第3章 混凝土结构设计的基本原则

第三章多层框架结构1．框架结构布置框架结构应在纵、横两个方向或多个斜交方向布置形成空间框架结构。

单跨框架的耗能能力较弱，超静定次数较少，一旦柱子出现塑性铰，出现连续倒塌的可能很大，所以不宜采用单跨框架。

由于框架在纵、横两个方向都承受很大的水平力，因此应做成刚接框架结构，保证尽可能多次超静定。

相应地，为了保证纵、横两方向都有足够的承载力和刚度，框架宜采用方形、圆形、多边形或接近方形的布置方案，使两个方向和刚度都相近。

框架梁、柱轴线宜在同一个竖向平面内，尽量避免梁布置在柱的一侧，防止产生过大的偏心弯矩。

2．框架结构分类混凝土框架结构按施工方法不同分为现浇式、装配式和装配整体式。

现浇式框架结构的整体性强、抗震性能好，缺点是现场施工的工作量大、工期长、需要大量的模板。

装配式框架结构的整体性较差、抗震能力弱，但它的施工速度快、效率高，可实现标准化、工厂化和机械化生产。

装配整体式框架兼有现浇式框架和装配式框架的优点，但是节点区现场浇筑混凝土施工比较复杂。

3．框架结构承重方案按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等几种(图13—1)。

横向框架承重方案是在横向布置承重梁而纵向往往布置较小的连系梁，这种方案比较有利于房屋室内的采光和通风。

纵向框架承重方案是在纵向布置框架承重梁，在横向布置连系梁，这种方案有利于设备管线的穿行，并可获得较高的室内净高，但是它的横向抗侧刚度较差，且进深尺寸受预制板长度的限制。

当楼面有较大荷载或楼面有较大开洞时一般采用纵横向框架混合承重方案，这种方案设计成双向梁柱抗侧力体系使框架结构具有很好的空间刚度和整体性。

4．计算单元的确定及荷载分配一般情况下，框架是一个空间受力体系，当框架间距相同、荷载相等、截面尺寸一样时，可取出一榀框架，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行计算分析(图13-2c、d)，取出来的平面框架承受图13—2(b)阴影范围内的水平荷载，竖向荷载则按楼盖结构的布置方案确定。

第3章 混凝土结构设计的基本原则教学提示：工程结构的设计原则应符合《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的规定。

建筑结构的设计原则应符合《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068的规定，有关作用（荷载）及其效应组合应符合《建筑结构荷载规范》GB50009的规定。

桥涵结构的设计原则应符合《公路工程结构可靠度设计统一标准》GB/T50283的规定，有关作用（荷载）及其效应组合应符合《公路桥涵设计通用规范》JTG D60的规定。

由于建筑结构和桥涵结构都是采用以概率论为基础的极限状态设计法，都是采用分项系数的设计表达式进行设计，两种结构设计原则总体相同。

故本章主要结合《统一标准》GB50153、《统一标准》GB50068、《荷载规范》GB50009和《规范》GB50010的有关规定重点介绍了建筑混凝土结构设计的基本原则，对于桥涵混凝土结构设计的基本原则主要是介绍了其与建筑混凝土结构设计基本原则的区别之处。

学习要求：通过本章学习，学生应掌握工程结构极限状态的基本概念，包括结构上的作用与作用效应、对结构的功能要求、设计基准期、设计使用年限、结构的设计状况、两类极限状态等；了解结构可靠度的基本原理；熟悉概率极限状态设计方法；掌握实用设计表达式。

3.1 结构的功能要求和极限状态3.1.1结构上的作用、作用效应及结构抗力1．结构上的作用、作用效应作用是指施加在结构上的力（直接作用，也称为荷载）和引起结构外加变形或约束变形的原因（间接作用）。

