《混凝土结构设计原理》学习指导-以及作业布置

《混凝土结构设计原理》学习指导

教材：沈蒲生主编《混凝土结构设计原理》（最新版） 参考书：沈蒲生主编《混凝土结构疑难释疑》（附解题指导） 刘立新主编《混凝土结构设计原理》（新1版） 赵顺波主编《混凝土结构设计原理》

国家规范《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 国家规范《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 国家规范《工程结构设计统一标准》GB50153-2008

绪论（2学时） 学习目标

? 理解掌握混凝土结构的定义及分类

? 理解钢筋在混凝土结构中的作用，钢筋与混凝土两种不同力学特性的材料为什么能协同

工作（原因）

? 熟悉混凝土结构的优缺点及克服缺点的方法

? 了解混凝土结构在土木工程领域的应用范围、发展方向

? 了解本课程的内容、特点、学习方法及有关考核成绩评定情况 ? 了解本课程与其他课程的联系，在土木工程专业学习中的核心地位 知识点

? 混凝土结构的定义及其分类 ? 钢筋的作用

? 钢筋与混凝土协同工作的原因 ? 混凝土结构的优缺点 启智题

谈谈你对混凝土结构设计原理这门课程学习的初步计划

说说你对混凝土结构设计的疑惑、好奇之处（今后学习的兴趣所在）

根据结构的受力特点，绘出简支梁、悬臂梁和多跨连续梁的纵向受力钢筋草图

材性（4学时） 学习目标

? 熟悉土木工程用钢筋的品种、级别及其性能； ? 了解土木工程对钢筋性能的要求；

? 熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能； ? 掌握钢筋、混凝土的选用原则； ? 了解钢筋与混凝土的共同工作原理；

? 熟悉保证钢筋与混凝土之间协同工作的构造措施。 知识点

? 钢筋的品种和级别 ? 钢筋的冷加工方法 ? 钢筋的（表面）形式

? 有明显流幅的钢筋的强度和变形# ? 无明显流幅的钢筋的强度和变形#

? 单向应力状态下混凝土强度（立方体抗压#） ? 复合应力状态下的混凝土强度

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

一次短期加载下混凝土的变形性能（棱柱体抗压#） 荷载长期作用下混凝土的变形性能(徐变) # 混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） 混凝土的收缩与膨胀# 粘结力的组成 粘结强度

影响粘结强度的因素 保证粘结的构造措施 基本锚固长度 钢筋的搭接

注：带“#”内容为《土木工程材料》中已学内容，请在课前复习，以便提高听课效果。 启智题

试分析比较混凝土收缩变形与温度变形对结构影响的异同点及工程对策。（变形量的关系、随时间的变化趋势、减小变形的措施、降低不利影响的方法） 试用最少的词句概括‘保证牢固粘结’的构造措施。（先找关键词，再组成句子） 作业题

1. 教材思考题1-5，并补充说明σ-ε曲线随混凝土强度等级提高而发生的变化。 2. 教材思考题1-7

设计方法（4学时） 学习目标

? 了解结构可靠度及设计可靠指标概念； ? 掌握荷载和材料强度的取值方法； ? 了解极限状态设计法的基本原理；

? 掌握极限状态设计表达式的基本概念及应用。 知识点

? 结构上的作用（荷载）及其分类 ? 结构抗力及影响其大小的因素

? 结构的预定功能及完成预定功能的概率即结构可靠度 ? 结构的安全等级

? 永久荷载标准值，可变荷载标准值、组合值、准永久值、频遇值 ? 材料强度标准值、设计值

? 承载能力极限状态概念及其设计表达式、荷载效应组合设计值 ? 正常使用极限状态概念及其设计表达式、荷载效应组合设计值

? 结构的功能函数和极限状态方程、失效概率和可靠指标、设计可靠指标

启智题

房屋结构在正常使用阶段承受哪些作用（荷载）？

两种极限状态设计可靠指标取值范围各位多少？为什么有较大差异？ 作业题

教材思考题2-1、2-2、2-4 补充题：

某钢筋混凝土简支梁，计算跨度l0＝4m，在跨中作用有集中永久荷载Gk=10kN，同时承受均布荷载标准值gk=8kN/m，qk=6kN/m，可变荷载的组合值系数ψc=0.7，准永久值系

