《混凝土结构设计原理》过程考核第一次 《钢筋混凝土结构发展综述》专题报告

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“钢筋混凝土结构发展综述” 专题报告

摘要：钢筋混凝土结构从诞生到如今成为主要的建筑材料而被广泛应用于各类建筑物，钢筋混凝土结构的发展并不是一帆风顺的，它的发展也在一定程度上代表了现代建筑的发展，也代表了人类文明的发展。

关键词：钢筋混、凝土、发展 、阶段

1 钢筋混凝土的诞生和规范

1.1钢筋混凝土的诞生

钢筋混凝土即用钢筋做骨架的混凝土，它在世界各国的建筑上大显神通。钢筋混凝土源于法国。

法国花匠蒙尼亚经常要移植温室中花盆中的花，一不小心就会把花盆打碎，他先用木盆代替，但木盆比瓦盆贵。当时，水泥已得到了应用，蒙尼亚便用水泥来作花盆，虽然水泥花盆比瓦盆坚硬，但仍易碰裂。花盆摔成了碎片，花根四周的土却仅仅包成一团。“噢！花木的根系纵横交错，把松软的泥土牢牢地连在了一起！他从这件事上得到启发，1868 年的一天，蒙尼亚终于想出一个好办法：在水泥花盆的外面缠上几道铁箍用以加固。为了花盆美观，他又在那些铁箍外面涂上一层水泥，硬结后，发现这种花盆特别坚固，不易碎裂。后来蒙尼亚又用铁丝作骨架，然后在铁丝骨架外面抹上水泥，硬结后就成了坚固的美观的花盆。根据这种花盆的构造，便诞生了钢筋混凝土。

1872年，世界第一座钢筋混凝土结构的建筑在美国纽约落成，人类建筑史上一个崭新的纪元从此开始。

1.2 钢筋混凝土结构设计规范

各国钢筋混凝土结构设计规范采用的设计方法有容许应力设计法、破坏强度设计法和极限状态设计法。在钢筋混凝土出现的早期，大多采用以弹性理论为基础的容许应力设计法。在本世纪30年代后期，苏联开始采用考虑钢筋混凝土破坏阶段塑性的破坏强度设计法；19xx年，更进一步完善为极限状态设计法，它综合了前面两种设计方法的优点，既验算使用阶段的容许应力、容许裂缝宽度和挠度，也验算破坏阶段的承载能力，概念比较明确，考虑比较全面，已为许多国家和国际组织的设计规范所采用。

2 混凝土的发展阶段

2.1混凝土发展的四个阶段

混凝土结构与砌体结构、钢结构、木结构相比，历史不长，但自19世纪中叶开始使用后，由于混凝土和钢筋材料性能的不断改进，结构理论施工技术的进步使钢筋混凝土结构得到迅速发展，目前已经广泛应用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等土木工程领域。建筑用混凝土的发展简史可以追溯到古希腊、罗马时代，甚至可能在更早的古代文明中已经使用了混凝土及其胶结材料。但直到1824年波特兰水泥的发明才为混凝土的大量使用开创了新纪元。至今仅有160多年的历史。它的发展大致经历了四个不同的阶段。

第一阶段为钢筋混凝土小构件的应用，设计计算依据弹性理论方法。1801年考格涅特发表了有关建筑原理的论著，指出了混凝土这种材料抗拉性能较差，到1850年法国的兰博特首先建造了一艘小型水泥船，并于1855年在巴黎博览会上展出。接着法国的花匠莫尼尔在1867年制作了以金属骨架作配筋的混凝土花盆并以此获得专利。后来康纳于1886年发表了第一篇关于混凝土结构的理论与设计手稿。1872年美国人沃德建造了第一幢钢筋混凝土构件的房屋。19xx年特纳研制了第一个无梁平板。从此钢筋混凝土小构件已进入工程实用阶段。

第二阶段为钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构的大量应用，设计计算依据材料的破损阶段方法。19xx年英国人狄森提出了受弯构件按破损阶段的计算方法。19xx年法国工程师弗来西奈发明了预应力混凝土。其后钢筋混凝土与预应力混凝土在分析、设计与施工等方面的工艺与科研迅速发展，出现了许多独特的建筑物，如美国波士顿市的Kresge大会堂，英国的1951节日穹顶，美国芝加哥市的Marina摩天大楼，湖滨大楼等建筑物。19xx年苏联根据极限平衡理论制定了“塑性内力重分布计算规程”。19xx年颁布了极限状态设计法，从而结束了按破损阶段的设计计算方法。

