建筑结构0-8章全套电子教案（449页）

1,0 绪论1 建筑结构计算基本原则2 建筑结构材料3 钢筋混凝土受弯构件4 钢筋混凝土纵向受力构件5 钢筋混凝土受扭构件6 预应力混凝土构件7 钢筋混凝土楼屋盖8 多高层钢筋混凝土房屋,建筑结构Building Structure,2,绪论,0.1建筑结构的概念,建筑中由若干构件连接而成的能承受作用的平面或空间体系称为建筑结构， 是建筑物的承重骨架。,作用可分为直接作用和间接作用,直接作用即习惯上所说的荷载，是指施加在结构上的集中力或分布力系，如结构自重、家具及人群荷载、风荷载等。间接作用是指引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、基础沉降、温度变化等。,3,0.1建筑结构的概念,绪论,建筑结构由水平构件、竖向构件和基础组成。,水平构件包括梁、板等，用以承受竖向荷载；竖向构件包括柱、墙等，其作用是支承水平构件或承受水平荷载；基础的作用是将建筑物承受的荷载传至地基。,4,0.1建筑结构的概念,按材料的不同分为：,绪论,Concrete Structure,Block Structure,Timber Structure,Steel Structure,混凝土结构砌体结构钢结构木结构混合结构,Composite Structure,5,0.1建筑结构的概念,绪论,1.混凝土结构包括：,钢筋混凝土结构预应力结构素混凝土结构,Reinforced Concrete Structure,Prestressed Concrete Structure,Plain Concrete Structure,6,6,为什么在混凝土中加入钢筋？,混凝土(Concrete): 抗压强度高，抗拉强度低钢筋(Steel)：抗拉性能优良，抗压强度高,破坏特征：一裂即断，脆性， 破坏无预兆。破坏特征：裂不等于坏，破 坏有一定的预兆。,素混凝土梁,钢筋混凝土梁：受拉区配220钢筋,F=13.4KN 截面开裂并破坏,Fcr=15 KN 截面开裂;,钢筋混凝土梁与素混凝土梁的破坏情况对比梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。,7,0.1建筑结构的概念,绪论,钢筋混凝土结构优点：,（1）就地取材（2）耐久性好（3）整体性好（4）可模性好（5）耐火性好,钢筋混凝土结构缺点：,自重大 抗裂性能差 模板用量大 工期长,克服缺点的方法： 采用轻质、高强的混凝土，可克服自重大的缺点； 采用预应力混凝土，可克服容易开裂的缺点； 掺入纤维做成纤维混凝土可克服混凝土的脆性； 采用预制构件，可减小模板用量，缩短工期。,混凝土外加剂聚丙烯抗裂防渗纤维,高强度混凝土用钢纤维,8,0.1建筑结构的概念,绪论,1、良好的粘结力2、温度线膨胀系数接近3、足够的保护层厚度,钢筋与混凝土共同工作的原因：,钢筋混凝土保护层塑料垫块,9,0.1建筑结构的概念,一是混凝土结硬时体积收缩，将钢筋紧紧握住而产生的摩擦力；二是由于钢筋表面凹凸不平而产生的机械咬合力；三是混凝土与钢筋接触表面间的胶结力。其中机械咬合力约占50%；,绪论,粘结作用由三部分组成：,热轧带肋钢筋与混凝土间的粘结作用主要依靠机械咬合力,10,绪论,0.1建筑结构的概念,2.砌体结构,由块体（砖、石材、砌块）和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构称为砌体结构，包括：砖砌体结构石砌体结构砌块砌体结构,11,11,绪论,0.1建筑结构的概念,2.砌体结构,12,12,绪论,0.1建筑结构的概念,2.砌体结构,13,13,绪论,0.1建筑结构的概念,2.砌体结构,主要优点：取材方便，造价低廉；具有良好的耐火性及耐久性；具有良好的保温、隔热、隔声性能，节能效果好；施工简单，技术容易掌握和普及，也不需要特殊的设备。主要缺点：自重大，强度低，整体性差，砌筑劳动强度大。,14,14,以钢结构作为主要承载体系构件的工程结构称为钢结构。重型工业厂房、大跨结构、高层、高耸钢屋架、海洋钻井平台。,绪论,0.1建筑结构的概念,3.钢结构,主要优点：1）材料强度高，自重轻，塑性和韧性好，材质均匀（相对于混凝土）；2）便于工厂生产和机械化施工，便于拆卸，施工工期短；3）具有优越的抗震性能；4）无污染、可再生、节能、安全，符合建筑可持续发展的原则。,15,15,屋盖结构体系,绪论,0.1建筑结构的概念,3.钢结构,16,绪论,0.1建筑结构的概念,3.钢结构,17,17,绪论,0.1建筑结构的概念,3.钢结构,主要缺点： 易腐蚀，需经常油漆维护，故维护费用较高。钢结构的耐火性较差，当温度达到250时，钢结构的材质将会发生较大变化；当温度达到500时，结构会瞬间崩溃，完全丧失承载能力。,钢结构最怕火灾，超过800度高温，钢材会突然失去支撑强度.,18,18,绪论,0.1建筑结构的概念,3.钢结构,19,19,特点：使用寿命长施工简便，工期短冬暖夏凉抗震，自重轻,绪论,0.1建筑结构的概念,4.木结构,指全部或大部分用木材制作的结构。,20,20,绪论,0.1建筑结构的概念,4.木结构,宁 波 保 国 寺,21,21,绪论,0.1建筑结构的概念,5.混合结构,由两种及两种以上材料为主支座的结构称为混合结构。砖混结构：以砖砌体构件为竖向承重构件、钢筋混凝土构件为水平承重构件的结构体系。