本教材共13章,主要內容包括緒論、混凝土結構及其材料的力學性能、混凝土結構基本設計原則、鋼筋混凝土受彎構件截面承載力計算、鋼筋混凝土軸向受力構件、受扭構件承載力計算、鋼筋混凝土結構的適用性和耐久性、預應力混凝土構件、鋼筋混凝土梁板結構、單層廠房結構、多高層鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼結構。
本教材根據(jù)應用型人才培養(yǎng)的要求,結合工程管理及相關專業(yè)特點及人才培養(yǎng)目標,注重基本原理與實際應用的結合,以實際應用為主,進行了內容的優(yōu)化調整,對多高層結構增加了剪力墻部分的內容,對受扭構件做了簡化,增加了梁、板、柱及剪力墻配筋的平面整體設計方法的內容。本教材各章節(jié)中有典型例題的解析,而且各章均有提要、思考題、習題供學習參考。
本教材可作為高等學校應用型本科工程管理、工程造價及相關專業(yè)的教材和教學參考書,也可供從事建筑設計與建筑施工的技術人員學習和參考。
土木工程學科是工程管理類專業(yè)的重要支撐學科,本學科相關課程構成了該類專業(yè)的技術平臺課程。 《工程結構》課程是工程管理類相關專業(yè)的技術平臺課程中的一門主干課程,其目的是通過本課程的教學使學生掌握工程結構的基本概念、原理和結構設計的理論與實用設計方法,具備簡單工程結構的設計能力。通過熟悉結構構件的受力及破壞特征,加深對工程結構構造的理解和掌握。
本著“重視培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力”的教育思想觀念,本教材廣泛、充分地借鑒國內相關高校和專家的先進的科學技術成果,參照高等學校工程管理類本科指導性專業(yè)規(guī)范的主干課程教學基本要求,突出應用型人才培養(yǎng)的要求,注重基本原理與實際應用的結合,以實際應用為主。綜合了《混凝土結構設計原理》、《混凝土結構設計》、《砌體結構》等課程的內容,經(jīng)過優(yōu)化整合,對多高層鋼筋混凝土結構增加了剪力墻部分的內容,對受扭構件做了簡化,增加了梁、板、柱及剪力墻配筋的平面整體設計方法的內容,內容結構合理,詳略得當。
本教材在編寫過程中,緊密結合現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程要求,注重教材內容的時效性,根據(jù)新發(fā)布的《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010—2010)、《砌體結構設計規(guī)范》(GB 50003—2011)、《建筑結構荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ 3—2010)、《鋼結構設計規(guī)范》(GB 50017—2003)等編寫而成。
本教材的編寫人員都具有豐富的教學和工程實踐經(jīng)驗。全書由青島理工大學申建紅教授、青島黃海學院邵軍義教授擔任,青島理工大學王志強、李曉冬及青島農業(yè)大學黃瑞新任副。其中,第1、4章由邵軍義編寫,第2章由王志強編寫,第3章由姜吉坤(青島理工大學)編寫,第5章由黃瑞新編寫,第6、9章由申建紅編寫,第7章由王勇(中德生態(tài)園管委會規(guī)劃建設局)編寫,第8章由李曉冬、聶振軍(青島理工大學)編寫,第10章由夏憲成(青島理工大學)編寫,第11章由劉新杰(山東興華建設集團)編寫,第12章由胡龍偉(青島理工大學)編寫,第13章由李曉冬編寫。孫曉寧、張云華、劉麗丹、王碩參加了本書的插圖和校對工作。
由于編者水平有限,書中難免有不足之處,歡迎讀者批評指正。
編者
2016.10