第三阶段为工业化生产构件与施工，结构体系应用范围扩大，设计计算按极限状态方法。由于二战后许多大城市百废待兴，重建任务繁重。工程中大量应用预制构件和机械化施工以加快建造速度。继苏联提出的极限状态设计法之后，19xx年英国，联邦德国，加拿大，波兰相继采用此方法。并在欧洲混凝土委员会与国际预应力混凝土协会（CEB-FIP）第六届国际会议上提出了混凝土结构设计与施工建议，形成了设计思想上的国际化统一准则。

第四阶段，由于近代钢筋混凝土力学这一新的学科的科学分支逐渐形成，以统计教学为基础的结构可靠性理论已逐渐进入工程实用阶段。电算的迅速发展使复杂的数学运算成为可能。设计计算依据概率极限状态设计法。概括为计算理论趋于完善，材料强度不断提高，施工机械化程度越来越高，建筑物向大跨高层发展。

2.1 我国钢筋混凝土的发展

目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。据发改委相关数据显示，我国钢筋混凝土的主要原材料水泥产量已于20xx年达到10.60亿吨，占世界总产量48%左右。

我国的钢筋混凝土结构发展比较曲折，解放前几乎是空白，60年代边学习苏联的经验边完善提高，70年代自己动手搞科研，编规范；80年代规范的设计水准正力争赶上世界先进水平。近30年来，我国在钢筋混凝土基本理论与计算方法、可靠度与荷载分析、单层与多层厂房结构、高层建筑结构、大板与升板结构、大跨度结构、结构抗震、工业化建筑体系、电子技术在钢筋混凝土结构中的应用和测试技术等方面取得了很多成果，为修订和制定有关规范和规程提供了大量的数据和科学依据。编制出了国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》

GB/T50068，《混凝土结构设计规范》GB50010-2001，；《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）；《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）；《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）等。这些规范和规程积累了我国半个世纪以来丰富的工程实践经验和最新的科研成果，把我国混凝土结构设计方法提高到了当前的国际水平，它将在工程设计中发挥指导作用。必将促进我国混凝土结构设计的进一步发展。

3 体会（或总结）

钢筋混凝土结构的发展，刚开始由于受科学技术的限制而没有被广泛应用，随着科技的进步，有关钢筋混凝土结构的各种理论也日趋成熟，各种知识体系不断完善，钢筋混凝土构件因其良好的性能而被广泛应用。直至现在钢筋混凝土结构已是一门科学学科。

我国钢筋混凝土结构的起步较晚，但是发展迅速。到目前为止，已是钢筋混

凝土结构使用的第一大国。

作为一名学生而言，必须学好混凝土结构，为将来毕业从事土木建筑行业而做准备，成为一个优秀的土木人！

第二篇：钢筋混凝土结构最小配筋率文献综述

钢筋混凝土构件最小配筋率文献综述

摘要：19xx年我国部分专家提出了“应大幅度提高我国建筑结构可靠度”的建议，其中证明我国可靠度过低的主要论据之一是我国钢筋混凝土结构构件的纵筋最小配筋率与国外规范相比取值过低。国内部分专家学者对受拉和受压纵筋最小配筋率的功能作了进一步研究，对各国规范有关规定作了较细致的对比分析。本文主要概括介绍有关钢筋混凝土受弯构件受拉纵筋最小配筋率的研究情况。

关键词：钢筋混凝土、最小配筋率、受弯构件

1.规范的规定

1.1《混凝土结构设计规范》GB50010 - 2002 （以下简称《规范》)第9.5.1规定:受弯构件纵向受力钢筋的最小配筋百分率( % )为012和45ft/fy中的较大值,并说明受弯构件一侧受拉钢筋的配筋率应按全截面面积扣除受压翼缘面积(b′f-b)h′f后的截面面积计算(即按矩形截面的全面积计算)。

1.2 《规范》第9.5.2条规定：对卧置于地基上的混凝土板，板中受拉钢筋的最小配筋率可适当降低，但不应小于0.15%。

1.3 《规范》第11.3.6规定：框架梁纵向受拉钢筋的最小配筋百分率( % )

2 非抗震混凝土梁抗弯性能及受拉纵筋最小配筋率的研究

匀质弹性材料梁加载时，其变形规律符合平截面假定（平截面在梁弯屈后仍保持平面），由于材料性能符合虎克定律（应力与应变成正比），受压区和受拉区的应力分布图形都是三角形。此外，梁的挠度与弯矩也将保持线性关系。