钢混凝土混合结构：由钢框架或劲性钢筋混凝土框架与钢筋混凝土筒体所组成的共同承受竖向和水平作用的结构。钢混凝土混合结构兼具钢结构与钢筋混凝土结构两者的优点。,22,绪论,0.1建筑结构的概念,5.混合结构,钢混凝土混合结构,上海金茂大厦,23,上海环球金融中心,绪论,据称，在大楼的第一百层，也就是距地面472米处设计了一个长度约为55米的观光天阁，这里将建成世界最高的观光厅。大楼的第94层处还将建设一个面积为七百平方米、室内净高8米的观光大厅。以上海的都市全景为背景，观光天阁和观光大厅将成为沪上新的观光景点。,2005年10月17日，中国内地第一高楼上海环球金融中心全面开工建设。工程将于2007年年中封顶，2008年初竣工，届时它将成为中国内地第一 、世界第二高楼。大楼位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区，总高492米，比目前的“中华第一高楼”金茂大厦高出70多米。2008年竣工后，它将成为上海建设国际金融中心的又一地标。,环球金融中心由日本森大厦株式会社联合日本、美国等四十多家企业投资兴建。据悉，整幢大楼总建筑面积达三十八万一千六百平方米，地上101层，地下3层。建筑内部以办公房为主，集六星级宾馆、商业设施、美术馆、城市俱乐部、停车场等设施于一体，内部结构尤如一个小镇。,0.1建筑结构的概念,24,0.2建筑结构的发展与应用状况,绪论,混凝土历史发展简况,混凝土结构最早应用于欧洲，仅有170年历史。,1824年，英国泥瓦工JosephAspadin发明了水泥；,1850年，法国人Lambot用制造了钢筋水泥船，开始出现钢筋混凝土制品；,1867年，法国人Manier获得生产配筋混凝土构件的专利；,1928年，法国人佛列新涅，采用高强钢丝，并发明预应力锚具，预应力混凝土开始运用于工程。,25,0.2 建筑结构的发展与应用状况,绪论,材料的发展趋势：,1、混凝土结构材料向轻、强、新、复发展；,2、高强钢筋快速发展；,3、砌体材料向轻、强发展；,4、钢结构材料向高效能方向发展。,1、大跨结构向空间钢网架、悬索结构、薄壳结构方向发展；,2、组合结构发展很快；（劲性钢筋混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土、 外钢框架-内核心筒等）,3、高层砌体结构已开始应用。（砖墙-核心筒、预应力砌体等）,结构的发展趋势：,26,0.2建筑结构的发展与应用状况,绪论,2005年11月15日，“鸟巢”工程混凝土主体结构提前封顶。 该工程总建筑面积25.8万平方米，地上高度69.21米，整个建筑造型呈椭圆的马鞍形。此次完工的混凝土结构主体分地下一层，地上七层，三层碗状斜看台可容纳观众9.1万人。“鸟巢”设计用钢量4.2万吨，是目前国内外体育场馆中用钢量最多、规模最大、施工难度最大、拥有多项世界顶级施工技术难题的大型钢结构工程。该工程设计使用年限为100年。 该工程总承包方北京城建集团表示，混凝土结构封顶后，“鸟巢”工程进入难度最大的大型钢结构和土建二次结构施工。整个钢结构施工计划于2006年11月完成。,北京奥运主体育场“鸟巢”工程在建设中,27,0.2建筑结构的发展与应用状况,绪论,北京奥运主体育场“鸟巢”,28,28,国家大剧院介绍,工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。,绪论,0.2建筑结构的发展与应用状况,29,0.3本课程的内容、学习目标及学习要求,绪论,建筑结构是一门综合性较强的应用科学，其发展涉及到数学、力学、材料及施工技术等科学。建筑结构按内容的性质可分为结构基本构件和结构设计两大部份。根据受力与变形特点不同，结构基本构件可归纳为受弯构件、受拉构件、受压构件和受扭构件。本课程包括混凝土结构、砌体结构、钢结构、建筑结构抗震基本知识等内容。,30,课程性质：建筑工程技术专业的主干专业基础课 课程任务： 1.为后续课程建筑施工、施工项目管理、建筑地基与基础、建筑工程计量与计价等奠定基础； 2. 为将来的职业工作建筑施工技术与管理奠定结构方面的知识和能力。,0.3本课程的内容、学习目标及学习要求,绪论,31,课程目标 知识目标： 掌握建筑结构常用材料的种类和材性；掌握建筑结构及结构构件的构造知识，包括抗震构造知识；掌握一般建筑结构构件（或连接）的设计方法；掌握现浇钢筋砼肋形楼盖和多层砌体结构的设计方法。 能力目标： 具有进行一般建筑结构构件（受弯、轴向受压构件）截面设计与承载力复核的能力；具有一般多层砌体结构设计的能力；具有分析和处理实际施工过程中遇到的一般结构问题的能力；具有正确识读建筑结构施工图的能力。,0.3本课程的内容、学习目标及学习要求,绪论,32,32,建筑设计,结构设计,0.3本课程的内容,绪论,33,点击返回,建筑结构Building Structure,思考题:0.1 什么是建筑结构？按照所用材料的不同，建筑结构可以分为哪几类？各有何特点？0.2 什么是建筑结构上的作用？“作用”与“荷载”的关系式什么？,0 绪论1 建筑结构计算基本原则2 建筑结构材料3 钢筋混凝土受弯构件4 钢筋混凝土纵向受力构件5 钢筋混凝土受扭构件6 预应力混凝土构件7 钢筋混凝土楼屋盖,建筑结构Building Structure,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,1.