如结构自重、汽车荷载、人群荷载、风荷载和雪荷载等为直接作用；地基不均匀沉降、温度变化、混凝土收缩等为间接作用。

按时间的变异，结构上的作用可分为3类：（1）永久作用。

在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。

如结构自重、土压力和预应力等。

（2）可变作用。

在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。

如楼面活荷载、屋面活荷载、吊车荷载、风荷载和雪荷载等。

第三章混凝土结构基本设计原则3.1结构的功能要求3.1.1 混凝土结构的组成与作用•骨架•构件3.1.2 结构上的作用、结构抗力•按时间的变异分布：永久作用、可变作用、偶然作用•按随空间位置的变异分类：固定作用、可动作用•按结构的反应分类：静态作用、动态作用•结构或结构构件承受内力和变形的能力称为结构抗力R作用直接作用：间接作用：按时间分永久作用：可变作用：按位置分固定作用可动作用按反应分静态作用动态作用荷载温度应力、基础沉降，地震作用自重，土压力楼面活荷载、风荷载、雪荷载作用效应S•结构由于各种原因，引起内力和变形称为作用效应。

内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩；变形：挠度、转角、裂缝。

•作用效应取决于作用的方式及结构或构件的几何尺寸及支承条件。

简支梁在跨中一集中荷载作用下跨中弯矩lP M 41=•例：简支梁在均布荷载作用下跨中弯矩S = cQc –––荷载效应系数Q –––荷载•作用效应具有随机性q M 281=281l l 41c结构的抗力R•结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。

•结构抗力的影响因素：材料性能的不确定性材料几何参数的不确定性计算模式的不确定性•结构的抗力具有随机性。

3.1.3 结构的功能要求安全性、适用性、耐久性安全性：结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。

适用性：结构在正常使用时有良好的工作性能。

耐久性：结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。

3.1.4 结构的可靠性与安全等级3.2 结构极限状态3.2.1 极限状态的定义：是结构或其构件能够满足前述某一功能要求的临界状态。

超过这一界限，结构或其构件就不能满足设计规定的该项功能要求而进入失效状态。

极限状态的分类：承载能力极限状态正常使用极限状态极限状态的表现形式：(承)：刚体失去平衡，材料强度不足，结构转变为机构，失稳(正)：过大的变形，影响正常使用或耐久性能的局部损坏，过大的振动3.2.2 极限状态分类结构或构件能否完成预定功能与结构的荷载效应S与结构的抗力R有关。

混凝土结构设计原理综合练习题（一）单项选择题（每小题2分，共30分，在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题目中的括号内）1.对钢筋进行冷加工的目的是：（）。

A、提高屈服强度；B、增加钢材的塑性；C、提高钢筋与混凝土的粘结强度；D、调直、除锈。

2.下列哪种状态应按正常使用极限状态设计？（）。

A、结构作为刚体失去平衡；B、因过度的塑性变形而不适于继续承载;C、影响耐久性能的局部损坏；D、构件丧失稳疋。

3•为了保证结构的正常使用和耐久性, 构件裂缝的控制等级有（）级。

A、10 个；B、5 个；C、3 个；D、2 个。

4•当适筋梁的受拉钢筋刚屈服时，梁正截面的承载能力：（）。

A、达到最大值；B、接近最大值；C、离最大值还有较大一段距离；D、开始下降。

5•钢筋和混凝土之间的粘结强度，（）。

A、当外部荷载大时，其粘结强度大；B、当钢筋埋入混凝土中的长度长时，其粘结强度大；C、混凝土强度等级高时，其粘结强度大；D、钢筋级别低时，其粘结强度大。

6.按第一类T形截面梁进行设计时，其判别式应为：（）。

A、M : 1f c b f h f（h0-0.5h f）；B、M - : , f c b f h f（h0-0.5h f）；C、fyAs，：5fcbx ；D、f y < :1f c b x。

7•对于钢筋混凝土受弯构件，提高混凝土等级与提高钢筋等级相比，对承载能力的影响为（）°A、提咼钢筋等级效果大；B、提咼混凝土等级效果大；C、提高混凝土等级与提高钢筋等级是等效的；D、均无提高。

