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混凝土结构是指以混凝土为主要材料制作的结构。它可分为素混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢骨混凝土结构、预应力钢筋混凝土结构和钢管混凝土结构等。
素混凝土结构一般指纯混凝土制作的结构。例如，重力式混凝土坝（图1.1）、重力式混凝土挡土墙（图1.2）、乡村道路（图1.3）和小区道路（图1.4）等一般都是素混凝土结构。
图 1.1 重力式混凝土坝
图 1.2 重力式混凝土挡土墙
图 1.3 乡村道路
图 1.4 小区道路
在混凝土中配有钢筋的结构称为钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构在受力和耐久性方面有很多优点，用途很广。常见高层住宅建筑（图1.5）、悬臂式挡土墙（图1.6）和扶壁式挡土墙（图1.7）、钢筋混凝土飞机跑道（图1.8）、隧道的钢筋混凝土衬砌（图1.9）、钢筋混凝土大坝（图1.10）和钢筋混凝土地铁车站（图1.11）等地下结构都是钢筋混凝土结构。
图 1.5 常见高层住宅建筑
图 1.6 悬臂式挡土墙
图 1.7 扶壁式挡土墙
图 1.8 钢筋混凝土飞机跑道
图 1.9 隧道的钢筋混凝土衬砌
图 1.10 钢筋混凝土大坝
图 1.11 钢筋混凝土地铁车站
在混凝土中配有型钢和钢筋的结构称为钢骨混凝土结构。钢骨混凝土结构具有比普通钢筋混凝土结构更优越的承载性能和抗震性能，其延性、耐久性更好，在超高建筑和建筑转换结构中应用广泛。图1.12为施工中的钢骨混凝土超高建筑结构，图1.13 为施工中的钢骨混凝土柱，图1.14为施工中的钢骨混凝土梁柱节点。
图 1.12 施工中的钢骨混凝土超高建筑结构
图 1.13 施工中的钢骨混凝土柱
图 1.14 施工中的钢骨混凝土梁柱节点
钢管混凝土就是把混凝土灌入钢管中并捣实以加大钢管的强度和刚度。一般来说，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100 以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。钢管混凝土结构具有比普通钢筋混凝土结构承载大、延性好的特点，因此，它具更好的抗震性能，在超高建筑和高架桥墩结构中广泛使用。如总高355.8 m、高达79层的深圳赛格大厦就是钢管混凝土超高建筑结构（图1.15）。图1.16为施工中的钢管混凝土桥墩，图1.17为施工中的钢管混凝土超高建筑结构柱。
图 1.15 钢管混凝土超高建筑结构
图 1.16 施工中的钢管混凝土超高桥墩
图 1.17 施工中的钢管混凝土超高建筑结构柱
在结构构件受外力荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。以预应力混凝土制成的结构，因以张拉钢筋的方法来达到预压应力，所以也称预应力钢筋混凝土结构。预应力可以提高混凝土结构的刚度和抗裂度，一般在大跨结构中使用较为广泛。常见的预应力混凝土结构有预应力混凝土楼板（图1.18）和大跨预应力混凝土屋盖（图1.19），大多数高铁和高速公路桥梁都是预应力混凝土结构（图1.20、图1.21）。
图1.18 预应力混凝土楼板
图 1.19 大跨预应力混凝土屋盖
图 1.20 高速铁路大跨预应力桥梁
图 1.21 高速公路大跨预应力桥梁
