混凝土结构设计基本原理精选(九篇)
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第1篇：混凝土结构设计基本原理范文
【关键词】建筑结构 新版混凝土规范 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）03-0019-02
1 引言
《建筑结构》是非土建类专业开设的专业基础课程，内容涵盖混凝土基本原理、钢筋混凝土结构设计、砌体结构、钢结构以及抗震设计，知识面广、内容全面。在"需求导向，能力为本，知行合一，重在创新"的人才培养理念指导下，《建筑结构》课程应紧密结合结构设计规范[1]，以结构设计基本原理为基础，以建筑结构发展最新动向为延伸，强调学生对基本概念和设计方法的掌握，培养学生发现问题、解决问题的能力。
2010年新修订的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[2]于2011年7月1日在全国范围内开始实施。新规范在总结今年来全国科研、高校和设计单位的科研成果和工程实践经验基础上，学习借鉴国外先进规范和经验，广泛征求国内有关单位意见，经过反复修订而成，代表了混凝土结构学科在现阶段的技术水平。而《建筑结构》课程体系中最重要的混凝土基本原理和钢筋混凝土结构设计必须遵循新版混凝土规范要求。因此，在新版混凝土规范出台之际，《建筑结构》课程教学应适时进行调整和完善，以确保学生能正确完成钢筋混凝土结构的设计，了解混凝土结构学科发展趋势。
2 《建筑结构》课程特点
《建筑结构》课程授课对象是非土建类学生，这一特殊的教学群体决定了该课程的主要特点：
（1）课程内容繁多。《建筑结构》以"混凝土基本原理"为基础，以"钢筋混凝土结构"、"砌体结构"、"钢结构"为应用，以"抗震设计"为补充，基本涵盖了土建类专业的大多数专业基础课。同时在《建筑结构》的教学环节中，涉及了工程材料、材料力学以及结构力学等多门课程内容，要求学生具备扎实的基础知识。
（2）课程课时少。《建筑结构》课程通常分两学期教学，总课时不足90学时，远低于土建类专业课时数。在内容多、课时少的背景下，必然要求对建筑结构教学内容进行合理分配，结合教学对象，针对专业特点，把握全局，突出重点。
（3）学生基础薄弱。非土建类学生数学、力学基础较差，面对《建筑结构》中大量公式的推导和应用，往往存在心有余而力不足的现象。尤其对一些理论性稍强的内容，学生普遍认为内容太难，无法完全掌握。
（4）学生思想不重视。学生往往只关注本专业的核心课程，不重视《建筑结构》课程，在学习过程中只求应付考试，不求真正掌握、灵活应用，所以即使老师反复强调，教学效果仍然不佳。
因此，《建筑结构》课程只有针对课程自身特点，结合非土建类专业学生基础，因材施教，才能真正实现课程教学目的。恰逢2010版混凝土规范修订，可通过对教学内容和教学方式的改进，突出新旧混凝土规范的差异，促进学生对混凝土规范的认识和理解，提高教学效果。
3 《建筑结构》教学内容改革
（1）采用高强高性能材料
新版混凝土规范提倡高强高性能材料，要求适当提高一般结构的混凝土强度等级，钢筋混凝土强度不应低于C20，采用强度级别400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。同时废除23MPa5级钢筋，以300MPa级钢筋代替，新增500MPa级钢筋，大力推广400MPa级、500MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋，并逐步限制335MPa级钢筋。
（2）统一受剪承载力计算公式
在2002版规范[3]中，均布荷载作用下的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.25fyv（Asv/s）h0，受集中荷载作用的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.0fyv（Asv/s）h0。新版混凝土规范统一了受弯构件抗剪承载力计算公式，均按1.0fyv（Asv/s）h0计算，修订后规范适当提高了斜截面受剪承载力的安全储备。
（3）提高最小配筋率
2002版混凝土规范规定受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率取0.6，对400MPa级钢筋可减小0.1。新版混凝土规范中根据抗震设计要求，受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率如表1所示，修订后受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率有所提高。
表1 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中最小配筋率规定
受力类型 最小配筋率（%）
受压构件 全部纵向钢筋 0.50（500MPa级钢筋）
0.55（400MPa级钢筋）
0.60（300、335MPa级钢筋）
一侧纵向钢筋 0.2
受弯构件、偏心受拉、轴心
受拉构件一侧的受拉钢筋 0.2和45 中的较大值
表中：ft为混凝土抗拉强度设计值，MPa；fy为钢筋屈服强度设计值，MPa。
（4）调整裂缝宽度计算公式
新版混凝土规范中裂缝宽度计算公式形式保持不变，但对于三级裂缝控制等级的非预应力混凝土构件，最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算。同时对于非预应力的受弯或偏心受压构件，受力特征系数αcr减小为1.9。修订后计算得到的裂缝宽度值有所减小，解决了采用高强钢筋受裂缝宽度限制的问题。
（5）完善了各种构件的构造要求
新版混凝土规范中对板、板柱结构、混凝土墙、钢筋锚固等构造要求进行了完善修订。包括：正式提出现浇空心楼板的最小板厚200mm；修改了锚固长度的修正系数，将锚固长度的下限值减低为0.6；完善装配式结构的构造要求，增补机械连接、浆锚接头等连接方式等等。
（6）提出新的设计原则
新版混凝土规范为提高结构抵御灾害的能力，提出了结构防倒塌概念设计，介绍了结构防倒塌定量设计方法的原则。同时为完善耐久性设计，针对既有建筑改造的迫切需要，提出了既有结构延长年限、安全复核、改变用途、扩建改造、修复加固的设计原则。
4 《建筑结构》教学方式改革
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）在第六批规范课程研究的基础上，对"从截面计算到结构设计"、"增加结构防倒塌设计的原则"、"耐久性及既有结构再设计"、"提高安全度设置水平"、"采用高强-高性能材料"以及"技术进步标准协调国际接轨"六个方面进行了补充、完善、提高。新版混凝土规范的发展方向代表了混凝土结构领域的发展方向，体现了不断进步、紧密联系工程的精神。因此，作为《建筑结构》课程更应及时贯彻2010版混凝土规范精神，结合工程实践开展教学工作，具体可进行以下几方面的教学改革尝试。
（1）大量运用对比分析法
在众多《建筑结构》课程教改研究成果中，对比分析法可以通过比较，找出事物的相同点和不同点，加深学生对教学知识的理解和掌握[4]。在《建筑结构》课程教学过程中，可采用对比分析法对新旧混凝土规范内容进行举例说明，不仅要突出修订后的内容，也应介绍规范修订的背景、原则，让学生在记住专业知识的同时，也对混凝土学科发展方向有所了解。
（2）开展"现场"教学
《建筑结构》课程中的部分概念性知识，学生往往很难把握。为让学生拥有对混凝土结构的直观认识，可以带领学生参观结构试验大厅，逐一介绍钢筋、水泥、砂石、模板等基本材料；还可带领学生旁观土建类专业学生材料试验课和混凝土试验课，观察钢筋绑扎、混凝土浇筑、振捣以及适筋梁破坏试验。通过"现场"教学把抽象的事物、概念实体化，加深学生的理解，培养学生对《建筑结构》课程的学习热情。
（3）紧密结合工程实例
对于非土建专业学生，大量概念、公式、计算内容的讲授不免显得枯燥，因此需要在教学过程中不时通过生动的工程照片、实例、视频吸引学生注意、强化学生的感性认知，将有助于《建筑结构》课程教学效果的改善。
（4）教师不断自我培训
随着新技术、新工艺、新知识的不断发展，混凝土规范进行了再次修订和完善，以规范为根本的《建筑结构》课程也应紧跟发展趋势，不断自我完善。因此，任课教师必须及时更新知识结构、增长工程实践经验、及时掌握行业发展动向，积极参与课程相关的各项科研、教改研究，不断进行自我培训，提高自身素质。同时在教学环节中，以身作则给学生树立积极向上的榜样。
5 小结
本文以新版混凝土规范为背景，结合非土建类专业学生特点，初步探讨了《建筑结构》课程的教学改革。通过对教学内容和教学方法的改进和完善，以期实现课程教学目的，完成教学任务，达到教学效果，使学生在接受建筑结构设计相关理论知识的同时，了解行业发展方向，提高自身实践能力。
参考文献：
1.王文龙. 高职《建筑结构》课程的教改实践与探索[J]. 长江工程职业技术学院学报. 2006，23（1）：43-45.
2.中华人民共和国住房和城乡建设部. 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[S]. 中国建筑工业出版社出版. 2010.
