课程说明
课程性质,
1.,钢筋混凝土结构, 是土木工程专业 最主
要 的一门专业基础课，
2.是一门关键的 学位课程,
3.是报考结构工程 硕士研究生 的考试课程。
4.该课程的 实践性 强（后续包含 3个课程设
计），实用性强，与该专业的 毕业设计 有
着很大的联系,
5.今后报考,注册结构工程师,的一门难度
较大的科目。
存在的困难和问题：学时少，内容多，要求
高。
对学生的要求：积极配合教师上好每一节课，
认真听讲，积极思考,积极参与交互式教
学活动中,认真完成课后作业（大量的）。
多给教师提宝贵意见和建议。
对教师的要求：认真对待每一节课和每一个
学生，不断探索新的教学理念，积极采用
新的教学手段和方法，认真倾听学生的意
见和建议，努力提高教学质量，真正为学
生所想、所思，共同完成我们的任务。
章 节 内 容
绪 论 绪 论
第一章 混凝土结构用材料的性能
第二章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力
计算
第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
第四章 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算
第五章 钢筋混凝土受扭构件承载力计算
第六章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算
第七章 钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性
第八章 预应力混凝土构件设计
绪 论
以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士
结构。它包括 素 混凝土结构,钢筋 混凝土结构、
型钢 混凝土结构,钢管 混凝土结构和 预应力 混
凝土结构等。
素 混凝土结构是指 不配置任何钢材 的混凝
土结构。
钢筋混凝土结构 是指用 圆钢筋 作为配筋的
普通 混凝土结构、图 0-1为常见钢筋混凝土结构
和构件的配筋实例,
§ 0.1 混凝土结构的基本概念
图 0-1a,b
? 型钢筋混凝土 结构又称为钢骨混凝土
结构。它是指用 型钢或用钢板焊成的
钢骨架 作为配筋的混凝土结构。图 0-2
为用型钢作为混凝土梁配筋的截面形
式、图 0-3为用型钢作为混凝土柱配筋
的截面形式。
?
钢管混凝土 结构是指在 钢管内 浇捣混凝
土做成的结构。
预应力混凝土 结构是指在结构构件制作时，
在其 受拉部位上人为地预先施加压应力 的
混凝土结构。
素混凝土 结构由于承载力低、性质脆，很少
用来作为土木工程的承力结构、
型钢混凝土 结构承载能力大、抗震性能好。
但耗钢量较多，可在高层、大跨或抗震要求较
高的工程中采用。
钢管混凝土 结构的构件连接较复杂，维护费
用大。
本书 重点讲述钢筋混凝土 结构的材料性能、
设计原则、计算方法和构造措施,对于 预应力
混凝土 结构，将在本书的第八章中介绍。
钢筋混凝土结构的特点和主要优缺点：
1.受力特点：
（ 1）素混凝土简支梁的破坏试验：
图 0-4a为一根未配置钢筋的素混凝土
简支梁，跨度 4 m，截面尺寸
b× h=200mm× 300mm、混凝土强度
等级为 C20。梁的跨中作用一个集中荷
载 F，对其进行破坏性试验 。
试验结果表明：
（ 1）当荷载较小时，截面上的 应变 则同弹性材料的
梁一样,沿截面高度呈直线分布 ；
（ 2）当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉应变达到
混凝土抗拉极限应变时该处的 混凝土被拉裂,裂缝沿
截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。
（ 3）破坏的性质：破坏是突然的，没有明显的预兆，
属于 脆性破坏 。
尽管混凝土的 抗压强度比其抗拉强度高几倍或十
几倍,但得不到充分利用，因为该试件的破坏是由 混
凝土的抗拉强度 控制,破坏荷载值很小，只有 8 kN
左右。
? （ 2） 钢筋混凝土梁的破坏试验：
? 在梁的受拉区布置三根直径为 16 mm的
HPB235级钢筋 (记作 3Φ16)并在受压区在布
置两根为 10 mm的架力钢筋和适量的箍筋。
? 再进行同样的荷载试验 (图 0-4b)
? ① 当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤
维拉应力达到 混凝土抗拉极限强度 时，混凝
土虽被拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速