申建紅,青島理工大學管理學院,工程管理系主任,教授, 作者長期負責工程管理專業(yè)的專業(yè)建設、學科發(fā)展和實驗室建設,負責完成多輪培養(yǎng)計劃的修訂、省品牌專業(yè)建設、校精品課程;目前承擔名校工程重點專業(yè)建設任務,負責特色名校創(chuàng)新課程體系建設項目。承擔《房屋建筑學》、《工程結構》等多門課程。主持或參加省部級和橫向課題16項。聯(lián)合申請發(fā)明專利1項(200810244556.X)。在國內外主要學術期刊上發(fā)表和已錄用研究論文30余篇,SCI收錄1篇,EI收錄12篇,ISTP收錄1篇。獲山東省自然科學優(yōu)~秀論文二等獎一項,校優(yōu)~秀論文三等獎一項,主編土木工程概論、工程結構教材兩部。主要研究方向:建設工程管理、建筑工程信息化(重點BIM方向)、工程質量與安全管理。
長期擔任工程管理、國際工程管理、工程造價專業(yè)房屋建筑學承擔《房屋建筑學》、《工程結構》、《工程管理概論》、《土木工程概論》等多門課程。教學效果良好。
第1章緒論1
1.1工程結構簡介1
1.1.1基本概念1
1.1.2研究工程結構的意義2
1.2工程結構的分類與應用概況3
1.2.1按所用材料的不同分類3
1.2.2按受力和構造特點的不同分類6
1.2.3其它分類8
1.3工程結構課程簡介和學習要點8
1.3.1課程簡介8
1.3.2本課程學習要點9
思考題10
第2章混凝土結構及其材料的力學性能11
2.1混凝土結構11
2.1.1混凝土結構的一般概念11
2.1.2混凝土結構的組成12
2.1.3混凝土結構的發(fā)展和應用簡況13
2.2混凝土結構的鋼筋15
2.2.1鋼筋的品種和成分15
2.2.2鋼筋的形式16
2.2.3鋼筋的力學性能17
2.2.4混凝土結構對鋼筋質量的要求18
2.3混凝土19
2.3.1混凝土的強度19
2.3.2混凝土的變形性能22
2.3.3混凝土的時隨變形——徐變和收縮27
2.4鋼筋與混凝土的黏結28
2.4.1基本術語28
2.4.2黏結力的組成28
2.4.3黏結力的試驗29
2.4.4影響?zhàn)そY強度的因素30
思考題32
習題33
第3章混凝土結構基本設計原則34
3.1極限狀態(tài)設計原則34
3.1.1設計理論和概率理論之間的關系34
3.1.2建筑結構的功能要求35
3.1.3結構可靠度和安全等級35
3.1.4結構的極限狀態(tài)36
3.1.5結構上的作用F、作用效應S與結構抗力R37
3.1.6結構極限狀態(tài)方程38
3.2荷載和材料強度的取值38
3.2.1荷載代表值38
3.2.2材料強度標準值39
3.2.3材料強度的設計值40
3.3概率統(tǒng)計極限狀態(tài)設計方法40
3.3.1結構安全度的三種處理方法40
3.3.2可靠度、失效概率、可靠指標41
3.3.3目標可靠指標[β]43
3.3.4極限狀態(tài)設計表達式44
思考題46
第4章鋼筋混凝土受彎構件截面承載力計算47
4.1概述47
4.1.1基本術語47
4.1.2概述48
4.2受彎構件正截面受彎性能49
4.2.1適筋梁實驗研究分析49
4.2.2適筋梁正截面工作的三個階段50
4.2.3配筋率對正截面破壞性質的影響51
4.3受彎構件正截面承載力計算方法53
4.3.1基本術語53
4.3.2基本假定53
4.3.3適筋梁正截面的受力分析54
4.3.4等效矩形應力圖形55
4.3.5界限受壓區(qū)高度ξb與界限筋率ρb56
4.3.6最小配筋率57
4.4單筋矩形截面受彎構件正截面承載力計算58
4.4.1一般構造要求58
4.4.2單筋矩形受彎構件正截面基本計算公式與適用條件61
4.4.3基本公式的應用61
4.5雙筋矩形截面受彎構件正截面承載力計算64
4.5.1受壓鋼筋的強度65
4.5.2基本計算公式與適用條件65
4.5.3基本公式的應用66
4.6T形截面受彎構件正截面承載力計算69
4.6.1概述69
4.6.2基本公式與適用條件70
4.6.3基本公式的應用72
4.7受彎構件斜截面承載力計算75
4.7.1概述75
4.7.2無腹筋梁斜截面的受力特點和破壞形態(tài)75
4.7.3有腹筋梁斜截面的受力特點和破壞形態(tài)79
4.7.4影響斜截面受剪承載力的主要因素79
4.7.5受彎構件斜截面抗剪承載力計算82
4.7.6受彎構件斜截面承載力的計算方法87
4.7.7縱向鋼筋的彎起90
4.7.8縱向鋼筋的截斷、錨固和連接93
思考題98