第2篇：混凝土结构设计基本原理范文
关键词：锚固长度 施工
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0065-02
混凝土结构基本原理和混凝土结构设计是土木工程专业中最重要的专业基础课和专业课。然而，多年的实践表明：往往因锚固长度概念认识不足，为此，有必要对这一问题加以讨论，澄清模糊认识。
一、受拉钢筋的锚固长度的理论计算
钢筋与混凝土之间良好的粘结性能是钢筋与混凝土两种不同材料共同工作的基础。当混凝土中的钢筋单独受力时，钢筋上的力必须通过一定长度上粘结力的累积方能传递到混凝土上，这个长度称为传递长度或称钢筋应力发展长度。
以直径为2c′的圆形截面混凝土试件内配置直径为d的带肋钢筋拔出模型为例，图1a、c所示，推算钢筋在混凝土中的传递长度ltr。当钢筋受到拉力T时，由于钢筋表面凸出的肋与混凝土间的机械咬合作用，钢筋的肋会对混凝土产生斜向挤压力（图1a）。斜向挤压力的竖向分量合力就是钢筋与混凝土间的粘结力。斜向挤压力的水平分量使钢筋混凝土犹如受内压的管壁（图1d）。假定：（1）粘结应力沿钢筋纵向均匀分布（图1b）；（2）内压p引起的混凝土中的拉应力按线性分布（图1d）；（3）当混凝土发生纵向劈裂破坏时粘结失效。
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（以下简称“规范”）推荐的充分利用钢筋抗拉强度时的钢筋锚固长度计算公式即是根据这一原理而建立的，如式la≥αfy/ftd。“规范”称la为基本锚固长度。
二、大直径钢筋混凝土结构后锚固施工工艺流程及操作要点
1、工艺流程
定位孔位钢筋探查成（扩）孔清理孔钢筋处理灌胶植入钢筋钢筋定位固化、保护。
2、操作要点
定位：按设计要求标示钻孔位置、型号；
定位后钢筋探测仪检查孔位，若孔位上存在受力钢筋，钻孔位置在经设计同意后可适当调整，因大直径刚劲位置的变动将影响其受力性能。
3、钻孔
1）钻孔宜用水钻成孔，如遇非受力钢筋可直接下钻，保证孔位符合设计要求。
2）钻孔孔径d+4-10mm（为钢筋、螺栓直径）。
3）钻孔深度不得小于设计深度。
4）钻孔有效深度自构件表面坚实或从主筋保护层深度处的混凝土算起，不得包括装饰层及抹灰层厚度。
5）清理孔：钻孔完毕，检查孔深、孔径合格后，应先用清水循环转动洗净或用空气压缩机、手动气筒彻底吹净孔内碎渣和粉尘（不得带进油污），再用吸水材料擦拭孔道，并保持孔道无水。若有废孔，清净后应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填实。
6）现场负责人检查清孔工作，请总包及监理验收，做好隐检记录。
4、钢筋处理
1）在钢筋端部相应位置做上标记，标示好除锈清理的长度范围；要求此长度范围大于要求锚固深度50mm。钢材锚固长度范围内的铁锈、油污应清除干净（青色氧化外皮也应除去），并打磨出金属光泽，采用角磨机和钢丝轮片速度较快。
2）将除锈清理好的钢筋用棉丝蘸丙酮，将除锈清理长度范围内的钢筋表面擦拭干净，放在干燥处整齐码放，报请现场负责人检查。
5、准备胶：采用喜利得RE500锚固胶，产品A、B双组份的已按比例配置，应保证产品在有效期内。特制胶枪可将A、B双组份混合均匀，挤压枪柄及可使用。
6、注胶：注胶时一定保证孔洞内胶体饱满，可采用两种方法。打胶时将胶枪前断打胶管深入孔底，然后旋转打胶胶枪。此时打胶胶枪会在孔内胶的压力下自动退出，至合适深处（以胶注满孔深2/3左右为宜）停止旋转打胶枪并将其取出。可根据钻孔直径D、埋置深度L以及钢筋直径d的大小，计算出其理论用量V（体积）：V=1.10×3.14/4×（D@-d@） ×L×l0-3（ml）
7、植入钢筋：注胶完成后迅速植入钢筋。
1）如为盲孔钢筋埋植：将锚固用胶注入孔洞内2/3 即可；将处理好的钢筋，除锈清理端朝向孔洞，一边向同一方向旋转，一边缓慢将钢筋插入洞内，直至到达孔洞底部为止。此时，如无锚固用胶从洞内溢出，说明注胶量不够，须将钢筋拔出，重新注胶，再次插入钢筋，直至能使胶溢出洞口。
2）如为通孔钢筋埋植：先将处理好的钢筋插入孔内，孔两端用环氧砂浆封堵，封堵时，须在一端留出注胶孔，另一端留出出气孔；待环氧砂浆凝固后方可进行高压注胶。将配制好的锚固用胶装入打胶筒内，安装打胶嘴；将锚固用胶通过注胶孔注入孔洞内，直至另一端出气孔溢出胶为止；而后，用环氧砂浆或其它材料将注胶孔及出气孔封堵死。
8、钢筋定位及密封处理：钢筋在植入的过程中位置会有所偏转，胶液也会有流淌，批量植筋完成后应进行检查，将流淌的胶重新填回，同时对偏转的钢筋进行定位处理。
9、固化、保护
1）RE500锚固胶有一个固化过程，日平均气温25℃以上8小时内不得扰动钢筋，日平均气温25℃以下12小时内不得扰动钢筋，若有较大扰动宜重新处理。
2）RE500锚固胶在常温、低温下均可良好固化，若固化温度25℃左右，1天即可承受设计荷载；若固化温度5℃左右，2天即可承受荷载，且锚固力随时间延长继续增长。
3）对已埋植好的钢筋要做好保护工作，如进行必要的违挡、固定、挂明显标志牌等。以防锚固用胶在固化时间内，钢筋被摇摆动或碰撞，影响埋植效果。
4）用棉丝蘸少许丙酮，清理工作面遗留的胶及清理工作面的垃圾。
三、结语
我们必须理论联系实际，文章从受拉钢筋的锚固长度的理论计算出发，讨论了大直径钢筋混凝土结构后锚固施工方法，旨在使读者理解基本概念、灵活运用已掌握的基本理论和知识。
参考文献：
[1]顾祥林.混凝土结构基本原理[M].2版.上海：同济大学出版社，2011.