开展，试件也不会随即发生断裂破坏。
? ②混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力
由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可进一步
增加。此时变形将相应发展，裂缝的数量和
宽度也将增大。
③ 受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度 都 被充
分利用时，试件才发生破坏。
④破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都发展得很充
分，呈现出明显的破坏预兆，属于 塑性破坏 。
虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整个截
面面积的 1％左右，但破坏荷载却可以提高到 36 kN
左右。
归纳总结一下,在混凝土结构中配置 一 定型式和
数量的钢筋，可以收到下列的效果：
① 结构的承载能力有很大的提高；
② 结构的受力性能得到显著的改善 （ 破坏前带有
明显的预兆即：变形和裂缝都较明显 ） 。
（ 3） 钢筋和混凝土是两种物理, 力学性能很不相
同的材料, 它们可以相互结合 共同工作的主要原因 是：
① 混凝土结硬后, 能与钢筋牢固地粘结在一起,
相互传递内力 。 粘结力 是这两种性质不同的材料能够
共同工作的基础；
② 钢筋的 线膨胀系数 为 1.2× 10-5℃ -1,混凝土的为
1.0× 10-5℃ -1～ 1.5× 10-5℃ -1,二者数值 相近 。 因此,当
温度变化时, 钢筋与混凝土之间不会存在较大的相对
变形和温度应力而发生粘结破坏 。
（ 4） 钢筋混凝土结构的 优点,
钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的
承载力和较好的受力性能以外 。 与其他结构相比还具
有下列优点：
① 就地取材 。 钢筋混凝土结构中, 砂和石料所占
比例很大, 水泥和钢筋所占比例较小 。 砂和石料一般
可以由建筑工地附近供应 。
② 节约钢材 。 钢筋混凝土结构的承载力较高 。 大
多数情况下可用来代替钢结构, 因而节约钢材 。
③ 耐久, 耐火 。 钢筋埋放在混凝土中, 受混凝土
保护不易发生锈蚀, 因而提高了结构的耐久性 。 当火
灾发生时 。 钢筋混凝土结构不会象木结构那样被燃烧,
也不会象钢结构那样很快软化而破坏 。
④ 可模性好 。 钢筋混凝土结构可以根据需要浇捣
成任何形状 。
⑤ 现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性
好, 刚度大 。
（ 5） 钢筋混凝土结构的缺点：
① 自重大 。 钢筋混凝土的重度约为 25kN/m3，
比砌体和木材的重度都大 。 尽管比钢材的重度小,
但结构的截面尺寸比钢结构的大, 因而其自重远远
超过相同跨度或高度的钢结构 。
② 抗裂性差 。 如前所述, 混凝土的抗拉强度非
常低, 因此, 普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工
作 。 尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破
坏, 但是它影响结构的耐久性和美观 。 当裂缝数量
较多和开展较宽时, 还将给人造成不安全感 。
③ 施工的周期较长, 受天气的影响较大, 需要
较多的脚手架, 模板 。
④ 补强维修较难 。
综上所述不难看出：
钢筋混凝土结构的 优点远多于其缺点 。
因此, 它已经在 房屋建筑 （ 教学楼 ）, 地
下结构 （ 钢筋混凝土桩基 ）, 桥梁 （ 城市立交
桥 ）, 铁路 （ 钢筋混凝土枕木 ）, 隧道 （ 钢筋
混凝土砌衬 ）, 水利 （ 三峡大坝 ）, 港口 （ 码
头平台 ） 等工程中得到广泛应用 。
针对其缺点人们研究出许多的有效措施：
① 为了克服钢筋混凝土自重大的缺点, 已经研
究出许多 高强轻质 的混凝土和强度很高的钢
筋； ② 为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺
点, 可以对它 施加预应力 等等 。 ③ 但还有许多
工程实际问题等待我们的同学们去探索和研
究 。
§ 0.2 混凝土结构的应用与发展概况
一, 混凝土早期的发展
1824年英国约瑟夫 ·阿斯匹丁发明了波特兰 水泥 并取得了
专利 。
