混凝土结构基本设计原则范文

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第1篇

关键词：混凝土结构；教学探索；体会

作者简介：杨淑红（1969-），女，内蒙古呼伦贝尔人，呼伦贝尔学院，副教授；王建华（1966-），男，内蒙古呼伦贝尔人，呼伦贝尔学院，副教授。（内蒙古 呼伦贝尔 021008 ）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0083-02

混凝土结构是土木工程专业的专业核心课。该课程涉及内容广，包含建筑力学、建筑制图、建筑构造、建筑材料、建筑施工、土力学地基基础、计算机辅助设计等多门学科的知识，有基本构件设计和房屋结构设计两大部分，知识面宽且实践性强。本课程的任务是使学生初步掌握混凝土基本构件的受力和破坏特征，掌握基本计算理论和方法，掌握传力路线，对一般房屋能进行结构选型和构件布置，在正确识读建筑结构施工图的基础上具备一定的结构设计能力，为今后从事开发、管理、设计、施工及监理等与建筑相关的工作打下必备基础。为提高教学质量，加强教学效果，笔者结合多年教学实践对该课程展开探讨，供同行交流参考。

一、结合课程特点，讲清混凝土结构课与力学的联系与区别

力学是混凝土结构的先修基础课，混凝土基本构件在性质上相当于“材料力学”，因而它与材料力学既有联系但又有所区别。材料力学主要研究单一、均质、连续、弹性材料的单纯构件的受力分析，而混凝土结构则是研究钢筋和混凝土这两种力学性质差别很大、复杂构件的受力分析。在裂缝出现以后，特别是临近破坏之前，其受力和变形状态与理想材料有显著不同。这导致学生刚入门时思维产生混乱、混淆。但二者又都是通过几何、物理和平衡关系来建立基本方程这一方法来解决问题的，只是混凝土构件要始终考虑两种材料组成及非均质、非连续、非弹性的特点。

材料力学、结构力学等课程侧重于构件的应力、内力和变形的计算，答案唯一。混凝土结构课程不仅要解决构件强度、变形的计算，更侧重于设计；不仅包括结构方案的确定、构件选型、材料选择、确定计算简图、荷载计算及配筋构造等，还要考虑安全、适用、经济、施工合理可行等因素，是一个综合性的问题，有多种解决的方案。

二、讲好设计原则，掌握结构的基本设计方法

“以概率理论为基础的极限状态设计法以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计”[1]是混凝土结构的基本设计原则。这部分内容多，关系复杂，信息量大。包括结构的功能要求、极限状态、极限状态方程、结构可靠度、目标可靠指标、安全等级、结构重要性系数、荷载效应组合的设计值、结构构件的抗力设计值，其中荷载效应组合的设计值又有多种组合，适用于不同的极限状态。荷载效应组合设计值与结构构件的抗力设计值的表达式涉及的参数非常多，初学者不易领会理顺。授课时将这部分内容制成教学挂图展示给学生，如图1所示。

其中：γ0 为结构的重要性系数；S为荷载效应组合的设计值，其函数为：S =S（γG，γQi，ψCi，ψqi，SGK，SQik，…）；R为结构构件的抗力设计值，其函数为R=R（fc，fs，αk，…）/γRd；C为结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值。

同时将图中内容归纳为“一个基本要求，两类极限状态，三种性质，多个分项系数”，这样使零散的概念条理化、系统化，宜于理解掌握。

三、构建整体的传力体系，指明设计思路

混凝土结构课的讲授要使学生一开始就建立总的框架结构，明确整体传力体系，这样才能目标明确、思路清晰、抓住构件、整合结构。

房屋结构中的屋（楼）盖（梁、板）是水平承重构件，主要承受直接作用在屋（楼）盖上的竖向荷载及本身自重。柱、墙是竖向承重构件，除承受由屋（楼）盖传来的作用及自重外，尚承受由风和地震所引起的水平作用（对于地震区房屋或高层建筑，水平作用往往是比较大的）。房屋所承受的全部竖向荷载、自重及水平作用等通过柱和墙作用到基础结构上，最后由基础传至地基。