[2]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
第3篇：混凝土结构设计基本原理范文
基金项目：黑龙江八一农垦大学教学研究课题（ndjy11306）
作者简介：刘文洋（1981-），男，黑龙江八一农垦大学工程学院讲师，硕士，主要从事多高层钢结构和大跨空间结构研究，（e-mail）wyliu81@126.com。
摘要：结合应用型本科院校教学的实际情况，对钢结构课程体系进行了合理设置，并在理论教学和实践教学过程中以加强学生实践能力培养为目标进行了探索和实践。文章介绍了黑龙江八一农垦大学钢结构课程体系教学安排和具体做法，总结了教学过程中的经验以及应注意的问题，并对存在部分的问题进行了讨论，给出了具体建议。
关键词：钢结构课程教学；课程体系；实践能力；人才培养
中图分类号：g642；tu391文献标志码：a文章编号：10052909（2013）05004904随着中国钢产量的飞速增长，钢结构的应用也获得快速发展，广泛应用于大跨度结构、高层高耸结构、轻型结构和特种结构等领域。国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要已明确要求：当前，中国已一改过去钢材不足的局面，转而成为钢材供过于求，摆在日程上的课题早己不是少用钢材，而是积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用。
鉴于钢结构的快速发展和广泛应用，工程界已提出“加强钢结构人才培养，造就一批钢结构高级工程技术专门人才”，“建立与钢结构发展相适应的教育体系，在校的结构专业学生应接受不少于80课时的钢结构课教育”的建议。可见，随着钢结构行业的快速发展，市场对钢结构专业人才的培养已经提出了更高要求，对钢结构专业人才的需求也将会越来越大，可以预见钢结构课程的地位将会越来越重要。
一、课程体系的设置
《高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲》[1]中把钢结构课程分为原理和设计两个部分，包括课程设计和毕业设计等。其中钢结构基本原理为专业基础课，课程目的是较全面地掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，熟悉一些常用钢结构的分析原理；钢结构设计是专业必修课，课程目的是在掌握钢结构设计的基本原理基础上，学习常用钢结构的特点、基本设计方法、计算简图和内力分析，并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理，课程内容主要包括单层厂房钢结构、大跨钢结构和多高层钢结构。过去由于种种原因，学校钢结构课程建设存在一些问题，具体表现在以下几个方面。
（1）课程设置不合理。在专业课程的设置上重混凝土轻钢结构。混凝土结构课程90时数，而同样在土木工程专业课程中占有重要地位的钢结构课程学时数仅为50～60，钢结构设计只开设了一门大跨空间结构的选修课。学生仅仅学习了钢结构的连接方法以及常见的构件设计，对整体结构设计的概念和理解不够。过去，钢结构课程安排在第7学期（大四上学期），这主要基于先修课程基础知识学习的考虑，然而此时学生面临找工作、考研等诸多问题影响，很难把主要精力投入到专业课学习上来。
（2）实践教学不足。钢结构教学中的实践性教学环节仅有钢结构课程设计一项内容，学生在学习的过程中没有机会见到实际的钢结构建筑物，对于钢结构加工、制作更是不知所云。虽然教学实习中安排了认识实习和施工生产实习，但基本还是以混凝土结构和砌体结构为主，很少接触到实际的钢结构工程。此外，从毕业设计的选题看，几乎全部是混凝土结构，基本没有钢结构方面的毕业设计题目。
高等建筑教育2013年第22卷第5期
刘文洋，等应用型本科院校钢结构课程教学探索与实践
事实上，过去很多学校在课程设置和教学实施上都或多或少地存在类似问题，但经不断探索已基本解决，并且在教学实践中积累了丰富的经验，形成了相对合理又各具特色的课程体系。学校自2006年以来通过几次修订教学计划，构建了钢结构系列课程体系（见表1），并在多年的教学实践中，不断改进和丰富教学内容，保证钢结构课程的教学质量。应该指出，由于课程设计安排在钢结构原理课学期末，目前设计内容主要局限于钢屋架结构，若能把课程设计安排在钢结构设计课程之后，则可以有更多的结构形式供课程设计选用。表1钢结构系列课程教学安排课程开课学期学时内容钢结构560钢结构基本原理钢结构设计630厂房钢结构、多高层钢结构大跨空间结构730网架、网壳、悬索等空间结构钢结构课程设计61.5周钢屋
架设计毕业设计813周各类钢结构设计二、理论教学的实施
专业课的教学目的在于通过具体工程对象的分析，使学生了解一般土木工程项目的设计、施工等基本过程，学会应用专业基础课程学到的基本理论，较深入地掌握专业技能，建立初步的工程经验，以适应当前国内用人单位对土木工程专业本科人才基本能力的一般要求[1]。
理论教学是培养学生专业技能和实践能力的基础，因此要重视理论教学环节。在教学中除了基本教学内容的讲授以外，还应特别强调以下几个方面在钢结构课程学习中的作用。
（一）重视力学基础与钢结构教学的结合
钢结构是一门理论性和综合性都很强的专业基础课，需要以材料力学、结构力学、荷载与结构设计原理等课程知识作为基础，因此在课程学习初首先回顾先修课程基础知识非常必要，以此引导学生复习相关内容，为学习钢结构课程打下良好理论基础。
（二）理论教学与工程实例相结合
理论教学稍显枯燥，在课程教学中应适当穿插工程实例以调整学生学习状态，调动课堂积极性。在绪论中结合钢结构的应用和发展介绍学生感兴趣的钢结构工程，引导学生讨论结构特点及选型、设计中存在的问题，或者在连接和构件分析与设计中介绍与某个问题相关的背景实例。例如：在讲授轴心拉杆设计时介绍索穹顶结构的组成和特点，以使学生对受拉构件能充分利用材料强度进而节省材料有直观认识；在讲授轴心压杆的稳定时介绍加拿大魁北克大桥和美国哈特福德体育馆由于构件失稳而导致结构发生倒塌破坏的例子，使学生了解相关问题的历史背景，也使学生充分认识到稳定对于钢结构的重要性。 在课程教学中结合演示性或学生动手参与的试验和实际工程中的影像资料进行讲解，使学生通过直观感受加深对钢结构基本概念和理论的理解。目前，一些有条件的高校建立了钢结构多功能教学实验平台[2]，通过实验平台训练学生对钢结构构件和连接的实验技能，培养学生的创新意识与创新能力，教学成效显著。不具备条件的高校可以利用影像资料弥补这些不足。例如：由于学校实验条件有限，笔者所在的教研团队在钢结构加工厂拍摄了大量钢结构生产、制作过程的视频和图片资料，在课堂上结合相应的教学内容进行展示，也取得了较好的效果。
（三）理论教学与结构设计规范相结合
结构设计必然要结合结构设计规范，学生毕业后要从事钢结构设计工作，需要使用很多规范，在课程教学中把教学内容和相关规范要求结合起来，既能加深学生对抽象规范条文的理解，又能培养学生独立使用各种规范、查阅相关文献资料的能力。此外，在教学中还注重将注册结构工程师执业资格制度和注册结构工程师考试相关内容作一定介绍，引导和培养学生在这方面的兴趣，调动学生努力学习专业知识的积极性。
（四）计算机软件与结构分析设计相结合
目前钢结构的分析与设计基本采用专门的软件来完成，如ansys、abaqus、sts、mst、3d3s等。为使学生尽快掌握这方面的能力，适应以后的工作需要，在教学中引入部分计算机软件的演示和讲授。例如：演示使用ansys有限元分析软件进行钢结构基本构件和空间结构的计算分析，讲授sts设计软件进行钢桁架结构和钢框架结构的设计，介绍mst设计软件进行空间网格结构的设计。同时在后续的课程设计和毕业设计中鼓励学生使用相关软件进行结构计算和施工图绘制，进一步培养学生使用结构设计软件进行设计的能力。
三、实践教学的实施
实践教学环节是土木工程教学中非常重要的环节，在现代工程教育中占有十分重要的地位，是培养学生综合运用知识、动手能力和创新精神的关键环节，其作用和功能是理论教学所不能替代的。工程师最终的任务是将理论知识在实践中加以运用，并通过实践来验证理论结果是否正确，所以工程人员必须具备实践能力。同时，土木工程师还应具有一定的实践经验，很多工程问题的处理由于客观情况过于复杂，难以如实地进行理论分析，在很大程度上仍然依靠实践经验来解决[3]。
目前，钢结构课程的实践能力培养主要依靠课程设计、毕业设计等来实现。有条件的院校也可通过专业实习和观察演示性实验等环节组织学生开展讨论来认识、理解钢结构的组成、特点、应用及结构和构件的受力特性等。
（一）课程设计
学校钢结构课程设计内容仍为传统的钢屋架结构。虽然这种结构形式较为简
单，但其内容涵盖了轴心受力构件（桁架杆件）、受弯构件（檩条）及压弯、拉弯构件（当上弦或下弦有节间荷载时），主要为焊缝连接。因此通过完成设计，可以实现由基本构件、连接到简单结构选型、计算分析、设计和施工图绘制的训练。
在具体实施上，鼓励学生通过学习ansys、sts等软件完成结构计算分析和施工图绘制。通常，学生在进行结构计算分析时多采用ansys有限元软件或结构力学求解器并辅以手算校核的方式，而在施工图绘制阶段基本都采用sts软件来实现。通过这些训练，学生已基本能够熟练使用软件完成一般结构的设计工作。
（二）毕业设计
过去，由于钢结构应用不太广泛，很多高校的毕业设计题目都采用混凝土结构的形式，这也是过去在教学上重视混凝土结构而轻视钢结构的原因之一。但由于钢结构发展迅速、前景广阔，很多学生希望毕业后从事钢结构设计与施工方面的工作，或者选择了攻读钢结构方向的研究生，因此希望能有机会进一步深入地学习钢结构设计方面的知识。
近年来，在毕业设计中增加了一些钢结构方面的题目，如多高层钢框架结构、轻型门式钢架结构和网架结构等，尝试指导学生进一步学习和应用钢结构知识，实践效果良好。此外，除了基本的手算内容以外，还鼓励学生采用sts、mst等软件完成结构计算分析和施工图绘制工作。
通过认识实习—理论课教学—课程设计—毕业设计这样一系列教学环节的深入，使学生对知识的理解和掌握从简单到复杂、从理论到实践、从基本原理、基本构件到简单结构进而到复杂结构，培养学生工程设计的能力和思维。
四、结语
学校钢结构课程教学工作虽然在课程体系的设置、学生实践能力的培养上做了一定的思考、探索与实践，但同时与国内一些高水平大学在人才培养模式、教学条件、教学质量和教学效果等方面还存在差距，还需要在今后的教学实践中不断探索和努力，不断提高教学质量和人才培养质量，以适应钢结构行业对人才的需求。
参考文献：
[1] 高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[m].北京：高等教育出版社，2002.