1850年, 法国蓝波特 （ L.Lambot） 制成了 铁丝网水泥砂
浆 的小船 。
1861年法国约瑟夫 ·莫尼埃 （ Joseph Momier） 获得了制造
钢筋混凝土板, 管道和拱桥等的专利 。
德国学者 1866年发表了计算理论和计算方法, 1887年又
发表了试验结果, 并提出了 钢筋应配置在受拉区的概念 和板
的计算方法 。 在此之后, 钢筋混凝土的推广应用才有了较快
的发展 。
1891年－ 1894年, 欧洲各国的研究者发表了一些理论和
试验研究结果 。 但是在 1850－ 1900年的整整 50年内, 由于工
程师们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密, 因此
总的来说公开发表的研究成果不多 。
美国学者 1850年进行过钢筋混凝土梁的试验,
但其研究成果直到年才 1877发表并为人所知 。 19
世纪 70年代有学者曾使用过某些形式的钢筋混凝
土, 并且于 1884年第一次使用变形 （ 扭转 ） 钢筋
并形成专利 。 1890年在旧金山建造了一幢两层
高, 321英尺 （ 95m） 长的钢筋混凝土美术馆 。 从
此以后, 钢筋混凝土在美国获得了迅速的发展 。
从 20世纪 30年代 开始, 从材料性能的改善,
结构形式的多样化, 施工方法的革新, 计算理论
和设计方法的完善等多方面开展了大量的研究工
作, 工程应用十分普遍, 使钢筋混凝土结构进入
了现代化阶段 。
二, 混凝土结构用材料的发展 —— 高强轻质
（ 1)混凝土材料强度大幅提高
在 20世纪 30年代混凝土平均强度约为 10MPa,到 20
世纪 50年代初已提高到 20 MPa,20世纪 60年代约为 30
MPa,20世纪 70年代初已提高到 40 MPa。 到 20世纪 80
年代初, 在发达国家 C60级混凝土已经普遍采用 。
近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度为
200 MPa以上的混凝土 。
高强混凝土的出现更加扩大了混凝土结构的应用范
围, 为钢筋混凝土的防护工程, 压力容器, 海洋工程
等领域的应用创造了条件 。
（ 2） 轻质混凝土的研究与应用
从 20世纪 60年代以来, 轻骨料 （ 陶粒, 浮石等 ） 混凝
土和多孔 （ 主要是加气 ） 混凝土得到迅速发展, 其重
度为 14－ 18KN/m3。。
三, 预应力混凝土结构的发展
1928年法国工程师弗耐西涅成功地将高强钢丝
用于预应力混凝土, 使 预应力混凝土的概念 得以在
工程实践中成为现实 。
预应力混凝土的概念在 19世纪 80年代已提出,
但是当时因钢筋强度偏低及对预应力损失缺乏深入
研究, 使预应力混凝土未能成功地实现 。 预应力混
凝土的广泛应用是在 1938年弗耐西涅发明锥形楔式
锚具 （ 弗式锚具 ） 和 1940年比利时的门格尔发明门
格尔体系之后 。 预应力混凝土结构的抗裂性得到根
本的改善, 使 高强钢筋能够在混凝土结构中和到有
效的利用, 使混凝土结构能够用于大跨结构, 压力
贮罐, 核电站容器等领域中 。
四, 在结构形式方面的发展
1.钢筋混凝土在高层建筑中的应用
高强混凝土的发展, 促进了混凝土结构在超高层建
筑中的应用 。 1976年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达
74层, 高 262米 。 朝鲜平壤的柳京大厦, 105层, 高 305
米, 也是混凝土结构 。 美国, 俄罗斯等国在启层建筑中
采用的混凝土, 强度已达 C80~C100。 美国西雅图市的
Two Union Square大厦 （ 58层 ） 60%的竖向荷载由中央
四根直径为 10英尺 （ 3.05m） 的钢管混凝土柱承受, 钢
管内填充的混凝土强度等级达 C135。
2.钢筋混凝土结构在桥梁, 特种结构, 水利工程, 海
洋工程, 港口码头工程等各个领域内的发展
1875年法国莫尼埃曾主持修建过一座长达 16m的
钢筋混凝土桥, 1983年巴西建成主跨为 440m的预
应力混凝土斜拉桥, 1997年我国在四川万县建成主
跨 420m的混凝土拱桥等 。 在这些方面所取得的瞩
目成就这里不再一一不列举了 。
从 1925年德国第一次采用折板结构大型煤仓开
始, 薄壁空间结构逐渐在屋盖及贮仓水塔, 水池等
构建物中得到广泛应用 。
五, 在计算理论与设计方法方面的发展
20世纪 30年代以前, 将钢筋混凝土视为理想弹
性材料, 按材料力学的 允许应力 ① 法进行设计计
算 。 但从 20世纪初即开始了对钢筋混凝土构件考虑