在教学中以图2形式展示直观形象，实践证明教学效果良好。

四、遵循教学规律，加强与工程实践的结合

1.重视构造措施并在工程实践中加深理解

实际工程中的混凝土结构或构件通常受到多轴正应力、剪应力的复合作用，混凝土很少处于单向受力状态。对复合受力情况下的混凝土强度，由于其材料的复杂性，至今未有能同时圆满解释各种现象的强度理论。这导致混凝土结构的设计理论和计算方法至今仍建立在性能试验和工程实践的基础上，其计算公式有边界条件和使用范围；对于在计算中不易详细考虑而被忽略了的因素，往往会通过一定的构造措施加以补充完善。可以说：一个完整的结构设计应是可靠的计算依据、合理的构造措施相辅相成的。计算固然重要，但若缺少构造前提，计算将无法进行；反之，有了计算结果，还需要构造措施加以保证。

构造措施在混凝土结构课中所占比重很大，复杂抽象，单凭课堂教学很难取得良好的教学效果，因此除在思想上提高认识，将构造措施与结构计算并重外，安排多次认识实习并在实践中理解、领会、消化构造措施是切实可行的途径。

2.课程设计保持连贯性，与工程实践紧密结合

土木工程专业有房屋建筑学的课程设计、混凝土结构的课程设计、地基基础的课程设计、施工组织的课程设计、概预算的课程设计等等，它们往往自成体系、各自独立。片面强调本课程的理论和实践、互不衔接既不利于学生综合思考问题能力的培养也影响学生创造性的发挥。

在相互协调的基础上，把建筑、结构、地基基础、施工组织、概预算等各课程设计连贯起来，任务书合成一本，统一下达的教学方法可有效解决上述问题。教学中要注意设计题目应“拆得开、并得拢”，既有工业建筑又有民用建筑，让学生选择自己喜欢的对口方向，尽量做到一人一题，结合实践真题实做。

教学实践证明：通过相互连贯的课程设计既锻炼了学生综合驾驭问题的能力又可为毕业设计及通才加专才应用型人才的培养打下坚实基础。

五、注重连续性、过程性，课程考核方式多样化

考核是教学活动的一个重要环节。20世纪70年代，教育学家O·桑迪在总结前辈们各种理论和实践的基础上提出了现代人才评价的原理，其别强调将过去那种单纯在课程结束时进行考试的评测转化为与课程同时进行的合作性、过程性评价。[2]

在教学初始将课程要求、成绩标准、考核方式介绍给学生，使学生了解合作评价、过程评价的重要性，可激发学生的学习潜能与创新能力。如该课程采用的考核方式：两次笔试占50%（期中占20%、期末占30%），混凝土结构新材料、新工艺、新理论方面的研讨论文占10%，自主到施工现场、科研单位、设计所进行实践性学习的成果占20%，课堂参与占10%，小组讨论占10%。同时各部分的考核分散在课程的各个阶段，有时效性。这种考核方式会保证学生从始至终全神贯注参与教学的全过程，不会出现前松后紧、期末突击的不均衡现象。

六、紧跟时代要求，培养现代化、高素质的工程技术人员

1.增加课堂教学的信息量，构建大土木的混凝土结构

为解决原有的课程设置过于“专业”、学生知识面狭窄、部分课程内容重复、交叉的弊端，教育部明确了宽口径、大土木的培养目标。大土木下的混凝土结构的类型很多，涉及的领域很广，新材料、新技术层出不穷。内容上除基本的材料力学性能、设计原则、受弯（受扭、受拉、受压）构件承载力计算、构件的变形和裂缝宽度验算、预应力混凝土构件、梁板结构及单层工业厂房等内容外，在教学中增加了构件受冲切性能、灾害作用下的混凝土结构性能、新性能的混凝土结构（如：高性能混凝土结构、纤维增强混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、钢—钢混凝土组合结构）、体外预应力混凝土等内容的介绍。同时把粘结与锚固列为独立章节，构建粘结应力滑移本构关系，着重掌握基本锚固长度、锚固长度、搭接长度的计算及一系列相关构造要求。

教学过程中结合实例注重新材料、先进施工方法的引入，利用多媒体等现代化的教学手段加大课堂的教学信息量，使学生视野开阔，毕业后适应的工作范围广泛，有后劲。

2. 紧密结合《规范》授课，为注册执业资格考试做好知识储备

执业资格考试是对建筑工程领域从业人员的资格认证考试，如全国注册结构工程师自1998年实行全国统一考试以来极大地提高了我国建筑结构设计人员的理论知识水平和业务能力，保证了我国建筑结构设计总体水平的稳步提升。考试中混凝土结构所占比重很大，因此在学生阶段就要打好基础，为注册执业资格考试做好知识储备。为此在教学中要优化课程内容，不仅注重知识点的试验研究、结论引入，更在教学中结合《规范》注重其边界条件，侧重知识点的实际应用，学会“学《规范》、套《规范》、《规范》与其他规范（如《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》等）的交叉应用”的学习方法，为学生毕业后终身学习、专业发展、参加执业资格考试奠定基础。