[2] 王伟，赵宪忠，郭小农，等.钢结构多功能教学实验平台的研制与实践[j].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.
[3] 林峰，顾祥林，何敏娟.现代土木工程特点与土木工程专业人才的培养模式[j].高等建筑教育，2006，15（1）：26-28.
steel structure teaching in applicationoriented universities and colleges
liu wenyang， zhang zhaoqiang， liu jinyun
（college of engineering， heilongjiang bayi agricultural university， heilongjiang 163319， p. r. china）
abstract： based on the actual teaching situation of applicationoriented universities and colleges， the course system of steel structure is reasonably arranged and it has been put into practice in the teaching process to strengthen students’ practical ability. we introduced the teaching arrangement of steel structure course and some methods used in the teaching process in heilongjiang bayi agricultural university， analyzed problems should be paid attention to， and presented some suggestions for steel structure teaching.
第4篇：混凝土结构设计基本原理范文
关键词：建筑结构；团队式教学模式；工程项目教学
作者简介：胡尚瑜（1981-），男，湖南永州人，桂林理工大学土木与建筑工程学院，讲师；
覃荷瑛（1972-），女，湖南邵阳人，桂林理工大学土木与建筑工程学院，副教授。
基金项目：本文系新世纪广西高等教育教学改革工程项目“构建与注册师制度相适应的土木工程专业课程体系建设研究与实践”（项目编号：2011JGA056）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0107-02
“建筑结构”是工程管理专业的一门重要专业基础课。课程内容主要包括建筑结构概论、混凝土结构构件、砌体结构和钢结构、钢筋混凝土结构和地基基础、建筑结构抗震设计等五部分。在该门课程的学习期间，学生需掌握钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构等三大结构的设计原理、设计方法和建筑结构的选型、地基基础、抗震设计的基本知识，并能进行一般的常用结构和构件的设计。由于这门课程内容繁多、覆盖面广，加上教学课时数的限制，对于工程管理专业学生来说，想要全面掌握其设计理论和计算方法，存在着较大的难度。如何改进“建筑结构”课程的教学设计和提升教学效果，并使得工程管理专业学生对建筑结构理论和工程实践具有较准确的理解和掌握，对于培养具有良好结构素养和工程应用能力的复合型工程管理人才具有重要意义。笔者从优化课程教学内容，应用团队式教学模式和改进教学方法等方面对“建筑结构”课程进行了系列探讨。
一、“建筑结构”课程教学存在的问题
1.教学内容的设计不足
课程主要内容基本是由传统的混凝土结构、砌体结构、钢结构、建筑抗震等几门课程简单“拼盘”组成，未能摆脱以培养结构设计人才为目标的内容框架。[1-2]然而由于工程管理专业学生相对缺乏理解结构设计原理与建筑构造、施工技术、力学原理及材料特性等结构概念的思维，以及缺乏相应的建筑材料、建筑力学、施工技术等课程作为对接课程的内容支撑，加大了学习难度，极易使他们对“建筑结构”课程产生畏难情绪，这极大地影响了学生的学习兴趣和教学质量的全面提高。如何加强建筑结构与建筑材料、建筑力学、施工技术等课程的内在联系，对于提升学生结构素养和工程应用能力具有重要意义。
2.教学内容广度与深度难兼顾
从广度上来看，“建筑结构”课程涵盖钢筋和混凝土材料的力学性能、结构设计基本计算原则、钢筋混凝土基本构件的计算和构造要求、梁板结构、单层工业厂房、多层框架以及钢结构、结构抗震构造和地基基础工程等专业基础知识，另外还融合了理论力学、材料力学、结构力学、建筑材料等课程的内容。[3]同时课程内容存在“五多”，即概念多、公式多、系数多、符号多、构造规定多。在有限的课时里，如何合理将“建筑结构”课程讲授的广度与深度有机地统一起来，是进一步提高本课程教学效果的一个突破口。
二、优化教学内容设计
以“必需、够用、适度”为指导思想，[4]对传统教学内容结构进行了优化和取舍，将教学内容融合为结构设计方法、结构材料、基本构件、结构设计、结构抗震设计基础、结构施工图等新教学模块。以结构基本原理、结构基本构件的计算、钢筋混凝土楼盖、钢筋混凝土框架结构、砌体结构、钢结构和结构施工图为教学重点。对工程管理专业的学生，抓住各类“建筑结构”基本原理和设计应用核心，对重点理论部分进行详细讲解，注重结构概念，强化结构布置的基本要求和建筑构造教学。在传授学生知识技能的过程中，围绕课程模块内容核心，以一些典型的受力状态作为重点，并加以透彻的讲解。构造教学应该着眼于理解，讲清为什么，特别是其中的力学道理。
现有“建筑结构”的教学内容，未能很好地体现“建筑结构”工程应用能力培养，而且忽视学生结构施工图识图能力的培养。[5]识图能力是工程管理专业学生的核心能力之一。围绕结构施工图识图能力的培养，在教学过程中应增加结构施工图的识读等教学内容。注重讲授混凝土结构、砌体结构、钢结构三种结构施工图的图示与识读方法。其中，以钢筋混凝土结构施工图平面整体表达法和系列图集为重点教学内容。
三、课程教学方法探索
1.团队式教学模式
高校教师实际教学工作中各有侧重，有的以混凝土教学为主，有的以钢结构教学为主，有的以从事“建筑结构”抗震教学为主。根据课程内容特点，结合教师具备的实际工程经验和主讲课程优势，整合优秀教学资源，采用团队教学模式，即“建筑结构”课程按混凝土结构、钢结构、砌体结构和结构抗震等四大课程中主讲教师组成的课程小组，共同承担和完成授课任务，改变传统由单一教师主讲的授课模式。课程由资深教授负责人牵头，组织和编制教学资料，集体备课、案、统一讲稿、统一课件。针对“建筑结构”课程内容特点划分如下教学部分：结构设计原理和方法教学模块；混凝土构件和结构计算模块；钢结构模块；砌体结构模块；“建筑结构”抗震和地基基础模块；工程项目案例教学模块。课程各部分内容主讲教师根据自己经验和专长，优化课程内容和讲课方式，弥补了采用单个教师授课时对部分教学内容的生疏或具体实际工程经验的不足，相对更容易使学生掌握课程主要内容和强化相应的结构概念和工程应用能力，获得较好的教学效果。
2.面向项目教学模式
面向工程项目教学模式，就是围绕真实的典型工程设计和实施案例连续地组织授课内容，可使各部分相对独立的课程内容更显内在逻辑性和更具工程直观性，会使学生更容易接受“建筑结构”工程的理论知识。教师根据教学模块内容要求引入具体工程案例，以工程案例为基本教学背景，将学习者引入工程实践的情境中。教学工程案例应具有很强的实践性，要蕴含工程实践的理论、原理和方法，要具有新颖性、时效性、背景清晰等特征。[6]课程教学采取案例引入、任务驱动、实际项目训练等教学模式。教学实施过程充分体现能力训练、支撑知识学习、工程应用能力整合。
具体教学实施内容如下：能力训练项目内容，尽可能根据工程实际设计和选取；单项能力训练与理论知识学习融为一体，实现了一体化教学；工程应用能力培养以真实的工作任务为载体，实行了项目引导、任务驱动式的教学；整个教学从课内到课外，围绕工程应用型人才培养目标，形成了真实场境为载体、课内外能力训练并举、项目引导、任务驱动式的实践教学模式，突出了应用型工程人才教学培养的特点。具体例如通过7层的底层框架商住楼（框架结构-砌体结构）来进行实际工程项目教学，案例中的平面柱网布置图、平面楼板配筋图、梁平面配筋图、楼梯结构图等就使“混凝土结构”课程中的受弯构件正截面、斜截面承载力计算和受压构件承载力计算及梁板结构等成为主要能力训练项目内容。通过案例教学内容实际化、具体化，范例很直观地展示了建筑工程中梁、板、柱及楼梯等构件的平面布置和钢筋的设置要求，使学生更容易理解课本中的基础理论知识。分析项目中框架和砌体结构在使用过程中材料、施工及建筑构造处理措施对保证工程质量的重要性。尤其是结合框架和砌体结构由于材料、施工及构造处理不当而引起工程质量事故案例分析，培养学生工程项目分析和解决一般结构问题的能力。同时，通过作业、录像、参观、生产实习等实践环节，增强感性认识和加强理论与实际的联系，逐步培养实际应用和综合分析的能力。[7]
教学中采取“项目导向”教学方法，以实际工程对象为目标，实施课程教学，普遍受到学生的欢迎。在课程教学实践中进行了该教学方法的应用，取得了很好的教学效果。通过在项目教学模式实践教学过程中，提供给学生灵活运用课程现有知识去分析、解决工程实际具体问题的实践平台，逐步培养学生实际应用和综合分析的能力，构建工程管理专业学生的结构知识体系。
四、结束语
笔者以工程应用型人才培养为目标，优化课程教学内容，以团队教学课题组组织教学，采用“任务驱动”、“项目导向”教学方法，构建工程管理专业学生结构知识体系和提升工程应用能力素质。教学实践证明，该教学方法能充分提高学生的学习积极性，拓展学生的工程实践能力，提升工程应用能力，可为学生形成将来在房屋建造、工程管理、工程监理、建筑设计、工程造价等岗位工作中所要求的结构分析能力奠定良好的基础。
参考文献：
[1]袁启旺.非结构专业“建筑结构”教学设计探讨[J].高等建筑教育，2009，18（4）：90-94.