混凝土是应用很广的一种土木工程材料。由建筑材料课程学习得知，混凝土结硬后如同石料，可以认为是一种人造石材。它具有和石料相同的特点，其抗压强度很高，而抗拉强度却很低。这就决定了素混凝土和天然石材一样，只适用于以受压为主的构件［图1.22（a）］，对于受拉构件、受弯构件、受扭构件和偏心受压构件，由于拉应力的存在，则在荷载很小的情况下，由于受拉区断裂而破坏，如图1.22（b）所示的素混凝土梁。如果在受拉区沿拉应力方向配置钢筋，形成钢筋混凝土构件，构件受力就会显示出另一种新的受力情况。
与混凝土材料不同的是，钢筋的抗拉强度很高，而抗压受到截面尺寸的限制容易失稳。为了充分利用这两种材料的特点，将混凝土和钢筋这两种材料结合在一起，让钢筋主要承受拉力，而让混凝土主要承受压力，如图1.22（c）所示的钢筋混凝土梁。另外，钢筋的抗压强度也很高，在混凝土中由于克服了稳定性问题，故在受压区中也能发挥很好的作用，如钢筋混凝土柱中的钢筋则能承受较大的压力。
当混凝土受拉区配置了适量的钢筋，一旦受拉区混凝土开裂，裂缝截面处的受拉混凝土虽然不能继续承受拉力，但是此力可由受拉钢筋来承受［图1.22（c）］，因此，钢筋混凝梁不会像素混凝土梁那样发生脆性破坏。而且，在受拉区混凝土开裂还可以继续增加荷载直至钢筋应力达到屈服强度，并使受压区混凝土的抗压强度也得到充分利用，这样会使梁的承载能力大大提高。由此可见，将这两种性能极不相同的材料结合在一起共同工作，使其发挥各自抗拉、抗压强度的特长将会使梁具有较高的承载能力和较好的经济效益。但是这两种不同性质材料能否共同工作成为人们关心的问题，实践证明这两种材料是能够有效结合在一起共同工作的，它们能够结合在一起共同工作的基础主要基于以下两点：
图 1.22 素混凝土梁和钢筋混凝土梁的受力破坏情况
①钢筋和混凝土两种材料的线膨胀系数相近。钢材为1.2×10 -5 ，混凝土为1.0×10 -5 ～1.5×10 -5 。当温度变化时，两种材料不会产生较大的相对变形而是两种材料之间的黏结应力受到破坏。
②钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土之间存在黏结力，由于黏结力的存在使二者结为整体，在荷载的作用下能共同工作，协调变形。
钢筋混凝土结构除具有良好的共同工作性能外，其主要优点如下：
钢筋混凝土结构合理的利用了钢筋和混凝土两种不同材料的受力性能，使混凝土和钢筋的强度得到了充分的发挥，特别是现代预应力混凝土应用以后，在更大的范围内取代钢结构，降低了工程造价。
与钢结构相比钢筋混凝土结构有较好的耐久性，它不需要经常的保养与维护。在钢筋混凝土结构中，钢筋被混凝土包裹而不致锈蚀，另外混凝土的强度还会随时间增长而略有提高，故钢筋混凝土有较好的耐久性。对于在有侵蚀介质存在的环境中工作的钢筋混凝土结构，可根据侵蚀的性质合理的选用不同品种的水泥，可达到提高耐久性的目的，一般火山灰水泥和矿渣水泥抗硫酸盐侵蚀的能力很强，可在有硫酸盐腐蚀的环境中使用，另外矿渣水泥抗碱腐蚀的能力也很强，则可用于碱腐蚀的环境中。
相对钢结构和木结构而言，钢筋混凝土结构具有较好的耐火性。在钢筋混凝土结构中，由于钢筋包裹在混凝土里面而受到保护，火灾时钢筋不至于很快达到流塑状态使结构整体破坏。
相对砌体结构而言，钢筋混凝土结构具有较好的整体性，适用于抗震、抗暴结构。另外，钢筋混凝土结构刚性较好，则受力后变形小。
混凝土所用的砂、石料可就地取材。另外，还可以将工业废料如矿渣、粉煤灰用于混凝土当中。
可根据建筑、结构等方面的要求将钢筋混凝土结构浇筑成各种形状和尺寸。
由于钢筋混凝土结构具有许多优点，现在世界各地成为建筑、道路桥梁、机场、码头和核电站等工程中应用最广的工程材料。
钢筋混凝土结构除了具有以上优点外，还存在以下主要缺点：
