混凝土结构设计原理（高等院校土木工程专业规划教材）

　　本书为高等院校土木工程专业的学科基础课教材，介绍混凝土结构构件的受力性能以及房屋建筑工程混凝土结构设计方法。本书是依据我国国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）编写而成，主要内容包括： 绪论，材料的基本性能，以概率理论为基础的极限状态设计方法，钢筋混凝土受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件性能分析、设计计算和构造措施，钢筋混凝土构件裂缝及变形验算，预应力混凝土轴心受拉构件、受弯构件的力学性能及设计方法。 本书对混凝土结构构件的性能及分析有充分的论述，概念清楚； 有明确的计算方法和详细的设计步骤，以及相当数量的计算例题，有利于理解结构构件的受力性能和具体的设计计算方法。每章有内容提要、思考题或习题等内容； 文字通俗易懂，论述由浅入深，循序渐进，便于自学理解，巩固深入。编排了近年注册结构工程师专业考试真题的相关内容，便于读者学习。 本书可作为高等院校土木工程专业的教材，也可供有关的设计、施工和科研人员使用。

第1章  绪论
  1.1  混凝土结构的基本概念
  1.2  混凝土结构的应用与发展概况
    1.2.1  混凝土结构的发展概况
    1.2.2  混凝土结构的工程应用
    1.2.3  我国混凝土结构设计规范发展概况
  1.3  混凝土结构发展展望
    1.3.1  材料方面
    1.3.2  结构方面
    1.3.3  施工技术
    1.3.4  试验技术
  1.4  本课程的主要内容及特点
    1.4.1  主要内容
    1.4.2  课程特点及学习方法
第2章  钢筋和混凝土的基本性能
  2.1  钢筋的基本性能
    2.1.1  钢筋的品种和级别
    2.1.2  钢筋的力学性能
    2.1.3  钢筋应力-应变关系的数学模型
    2.1.4  钢筋的松弛和疲劳
    2.1.5  混凝土结构对钢筋性能的要求
    2.1.6  钢筋的选用
  2.2  混凝土的基本性能
    2.2.1  单轴应力状态下混凝土的强度
    2.2.2  复合应力状态下混凝土的强度
    2.2.3  混凝土短期加载下的变形性能
    2.2.4  混凝土的徐变
    2.2.5  混凝土的疲劳性能
    2.2.6  混凝土的收缩、膨胀和温度变形
  2.3  钢筋与混凝土的粘结
    2.3.1  基本概念
    2.3.2  粘结力的组成及其影响因素
    2.3.3  保证可靠粘结的构造措施
  2.4  钢筋混凝土的一般构造规定
    2.4.1  混凝土保护层
    2.4.2  钢筋的锚固长度
    2.4.3  机械锚固
    2.4.4  钢筋的连接
    2.4.5  并筋
  思考题
第3章  混凝土结构设计的基本原则
  3.1  结构极限状态设计方法
    3.1.1  结构的功能要求
    3.1.2  结构功能的极限状态
    3.1.3  结构上的作用及结构抗力
  3.2  荷载和材料强度的取值
    3.2.1  荷载标准值的确定
    3.2.2  材料强度标准值的确定
    3.2.3  材料强度设计值
  3.3  结构可靠度、可靠指标和目标可靠指标
  3.4  极限状态实用设计表达式
    3.4.1  承载能力极限状态设计表达式
    3.4.2  正常使用极限状态设计表达式
  3.5  既有结构和防连续倒塌的设计原则
    3.5.1  既有结构设计原则
    3.5.2  防连续倒塌设计原则
  思考题
第4章  受弯构件的正截面受弯承载力
  4.1  概述
  4.2  受弯构件正截面的受力性能
    4.2.1  梁的一般构造
    4.2.2  板的一般构造
    4.2.3  适筋梁正截面受弯的三个受力阶段
    4.2.4  受弯构件沿正截面的破坏形态
  4.3  受弯构件正截面承载力计算方法
    4.3.1  基本假定
    4.3.2  等效矩形应力图形
    4.3.3  适筋破坏和超筋破坏的界限条件
    4.3.4  适筋破坏与少筋破坏的界限条件
  4.4  单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算
    4.4.1  基本计算公式及适用条件
    4.4.2  受弯构件正截面承载力计算的两类问题
    4.4.3  计算系数及其使用
  4.5  双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算
    4.5.1  概述
    4.5.2  受压钢筋的应力
    4.5.3  计算公式和适用条件
    4.5.4  基本公式的应用
  4.6  T形截面受弯构件正截面受弯承载力计算