[2]胡兴福.“建筑结构”课程教学内容改革的探索与实践[J].中国职业技术教育，2006，24（2）：30-32.
[3]杨晓明，王锦力，刘淼.工程管理专业“建筑结构”课程的广度和深度探讨[J].土木建筑教育改革理论与实践，2010，12（9）：179-182.
[4]王秀丽.工程管理专业“建筑结构”课程教学改革探讨[J].四川建材，2010，2（36）：273-274.
[5]马丹丁，张建军，吴学清.论“建筑结构”课程中平法实图教学单元的改革[J].教育与职业，2011，（18）：138-139.
第5篇：混凝土结构设计基本原理范文
Abstract： This paper analyses classification and the causes of the concrete structure cracks in detail. Its classification basis include： the causes， the shape and the time distribution and regularity of crack. Finally， the paper explained the various harm of the cracks and introduced the requirements of different crack control level in the "Code for Design of Concrete Structures" （GB50010-2010）.
关键词： 拉应力；裂缝宽度；轴心抗拉强度标准值；超静定结构
Key words： tensile stress；crack width；axial tensile strength standard value；statically indeterminate structure
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）19-0096-02
钢筋混凝土结构凭借着自身具有良好的耐久性、耐火性、整体性和可模性的优点在土木工程领域被广泛应用。像2003年10月17日竣工的台北101大楼，高509米，地上101层、地下5层，成为当时建成的世界上最高的钢筋混凝土建筑；位于上海市陆家嘴的上海环球金融中心，高492.5米，地上101层、地下3层为钢筋混凝土结构和钢结构。但是混凝土的抗拉强度很低容易开裂，一般的混凝土结构构件都是带裂缝工作的。这就要求对混凝土产生的裂缝有清晰的认识和了解。本文对常见的混凝土裂缝的分类和成因进行简要的说明。
混凝土结构产生的裂缝依据划分标准的不同有很多种分类方法。按裂缝产生的原因可以分为因受力因素产生的裂缝和因非受力因素产生的裂缝。所谓“受力因素产生的裂缝”即直接在结构上施加荷载从而引起内力，当内力在混凝土结构中产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度则裂缝产生。其拉应力计算方法在混凝土结构基本原理中有详细说明，这里不再赘述。对于因非受力因素产生的裂缝可分为以下几方面：
①混凝土结构在硬化过程中会产生收缩现象，若收缩过程中受到外界约束便会产生拉应力，其值超过混凝土的抗拉强度，裂缝即产生。②在大体积混凝土结构中（如三峡大坝、葛洲坝等），混凝土在水化过程中会产生大量的热且内部热量不易散发，从而产生内部温度高外部温度低的温度梯度。由于热胀冷缩的原理将使结构产生内外大小不一的变形差，这将使超静定结构产生较大的内力，进而产生的拉应力超过混凝土的强度产生结构的开裂。
按裂缝产生的时间可以分为使用过程中产生的裂缝和施工过程中产生的裂缝。对于使用过程中产生的裂缝可分为以下几点：
①当混凝土结构受到不利的环境因素影响时（如温度、湿度、二氧化碳含量、侵蚀性介质等）或其保护层厚度过小时，钢筋容易发生锈蚀使体积变大，从而混凝土结构内表面将承受环向内压力，由弹性力学可知内压力将在混凝土结构中产生拉应力，当拉应力超过混凝土的强度时就会产生裂缝，而裂缝的产生会进一步加快钢筋的锈蚀。这种情况对混凝土结构的使用性能影响很大。②超静定结构的地基不均匀沉降会在结构中产生拉应力而引起裂缝产生的可能。③冻融循环作用是另一个产生裂缝的因素，这种情况多发生于北方四季温度变化较大的地区。冻融循环是指混凝土中的结晶水在温度较低而结冰时体积变大从而结构产生压力，温度升高后结冰融化体积缩小内压力消失，周而复始使混凝土结构产生裂缝。④收缩作用引起的裂缝，如现浇框架梁，板和桥面结构，由于其温度和收缩变形受到刚度较大构件的约束而开裂。
而对于施工过程中产生的裂缝又有以下几种情况：①对于刚浇筑的混凝土结构内部尚未稳定，容重较大的固体颗粒下沉使混凝土表面出现大量的泌水现象，当受到风或高温作用时，表面的水分会快速蒸发，从而产生裂缝。这种裂缝危害很大，因为水分的散失会严重影响到混凝土的水化反应，进而使混凝土的强度降低；另一方面表面分布不规则的裂纹也会使混凝土结构的保护层厚度减小，并会影响到钢筋和混凝土之间的粘结力。所以这种情况使结构构件的安全性、适用性和耐久性都大为降低。②施工过程中质量把关不严或施工时没有采取合理的整修和养护同样会导致混凝土结构产生裂缝。③施工过程中的受力裂缝也是一个重要成因，但其一开始并未受到广泛的关注，直到上世纪九十年代人们才对施工过程中的受力裂缝给予重视并加以研究。这种情况主要是由于施工程序不当造成的。例如拆除支撑和模板过早，混凝土强度尚低并承受较大荷载时易产生裂缝。
按裂缝的形态、分布情况和规律性等又可分为龟裂、横向裂缝、纵向裂缝、八字形裂缝和X形交叉裂缝等。
对于上述裂缝我们主要研究使用期间由荷载引起的裂缝。对于混凝土结构构件，当其承受拉力、弯矩、剪力和扭矩时都会引起拉应力从而产生裂缝。而目前，只有在拉力、弯矩作用下的混凝土横向裂缝宽度的计算比较成熟，其余情况大都采用构造措施来控制和抑制裂缝的开展。现以《混凝土结构设计规范》（GB50010）为例，介绍裂缝的不同控制等级。①一级――严格要求不出现裂缝的构件，即按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不产生拉应力。②二级――一般要求不出现裂缝的构件，即按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力，但拉应力不应超过混凝土轴心抗拉强度标准值。③三级――允许出现裂缝的构件，钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算，预应力混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载标准组合并考虑长期作用影响的效应计算。且其最大裂缝宽度应不超过最大裂缝宽度限值。特别对于二a类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土产生的拉应力应小于混凝土轴心抗拉强度标准值。混凝土构件的最大裂缝宽度限值的规定主要是依据结构构件的耐久性要求而确定的。关于混凝土结构耐久性的研究，国内外很多专家学者都在进行，而许多理论尚未成熟和完善。
改革开放以后，我国迎来了历史性的大建设时代。时至今日随着基础设施建设的不断完善，我们不但要让一栋栋高楼大厦站起来，而且要学会给建筑“看病”，要找到病因对症下药。而对于混凝土结构产生裂缝的研究就恰如中医的把脉，对我们今后的设计和施工都起到了指导性的意义。
参考文献：
[1]沈蒲生，梁兴文.混凝土结构设计原理[M].3版.北京：高等教育出版社，2007.