永久荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等。,2.可变荷载可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。,3.偶然荷载 在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆炸力、撞击力等。,1.1.1 荷载分类,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,荷载代表值,1.1.2 荷载代表值,定义：结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。,定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值,它是荷载的基本代表值。设计基准期为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。,1. 荷载标准值,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,常用材料单位体积的自重（单位kN/m3）混凝土2224，钢筋混凝土2425，水泥砂浆20，石灰砂浆、混合砂浆17，普通砖18，普通砖（机器制）19，浆砌普通砖砌体18，浆砌机砖砌体19。,1. 荷载标准值,（1）永久荷载标准值,按构件尺寸和构件单位体积自重的标准值来确定。,1.1.2 荷载代表值,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,（2）可变荷载标准值（民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,（2）可变荷载标准值（民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,注：本表所列各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载大时，应按实际情况采用。本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。,（2）可变荷载标准值（民用楼面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,注：不上人的屋面，当使用荷载大时，应按实际情况采用。 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用； 对于因屋面排水不畅、堵塞等引起积水荷载，应采取构造措施 加以防 止，必要时应按积水的可能深度确定屋面活荷载。屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。,（2）可变荷载标准值（民用屋面均布活荷载标准值按下表采用）,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,2. 可变荷载准永久值,在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。可变荷载准永久值可表示为qk ，其中k为可变荷载标准值，q为可变荷载准永久值系数。q值见前表。,3. 可变荷载组合值,两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。 可变荷载组合值可表示为ck 。其中c 为可变荷载组合值系数，其值按前表查取。,1.1 荷载分类及荷载代表值,第一章 建筑结构计算基本原则,4. 可变荷载频遇值,对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值（总的持续时间不低于50年），称为可变荷载频遇值。可变荷载频遇值可表示为fk。其中f为可变荷载频遇值系数，其值按前表查取。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,（1）结构的安全等级建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001（以下简称统一标准）规定，建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。,1.2.1 极限状态,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,（2）设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,（3）结构的功能要求,能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。,在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。,在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。,安全性适用性耐久性,例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。