七、结束语

目前混凝土仍是我国建房的主要材料，混凝土结构课程的改革与建设仍是一项长期、艰巨、系统的工程。不断提高教学质量，加强学生的综合素养，为社会培养宽口径、厚基础、强实践、有后劲的工程技术人员仍需不断探索努力。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 韩峰. 美国评价学生的七项标准[N]. 中国科技报，2001-02-21.

第2篇

关键词：混凝土结构；教学改革；实训操作；职业能力培养

高等教育应用型本科人才土木工程专业主要培养面向社会一线需要的高技能人才，学生毕业后从事的职业有结构工程师、土建工程师、监理工程师等；混凝土结构课程是建筑工程技术专业的专业主干课，也是工程建设中大量使用的一种结构形式，对培养具备职业岗位和工种要求的基本能力、基本技能和专业综合素质有着重要的作用。按照培养“服务为宗旨、就业为导向”人才培养模式，我们对混凝土结构设计课程体系、教学内容、教学环节、教学方法和手段、实践教学等方面进行了深入的改革和大胆的实践，形成了完整的课程教学体系，取得了良好的教学效果。

一、课程改革的理念

1.服务企业，突出职业能力培养

长期以来，混凝上结构课程受本科教学模式的影响，教学大纲和教学环节围绕培养设计、兼顾施工和管理的人才目标制订，而且，在教学过程中，重课堂教学和理论知识传授，轻应用能力的培养，使得学生毕业后需要很长一段时间才能胜任岗位工作。近年来，随着我国建筑设计企业改革的不断深入，企业对本专业学生就业要求是懂得设计的基本原理，会正确应用规范、图集、能进行电算操作、直接承担施工图绘制，编辑的工作任务。因此，对混凝土结构设计课程，必须紧紧围绕建筑设计单位对一线设计人员的需求，能力与素质的要求，以突出应用能力培养为主线进行教学改革。

2.校企合作，构建“教、学、做”的教学模式

混凝土结构设计课程不仅包括混凝土结构构件的基本受力性能、设计计算理论和方法及配图的绘制，而且涵盖了大景直接涉及混凝土结构细节的构造、大样方面的内容。显然，使学生更好地掌握这些基本知识和技能，仅由专任教师在学校进行教学足不可能完全实现的。只有通过学校与企业合作，以学生完成混凝上结构工程设计的真实工作任务及其工作流程为依据，共同构建“教、学、做”的工学结合教学模式，将工程基本技能的训练贯彻到教学的伞过程，才能使学生在掌握混凝土结构基本知识的基础上，具备较强的从事职业岗位的工作能力，并获得工程设计实践经验，同时，使学生加深对社会的了解和职业的认识，正确地选择就业岗位。

二、课程体系的构建

混凝土结构课程传统的课程教学体系一般是先讲授受弯、受剪、受扭、受压及受拉构件的截面计算，然后再讲授相应的结构设计，最后集中时间进行课程设计。这种体系不仅使构件的截而计算与相应的结构设计教学内容不连续，不利于学生在混凝土结构设计的真实工作过程中系统地掌握所需的专业知识，而且实践教学只安排课程设计，时间少，内容仅为设计手工计算与施工图的绘制，缺乏对学生进行所从事的PKPM电算和平法施工图表达的训练。为此，我们根据混凝土的结构的组成和受力特点，本着便于工学结合的原则，对教学内容进行了有机地整合和序化，构建了对不同受力类型的构件及其组成的相应结构为工作任务载体的6个学习情境(见下图)。对每一个学习情境，除了讲授学生必备的混凝土结构构件设计的知识外，根据实际工程应用情况，按真实设计过程进行常用结构构件的设计计算、施工图绘制的实训指导，形成了混凝土结构原理性知识―平法电算―施工图绘制“三位一体”的“教、学、做”教学模式。