[2]中国建筑科学研究院.GB50010―2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
第6篇：混凝土结构设计基本原理范文
关键词：现代预应力结构；课程改革；科研创新；工程应用
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）31-0092-02
“现代预应力结构”是为结构工程学科和建筑与土木工程领域的研究生开设的一门专业选修课，与本科生的预应力课不同，这门课更加注重对基本原理的讲解，注重科研创新能力的培养，注重工程技术方面的训练。笔者在讲授“现代预应力结构”课程中，进行了一系列改革与探索，现与广大同仁分享。
一、课程改革意义
以特定的方式在结构构件上预先施加的，能产生与构件所承受的外荷载效应相反的应力状态的力称为预加力。预加力在结构构件上引起的应力称为预应力。预应力技术是结构工程中的一项关键技术，施加了预应力后，能使结构处于更好的受力状态，充分利用材料，减小截面尺寸，实现绿色环保；同时，预应力结构也能实现更大的跨度，增加结构的适用范围，建筑技术的发展和人们对绿色环保的需求，使预应力技术在现代建筑中体现出了越来越重要的作用。
“现代预应力结构”正是在这种大背景下，为研究生开设的一门专业选修课。由于研究生的培养目标与本科生不同，在这门课中，不仅要弄清基本原理，还要讲明其来龙去脉，将基本知识点与科研创新和工程应用相结合，让研究生更多地参与到课程当中，成为课程的主体，真正做到知识传授与能力培养并重。基于上述原因，有必要对这门课进行课程改革，以便更好地适应现代建筑的需求，出色完成人才培养。
二、课程改革目标
1.理论深度与工程应用相结合。研究生课程不再像本科生课程一样以知识讲授为主，而是要讲清各个知识点的基本原理、各种设计方法的来龙去脉，比如新旧规范设计方法的对比，预应力混凝土结构与普通混凝土结构设计方法的对比，在讲授基本理论的过程中，要做到深入浅出，并与实际工程应用相结合，引导学生掌握并运用基本理论，提高其解决实际工程问题的能力。
2.知识掌握与能力培养相结合。经过本科阶段的学习，研究生已经掌握了一定的基本知识，在这个阶段，应更加注重能力的培养，做到知识掌握与能力培养相结合。比如在课程伊始，让每个研究生准备一个时长约20分钟的演讲，演讲内容应体现自己的科研方向，并应与预应力课程相结合，在准备过程中，培养学生查阅资料、制作PPT和组织演讲内容等方面的能力；在演讲结束后鼓励其他同学进行讨论，并进行点评，调动学生的积极性，使其真正成为课堂的主体。再比如，在讲解预应力基本理论的过程中，结合自身的研究方向，告诉学生如何把预应力技术和木结构结合起来，从而形成一些新的结构体系，培养学生的科研创新能力。
3.平时训练与期末考核相结合。为了达到更好的教学效果，避免出现学生只注重结果而忽视过程的现象，采用平时训练与期末考试相结合的模式对学生进行综合考核。授课期间，根据课程进度，对课程内容进行小结，并对学生进行有针对性的训练，比如在讲完“等效荷载与线型”这一章以后，对预应力混凝土板设计的荷载平衡法进行介绍和总结，并布置一个以工程实例为背景的大作业；授课结束后，为了防止学生死记硬背，采用开卷形式进行期末考试，在期末试题中着重考察学生对基本概念的理解和应用。
三、课程改革措施
1.课程内容。作为结构工程学科和建筑与土木工程领域研究生的主要专业课程之一，“现代预应力结构”共计32个学时。根据实际情况，笔者将其分为八个部分进行讲授，这些部分的内容相对独立又彼此关联，基本涵盖了预应力理论体系的主要内容。课程的具体内容包括：第1章预应力专家、预应力建筑与桥梁作品、预应力参考书及预应力基本原理的介绍；第2章预应力材料；第3章预应力锚具及机具；第4章预应力施工工艺；第5章张拉控制应力与预应力损失；第6章等效荷载与线型；第7章预应力构件的裂缝与变形；第8章预应力构件的承载力计算。
2.讲授方法。（1）体现情怀，激发学生兴趣。授课之初，介绍了将预应力混凝土技术推向全世界，预应力工程理论的研究者及最早实施者美国预应力学会创始人之一的“预应力先生”――林同炎教授，还介绍了老先生应用预应力技术设计的造诣极高的建筑及桥梁作品，比如采用预应力混凝土拉杆拱体系的旧金山莫斯康尼会议中心地下展厅，它在地震时期成为许多市民的“避难所”，至今仍被称作大师设计作品中的经典案例。通过摒弃直接授课灌输学生知识点的传统方法，抒发对老先生极尽诚敬的情怀，激发学生学习本门课程的兴趣。（2）对比规范，弄清来龙去脉。授课期间，涉及到规范设计方法沿革的内容，加以强调和说明，避免学生产生误解和记忆上的混淆。以“普通松弛钢丝、钢绞线松弛损失计算公式σ14=0.4ψ（σcon/fptk-0.5）σcon中的系数ψ”为例，在旧《混凝土结构设计规范》中规定一次张拉时，ψ取1，采用超张拉时ψ取0.9，而在新《混凝土结构设计规范》中已经不再体现系数ψ，这说明新规已不再考虑超张拉的有力作用。因此，有必要将新旧规范设计方法不同之处进行对比和分析，使学生对其有更为清晰的理解与认识，也提醒了学生在使用规范时，要特别注意新旧规范的区别，加以重视。（3）结合科研，提高学生创新能力。笔者长期从事预应力胶合木结构方面的研究工作，所以在此课程授课期间也结合自己最新科研进展介绍了部分内容，旨在启发学生思维，培养学生创新能力，使其在此基础上有所探索与创新。以“预应力胶合木梁”为例，现代预应力结构和现代木结构本是相对独立，各成一体，各有优缺的两门学科，但是客观来说，现代木结构中的普通胶合木梁存在抗拉强度不足、脆性破坏、抗压强度不能充分发挥、蠕变等特性，使普通胶合木梁的经济性难以保障，限制了此类构件的推广，所以考虑到将预应力技术引入到胶合木梁中，这样既可以充分利用木材的受压强度又可以利用预应力钢丝受拉强度，达到延性破坏的目的，又可以控制梁的变形，减小构件的截面尺寸。（4）结合工程，提高学生应用水平。结构工程学科和建筑与土木工程领域的研究生毕业后要从事与实际工程直接相关的工作，所以有必要将实际工程问题引入到研究生教学中。以“预应力构件的承载力计算”一章为例，结合了哈尔滨慧隆苑办公楼抽柱后预应力梁设计的实际工程问题，逐步引导学生分析思考这个工程运用到的本章的知识点，比如：通过材料、截面及预应力工艺选择、计算简图及荷载确定、内力计算、预应力筋合力作用线的选取、张拉单位面积预应力筋引起的端部预加力、结间等效荷载及预应力梁控制截面内力预应力筋Ap选配、非预应力筋As选配等。通过这个思考的过程使学生形成一个解决实际工程问题的完整的思路，在面对实际工程问题时不会觉得无从下手。
3.考核模式。为了避免出现高分低能的现象，不同于传统单一的考核方法，笔者又将演讲及设计加入到总分计算中，最终总分由三部分组成，即PPT制作及演讲占总成绩的20%，预应力混凝土板的设计总成绩的20%，开卷考试占总成绩的60%。
首先，PPT制作阶段，通过严格要求PPT制作的质量，来训练和考察学生对基本office软件的应用水平，例如：PPT要做到用图片来体现讲述内容的主线，文字部分作为辅助或解说。其中，PPT中所用图片不应过少，图片内容应与文字直接相关，清晰、满布、不改变长宽比例，鼓励自行绘制的cad插图，绘制后应用墨水瓶插件插入到PPT中；PPT中的文字应能使听众看清，字号不应小于32号，并且做到分条叙述，不能出现整段的文字。演讲过程中，通过严格控制演讲时间和脱稿演讲来锻炼学生上台演讲的能力。
其次，预应力混凝土板的设计考察了学生对所讲荷载平衡法的实际掌握及运用程度，同时也应用到本科所学的知识，例如平法的表达、相关软件探索者的操作、板的构造措施的掌握等。
第7篇：混凝土结构设计基本原理范文
关键词:高层建筑;结构设计;存在问题; 对策
前言
在高层建筑结构的设计中,通常采用钢和钢筋混凝土两种材料。钢筋混凝土结构造价低,材料来源丰富,能浇注成各种复杂断面形状,可组成多种结构体系,并可节省钢材,耐久性、耐火性好,承载能力也不低,经过合理设计,可获得较好的抗震性能。它的主要缺点是构件断面大,自重大,费模费工。而钢材强度高,韧性大,易于加工。高层钢结构具有结构断面小,自重轻,抗震性能好的优点。钢结构构件可在工厂加工,能缩短现场施工工期,施工方便。但是高层钢结构用钢量大,造价很高,而且耐火性能不好,需要用大量防火涂料,增加了工期和造价。在发达国家,大多数高层建筑采用钢结构。在我国,随着建筑物高度的增加,也有采用钢结构的高层建筑。由于钢筋混凝土和钢结构各有所长,又各有所短,所以更为合理的结构是同时采用钢和钢筋混凝土材料的组合结构。这种结构可以使两种材料互相取长补短,取得经济合理、技术性能优良的效果。现就高层建筑结构设计过程中常见的几个问题及其对策与同行商榷。
1、高层建筑结构设计过程中常见的问题及其对策
1. 1高度问题
按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》相关规定,综合考虑经济与适用的原则,给出了各种常见结构体系的最大适用高度,详见表1。这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下,较为稳妥的,也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上,已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制,如:采用组合结构体系的金茂大厦,高达420.15m(建筑高度);采用混凝土结构体系的中信广场,也高达322m(建筑高度)。对于超高限建筑物,应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加,许多影响因素将发生质变,即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围,如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。