,例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。,即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,结构的安全性、适用性和耐久性是结构可靠的标志，总称为结构的可靠性。,结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。,结构可靠性的定义是，结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的能力。,注意1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一标准以结构的设计 使用年限为计算结构可靠度的时间基准。注意2：当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报 废，但其可靠度将逐渐降低。,（3）结构的功能要求,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,2. 结构功能的极限状态,（1）承载能力极限状态,针对安全性如：整个结构或结构的一部分作为刚体失 去稳定； 结构构件或连接因材料强度不够而坏； 结构转变为机动体系； 结构或结构构件丧失稳定等。,定义：整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。结构极限状态分为以下两类：,结构超过承载能力极限状态的示例,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,2. 结构功能的极限状态,（2）正常使用极限状态,针对适用性和耐久性如：出现影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性的局部损坏； 影响正常使用的振动。,工程设计时，一般先按承载力极限状态设计结构构件，再按正常使用极限状态验算。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,结构的功能函数,（1）作用效应 S,作用（荷载）对结构产生的各种效应，如弯矩、剪力、轴力、变形、裂缝等 M V N f w,结构构件抵抗各种作用效应的能力。如抗弯、抗剪、抗压、抗拉、抗扭承载力以及抗变形、抗裂缝的能力。,（2）结构抗力 R,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,结构的功能函数,当0 即 RS 时，结构处于可靠状态；当0 即 RS 时，结构处于失效状态；当= 0 即 R =S 时，结构处于极限状态。,关系式(S，R)RS0 称为极限状态方程。,1.2.2 实用设计表达式（1）实用表达式：SR R结构构件的承载力设计值，即抗力设计值 S荷载效应基本组合或偶然组合的设计值（2）荷载效应基本组合设计值 S 对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值确定。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,：结构构件的重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件，不应小于0.9；在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。,1）由可变荷载效应控制的组合,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,(1.2.3),G ：永久荷载分项系数，按表1.2.3 采用； SGk ：永久荷载标准值Gk 计算的荷载效应值；Qi ：第i个可变荷载的分项系数；按表1.2.3 采用； SQik ：按可变荷载标准值Qi计算的荷载效应值;ci ：可变荷载Qi的组合值系数，民用建筑楼面均布活 荷载、屋面均布活荷载的组合值系数；,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,(1.2.3),返回,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,应用（1.2.3）、式（1.2.4）时应注意以下问题：当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。,2）由永久荷载效应控制的组合,(1.2.4),第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,混凝土结构和砌体结构设计采用内力表达式。此时，式（1.2.3）、式（1.2.4）实质上就是永久荷载和可变荷载同时作用时，在结构上产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）的组合，其目标是求出结构可能的最大内力。例如跨度为l0的简支梁，在跨中集中荷载F 作用下的跨中最大弯矩M=Fl0/4 ，在均布荷载q 作用下的跨中最大弯矩 M = ql02/8。这也就是式中的计算方法。