    4.6.1  概述
    4.6.2  计算公式及适用条件
  思考题
  习题
第5章  受弯构件斜截面承载力计算
  5.1  概述
  5.2  受弯构件斜截面受力特点与破坏机理
    5.2.1  斜截面开裂前后受力分析
    5.2.2  无腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态
    5.2.3  有腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态
  5.3  受弯构件斜截面受剪承载力计算
    5.3.1  影响梁斜截面受剪承载力的主要因素
    5.3.2  受弯构件斜截面受剪承载力计算公式
  5.4  受弯构件斜截面受剪承载力的设计计算
    5.4.1  截面设计
    5.4.2  截面复核
  5.5  保证斜截面受弯承载力的构造措施
    5.5.1  材料抵抗弯矩图
    5.5.2  纵筋的弯起
    5.5.3  纵筋的截断
    5.5.4  纵筋的锚固
    5.5.5  箍筋的构造要求
  思考题
  习题
第6章  受压构件截面承载力计算
  6.1  概述
  6.2  受压构件的一般构造要求
    6.2.1  材料强度等级
    6.2.2  截面形式和尺寸
    6.2.3  纵向钢筋
    6.2.4  箍筋
  6.3  轴心受压构件正截面承载力计算
    6.3.1  轴心受压普通箍筋柱的正截面承载力计算
    6.3.2  轴心受压螺旋箍筋柱的正截面承载力计算
  6.4  偏心受压构件正截面承载力计算原理
    6.4.1  偏心受压短柱的破坏形态
    6.4.2  偏心受压长柱的正截面受压破坏
    6.4.3  偏心受压长柱自身挠曲引起的二阶效应（P-δ效应）
    6.4.4  偏心受压构件正截面承载力计算的基本假定
    6.4.5  附加偏心距
    6.4.6  小偏心受压构件中远离纵向偏心力一侧的钢筋应力
  6.5  矩形截面不对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算
    6.5.1  区分大、小偏心受压破坏形态的界限
    6.5.2  矩形截面大偏心受压构件正截面承载力计算
    6.5.3  矩形截面小偏心受压构件正截面承载力计算
    6.5.4  截面设计
    6.5.5  截面承载力复核
  6.6  矩形截面对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算
    6.6.1  基本公式及适用条件
    6.6.2  截面设计
    6.6.3  截面复核
  6.7  I形截面对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算
    6.7.1  基本公式及适用条件
    6.7.2  截面设计
  6.8  偏心受压构件N-M相关曲线
  6.9  双向偏心受压构件正截面承载力计算
  6.10  偏心受压构件斜截面受剪承载力计算
  思考题
  习题
第7章  受拉构件的正截面承载力计算
  7.1  轴心受拉构件的截面承载力计算
  7.2  矩形截面偏心受拉构件正截面受拉承载力计算
    7.2.1  偏心受拉构件正截面的破坏形态
    7.2.2  矩形截面大偏心受拉构件正截面的承载力计算
    7.2.3  矩形截面小偏心受拉构件正截面的承载力计算
  7.3  偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算
  思考题
  习题
第8章  受扭构件的扭曲截面承载力
  8.1  概述
  8.2  受扭构件的破坏特征
  8.3  截面开裂扭矩
  8.4  纯扭构件变角度空间桁架模型计算理论
  8.5  受扭构件配筋计算方法
    8.5.1  纯扭构件的配筋计算方法
    8.5.2  弯剪扭构件的配筋计算方法
  8.6  压、弯、剪、扭矩共同作用下钢筋混凝土矩形截面框架柱受扭承载力计算
  8.7  构造要求
  思考题
  习题
第9章  钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
  9.1  概述
  9.2  钢筋混凝土受弯构件的挠度验算
    9.2.1  截面弯曲刚度
    9.2.2  纵向受拉钢筋应变不均匀系数
    9.2.3  截面弯曲刚度的计算公式
    9.2.4  影响截面受弯刚度的主要因素
    9.2.5  小刚度原则与挠度验算
  9.3  钢筋混凝土构件裂缝宽度验算
    9.3.1  裂缝的出现、分布与开展
    9.3.2  平均裂缝间距
    9.3.3  平均裂缝宽度