表1 钢筋混凝土结构高楼的最大适用高度(m)
1.2材料的选用和结构体系问题
在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。我国150m以上的建筑,采用了三种主要结构体系:框一筒、筒中筒和框架一支撑。这些也是其他国家高层建筑经常采用的主要结构体系。但国外在地震区,多是以钢结构为主,而在我国,钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构,在国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力,有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主,变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增大了钢结构的负担,而且效果不大,有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。此外,在结构体系或柱距变化时,需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变,常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大,且加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。此在需要设置加强层及转换层时,要慎重选择其结构模式,尽量降低其本身刚度,以减少不利影响。
在高层建筑中,根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力,建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后,为减小风振,钢骨(钢管)混凝土通常作为首选。采用格构式的型钢时,震害严重,采用实腹式的热轧型钢或焊接工字钢的,则震害要减少许多。
1.3轴压比与短柱问题
在钢筋混凝土高层建筑结构中,往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大,而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土,柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态,防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小,则结构的延性就差,当遭遇地震时,耗散和吸收地震能量少,结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计,且梁具有良好延性,则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比限值。另外,许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4,但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比,只有剪跨比小于2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值,柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
1.4在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施
现在许多专家学者提出,现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要,认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外,对于“小震不坏,中震可修,大震不倒”这个抗震设计原则,在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准比较低,当取50年为分析年限时,小震烈度对应的被超越概率为63.2%,重现期为年中震烈度对应的被超越的概率为重现期为475年,大震对应的超越的概率为2%左右,重现期为2000年左右,同时规定抗震设防烈度与设计基本地震加速
度的对应关系。
设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外,具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外;在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上,与外国相比,也有异同,其中的8度区,我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长,结构失效带来的损失愈来愈大,加之结构造价在整个投资中的比例下降,因而结构在设防烈度下应该采用弹性设计,特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。
第8篇：混凝土结构设计基本原理范文
【关键词】超长混凝土；膨胀加强带；工程设计；施工工艺
随着大型化和多功能建筑越来越多，同时也出现不少的变形、开裂问题，所以必须解决由于超长混凝土结构收缩和温度变化产生变形、开裂等问题，而膨胀加强带具有保持结构的整体性好、构造简单、施工方便、施工周期短等优势，膨胀加强带的应用越来越普及。
1 工程设计
某工程总建筑面积约42000m2，地下2层，地上4层。本工程为框架剪力墙结构，南北长223.8m，东西宽为49.8m，高18.7m。结构安全等级为一级，防水等级为一级。地下室底板混凝土强度等级为C30P8，底板厚为450mm；外墙混凝土强度等级为C40P8。
1.1 原后浇带设计
根据《混凝土结构设计规范》GB 50010－2002，该项工程共设计了5 横1 纵共6 条后浇带，把结构平面划分为12 块。后浇带混凝土浇筑时间为两侧混凝土浇筑完成后2 个月。
1.2 后浇带变更原因
1.2.1 后浇带的保护、清理与凿毛给后期施工无形中增添了一定的工程量；
1.2.2 地下工程设计防水等级为一级，采用后浇带施工，增加了渗漏隐患；
1.2.3 结构工期为180d，施工工期紧，而设计要求后浇带的浇筑时间需待两侧结构混凝土浇筑后2 个月，影响总工期。
1.3 部分后浇带变更为膨胀加强带
鉴于以上原因，依据超长无缝结构技术，膨胀加强带和后浇膨胀加强带的间距可控制在50～60m，经与设计单位、监理单位沟通协商，他们同意将1条纵向后浇带和5条横向后浇带中的2 条（间隔）变更为膨胀加强带，与结构地板、墙体和楼板混凝土同时浇筑。
2 超长混凝土结构膨胀加强带的设计施工新技术
2.1 基本原理
膨胀混凝土的原理是，混凝土在膨胀时其中的钢筋（或相邻边界）对它的膨胀产生限制作用，同时在混凝土中产生相应的压应力。这种压应力能够抵消导致混凝土开裂的全部或部分拉应力，从而避免或大大减轻混凝土结构的裂缝。
HEA 膨胀剂，是以高铝熟料为主要原料生产的具有良好膨胀源的混凝土膨胀剂。其特点是膨胀能量大，干缩小，掺入到混凝土中能补偿混凝土的收缩，从而达到抗渗防裂的目的。所谓超长混凝土结构，是指混凝土长度超过现行《混凝土结构设计规范》GB 50010－2002规定的伸缩缝最大间距的混凝土结构。在混凝土中掺入HEA 膨胀剂，以膨胀加强带取代后浇带，可实现超长混凝土结构的连续浇筑。其原理是：HEA膨胀剂在混凝土硬化过程中产生膨胀作用，由于钢筋和临位约束，在结构中建立起0.2～0.7MPa 的少量预压应力（通过调整混凝土中HEA 膨胀剂掺量，可使不同区段获得不同的预压应力），以此来补偿混凝土在硬化过程中因温差和干缩产生的拉应力，从而防止裂缝出现，起到抗渗、防水的作用。使用这种方法可连续浇筑100～200m的超长结构。根据抗裂原理，只要控制混凝土的收缩与膨胀保持在一个相对的范围内，就能做到结构无缝或裂缝控制在规范允许范围内，满足工程的使用功能。
在应力集中的膨胀加强带两侧设临时隔挡措施，防止混凝土流入加强带，底板加强带间适当增加水平构造钢筋10%～15%。施工时，加强带外用掺8%～10%HEA 的小膨胀混凝土；浇筑到加强带时，用掺12%～13%HEA 的大膨胀混凝土，其强度等级比两侧混凝土高一级，即5MPa；到另一侧时，又改为浇筑掺8%～10%HEA 的小膨胀混凝土。如此循环下去，连续浇筑HEA 混凝土，实现无缝施工。通过HEA 的不同掺量，可使混凝土结构在长度方向获得相应大小的补偿收缩的膨胀应力。
2.2 超长混凝土结构膨胀加强带的施工
2.2.1 原材料的选择