数ψq＝0.4。试求按承载能力极限状态设计时梁跨中截面的弯矩设计值M，以及在正常使用极限状态下荷载效应的标准组合弯矩值Mk和荷载效应的准永久组合弯矩值Mq。

轴心受力（4学时） 学习目标

? 了解轴心受拉、轴心受压构件受力破坏的全过程；

? 掌握轴心受力、轴心受压构件正截面承载力的计算方法； ? 了解建筑工程中轴心受力构件设计计算方法； ? 熟悉轴心受拉、轴心受压构件的构造要求。 知识点

? 轴心受拉构件破坏特征

? 轴心受拉构件正截面承载力计算公式（建筑工程） ? 受拉钢筋的强度限值（建筑工程）

? 轴心受拉构件构造要求（重点为纵筋配筋率、箍筋间距） ? 受压构件的配筋

? 受压短柱的破坏特征 ? 受压钢筋的强度限值

? 轴心受压长柱的稳定系数

? 轴心受压构件正截面承载力的计算公式（建筑工程）

? 轴心受压构件构造要求（重点为纵筋配筋率及净距、箍筋形式） ? 密布箍筋（螺旋式、焊接环式）的构造要求 ? 配有密布箍筋的轴心受压柱的破坏过程

? 配有密布箍筋的轴心受压柱正截面承载力的计算公式（建筑工程）

? 配有密布箍筋的轴心受压柱正截面承载力取值规定（考虑间接钢筋的条件、按考虑与

按不考虑间接钢筋时计算承载力的比较） 启智题

受压构件的纵向钢筋的配筋量有何限值？每个限值的目的是什么？

轴心受压构件中受压钢筋的强度取值为什么不能超过ε0Es? 试说明符号ε0的物理意义。 作业题

教材思考题3-1、3-3

教材习题3-2、3-3、3-5。

受弯构件（正截面1）（4学时） 学习目标

? 了解配筋率对受弯构件破坏特征的影响；

? 熟悉适筋梁破坏过程各阶段的受力及变形特点；

? 掌握单筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算方法。 知识点

? 梁、板的截面形状

? 纵向受拉钢筋的配筋百分率、截面有效面积 ? 适筋破坏形态 ? 超筋破坏形态 ? 少筋破坏形态

? ? ? ? ? ? ? ? ?

适筋梁正截面受力的三个阶段（应力-应变图）

适筋梁正截面受力的三个特殊阶段（Ⅰa、Ⅱ、Ⅲa） 正截面受弯承载力计算的基本假定

单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算简图及基本计算公式 基本计算公式的适用条件（防止少筋和超筋） 最小配筋率ρmin

适筋梁与超筋梁的界限及界限配筋率、相对界限受压区高度 单筋矩形适筋梁承受的最大弯矩 Mumax 梁、板的经济配筋率ρe 启智题

受弯构件的纵向受拉钢筋的配筋量有何限值？每个限值是如何确定的？

你是如何理解正截面受弯承载力计算的基本假定中对钢筋的应力、应变规定的？ 作业题

教材思考题4-4、4-7

教材习题4-1、4-2、4-5、4-9。

受弯构件（正截面2）（4学时） 学习目标

? 掌握双筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算方法； ? 掌握T形截面受弯构件正截面承载力的计算方法 ? 熟悉普通梁、板的一般构造要求

? 了解深受弯构件正截面承载力计算及其构造 知识点

? 双筋截面及其适用情况

? 双筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算简图、基本计算公式及其适用条件 ? 双筋矩形截面基本计算公式的应用（截面设计与校核） ? x=ξbh0假定的意义

? x＜2as情况下的双筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算方法 ? T形截面各尺寸符号引用的规定、有效翼缘宽度概念及其取值规定 ? 两类T形截面的规定及其判别条件

? 两类T形截面受弯构件正截面受弯承载力计算简图、基本计算公式及其适用条件 ? T形截面梁最小配筋率的表达式 ? 倒T形截面梁配筋率的表达式

? 板的最小厚度、受力钢筋及分布钢筋

? 普通梁的截面尺寸、纵向受力钢筋及纵向构造钢筋 ? 深受弯构件相关基本概念 启智题

各种截面（单筋矩形、双筋矩形、T形）受弯构件的纵向受拉钢筋的配筋量有何限值？每个限值是如何确定的？

如何理解双筋截面正截面受弯承载力计算的基本计算公式的适用条件x≥2as？该条件不满足时应如何计算正截面受弯承载力Mu? 作业题

1. 教材思考题 4-15、4-16、4-18

2. 教材习题 4-11、4-12、4-17、4-18。

插入2学时小结讨论及作业讲解

受弯构件（斜截面）（6学时） 学习目标

? 了解斜截面破坏的主要形态和影响斜截面抗剪承载力的主要因素；

? 掌握建筑工程中无腹筋梁和有腹筋梁斜截面受剪承载力的计算公式和适用条件，以及防

止斜拉破坏和斜拉破坏的措施；

? 了解受弯承载力图（材料抵抗弯矩图）的作法和弯起位置和纵向受力钢筋的截断位置； ? 掌握受弯构件纵筋受力钢筋伸入支座的锚固要求和箍筋的构造要求； ? 一般了解深受弯构件斜截面承载力计算方法及构造要求 知识点