&梁斜截面破坏有多种形态，且均属脆性破坏，相比之下，脆性稍小一些的破坏形态是：（）°A、斜压破坏；B、剪压破坏；C、斜拉破坏；剪弯破坏。

9 •无腹筋简支梁主要通过下列哪种方式传力：（）°A、纵筋的销栓力；B、混凝土骨料的啮合力；C、混凝土与受拉钢筋形成的拱；D、不能确定。

混凝土结构设计规范《混凝土结构设计规范》（DG310-2020）是由中国建筑工业出版社发布的国家标准，旨在统一国内混凝土结构设计要求，使混凝土结构能够处理新的荷载、材料及施工技术等发展，规范主要包括：第一章总则1、本规范包括一般要求、分析、设计、健全力学设计、材料及施工性质等内容；2、设计必须符合本规范，重要项目可要求实行加强监护制度；3、设计必须考虑抗震设计、非震动结构安全、合理结构及施工性质；4、非震动结构设计应符合国家标准及本规范；第二章材料1、混凝土结构材料的性质、分类、计量等应服从有关国家标准、本规范和施工文明；2、混凝土材料必须符合设计要求，建议应使用连续等级的高级材料；3、混凝土中掺用外加剂不得超出规定标准，施工时必须采用合格材料；第三章设计1、设计应符合本规范及施工文件；2、设计结构应以安全、结构刚度、使用性能及经济效果为前提；3、设计中要考虑荷载、材料强度、结构力学特性等；第四章施工1、施工必须符合设计施工文件，并遵守国家及地方施工技术规范及有关法律法规；2、施工必须保证材料及结构密实、合理分担力矩、施工及其他构件之间的配合度等；3、施工现场应建立混凝土质量控制系统，以保证施工质量；第五章复核1、设计必须进行复核，应检查设计计算、施工文件等；2、复核必须符合国家标准及施工文件，复核时应注意结构安全性及抗震设计；3、复核前应仔细检查设计、施工文件及其他与设计有关的文件；第六章变更1、如发生变更，必须在工程安全的前提下，批准后方可实施变更；2、变更后须按本规范设计或重新检查已设计的构件，并按照施工及施工文件等办法加以改正；3、变更后必须重新复核，并完成变更复核报告。

《混凝土结构设计原理》思考题及习题（参考答案）重庆大学1章绪论思考题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思考题2.1①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。

《混凝土结构设计原理》阅读笔记目录一、基本信息 (2)二、内容简介 (2)1. 主要内容概述 (3)2. 学习目标与要求 (4)三、各章节内容摘要及学习重点 (5)1. 第一章混凝土结构基本概念 (6)1.1 混凝土结构的历史与发展 (7)1.2 混凝土结构的分类 (8)1.3 混凝土结构材料的基本性能 (10)2. 第二章混凝土结构设计方法 (11)2.1 结构设计的基本原则 (12)2.2 结构设计的基本步骤 (13)2.3 结构设计中的荷载考虑 (14)3. 第三章钢筋混凝土结构设计 (15)3.1 钢筋混凝土结构的特点 (17)3.2 钢筋混凝土结构的基本构件 (18)3.3 钢筋混凝土结构的基本构造 (19)4. 第四章预应力混凝土结构设计 (20)4.1 预应力混凝土结构的特点 (22)4.2 预应力混凝土结构的基本构件 (23)4.3 预应力混凝土结构的基本构造 (24)5. 第五章混凝土结构抗震设计 (26)5.1 抗震设计的基本原则 (27)5.2 抗震设计的基本方法 (28)5.3 抗震结构的主要构件 (29)6. 第六章混凝土结构施工图绘制 (31)6.1 混凝土结构施工图的基本知识 (33)6.2 混凝土结构施工图的绘制规范 (34)6.3 混凝土结构施工图的审核与交接 (35)四、自我检测与提高 (37)1. 本章学习重点回顾 (38)2. 自我检测题目 (40)3. 参考答案及解析 (40)一、基本信息《混凝土结构设计原理》是一本专门介绍混凝土结构设计原则和方法的教材。

本书系统阐述了混凝土结构的基本概念、设计方法和相关理论，旨在帮助读者掌握混凝土结构设计的基本技能和理论知识。

本教材是根据全国高校土木工程专业指导委员会制定的《混凝土结构设计课程教学大纲》内容包括混凝土结构的基本构件、结构布置、结构分析、构件设计、连接构造以及抗震设计等。

书中采用了大量的图表、实例和案例，以便读者更好地理解和掌握混凝土结构设计的基本原理和方法。