混凝土和钢筋混凝土结构的重力密度一般为23 kN/m 3 和25 kN/m 3 ，由于钢筋混凝土结构截面尺寸大，因此对大跨度结构、高层抗震结构都是不利的。应发展高强高性能混凝土、预应力混凝土以减小钢筋混凝土结构截面尺寸，采用轻骨料混凝土以减轻结构自重。
混凝土抗拉强度很低，一般构件都有拉应力存在，配置钢筋以后虽然可以提高构件的承载力，但抗裂能力提高很少，因此，在使用阶段构件一般是带裂缝工作的，这对构件的刚度和耐久性都带来不利的影响。施加预应力可改善此缺点。
现浇的钢筋混凝土结构费工时较多，且施工受季节气候条件的限制。模板耗费量大，若采用木模，则耗费大量的木材。目前大多采用工具式钢模，效果较好。
由于钢筋混凝土结构具有许多优点，虽然有一些缺点，但可以通过扬长避短的方法克服缺点。因此，钢筋混凝土结构在世界各地工程建设中得到大量使用，并成为各国基础设施建设的主导结构。本门课程将主要研究钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土。
1824年亚斯普丁发明了波特兰水泥，此后大约在19 世纪50 年代，钢筋混凝土开始被用来建造各种简单的楼板、柱、基础等。随着生产的需要，促进了人们对钢筋混凝土性能的实验，开展计算理论的探讨和施工方法的改进，进入20世纪以后，钢筋混凝土结构有了较快的发展，许多国家陆续建造了一些建筑、桥梁、码头和堤坝。20 世纪30 年代，钢筋混凝土开始应用于空间结构，如薄壳、折板，期间预应力混凝土结构也得到了广泛的研究与应用。
混凝土结构在19世纪初期开始得到应用，它与石、砖、木、钢结构相比是相当年轻的，但是在这短短的100多年中，作为一种土木工程材料，在土木工程各个领域取得了飞速的发展和广泛的应用。到1910年，德国混凝土委员会、奥地利混凝土委员会、美国混凝土学会、英国混凝土学会等相继建立，从而促进了混凝土理论和应用的明显进步。到1920年就已先后建造了许多混凝土建筑物、桥梁和液体容器，开始进入了直线形和圆形预应力钢筋混凝土结构的新时代。
从计算理论上看，最初混凝土结构的内力计算和截面承载力设计都是按照弹性方法进行的。到了20世纪30年代，截面设计方法由弹性计算法改进为按破损阶段计算法。20世纪50年代，随着对钢筋混凝土的进一步研究和生产经验的积累，以及将数理统计方法用于结构设计中，于是出现了极限状态设计法。
自从1824年波特兰水泥问世，19世纪80年代美国人杰克逊应用预应力混凝土制作建筑配件，后又制作楼板，初步奠定钢筋混凝土在建筑工程中的应用基础。1903年，美国在辛辛那提建成了世界第一幢混凝土结构高层建筑——英格尔大楼（Ingalls Building），第一次世界大战期间（1914—1918年）混凝土结构多用在多层建筑基础和楼板中。第二次世界大战以后，重建城市的任务十分繁重，必须加快建设速度，于是加快了钢筋混凝土结构工业化施工方法的发展，工厂生产的预制构也得到了较广泛的应用，由于混凝土和钢筋材料强度不断提高，钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的应用范围也在不断向大跨和高层发展。目前，钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构已应用到土木工程的各个领域，成了一种主要的土木工程结构。第二次世界大战以后，由于世界钢材短缺，混凝土结构才得到了大规模的发展。20世纪50年代混凝土建筑最高修建到20层，1958年即修建到38层，1962年达到50层，1968年又达到70层（美国芝加哥的湖岬大厦），这时混凝土结构进入快速发展时期，从这个时期开始混凝土结构在土木工程的各个领域开始大量使用，大量的混凝土多高层建筑、各式混凝土结构桥梁隧道、大坝出现在世界各地。另外，德国修建的预应力轻骨料混凝土飞机库屋盖结构跨度达90 m；日本浜名大桥，采用预应力混凝土箱形截面桥梁跨度超过240 m；俄罗斯和加拿大分别建成了533 m及549 m高的预应力混凝土电视塔。所有这些都显示了近代钢筋混凝土结构设计和施工水平日新月异的迅速发展。