? 斜裂缝的形成

? 剪跨比和高跨比概念及其对斜截面受剪承载力的影响

? 腹筋（箍筋及弯起筋）强度和数量、混凝土强度等级及构件截面尺寸对斜截面受剪承

载力的主要影响

? 纵向配筋率、T形截面翼缘、预应力、梁的连续性（异号M影响）对斜截面受剪承载

力的次要影响

? 斜截面破坏的主要形态（受拉破坏、剪压破坏、斜压破坏）及发生条件 ? 建筑工程中不配腹筋的一般板类受弯构件斜截面受剪承载力的计算公式 ? 建筑工程中有腹筋梁斜截面受剪承载力的计算公式

? 计算公式的适用条件（上、下限值）-最小截面尺寸、最小配箍率和箍筋最大间距及最小

直径

? 材料抵抗弯矩图的作法及其作用

? 满足斜截面受弯承载力的纵向钢筋弯起位置 ? 纵向受力钢筋的截断位置 ? 纵向钢筋在支座处的锚固要求 ? 建筑工程外伸梁的配筋计算及构造 启智题

如何理解受弯构件斜截面三种破坏状态与正截面三种破坏状态的对应关系？ 为什么要对斜截面受剪承载力的计算公式进行上下限值规定？

影响受弯构件正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力的主要因素分别有哪些？其中对受弯、剪承载力值影响最大的是哪个？ 作业题

教材思考题5-3、5-7

教材习题 5-1、5-2、5-6、5-7

插入0.5学时小结讨论及作业讲解、1.5学时小测验

受扭构件（4学时） 学习目标

? 了解受扭构件的分类和受扭构件开裂、破坏机理； ? 掌握建筑工程中受扭构件的设计计算方法； ? 熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。

知识点

? ? ? ? ? ? ? ?

平衡扭转与协调扭转的概念

无筋矩形截面混凝土纯扭构件的应力分布及斜裂缝形成及破坏特征 受扭钢筋的形式及配筋强度比定义

配有受扭钢筋的矩形截面混凝土纯扭构件的三种破坏形态

建筑工程中矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的开裂扭矩及抗扭承载力的计算 建筑工程中T形和工字形截面钢筋混凝土纯扭构件抗扭承载力的计算 建筑工程中箱形截面钢筋混凝土纯扭构件抗扭承载力的计算

