本書為土木工程專業的學科基礎課教材，主要講述混凝土結構基本構件的受力性能和設計計算方法，內容包括緒論，混凝土結構材料的物理力學性能，受彎構件正截面承載力的計算，受彎構件斜截面承載力的計算，受扭構件承載力的計算，軸心受力構件正截面承載力的計算，偏心受力構件承載力的計算，鋼筋混凝土構件變形、裂縫和耐久性，頂應力混凝土結構構件。
本書是根據*新修訂的《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2010)和相關的規范、規程的內容編寫，對混凝土結構構件的性能及分析有充分的論述，有相當數量的計算例題并給出了明確的計算方法和詳細的設計步驟，每章有學習目標、小結、思考題和習題等內容。本書可作為普通高等院校土木工程專業的教材，也可作為土木工程技術人員的參考用書。
“混凝土結構設計原理”是土木工程專業重要的學科基礎課之一，本書的編寫是根據高等學校土木工程專業的培養目標和要求，貫徹土木工程專業指導委員會新制定的“土木工程專業指導規范”的精神，在培養學生綜合運用知識的能力和創新意識的同時，注重理論聯系實際，建立用工程概念解決實際工程問題，培養土木工程師應有的基本素質。
本書是依據新修訂的《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2010)和新修訂的其他相關規范、標準編寫的，反映了我國混凝土結構在土木工程領域的新進展，本書共分為9章，主要內容包括：混凝土結構材料的物理力學性能，鋼筋混凝土受彎、受壓、受拉構件正截面和斜截面承載力計算，混凝土構件裂縫、變形控制和耐久性，預應力混凝土結構構件等。為了便于高等學校土木工程專業學生和廣大土木工程技術人員學習，本書編寫時力求重點突出、語言通俗易懂、內容深入淺出、例題完整、注重實用。每章末有一定數量的思考題和習題，以便通過這些題目理解所學內容，檢查學習效果。
前 言
“混凝土結構設計原理”是土木工程專業重要的學科基礎課之一，本書的編寫是根據高等學校土木工程專業的培養目標和要求，貫徹土木工程專業指導委員會新制定的“土木工程專業指導規范”的精神，在培養學生綜合運用知識的能力和創新意識的同時，注重理論聯系實際，建立用工程概念解決實際工程問題，培養土木工程師應有的基本素質。
本書是依據新修訂的《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2010)和新修訂的其他相關規范、標準編寫的，反映了我國混凝土結構在土木工程領域的新進展，本書共分為9章，主要內容包括：混凝土結構材料的物理力學性能，鋼筋混凝土受彎、受壓、受拉構件正截面和斜截面承載力計算，混凝土構件裂縫、變形控制和耐久性，預應力混凝土結構構件等。為了便于高等學校土木工程專業學生和廣大土木工程技術人員學習，本書編寫時力求重點突出、語言通俗易懂、內容深入淺出、例題完整、注重實用。每章末有一定數量的思考題和習題，以便通過這些題目理解所學內容，檢查學習效果。
參加本書編寫的人員有：蘇駿(編寫第1章、第2章)、顏巖(編寫第3章)、許惠敏(編寫第4章)、李揚(編寫第5章、第8章)、余佳力(編寫第6章、第7章)、白應華(編寫第9章)。本書由蘇駿教授、白應華副教授擔任主編，許惠敏、李揚、余佳力擔任副主編。
由于編者的水平有限，對新修訂的規范學習理解不夠，書中難免出現不妥和疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。
編 者
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 混凝土結構的基本概念和特點 1
1.1.1 混凝土結構的基本概念 1
1.1.2 混凝土結構的特點 2