钢筋和混凝土均向高强度发展。工程上已大量使用了C80～C100强度等级的混凝土，而试验室配置出的最高强度已达266 N/mm 2 。国外预应力钢筋趋向于采用高强度、大直径、低松弛钢材。如热轧钢筋的屈服强度达到600～900 N/mm 2 。为了减轻自重，各国都在发展各种轻质混凝土，如加气混凝土、陶粒混凝土等，其重力密度一般为14～18 kN/m 3 ，强度可达50 N／mm 2 。为了改善混凝土的工作性能，国内外正在研究和应用在混凝土中加入掺合料以满足各种工程的特定要求，如纤维混凝土、聚合物混凝土等。在工程实践方面，国外在建筑工业化方面发展较快，已从一般的构件标准设计向工业化建筑体系发展。推广梁板合一、墙柱合一的结构，如盒子结构体系、大型壁板体系等。工程应用上，目前，美国芝加哥水塔广场大厦是世界上混凝土最高建筑，76层、总高262 m；我国广州国际大厦是目前普通混凝土最高建筑，62层（地下2层），总高197.2 m；休斯敦贝壳广场大厦是轻骨料混凝土世界最高建筑，52 层，总高215 m。
我国从1889年才开始有了水泥工业，1908年在上海建造的电话公司大楼是中国最早的钢筋混凝土框架结构。从20世纪初到新中国成立前，我国的混凝土结构发展速度慢，使用量少。1949年新中国成立后，混凝土结构才在建筑工程和土木工程中得到广泛应用，特别是从20世纪80年代以后，混凝土结构进入黄金发展期，到目前，我国成为世界上水泥产量、混凝土用量最多的国家；在我国出现了世界上数量最多的钢筋混凝土高层建筑，数量最多、长度最长的混凝土桥梁，数量巨大的混凝土码头、隧道和大坝；由于混凝土结构使用量的快速增加，也促进了混凝土结构计算理论、实验技术和施工技术的快速发展。
我国在20世纪50年代初期，钢筋混凝土的计算理论由按弹性方法的允许应力的计算法过渡到考虑材料塑性的按破损阶段设计法。随着科学研究的深入和经验的积累，于1966年颁布了按多系数极限状态计算的设计规范。1970年起又提出了单一安全系数极限状态设计法，1991年我国又颁布了近似全概率的可靠度极限状态设计法，此后国家规范经过了几次修改，“5.12”汶川地震，混凝土结构经受了强烈地震的考验，大量按照国家不断修改的最新规范设计混凝土结构在超过设计地震作用的情况下没有倒塌，甚至破坏轻微。说明，我国混凝土结构设计理论和设计方法是基本正确可行的，但是，在地震中也发现了一些设计方法和构造设计不合理的地方；另外，随着技术发展，混凝土材料强度、钢筋质量和强度都有很大的发展和提高，随着经济发展，人们对混凝土结构设计的可靠度提出了更高的要求，近年来，在高强高性能方面和混凝土耐久性方面取得了很大的进展，使混凝土结构设计理论和方法又上了一个新的台阶。
从材料方面，我国在工程上已大量使用了C80～C100 强度等级的混凝土，而试验室配置出了更高强度混凝土。预应力钢筋趋向于采用高强度、大直径、低松弛钢材1860 N/mm 2 。热轧钢筋全面使用设计强度达到400～500 N/mm 2 。为了改善混凝土的工作性能，国内正在研究和应用在混凝土中加入掺合料以满足各种工程的特定要求，如纤维混凝土、聚合物混凝土等。