矩形截面钢筋混凝土受扭构件随弯矩、剪力和扭矩比值和配筋不同的三种破坏类型（弯型、剪扭型、扭型）

? 矩形截面剪扭构件混凝土部分剪扭承载力的相关性（1/4圆弧→三段折线关系）

? 矩形截面钢筋混凝土弯剪扭构件承载力计算方法（抗剪箍筋、抗扭箍筋、抗扭纵筋、

抗弯纵筋分别计算后叠加综合配筋）

? T形和工字形截面钢筋混凝土弯剪扭构件承载力计算 ? 钢筋混凝土箱形截面弯剪扭构件承载力计算

? 受扭构件设计计算中截面限制条件、构造配筋界限和最小配筋率及配筋构造要求 启智题

举例说明建筑结构中哪些构件应按受扭构件计算公式进行配筋设计？

目前对框架边梁等发生协调扭转的构架常用的设计方法有哪些？你认为哪种更好？为什么？ 作业题

教材思考题6-4、6-5 教材习题6-1、6-2。

偏心受压构件（8学时） 学习目标

? 了解偏心受压构件受力工作特性；

? 熟悉两种不同的受压破坏特征及由此划分成的两类偏心受压构件，掌握两类偏心受压构

件的判别方法；

? 熟悉偏心受压构件的二阶效应及计算方法；

? 掌握两类偏心受压构件正截面承载力的计算方法； ? 了解双向偏心受压构件正截面承载力的计算方法。 ? 了解偏心受拉构件受力特性；

? 掌握两类偏心受拉构件正截面承载力的计算方法；

? 掌握偏心受压、受拉构件斜截面受剪承载力的计算方法。 知识点

? 偏心受力构件的工程应用 ? 偏心受压构件截面形状

? 两类偏心受压构件（大、小偏心受压构件）的破坏特征及界定条件 ? 偏心受压构件的N-M相关曲线 ? 附加偏心距

? 偏心受压构件的二阶效应之η-l0法

? 矩形截面大、小偏心受压构件（正截面）受压承载力基本计算公式（建筑工程） ? 两种偏心受压情况的判别方法（基本条件：相对受压区高度限值ξb法；估算法：利

用偏心距界限0.3h0的方法；对称配筋的Nb法）

? 非对称矩形截面配筋计算（主要掌握大偏心受压构件）

? 对称配筋矩形截面大、小偏心受压承载力计算（建筑工程受压构件配筋计算及承压

验算）

? 对称配筋工字形和T形截面大、小偏心受压承载力计算（建筑工程受压构件配筋计

算及承压验算）

? 两类偏心受拉构件（大、小偏心受拉构件）的破坏特征、截面应力状态及其判别条

件

? 建筑工程中矩形截面大、小偏心受拉构件（正截面）受拉承载力基本计算公式及适

用条件

? 非对称矩形截面受拉构件配筋计算及截面验算

? 偏心受力构件斜截面受剪性能（轴力对斜截面受剪能力的影响）

? 建筑工程中偏心受压、偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算公式及其应用

? 偏心受力构件的构造要求（柱的计算长度、截面尺寸、纵筋及箍筋配置要求） 启智题

试写出界限受压承载力设计值Nb及界限偏心距e0b的表达式，这些表达式说明了什么？ 如何利用0.3h0、Nb两个条件进行对称配筋受压构件的两种偏心受压情况的判别？ 试绘制矩形截面对称配筋偏心受压构件的计算曲线（建议横坐标Nηei/α1fcbh02，纵坐标N /α1fcbh02）。 教材思考题7-10

混凝土强度及截面形状及尺寸等因素对受拉构件的抗拉承载力影响大吗？为什么？ 作业题

1. 教材思考题7-1、7-4、7-6、7-17

2. 教材习题7-1、7-2、7-6、7-7、7-18、7-19、7-20

注：本章受拉构件部分内容采用“课外自学+课堂讨论”的教学方式完成，望同学们提前预习，做好课堂讨论的准备。

受压部分内容讲解用时6学时，接着2学时研讨受拉构件。

插入2学时进行本章的小结讨论及习题分析

钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性（4学时） 学习目标

? 了解考虑构件变形、裂缝和耐久性的重要性；

? 掌握建筑工程关于钢筋混凝土构件变形和裂缝宽度的验算方法； ? 熟悉减小构件变形和裂缝宽度以及增加结构构件耐久性的方法。 知识点

? 裂缝对结构正常使用的影响及其形成的原因

? 裂缝的控制等级划分及钢筋混凝土结构的裂缝宽度验算条件（最大裂缝宽度限值） ? 建筑工程规范中最大裂缝宽度的计算方法（裂缝基本出齐、平均裂缝间距、平均裂缝宽

度、最大裂缝宽度）

? 减小裂缝宽度的有效措施

? 变形（挠度）对结构正常使用的影响及挠度验算条件（受弯构件的挠度限值） ? 建筑工程受弯构件挠度的计算方法（材料力学法、短期刚度与长期刚度、最小刚度原则） ? 提高抗弯刚度的有效措施

? ? ? ?

耐久性概念及目前在耐久性设计范畴中的主要内容 建筑工程《规范》中结构工作环境的分类 建筑工程耐久性对混凝土质量的主要要求 增加混凝土结构耐久性的措施 启智题

教材习题8-4、8-5

可否认为受弯构件（梁、板）出现过宽的裂缝宽度就一定是设计中没有通过裂缝宽度验算条件？为什么？ 作业

1. 思考题8-4、8-11、8-12 2. 习题8-1、8-2、8-3

预应力混凝土构件设计（10学时） 学习目标

? 熟悉预应力混凝土的基本知识、分类方法、预应力损失及计算方法； ? 掌握预应力混凝土轴心受拉构件各阶段受力分析及设计方法； ? 基本掌握预应力混凝土受弯构件的设计方法； ? 了解预应力混凝土构件的施工工艺及构造要求 知识点

? 预应力混凝土的基本知识 ? 预应力混凝土的分类方法 ? 施加预应力的方法

? 张拉控制应力、预应力损失、有效预应力

? 预应力混凝土的材料（预应力筋、非预应力筋、混凝土、夹具与锚具） ? 预应力混凝土结构特点

? 消压拉力、消压弯矩、开裂轴力、开裂弯矩 ? 裂缝控制等级、抗裂计算、裂缝宽度验算 ? 挠度验算 启智题

举例说明在生活实践中是如何巧用预应力原理的。

预应力混凝土中施加预应力的方法有哪几种？各适用于什么条件？ 作业

思考题9-5、9-6、9-9、9-16 习题9-1

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