1.2 混凝土結構的發展概況 3
1.2.1 混凝土結構的發展過程 3
1.2.2 材料 3
1.2.3 結構 4
1.2.4 計算理論 4
1.3 本課程的特點與學習方法 4
本章小結 5
思考題 5
第2章 混凝土結構材料的
物理力學性能 6
2.1 鋼筋 6
2.1.1 鋼筋的品種和級別 6
2.1.2 鋼筋的強度與變形 7
2.1.3 鋼筋的疲勞 10
2.1.4 混凝土結構對鋼筋性能的
要求 10
2.2 混凝土 11
2.2.1 單軸向應力狀態下的
混凝土強度 11
2.2.2 復合應力狀態下混凝土的
強度 15
2.2.3 混凝土的變形 16
2.3 鋼筋與混凝土的黏結 22
2.3.1 黏結的作用與性質 22
2.3.2 黏結力的測定 22
2.3.3 黏結力的組成 23
2.3.4 鋼筋的錨固長度 24
本章小結 25
思考題 26
第3章 受彎構件正截面承載力的
計算 27
3.1 概述 27
3.2 受彎構件構造要點 27
3.2.1 鋼筋混凝土板的構造規定 28
3.2.2 鋼筋混凝土梁的構造規定 29
3.3 受彎構件正截面受力性能試驗研究 31
3.3.1 試件設計和加載程序 31
3.3.2 梁的受力破壞三個階段 32
3.3.3 梁的正截面破壞特征 33
3.4 受彎構件正截面承載力計算公式 34
3.4.1 基本假定 34
3.4.2 基本計算公式 36
3.4.3 公式適用條件 37
3.5 按正截面受彎承載力的設計計算 38
3.5.1 單筋矩形截面 38
3.5.2 雙筋矩形截面 40
3.5.3 T形截面 44
本章小結 48
思考題 49
習題 49
第4章 受彎構件斜截面承載力的
計算 51
4.1 概述 51
4.2 受彎構件的受剪性能 52
4.2.1 無腹筋梁的受剪性能 52
4.2.2 有腹筋梁的受剪性能 56
4.2.3 影響斜截面受剪承載力的
主要因素 58
4.3 斜截面受剪承載力的計算 59
4.3.1 基本假定 59
4.3.2 斜截面受剪承載力的
計算公式 60
4.3.3 計算公式的適用范圍 62
4.3.4 計算截面的位置 63
4.3.5 計算步驟 64
4.3.6 計算例題 65
4.4 保證斜截面受彎承載力的構造措施 70
4.4.1 斜截面受彎承載力計算 70
4.4.2 抵抗彎矩圖及繪制方法 71
4.4.3 縱筋的彎起 73
4.4.4 縱筋的截斷 75
4.5 受彎構件中鋼筋的構造要求 76
4.5.1 縱筋的錨固 76
4.5.2 箍筋的構造要求 77
4.5.3 架立鋼筋及縱向構造鋼筋 78
本章小結 78
思考題 79
習題 79
第5章 受扭構件承載力的計算 82
5.1 概述 82
5.2 純扭構件的試驗研究分析 83
5.2.1 無腹筋構件 83
5.2.2 有腹筋構件 84
5.3 純扭構件承載力的計算 85
5.3.1 開裂扭矩的計算 85
5.3.2 純扭構件的承載力計算 86
5.3.3 彎剪扭構件承載力的計算 90
5.3.4 受扭構件計算公式的適用
條件及構造要求 95
5.3.5 設計例題 96
本章小結 99
思考題 100
習題 100
第6章 軸心受力構件正截面
承載力的計算 102
6.1 軸心受拉構件正截面承載力計算 102
6.1.1 軸心受拉構件正截面的
受力性能 103
6.1.2 軸心受拉構件正截面
受拉承載力計算 103
6.1.3 軸心受拉構件構造要求 103
6.2 軸心受壓構件正截面承載力計算 104
6.2.1 普通箍筋柱軸心受壓構件的
受力性能 105
6.2.2 普通箍筋柱的正截面受壓
承載力計算 107
6.2.3 普通箍筋柱軸心受壓構件
構造要求 107