    9.3.4  裂缝宽度及其验算
  9.4  钢筋混凝土构件的截面延性
    9.4.1  延性的概念
    9.4.2  受弯构件的截面曲率延性系数
    9.4.3  偏心受压构件截面曲率延性的分析
  9.5  混凝土结构的耐久性
    9.5.1  耐久性的概念与结构耐久性劣化现象
    9.5.2  耐久性设计
  思考题
  习题
第10章  预应力混凝土构件
  10.1  概述
    10.1.1  预应力混凝土的概念
    10.1.2  预应力结构在国内外的发展简史
    10.1.3  预应力混凝土的分类
    10.1.4  张拉预应力钢筋的方法
    10.1.5  锚具与孔道成型材料
    10.1.6  预应力混凝土材料
  10.2  张拉控制应力与预应力损失
    10.2.1  张拉控制应力σcon
    10.2.2  预应力损失的分类
    10.2.3  预应力损失值的组合
  10.3  预应力钢筋的传递长度和构件端部锚固区局部受压承载力计算
    10.3.1  预应力钢筋的传递长度ltr
    10.3.2  后张法构件端部锚固区的局部承压承载力计算
  10.4  预应力混凝土轴心受拉构件的计算
    10.4.1  轴心受拉构件各阶段的应力分析
    10.4.2  预应力混凝土轴心受拉构件的计算和验算
  10.5  预应力混凝土受弯构件的计算
    10.5.1  各阶段应力分析
    10.5.2  受弯构件正截面破坏形态及基本假定
    10.5.3  预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算
    10.5.4  预应力混凝土受弯构件斜截面承载力计算
    10.5.5  受弯构件使用阶段正截面抗裂度验算
    10.5.6  受弯构件使用阶段斜截面抗裂度验算
    10.5.7  受弯构件使用阶段变形验算
    10.5.8  受弯构件施工阶段的验算
  10.6  预应力混凝土构件的构造要求
  思考题
  习题
附录A  材料力学指标
附录B  钢筋的计算截面面积及公称质量
附录C  基本规定
附录D  术语
参考文献

前言

“混凝土结构设计原理”是土木工程专业重要的专业基础课，它适用于土木工程领域内所有混凝土结构的设计，如房屋建筑工程、交通土建工程、矿井建设、水利工程、港口工程等。其内容是土木工程专业本科学生应当具备的基础知识，为学习专业课和毕业后在本专业的其他领域继续深造提供坚实的基础。
混凝土结构是由一些基本构件所组成，例如受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件、预应力混凝土构件等。本书主要讲述混凝土结构构件的受力性能和设计计算方法，包括钢筋和混凝土材料的基本性能、以概率理论为基础的极限状态设计方法，钢筋混凝土结构基本构件的性能分析、设计计算和构造措施等。鉴于目前我国土木工程各领域的混凝土结构设计规范尚未统一，本书主要介绍房屋建筑工程的有关规范内容。读者在掌握了基本构件的受力性能和建筑工程混凝土结构的设计原理之后，通过自学不难掌握其他工程的混凝土结构设计原理。
本课程的教学目的是： 首先使学生从原理和问题的本质上去认识混凝土结构的受力和变形性能，对钢筋混凝土的基本性能有一个正确理解，然后引导学生掌握现行设计实践所用的主要方法，特别是现行设计规范所推荐的方法。
本书按混凝土结构构件的受力性能和特点划分章节，各章相对独立，以便根据不同的教学要求对内容进行取舍。在叙述方法上，注意到学生从数学、力学等基础课到学习学科基础课的认识规律，由浅入深，循序渐进，力求对基本概念论述清楚，使读者能较容易地掌握结构构件的力学性能及理论分析方法； 有明确的计算方法和实用设计步骤，力求做到能具体应用。书中有相当数量的计算例题，有利于理解和掌握设计原理。为了便于自学，每章结尾有思考题或习题等内容。
为让读者了解全国注册结构工程师考试题型和解题思路，本书在主要章节设立全国注册结构工程师考题的内容，该专题中都是近年的注册结构师的考试真题及详解，题目和解题过程均按照《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）编写，书中提到的《混凝土结构设计规范》，均指版规范。
本书主编为李斌、薛刚、牛建刚，副主编为郝润霞、高春彦、李云云。具体编写分工如下： 第1章由李斌执笔，第2、3、9章由郝润霞执笔，第4、5章由李云云执笔，第6、7章由高春彦执笔，9.5.2节、第10章由牛建刚执笔； 第8章、各章的注册结构工程师考题及教材附录由薛刚执笔； 全书后由李斌、薛刚、牛建刚修改定稿。本教材出版得到内蒙古科技大学的专项资助。
本书在编写过程中参考了大量国内外参考文献，引用了一些学者的资料，这在本书末的参考文献中已予以列出。
希望本书能为读者的学习和工作提供帮助。鉴于作者水平有限，书中难免有错误及不妥之处，敬请读者批评指正。
作者2014年5月