钢筋混凝土梁是由钢筋和混凝土两种材料所组成，且混凝土是非弹性、非匀质材料，抗拉强度又远小于其抗压强度，因而其受力性能有很大不同。研究钢筋混凝土梁的受弯性能，首先要进行梁加载试验。

素混凝土梁用作受弯构件是不能胜任的，因为它的抗拉强度与抗压强度相比 1

只是很小一部分。所以，这种梁早在受压侧混凝土的强度得到充分利用之前，在很小的荷载作用下受拉一侧即先行破坏。

因此，钢筋应布置在受拉侧尽可能靠近最外受拉纤维处，但要符合钢筋的适当防火和防腐蚀的要求。在这样的钢筋混凝土梁中，弯矩引起的拉力主要由钢筋来承受，而混凝土通常只承受相应的压力。当作用在这样的梁上的荷载从零逐渐增加到使梁破坏时，可清楚地区分出几个不同性能的阶段。

在低荷载时，只要混凝土的最大拉应力小于抗拉强度，整个混凝土都有效地承受应力，中和轴的一侧受压而另一侧受拉。此外，与其相邻混凝土有相同变形的钢筋也承受拉力。在这一阶段混凝土中的所有应力都不大，且与应变成正比。

当荷载进一步增加，很快就达到混凝土的抗拉强度，钢筋混凝土梁拉区混凝土开裂后，全部拉力将由受拉筋负担，受弯钢筋应力σs显著增大。当配筋率过低时，混凝土一开裂σs超过其屈服强度，进入强化阶段甚至直接被拉断。这说明由于配筋率ρ过小，钢筋所能承受的拉力尚不足以负担原来由拉区混凝土所承受的拉力，即钢筋混凝土梁的Mu尚低于同样截面、同样混凝土强度的素混凝土梁的开裂弯矩Mcr。这种梁称为少筋梁，其破坏特征是直接被拉断，或者拉区混凝土突然出现一条很宽的裂缝，荷载迅速下降，尽管开裂后梁仍保留有一定的承载力，但梁已发生严重开裂下垂，这部分承载力实际上是不能利用的。少筋梁属于脆性破坏，既不经济，又不安全，故在建筑结构中不允许采用。为了防止这种严重损害构件工作质量的现象，可以考虑用“有实配受拉钢筋计算出的抗弯能力Mu等于开裂弯矩

Mu?McrMcr”作为确定受拉钢筋最小配筋率的基本条件，即： （1）

或者可以进一步写成

Asfyz?rftW0 （2）

通过简化分析，则可以写成以下形式：

?min??ftfy （3）

?取值为0.45，此时?min?0.002，但考虑到依据我国对材料离散性的统计结果，将?取为0.5可能更好些。

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3 抗震混凝土梁抗弯性能及受拉纵筋最小配筋率的研究

根据抗震基本要求，当框架梁端在负弯矩或正弯矩作用下进入屈服后变形状态之后，都应保持其相应的对负弯矩或正弯矩的基本抗弯能力直到罕遇地震所引起的结构非弹性变形状态，或者说具有罕遇地震所需要的延性；同时，还应能通过其非弹性滞回性能耗散地震输入的能量，减小强震下的结构非弹性反应。但要保证梁端具有上述抗震性能，还有一个必须满足的条件，即上部纵筋和下部纵筋的数量都必须使由实际配筋算得的抗负弯矩能力 |Mua-|和抗正弯矩能力Mua+ 分别大于相应方向的截面开裂弯矩 |Mcr-|和Mcr+ ，即应满足 |Mua-|≥| Mcr-|和M+ua≥ Mcr+ 的基本要求。因为只有这样，当截面首次受到较大的组合负弯矩或组合正弯矩作用时，才能如图1a先开裂，后屈服，并保证形成屈服后符合抗震要求的滞回性能。

但是在工程中有可能出于某些原因而选用了过大的梁截面，使常遇地震下的组合弯矩小于截面在相应弯矩作用方向的开裂弯矩。这时，截面在该方向常遇地震组合弯矩作用下一般将不会开裂，但若钢筋数量仍按常遇地震组合弯矩确定，则一旦出现更大地震，使组合弯矩超过了截面开裂弯矩，并导致截面受拉区开裂，则由于开裂前原来由受拉区混凝土承受的拉力转由数量不足的受拉钢筋承担，钢筋将立即进入屈服后变形状态，且形成较大的塑性应变，在最不利情况下甚至被拉断。在图 1b 中给出了当上部钢筋配筋率偏低，即 | Mcr-| > | Mua-|时，截面开裂前后的梁端弯矩 - 转角曲线。