6.2.4 螺旋箍筋柱的正截面受力
性能和承載力計算 109
本章小結 112
思考題 112
習題 113
第7章 偏心受力構件承載力的計算 114
7.1 偏心受壓構件的構造要求 114
7.1.1 截面形式 114
7.1.2 材料 115
7.1.3 縱向鋼筋 115
7.1.4 箍筋 115
7.2 偏心受壓構件正截面的受力性能 116
7.2.1 偏心受壓短柱破壞形態 116
7.2.2 附加偏心距ea和
初始偏心距ei 118
7.2.3 偏心受壓長柱的受力性能 118
7.3 矩形截面偏心受壓構件正截面
受壓承載力計算公式 120
7.3.1 大偏心受壓構件 120
7.3.2 小偏心受壓構件 121
7.4 矩形截面非對稱配筋偏心受壓
構件設計 122
7.4.1 大、小偏心受壓的判別 123
7.4.2 截面設計 123
7.4.3 截面復核 134
7.5 矩形截面對稱配筋偏心
受壓構件設計 139
7.5.1 基本公式及適用條件 139
7.5.2 大、小偏心的判別 141
7.5.3 截面設計 141
7.5.4 截面復核 142
7.6 Ⅰ形截面對稱配筋偏心受壓構件
設計 145
7.6.1 基本公式及適用條件 145
7.6.2 大、小偏心受壓的判別
條件 147
7.6.3 截面設計 147
7.6.4 截面復核 148
7.7 偏心受壓構件的Nu-Mu相關曲線 148
7.7.1 矩形截面對稱配筋偏心
受壓構件的Nu-Mu相關曲線
方程 148
7.7.2 Nu-Mu相關曲線的意義 149
7.8 偏心受拉構件正截面受力性能和
承載力計算 149
7.8.1 偏心受拉構件的破壞形態 149
7.8.2 偏心受拉構件的正截面
承載力計算公式 150
7.8.3 偏心受拉構件截面設計 151
7.9 偏心受力構件斜截面承載力 154
7.9.1 驗算截面尺寸 154
7.9.2 斜截面受剪承載力 154
本章小結 155
思考題 156
習題 157
第8章 鋼筋混凝土構件的變形、
裂縫和耐久性 158
8.1 概述 158
8.2 混凝土受彎構件的撓度驗算 159
8.2.1 驗算公式 159
8.2.2 fmax的計算方法 159
8.2.3 例題 165
8.3 混凝土構件的裂縫寬度驗算 167
8.3.1 驗算公式 167
8.3.2 wmax的計算方法 168
8.3.3 例題 175
8.4 混凝土結構的耐久性 176
8.4.1 混凝土結構耐久性的概念 176
8.4.2 影響混凝土結構耐久性的
因素 176
8.4.3 耐久性設計的有關規定 178
本章小結 181
思考題 181
習題 181
第9章 預應力混凝土結構構件 183
9.1 預應力混凝土的基本知識 183
9.1.1 預應力混凝土的概念 183
9.1.2 預應力混凝土的受力特征 183
9.1.3 預應力混凝土的分類 184
9.2 施加預應力的方法 185
9.2.1 先張法 185
9.2.2 后張法 185
9.3 預應力錨具與孔道成型材料 186
9.3.1 錨具與夾具 186
9.3.2 孔道成型與灌漿材料 187
9.4 預應力混凝土構件的材料 187
9.4.1 鋼筋 187
9.4.2 混凝土 187
9.5 張拉控制預應力及預應力損失 188
9.5.1 張拉控制應力張con 188
9.5.2 預應力損失值預1及其組合 188
9.6 預應力混凝土軸心受拉構件的
設計 194
9.6.1 應力分析 194
9.6.2 計算內容 197
9.6.3 設計計算例題 201
9.7 預應力混凝土受彎構件 204
9.7.1 應力分析 204
9.7.2 預應力混凝土受彎構件
承載力計算 208
