頻率達(dá)到舒適度設(shè)計要求。
結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可以用極限狀態(tài)函數(shù)來表達(dá)。承載能力極限狀態(tài)函數(shù)可表示為
Z＝R-S(31)
……
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