習題99
第5章鋼筋混凝土軸向受力構件102
5.1受壓構件概述102
5.2受壓構件的基本構造要求103
5.2.1材料強度等級103
5.2.2截面形式和尺寸103
5.2.3縱向鋼筋104
5.2.4箍筋105
5.2.5柱中鋼筋的搭接105
5.3配有普通箍筋的軸心受壓構件的正截面承載力計算108
5.3.1軸心受壓短柱的應力分布及破壞形態(tài)108
5.3.2軸心受壓長柱的應力分布及破壞形態(tài)108
5.3.3軸心受壓構件正截面承載力計算110
5.4螺旋式(或焊環(huán)式)箍筋軸心受壓構件正截面承載力計算111
5.4.1螺旋式箍筋的橫向約束作用112
5.4.2配置螺旋式箍筋構件正截面受壓承載力計算112
5.5偏心受壓構件正截面承載力計算的有關原理114
5.5.1偏心受壓構件正截面的破壞形態(tài)和機理114
5.5.2偏心受壓構件的縱向彎曲影響116
5.5.3偏心受壓構件正截面承載力計算的基本假定117
5.5.4附加偏心距117
5.5.5兩種破壞形態(tài)的界限117
5.5.6小偏心受壓構件中遠離軸向偏心力一側的鋼筋應力118
5.6不對稱配筋矩形截面偏心受壓構件正截面承載力計算119
5.6.1大偏心受壓構件正截面承載力計算(ξ≤ξb)119
5.6.2小偏心受壓構件正截面承載力計算(ξ>ξb )121
5.6.3偏心受壓構件正截面承載力校核123
5.6.4不對稱配筋條件下大小偏心受壓構件的判別123
5.7對稱配筋矩形截面偏壓構件的承載力計算公式125
5.7.1對稱配筋條件下大、小偏心受壓構件的判別125
5.7.2偏心受壓構件對稱配筋截面承載力的計算與復核126
5.8Ⅰ形截面偏心受壓構件129
5.8.1非對稱配筋截面129
5.8.2對稱配筋截面承載力計算131
5.9NuMu相關曲線131
5.10受拉構件承載力計算132
5.10.1概述132
5.10.2軸心受拉構件的構造要求133
5.10.3軸心受拉構件正截面承載力計算134
5.10.4矩形截面偏心受拉構件134
5.10.5小偏心受拉構件正截面承載力計算135
5.10.6大偏心受拉構件正截面承載力計算135
5.11軸向偏心受力構件斜截面受剪承載力計算138
5.11.1偏心受壓構件斜截面承載力計算138
5.11.2偏心受拉構件斜截面承載力計算139
思考題140
習題141
第6章受扭構件承載力計算142
6.1概述142
6.2純扭構件承載力計算143
6.3受彎矩、剪力和扭矩共同作用的構件承載力計算146
6.4彎剪扭構件的構造要求147
思考題148
第7章鋼筋混凝土結構的適用性和耐久性149
7.1概述149
7.2裂縫的控制與驗算149
7.2.1裂縫的原因、形態(tài)及影響因素149
7.2.2荷載引起的裂縫控制的目的與驗算154
7.2.3裂縫的出現(xiàn)與分布規(guī)律154
7.2.4平均裂縫間距155
7.2.5平均裂縫寬度156
7.3最大裂縫寬度與裂縫寬度驗算158
7.3.1影響裂縫寬度的主要因素158
7.3.2最大裂縫寬度的計算158
7.4受彎構件的撓度控制159
7.4.1撓度控制的目的和要求159
7.4.2受彎構件剛度的試驗研究分析160
7.4.3受彎構件短期剛度的計算161
7.5受彎構件長期剛度及撓度的驗算164
7.5.1受彎構件長期剛度164
7.5.2受彎構件的變形驗算164
7.6混凝土結構的耐久性165
7.6.1研究結構耐久性的重要意義165
7.6.2影響結構耐久性的因素165
7.6.3材料的劣化166
7.6.4混凝土結構耐久性設計171
7.6.5提高混凝土結構耐久性的技術措施173
本章小結174
思考題175
第8章預應力混凝土構件176
8.1概述176
8.1.1預應力的概念177
8.1.2預應力混凝土的等級與預應力度179
8.1.3預應力混凝土結構的類型180
8.1.4預應力混凝土結構的優(yōu)缺點181
8.1.5預應力混凝土及其工作原理182
8.1.6預應力混凝土的使用范圍182
8.2預應力損失182
8.2.1預應力損失的影響因素182