工程开始施工前同预拌混凝土搅拌站进行协商沟通，要求选用性能较稳定的P.O42.5 普通硅酸盐水泥，以降低水化热。粗骨料选用碎石，级配为5～31.5mm 连续级配，且含泥量、泥块含量、针片状含量、压碎指标等，符合建筑用粗骨料Ⅱ类质量要求；细骨料选用洁净的中砂，连续级配，细度模数为2.3～2.5，含泥量＜1%；外加剂Ⅰ选用高效泵送剂；外加剂Ⅱ选用HEA 高效能膨胀剂；掺和料选用Ⅱ级原状粉煤灰，其各项指标均符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB 1596－1991 中的Ⅱ级粉煤灰技术指标标准，以降低水化热，并且使其均匀缓慢释放，减少早期收缩，增加混凝土后期强度。
2.2.2 地下室底板加强带施工
由于底板所需混凝土量较大，考虑到北京交通现况和搅拌站供应能力不十分充足，底板加强带两侧隔挡措施采用快易收口网，以保证混凝土接槎部位的质量和减少混凝土的剔凿、清扫工作量。若混凝土供应或施工力量达到连续作业要求，采用图1的施工方法；若混凝土供应或施工力量达不到连续作业的要求，则采用“间歇式无缝施工法”，加强带一侧为台阶式。膨胀加强带的混凝土浇筑振捣没有特殊要求。
2.2.3 地下室外墙及剪力墙膨胀加强带施工
对于地下室外墙加强带，由于墙体薄、面积大，养护困难，受风速和大气温度影响大，容易出现收缩裂缝，采用分段浇筑墙体。先用掺8%～10%HEA 的小膨胀混凝土，养护14d 后，再用掺12%～13%HEA 的大膨胀混凝土浇筑加强带。此方法与传统后浇带相同，要用快易收口网和遇水膨胀止水带，可比传统后浇带缩短工期30d 左右。后浇大膨胀混凝土（掺12%～13%HEA）前，应将后浇带两侧的接槎部位（钢丝网或快易收口网）表面清理干净，钢丝网最好剔除。若临时隔挡措施采用竹胶板，则应将接槎部位凿毛，剔凿至漏出混凝土石子，清除干净后用水湿润。外墙防水加做一道防水增强层。
2.2.4 楼板膨胀加强带施工
对于超长结构楼板，采用泵送混凝土的收缩值比现浇混凝土的大20%～30%。为减少有害裂缝，除采用大膨胀混凝土浇筑外，应在膨胀加强带处增加细而密的双向配筋。楼板较薄，混凝土供应容易得到保证，所以楼板混凝土加强带隔挡措施采用竹胶板。施工前将按钢筋间距大小裁好的竹胶板插入楼板钢筋中，并用同一垂直线上的水平钢筋作背楞。当膨胀加强带内外的混凝土均浇筑完毕后，把竹胶板拔出，将插板处重新振捣一遍，以保证混凝土紧密结合。
超长无缝结构混凝土浇筑时，应与预拌混凝土搅拌站加强联系，保证加强膨胀带混凝土能根据现场的浇筑进度得到及时拌制和供应，并严格按配合比和施工组织设计进行施工。对于与两侧小膨胀混凝土同时浇筑的膨胀加强带的混凝土，浇筑工具可根据现场实际情况选用。若膨胀带的混凝土浇筑量较大，且现场情况允许，可采用专用混凝土泵车来浇筑该部分混凝土；若浇筑量不大，一般采用塔吊、灰斗就能满足该部分混凝土浇筑需要。一般不采用加强膨胀带混凝土与其他混凝土同车浇筑，除非有特殊措施，能保证一般混凝土不进入加强膨胀带内。混凝土浇筑完毕，进行混凝土表面处理，及时浇水养护；大体积混凝土还应覆盖一层塑料薄膜及保温被进行保温保湿养护，并加强温度监控。
3 结语
总之，现代建筑采用膨胀混凝土加强带取代后浇带的连续浇筑超长混凝土结构,施工很便利,比预计工期提前了,在后期的施工和使用中没有发现裂纹,经检测混凝土结构的强度、抗裂防渗性能都得到了提高。因此,在超长混凝土结构施工中使用膨胀混凝土是一种切实可行的方法,具有一定的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]邬疆，大面积混凝土连续整体浇筑法结合膨胀加强带施工技术[J].广东土木与建筑, 2009.11
第9篇：混凝土结构设计基本原理范文
关键词：房屋建筑；施工；混凝土；结构；加固技术
中图分类号：TU755文献标识码：A
一、房屋建筑施工中混凝土结构加固的主要原因
随着我国土木工程建设的快速发展，目前建筑物和构筑物进入老龄化阶段的数量也在持续上升，这应该引起我们的注意和足够的重视，而且这些都会在一定程度上造成混凝土结构承载力不足、开裂以及抗震性能降低等问题的出现，从而影响建筑物及构筑物的安全性能和使用功能。下面笔者就针对在对房屋钢筋混凝土的加固施工过程中所遇到的有关加固施工方案及施工方法进行了简单的介绍和分析。
（一）从设计理念上对房屋建筑使用寿命的理解不够透彻
我国过去在房屋建筑的设计理念上，还没能从最初的单纯设计满足载荷强度的设计原则，转变到既满足载荷强度需求又满足使用寿命需要的设计思路，这也不能符合当今房屋建筑工程建设对使用寿命的要求。而加强房屋建筑使用寿命的理解，应首先要研究确定结构重要性的方法。
（二）没有对房屋建筑结构的耐久性问题给予足够的关注
房屋建筑在建造和使用过程中，往往会受到环境以及有害化学物质的侵蚀，再加上来自风荷载、雪荷载、疲劳荷载、地震荷载、甚至是超载、人祸等意外因素的影响和作用，同时房屋建筑也会因为自身使用材料的老化而使其本身的性能处于不断弱化的状态，从而造成房屋建筑物结构各个部分出现了不同程度的损伤和劣化。此外，大量的病害实例也可以证明影响房屋建筑结构耐久性的因素除了施工和材料方面的原因以外，还有来自设计上的缺陷。
（三）对于房屋建筑结构设计中的抗震措施设计缺乏深入的认识和重视
近几年来，无论是国内还是国外，地震发生的频率逐渐增加，对于房屋建筑物这一类的建筑工程而言，由于遭受地震而造成其破坏的可能性很大。因此，我们必须引领我国工程人员和广大人民群众对于房屋建筑的抗震设计的足够的认识和重视，扭转过去对抗震措施设计被忽略的这种错误理念。
二、建筑工程混凝土结构加固原则
对于建筑工程混凝土结构的加固原则我们应该遵从以下几点：
首先，我们应该尽可能的使得加固措施发挥其应有的综合效应，提高加固效率。其次，我们要始终遵循尽可能保留和利用原始结构构件的这一原则，充分发挥其原始结构的巨大潜力，最大限度的避免不必要的拆分和更换。第三，尽可能的减小对建筑物使用功能的影响。第四，对于加固后的力学分析和校准我们除了考虑应该遵循的最基本的结构设计原则之外，我们还应该将加固过程中所产生的工作应力、新旧材料协同工作的程度以及加固部分变滞后等现象充分考虑在内。最后，我们应该最大程度的去避免和降低因为设计方案所带来的负面效应，充分考虑加固措施所带来的积极影响。
三、混凝土结构加固方法探究
近些年来，对着建筑工程的不断发展，混凝土结构也随之不断演变，类型变的复杂多样。然而我们需要针对不同的结构来找出相对适应的混凝土结果加固技术，只有这样才能够在当今社会发展迅猛的态势下满足生产和生活的需要，进而节约成本，创造文化、环境价值。以下就主要介绍我国目前现行的几种混凝土加固的方法。
（一）预应力加固法
预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件由于预应力和新增外部荷载的共同作用，拉杆内产生轴向拉力，该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上（当拉杆与梁板底面紧密贴合时，拉杆会与构件共同找曲，此时尚有一部分压力直接传递给构件底面），在构件中产生偏心受压作用，该作用克服了部分外荷载产生的弯矩，减少了外荷载效应，从而提高了构件的抗弯能力。同时，由于拉杆传给构件的压力作用，构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。
（二）增设节点加固法
此种方法使用起来比较简单易于操作，主要是通过增加节点来减少结构的跨度，以期达到减少结构内部应力，增强结构承受能力的目的。不过此种方法的采用易受空间的限制，通常只被运用到大跨度的梁、板、网架等水平混凝土结构上。
（三）碳纤维加固法
这种方法主要是通过使用轻质高强的碳纤维布粘贴结构相应的部位来达到补强加固的效果，而且相对于其他加固方法有着易于施工和不增加截面尺寸等优点。但是碳纤维加固时使用的结构胶属于有机材料，因此也同样存在不耐火，耐高温性能较差的问题，耐久性能也有待改善。
（四）加大截面加固法
混凝土受弯构件往往因为使用时间的问题造成结构的破坏，而这时在其表面加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面积从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强作用。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面，通过新加部分和原构共同工作，可有效地提高构件承载力，改善正常使用性能。加大截面加固法施工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
（五）粘钢加固法
粘钢加固法，主要是通过在节点表面使用特殊的建筑结构胶粘贴钢板或是角钢，使其协同工作，利用夹钢和钢板对核心区混凝土的约束作用以及自身的承载力来提高核心区承载能力。这样加固法的优点是对结构外形几乎没有影响，施工工期较短，在作业施工时对生产和生活影响较小，但是由于这种方法推广的时间较短，抗老化的性能尚不清楚。
四、总结
综上所述，房屋建筑物在安全性和耐久性方面必须成为我们重视的问题，这不但需要我们在房屋建筑物方面多年丰富经验的积累和实践，同时还需要我们能够以积极而又谦虚态度对国际上的一些成功经验和与惯例做法进行良好借鉴和引进，从而最终引领我国的房屋建筑结构设计理念并入国际轨道，使其上升到一个新的层次。
参考文献：
[1] 姚继涛,马永乐.建筑物可靠性鉴定和加固基本原理及方法[M].北京;科学出版社,2003年.