在图 1c 中则给出了当上部钢筋数量足够，但下部钢筋配筋率过低时的类似不利情况。从中可以清楚看出，开裂后截面抗弯能力的陡降以及随后的塑性变形迅速发育和甚至有可能导致的截面失效。鉴于一旦出现这种情况，梁端将在相应方向丧失受弯承载力，无法保证结构在后续动力反应过程中的延性和塑性耗能能力，因此，在抗震设计中应着力防止发生这种情况。具体办法是对正、负弯矩受拉钢筋规定适度的最小配筋率，以使由受拉钢筋形成的截面抗弯能力大于该弯矩作用方向的截面开裂弯矩；或者更准确地说，是保证以较高的概率实现M+ua>M+cr和|M-ua|>|M-cr|。

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θ

曲线 图 1 梁端上、下纵筋配筋率不同情况下的 M -

抗震框架梁纵向受拉钢筋的最小配筋百分率规范的具体取值见1.3。

4 基础最小配筋率的研究

《建筑地基基础设计规范ＧＢ５０００７－２００２》８．２．７ 条 ３ 款规定：基础底板的配筋，应按抗弯计算确定。《 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 ＧＢ５００１０－２００２》９.５.２ 条规定：对卧置于地基板上的混凝土板，板中受拉钢筋的最小配筋率可适当降低，但不应低于0.15％ ；该条的条文说明又说是指“厚板 ”，多少厚度以上的板才能称 “ 厚板 ”规范并没有明确 。根据该取值，设备基础越厚配筋越高。该最小配筋率的取值没有考虑大体积混凝土设备基础的实际情况，按固定的最小配筋率取值势必会导致设备基础底板越厚配筋越大。而实事上由于大体积混凝土设备基础的基础较大，如果不考虑非荷载因素设备和最小配筋率的限制，设备基础配筋将很小；大体积混凝土设备基础中非荷载因素（如混凝土中的温度应力或混凝土的收缩）是不可忽略的，但这此因素对大体积设备基础最小配筋率的影响目还有待进一步研究。

5 总结

在过去很长的一段时间内，我国建筑结构各类混凝土构件受拉钢筋最小配筋率的规定与其他国家相比明显偏低，远未达到受拉混凝土开裂后受拉钢筋不致立即屈服的水平。原规范曾对受拉钢筋最小配筋率作了小幅度提高，但未从根本上改变最小配筋率偏低的状态。02规范的修改适当提高了受弯构件、偏心受拉构件的受拉钢筋最小配筋率。控制受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件的受拉钢筋的最小配筋率时，引入配筋特征值（ft/fy），反应了钢筋的最小配筋率与混凝土强度和钢筋强度的关系。

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对于抗震框架梁受拉钢筋最小配筋率的取值我国规范取最小配筋率与抗震等级有关，也可以说与结构所在地区地震作用大小有关，而且支座和跨中（也就是指上部梁筋与下部梁筋）的最小配筋率取值不同；为了以足够高的概率实现受拉混凝土开裂后受拉钢筋不致立即屈服，有关文献建议用于我国规范的抗震框架梁受拉钢筋最小配筋率如下表：

新规范中对于受弯构件的最小配筋率没有区分梁类构件和板类构件，现浇板混凝土强度等级偏高时，受拉钢筋用量常由最小配筋率控制，与原规范相比，用钢量增大幅度较大。这是有待进一步研究的问题。

参考文献：

[1] 《混凝土结构设计规范》， GBJ50010-2002。

[2] 《建筑地基基础设计规范》， GBJ50007-2002。

[3] 谭周玲，余瑜，傅剑平，白绍良.非抗震梁受拉钢筋最小配筋率取值分析与建议〔J〕.重庆建筑大学学报. 2003，（4）

[4] 余瑜，谭周玲，傅剑平，白绍良.抗震框架梁受拉钢筋最小配筋率的功能和取值〔J〕.重庆建筑大学学报. 2003，（6）

[5] 同济大学，《混凝土结构基本原理》，顾祥林主编，同济大学出版社，20xx年

[6] 黄玲. 非抗震钢筋混凝土受弯构件最小配筋率分析.南昌航空工业学院学报.2005，3

[7] 田宏利. 对钢筋混凝土扩展基础及受弯构件最小配筋率的讨论. 设计与施工.20xx年第9期

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