8.2.2預應力損失的組合183
8.3預應力軸心受拉構件各階段的應力分析184
8.3.1先張法預應力混凝土軸心受拉構件各階段應力狀態(tài)184
8.3.2后張法預應力混凝土軸心受拉構件各階段應力狀態(tài)186
8.4預應力混凝土軸心受拉構件的計算191
8.4.1使用階段強度計算192
8.4.2使用階段裂縫驗算192
8.4.3施工階段驗算193
8.5預應力混凝土受彎構件各階段應力狀態(tài)193
8.5.1預應力混凝土受彎構件截面形式193
8.5.2受彎構件各階段的應力分析195
8.6預應力混凝土受彎構件承載力計算195
8.6.1破壞階段應力分析195
8.6.2預應力混凝土受彎構件正截面承載力計算196
8.6.3預應力混凝土受彎構件斜截面受剪承載力計算198
8.7預應力混凝土受彎構件的裂縫控制驗算199
8.7.1正截面裂縫控制驗算199
8.7.2裂縫寬度計算200
8.7.3預應力混凝土受彎構件的撓度計算200
8.7.4受彎構件裂縫出現(xiàn)時的彎矩Mcr202
8.8預應力的傳遞長度和錨固區(qū)的局部承壓202
8.8.1預應力的傳遞長度202
8.8.2錨固區(qū)的局部承壓203
8.9預應力混凝土構件的構造要求205
8.9.1先張法構件205
8.9.2后張法構件206
8.10無黏結預應力混凝土的基本原理208
8.10.1無黏結預應力混凝土的概念與特點208
8.10.2無黏結預應力混凝土的材料與錨固體系209
8.10.3無黏結預應力混凝土板的形式211
8.10.4無黏結預應力混凝土梁的形式及截面選擇212
8.10.5無黏結預應力混凝土受彎構件的一般構造要求213
8.11體外預應力混凝土結構簡介213
8.11.1現(xiàn)代體外預應力混凝土結構的發(fā)展213
8.11.2體外預應力混凝土結構的組成214
習題215
第9章鋼筋混凝土梁板結構217
9.1概述217
9.2現(xiàn)澆整體式樓蓋結構的分類218
9.3現(xiàn)澆整體式樓蓋結構布置219
9.3.1柱網(wǎng)布置219
9.3.2梁格布置219
9.4肋梁樓蓋的受力體系220
9.4.1板220
9.4.2次梁與主梁221
9.5鋼筋混凝土單向板肋梁樓蓋的內力計算221
9.5.1按彈性理論計算221
9.5.2考慮塑性內力重分布的計算方法225
9.6單向板的計算和配筋229
9.6.1設計要點229
9.6.2配筋構造229
9.7次梁的計算和配筋232
9.7.1設計要點232
9.7.2配筋構造232
9.8主梁的計算和配筋233
9.8.1計算要點233
9.8.2截面配筋構造234
9.9單向板肋梁樓蓋設計例題235
9.9.1設計步驟236
9.9.2梁板配筋的平面整體設計方法247
9.9.3繪制配筋圖251
9.10雙向板樓蓋251
9.10.1雙向板的受力特點252
9.10.2彈性體系雙向板的靜力計算253
9.10.3雙向板按塑性理論的計算方法255
9.10.4雙向板的極限荷載256
9.10.5雙向板按塑性理論的設計257
9.10.6雙向板支承梁的計算259
9.11樓梯、雨篷的計算與構造260
思考題263
第10章單層廠房結構265
10.1概述265
10.1.1單層廠房的特點265
10.1.2單層廠房的結構體系266
10.2單層廠房的結構組成與結構布置268
10.2.1結構組成及其主要構件268
10.2.2平剖面結構布置及變形縫設置278
10.3排架內力分析281
10.3.1計算簡圖282
10.3.2荷載計算283
10.3.3排架內力分析288
10.3.4排架內力組合292
10.4鋼筋混凝土柱設計293
10.4.1柱的計算長度294
10.4.2吊裝、運輸階段的承載力和裂縫寬度驗算294
10.4.3牛腿設計296
10.5鋼筋混凝土柱下獨立基礎設計298
10.5.1獨立基礎底面積的確定299
10.5.2偏心受壓獨立基礎高度驗算300
10.5.3偏心受壓基礎配筋計算302
10.5.4偏心受壓基礎的其它構造要求303
思考題303