9.7.3 正常使用極限狀態驗算 209
9.7.4 施工階段驗算 213
9.7.5 預應力混凝土受彎構件
設計例題 214
9.8 預應力混凝土構件的構造規定 219
9.8.1 截面形式和尺寸 219
9.8.2 先張法構件 220
9.8.3 后張法構件 220
本章小結 223
思考題 223
習題 224
附錄A 鋼筋及混凝土的相關資料 226
參考文獻 234
第2章 混凝土結構材料的物理力學性能
學習目標：
(1) 熟悉鋼筋的品種、級別及其性能，掌握鋼筋的選用原則；
(2) 理解混凝土在各種受力狀態下的強度和變形性能，掌握混凝土的選用原則；
(3) 理解鋼筋與混凝土黏結的重要性和機理，熟悉鋼筋和混凝土協同工作的構造措施。
2.1 鋼 筋
2.1.1 鋼筋的品種和級別
混凝土結構中使用的鋼筋按化學成分可分為碳素鋼和普通低合金鋼兩大類。碳素鋼中鐵元素是主要成分，此外還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷等元素。其力學性能與含碳量有關，碳素鋼可分為低碳鋼(含碳量少于0.25%)、中碳鋼(含碳量為0.25%～0.6%)、高碳鋼(含碳量為0.6%～1.4%)，含碳量越高，強度越高，但塑性和可焊性越低。
普通低合金鋼除含有碳素鋼已有的成分外，再加入一定量的硅、錳、鈦、釩、鉻等合金元素，這樣既可以有效提高鋼筋的強度，又可以改善鋼筋的塑性性能。
由于我國的鋼材產量和用量巨大，為節約低合金資源，我國冶金行業近年來研制開發出新型細晶粒帶肋鋼筋，這種鋼筋不需要添加或只需添加很少的合金元素，通過控制軋鋼的溫度形成細晶粒的金相組織，其外形與普通熱軋帶肋鋼筋外形相同，其強度和延性完全能滿足混凝土結構對鋼筋性能的要求。
按照《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2010)的規定，我國常用的鋼筋品種有熱軋鋼筋、鋼絞線、預應力鋼絲(中強度鋼絲、消除應力鋼絲)、預應力螺紋鋼筋等，見附錄A中的附表A.1和附表A.3。
熱軋鋼筋是低碳鋼、普通低合金鋼或細晶粒鋼在高溫狀態下軋制而成的軟鋼，其應力-應變曲線有明顯的屈服點和流幅，斷裂時有“頸縮”現象，伸長率比較大。熱軋鋼筋按照強度的高低可分為HPB300級(符號)、HRB335級(符號)、HRBF335級(符號F)、HRB400級(符號)、HRBF400級(符號F)、RRB400級(符號R)、HRB500級(符號)和HRBF500級(符號F)。其中HPB300鋼筋為光圓鋼筋，屬低碳鋼，強度較低，與混凝土的黏結強度也較低。HRB335級、HRB400級、HRB500級為普通低合金熱軋月牙紋變形鋼筋，HRBF335級、HRBF400和HRBF500級為細晶粒熱軋月牙紋變形鋼筋，RRB400級為余熱處理月牙紋變形鋼筋。熱軋鋼筋的外形如圖2-1所示。余熱處理鋼筋是由軋制的鋼筋經高溫淬火、余熱回溫處理后得到的，其強度提高，但塑性、韌性、可焊性、機械連接性能和施工適用性有所降低，一般可用于對變形及加工性能要求不高的構件中，如基礎、大體積混凝土、樓板、墻體以及次要的中小結構構件等。
(a) 光面鋼筋 (b) 月牙紋鋼筋
圖2-1 熱軋鋼筋的外形
鋼絞線、預應力鋼絲(中強度鋼絲、消除應力鋼絲)、預應力螺紋鋼筋是用于預應力混凝土結構中的預應力筋。鋼絞線是由若干根直徑相同的高強鋼絲捻繞在一起，常用的有 (7股)和(3股)等，抗拉強度可達，直徑可達。預應力螺紋鋼筋又稱精軋螺紋粗鋼筋，是在整根鋼筋上軋有外螺紋的大直徑、高強度、高尺寸精度的直條鋼筋。抗拉強度為，可用螺絲套筒連接或螺帽錨固。
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