三、教学环节的组织

根据建筑设计类企业对本专业人才的要求，遵循学生职业能力的培养规律，对混凝土结构课程的每一个学习情境，采用下表所列的两阶段四步教学法组织教学。通过每个阶段的资讯、决策、计划、实施、检查、评价教学过程的实施，培养学生在真实工程环境条件下，正确地选用结构工程材料，能够进行常用结构构件的设计计算和施工图的绘制。

四、教学方法和手段的改革

在混凝剂结构课程的教学中，我们除了灵活地应用传统的教学方法和手段外，结合教学内容和教学环节，采用现场教学、工程实例教学、动手操作教学、相互评价教学等方法和现代教育技术手段进行教学，有效地提高了教学质量。

1.现场教学

在进行楼盖结构、单层厂房排架结构、框架结构以及预应力混凝土结构等教学时，利用课内、外时间组织学生到校外实训基地的工程现场，由兼职教师讲授结构的组成、布置、工程构造要求以及施工工序。直观的现场教学，不仅有利于学生更好地理解、掌握教学内容，而且也有利于增强学生的工程意识，激发学习兴趣。

2.工程实例教学

通过外伸梁、雨蓬、楼盖结构以及单层厂房排架结构等工程设计计算实例教学，使学生在理解混凝土结构构件的基本知识和原理的基础上，熟悉结构构件的计算方法和过程，提高结构施工图的绘图和识图能力，并积累一定的工程经验。

3.动手操作与相互评价教学

在专、兼职教师的指导下，学生根据实际项目工程资料进行梁、板、柱、基础等结构构件的设计计算和施工图绘制，同时组织学生分别对绘制的施工图开展相互评价。这种教学方法，不仅学生乐于实践，能够较好地了解工程设计过程，提高职业技能和综合素质水平，而且有利于培养学生的鉴别能力，进一步提高教学效率。

五、实践教学的实施

根据课程实践教学环节的设置，我们与多家建筑设计院本着合作育人、共享资源的原则共同建立了稳定的校外实训基地，同时从设计一线聘请了技术水平高、工程经验丰富、善于教学工作的校外兼职教师，为实践教学的开展奠定了良好的基础。

在实训基地，学生通过完成典型的框架、剪力墙等具体结构形式，加深了对混凝土结构职业性知识的理解，了解了工程设计类企业内部的工作流程和管理制度。教师在参加工程实践锻炼的同时，可帮助单位解决工作过程中遇到的技术难题。

第3篇

【关键词】： 混凝土结构 ，桥梁 ，建筑结构

【 abstract 】 : according to China's present "railway bridge design basic rules" (TB10002.1-2005), and "the railway bridge reinforced concrete and prestressed concrete structure design rules" (TB10002.3-2005) and the concrete structure design rules "(GB50010-2010), such as design specification, to design basic principles, the flexural members, eccentric loading capacity calculation method, component structure requirement, applied in engineering practice, refers for the colleague.

【 key words 】 : concrete structure, Bridges, building structure

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

一、涵身结构

（1）结构形式：采用平行四边形结构，单孔为变截面框架，双孔为变截面连续框架。

（2）施工方法：按就地灌注法施工。

（3）截面尺寸的设计：

a、截面尺寸确定的原则及方法：框架各构件截面高度经技术经济比较按下述原则确定：

填土高较低的涵节（高边墙涵洞填土高较小的两级及中、底边墙涵洞）主要以控制设计截面上混凝土σw≤［σb］及主拉应力σz≤［σtp-2］为条件进行设计（［σb］、［σtp-2］分别为混凝土弯曲受压及偏心受压时的压应力与无箍筋及斜筋时主拉应力的容许值）。

填土高较高的涵节（高边墙涵洞填土高较大的两级）因顶底板梗胁起始截面处剪力较大，则按配置箍筋及斜筋设计，截面尺寸经比选后选定，截面尺寸以2cm为模数。

b、截面最小尺寸的拟定：考虑施工时，质量易于保证，本图各孔径的顶、底板及边中墙截面最小厚度定为16cm，双孔涵洞中墙厚度一般与边墙一致。

（4）加腋：为改善角隅部分的应力状态，在角隅处设计直线形梗胁。

三、结构承受的荷载：

（1）恒载：包括结构自重、填土引起的竖向及水平力、路面铺装等。

a、结构自重：钢筋混凝土容重按25KN/m计算，加腋部分自重在加腋范围内简化为均布荷载。

b、顶板上路基填方的竖向压力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.2.3条规定计算：

p=KγH(kPa)