習題304
第11章多高層鋼筋混凝土結構305
11.1概述305
11.2多高層房屋結構體系306
11.2.1框架結構307
11.2.2剪力墻結構308
11.2.3框架—剪力墻(筒體)結構309
11.2.4筒體結構310
11.3框架結構310
11.3.1結構布置、梁柱尺寸及計算簡圖310
11.3.2在豎向荷載作用下框架內力的近似計算313
11.3.3水平荷載作用下框架柱剪力的近似計算320
11.3.4框架內力計算326
11.3.5水平荷載作用下框架側移近似計算327
11.3.6荷載效應組合328
11.3.7防連續(xù)倒塌設計原則332
11.3.8框架柱配筋的平面整體設計方法332
11.4剪力墻結構334
11.4.1剪力墻結構概述334
11.4.2剪力墻結構受力特點及內力計算方法335
11.4.3剪力墻結構設計及配筋構造337
11.4.4剪力墻配筋的平面整體設計方法346
思考題350
習題350
第12章砌體結構351
12.1概述351
12.2砌體材料及其力學性能352
12.2.1砌體材料352
12.2.2砌體的種類355
12.2.3砌體的力學性能358
12.2.4砌體的變形362
12.3砌體結構設計方法及強度指標363
12.3.1極限狀態(tài)設計方法363
12.3.2砌體的強度標準值和設計值364
12.4無筋砌體構件承載力計算367
12.4.1受壓短柱的承載力分析367
12.4.2砌體局部受壓計算371
12.5配筋磚砌體構件承載力及構造措施374
12.5.1網(wǎng)狀配筋磚砌體受壓構件374
12.5.2組合磚砌體構件375
12.5.3磚砌體和鋼筋混凝土構造柱組合墻377
12.5.4配筋砌塊砌體構件378
12.6混合結構房屋墻、柱設計378
12.6.1概述378
12.6.2混合結構房屋的結構布置方案379
12.6.3房屋的靜力計算方案381
12.6.4砌體房屋墻、柱設計計算384
12.7混合結構房屋其他構件及墻體構造措施388
12.7.1圈梁388
12.7.2過梁389
12.7.3墻梁391
12.7.4混合結構房屋的構造措施392
思考題399
第13章鋼結構401
13.1鋼結構的特點及應用401
13.2鋼結構的計算原則402
13.2.1鋼結構的計算方法概述402
13.2.2以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計法403
13.3鋼結構的材料403
13.3.1鋼材的破壞形式403
13.3.2鋼材的主要力學性能403
13.4鋼材種類、牌號及其選用405
13.4.1鋼材的種類405
13.4.2鋼材的規(guī)格406
13.4.3鋼材的選用407
13.5鋼結構連接408
13.5.1連接種類及特點408
13.5.2焊縫形式408
13.5.3對接焊縫及其連接的計算409
13.5.4角焊縫連接構造及其計算412
13.5.5焊接應力和焊接變形414
13.6螺栓連接的構造和工作性能416
13.6.1排列和構造416
13.6.2螺栓連接的計算417
13.6.3高強度螺栓連接的工作性能和計算418
13.7受彎構件420
13.7.1受彎構件的形式和應用420
13.7.2梁的強度和剛度421
13.7.3梁的整體穩(wěn)定性424
13.7.4梁的局部穩(wěn)定426
13.8軸心受壓構件426
13.8.1軸心受力構件的類型426
13.8.2軸心受力的強度和剛度428
13.8.3實腹式軸壓的穩(wěn)定429
思考題432
附錄433
附錄1鋼筋的強度與彈性模量433
附錄2混凝土的強度與彈性模量434
附錄3鋼筋混凝土構件正常使用有關的規(guī)定435
附錄4受壓構件的最小相對界限偏心距435
附錄5鋼筋混凝土耐久性、構造等有關規(guī)定及物理量436
附錄6梁、板在常用荷載下作用的內力系數(shù)439
附錄7民用建筑樓面均布活荷載449
附錄8單階變截面柱的柱頂反力系數(shù)450
附錄9鋼結構計算參數(shù)表451
參考文獻456