材料塑性性能的研究 。 前苏联在 1938年颁布了世界
上第一本按 破损阶段设计 ② 钢筋混凝土构件的规
范, 标志着钢筋混凝土构件承载力计算的实用方法
进入了一个新的发展阶段 。 20世纪 30年代以后, 在
钢筋混凝土超静定结构中考虑 塑性内力重分布 的计
算理论也取和了很大进展, 从 20世纪 50年代开始,
已在双向板, 连续梁及框架的设计中得到了应用 。
20世纪 60年代以来, 随着电子计算机的
普及与计算力学的发展, 将有 限元法 用于钢
筋混凝土的理论研究与设计计算, 大大促进
了钢筋混凝土理论及设计方法的发展 。
在结构的安全度及可靠度设计方法方面,
20世纪 50年代以前, 基本上处于经验性的允
许应力法的阶段 。 20世纪 50－ 60年代, 世界
各国逐步半经验半概率的极限状态设计法 。
20世纪 70年代以来, 以 概率论数理论统计学
为基础的 结构可靠度 理论有了很大的发展,
使 结构可靠度的近似概率法 ③ 进入了工程设
计中 。
§ 0.3 混凝土结构设计原理课程的特点的学习
方法一, 本课程主要教授的主要内容：
（ 1） 钢筋混凝土结构设计原理 课程主要是对 房
屋建筑 与 公路桥涵工程 中混凝土结构 构件 的受力
性能, 计算方法和构造要求等问题进行讨论 。
主要内容,① 混凝土结构的材料性能, 它是学
习以后各章的基础 。 ② 受弯构件正截面承载力计算 ③
受弯构件斜截面承载力计算 ④ 轴心受力构件承载力计
算, ⑤ 偏心受力构件承载力计算 ⑥ 混凝土构件的裂
缝, 变形和耐久性 ⑦ 预应力混凝土构件设计 。
（ 2） 钢筋混凝土结构设计 课程主要是对
房屋建筑 中混凝土结构受力性能、计
算方法和构造要求等问题进行讨论。
具体内容包括：钢筋混凝土 梁板结构
设计,钢筋混凝土 单层厂房设计 。对
应的后续两个课程设计。
二、课程特点及学习应注意的事项：
(1)混凝土结构通常是由钢筋和混
凝土 结合而成的一种结构 。
钢筋混凝土材料与理论力学中的刚
性材料以及材料力学、钢结构力学中
理想弹性材料或理想弹塑材料 有很大
的区别 。为了对混凝土结构的 受力性
能 与 破坏特征 有较好的了解，首先要
求对钢筋混凝土的 力学性能 要很好地
掌握。
(2)混凝土结构计算公式具有 经验性,
① 混凝土结构在裂缝出现以前的抗力行
为, 与理想弹性结构相近 。 但是在裂缝出现以
后, 与理想弹性材料有显著不同 。
② 混凝土结构的受力性能还与结构的受力
状态, 配筋方式和配筋数量等多种因素有关,
暂时还 难以用一中简单的数学, 力学模型来描
述 。
因此, 目前主要以混凝土结构构件的试验
与工程实践经验为基础进行分析, 许多计算公
式都带有经验性质 。 它们虽然不那样严谨, 然
而却能够较好地 反映结构的真实受力性能 。
(3） 明白分析公式与设计公式之间区别, 了解
和掌握我国当前有关混凝土结构设计的技术和经济
政策 。
工程实际情况是非常复杂的, 建筑结构上的实
际荷载和实际材料指标与规范规定的大小会有一定
的出入 。 它们可能高于规范规定的数值, 也可能低
于规范规定的数值 。 此外, 不同结构的重要性也不
一样, 它们对结构的安全, 适用和耐久的要求不相
同 。 为了使混凝土结构设计满足讲技术先进, 经济
合理, 安全适用, 确保质量的要求, 将混凝土结构
各种 分析公式用于设计时, 要考虑上述各种因素的
影响 。
(4)构造要求是非常主要的内容
进行混凝土结构设计时离不开计算 。 但是,
现行的计算方法一般只考虑 荷载效应 。 其他影响
因素, 如：混凝土收缩, 温度影响以及地基不均
匀沉陷等, 难于用计算公式来表达 。 GB50010-
2002,混凝土结构设计规范, (以下简称, 规范, )
根据长期的工程实践经验, 总结出一些构造措施
来考虑这些因素的影响 。
因此, 在学习本课程时, 除了要对各种计算
公式了解和掌握以外, 对于 各种构造措施也必须
给予足够的重视 。 在设计混凝土结构时, 除了进
行各种计算之外, 还必须检查各项构造要求是否
得到满足 。
(5),混凝土结构设计规范, （ GB50010-
2002)的掌握, 应用与不断探索创新的重要性
各国都制订有专门的技术标准的设计规范 。
在学习混凝土结构时, 应该很好地熟悉, 掌
握和运用它们 。
但是也要了解, 混凝土结构是一门比较年
轻和迅速发展的学科, 许多计算方法和构造措
施还 不一定尽善尽美 。 也正因为如此, 各国每
隔一段时间都要对其结构设计标准或规范进行
修订, 使之更加完善合理 。 因此, 在很好地学
习的运用规范的过程中, 也在关于发现问题,
灵活运用, 并且要 勇于进行探索与创新 。
谢 谢！