式中γ为填料容重，H为轨底至板顶填土高，K为系数，本设计将该竖向力分成填方重(γH)与附加竖向力((K-1)γH)两部分考虑,并将前者视为主力,后者视为附加力进行组合。

c、路基填方作用于边墙的水平压力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.2.3条规定计算：

e=ξγH1 (kPa)

式中γ为填料容重，H1为轨底至涵洞计算截面处的填土高，ξ为系数，系数采用0.25。

d、填土容重按18KN/m计算。

（2）活载：中－活载，按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.3.4条规定计算：

a、活载作用于涵洞的竖向压力：

qh= (kPa)

式中h为轨底以下深度；

b、活载引起的水平压力：e=ξqh（kpa）

侧压系数ξ=0.25，不计动力影响。

c、线数：根据填土高视不利情况分别按单、双线计算，双线线间距以5m计。

d、活载冲击力：中－活载的动力系数按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）4.3.5计算。

e、不计制动（牵引）力及长轨作用力。

（3）其它荷载：

a、涵内水压力：静水压力按主加附设计。

b、本设计不考虑地震力的影响。

四、结构内力计算：

（1）本图涵身结构计算图式按垂直于线路方向截取单宽1m，计算跨径按平行线路方向的框架宽度，计算边墙宽度为平行于线路方向墙厚计算，其轴线为构件混凝土截面中心线。

（2）地基反力按直线分布考虑。

（3）结构内力计算采用平面杆系有限单元法，单元设为等截面直杆，对于梗胁部分单元则按其两杆端有效高度（按1：3的坡线计算）

以单孔框架为例，控制截面位置如下：

五、截面配筋计算

（1）截面设计按容许应力法进行。框架顶底板按受弯构件计算，不考虑轴向力影响，边墙、中墙按偏心受压构件计算。

（2）顶、底板按照受弯构件进行受力分析，强度按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.5条各式计算，

a.混凝土压应力

b.钢筋的拉应力

式中钢筋弹性模量与混凝土变形模量之比n按其它结构项取值（C35混凝土为10）。HRB335钢筋容许应力按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.2条取值。

（3）边墙按照偏心受压构件进行受力分析，强度按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.6条各式计算，并按该规定计算主拉应力。

（4）梗胁范围截面的剪应力计算按照受弯构件变高度梁剪应力的计算方法考虑截面高度变化的影响。按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.5条计算。

（5）钢筋的配置根据弯距包络图及剪应力图进行。当构件某截面主拉应力（主力或主力加附加力组合下）超过《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）表5.2.1[σtp-2]值时,则该截面所在的半跨范围内按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.3.14条要求设置开口箍筋及斜筋。

以单孔框架为例，弯矩及配筋包络图如下：

（6）梗胁部分斜向钢筋一般按构造布置，但当顶板梗胁下缘受拉时，则据其最不利竖向截面的强度和裂缝宽度的要求设计，其配筋率不小于钢筋混凝土最小配筋率要求。

（7）裂缝宽度计算按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.8条进行，其容许值为主力时［δf］=0.20mm，为主＋附时，［δf］=0.24mm。

（8）设计涵节长度顺涵轴方向3～5m，纵向辅助钢筋间距一般为20cm设置，在钝角处顶板顶面及底板底面设加强钢筋，加强范围约为跨长的1/5。出入口涵节按涵身一致配筋，其长度在斜交角35度及以下用2.5m，在斜交角35度以上采用3.0m。涵节端面边墙仍采用斜面。

（9）钢筋布置，钢筋骨架沿涵轴每1/cosα米配置8或10排，钢筋保护层厚度由结构所处环境，按《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005-2010）确定，纵向钢筋构造布置。

六、设计注意事项

1、若采用顶进法施工，纵向钢筋配筋率不小于3%，并应检算顶进部位局部应力，边、中墙根剪应力等，且在底板前后端做局部加强设计。

2、对于双线或多线路基下涵洞，其线路下涵节长度宜设计为5m，沉落缝宜布置在线间中央附近，以免由单独一节涵身承受活载横向分布线重叠部分的力。

3、同一涵节应避免设在软硬相差甚大的两种地基上。

参考文献

1、《铁路桥涵设计基本规范》TB 10002.1-2005

2、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3-2005

3、《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》TB 10002.4-2005