,钢结构设计采用应力表达，式（1.2.3）、式（1.2.4）实质上就是永久荷载和可变荷载同时作用时，在构件截面上产生的最大应力。,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,第一章 建筑结构计算基本原则,当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。,【例1.2.1】 某办公楼钢筋混凝土矩形截面简支梁，安全等级为二级，截面尺寸bh = 200mm400mm，计算跨度 ln= 5m，净跨度 l0 =4.86m。承受均布线荷载：活荷载标准值7kN/m，恒荷载标准值10kN/m（不包括自重）。试计算按承载能力极限状态设计时的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,【解】由表1.1.1查得活荷载组合值系数=0.7。安全等级为二级，则结构重要性系数=1.0。 钢筋混凝土的重度标准值为25kN/m3，故梁自重标准值为250.20.4=2 kN/m。 总恒荷载标准值gk=10+2=12kN/m 恒载产生的跨中弯矩标准值和支座边缘截面剪力标准值分别为： Mgk = gkl02/8 = 1252 /8=37.5kNm Vgk=gkln/2= 124.86/2=29.16 kN,活荷载产生的跨中弯矩标准值和支座边缘截面剪力标准值分别为： Mqk = qkl 02/8 =752 /8=21.875kNm Vgk=qkln/2 = 7 4.86/2 =17.01 kN,本例只有一个活荷载，即为第一可变荷载。故计算由活载弯矩控制的跨中弯矩设计值时，G=1.2，Q=Q1=1.4。由式（1.2.3）得由活荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为：0(GMgk+ Q1Mq1k) = 0(GMgk+ QMqk) =1.0(1.237.5+1.421.875)=75.625 kNm0(GVgk+ Q1Vq1k) = 0(GVgk+ QVqk) =1.0(1.229.16+1.417.01)=75.625 kNm,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,取较大值得跨中弯矩设计值M = 75.625kNm，支座边缘截面剪力设计值V=58.806 kN,计算由恒载弯矩控制的跨中弯矩设计值时，G=1.35，Q =1.4，c =0.7。由式（1.2.4）得由恒载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为： 0(GMgk+ c QMqk) =1.0(1.3537.5+0.71.421.875）=72.063 kNm 0(GVgk+ c QVqk) =1.0（1.3529.16+0.71.417.01）=56.036 kN,一般排架、框架结构的简化表达式对于一般排架、框架结构，可不区分第一可变荷载和第i个可变荷载，并采用相同的组合值系数，其荷载效应组合设计值取由可变荷载效应控制和由永久荷载效应控制的组合值中的最不利值。由可变荷载效应控制的组合按下式计算：,（1.2.5）,由永久荷载效应控制的组合仍按式（1.2.4）采用。,(1.2.6),第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载效应的标准组合、频遇组合或准永久组合，按下列设计表达式进行设计： SC (1.2.7)式中S变形、裂缝等荷载效应的设计值； C结构构件达到正常使用要求所规定的限值，如变形、裂缝宽度等。 混凝土结构的正常使用极限状态主要是验算构件的变形、抗裂度或裂缝宽度，使其不超过相应的规定限值； 钢结构通过构件的变形（刚度）验算保证； 砌体结构一般情况下不做验算，由相应的构造措施保证。,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,2.按正常使用极限状态设计的实用表达式,（1）实用表达式,1）对于标准组合，其荷载效应组合的表达式为,(1.2.8),2) 对于频遇组合，其荷载效应组合的表达式为,(1.2.9),可变荷载 Q1 的频遇系数,可变荷载 Q1 的准永久值系数,（2）荷载效应组合设计值,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,3）对于准永久组合，荷载效应组合的表达式为,（2）荷载效应组合设计值,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 建筑结构概率极限状态设计法,(1.2.10),注意：与承载能力极限状态设计相同，对式（1.2.8）式（1.2.10），混凝土结构采用内力表达，而钢结构采用应力表达。,第一章 建筑结构计算基本原则,1.2 什么是荷载代表值？永久荷载、可变荷载的代表值分别是什么？1.4 建筑结构应满足哪些功能要求？其中最重要的一项是什么？1.6 什么是结构功能的极限状态？承载能力极限状态和正常使用极限状态的含义分别是什么？1.7 试用结构功能函数描述结构所处的状态。,习 题1.1 某住宅楼面梁，由恒载标准值引起的弯矩Mgk=45kNm，由楼面活荷载标准值引起的弯矩Mqk =25kNm，活荷载组合值系数c=0.7，结构安全等级为二级。试求按承载能力极限状态设计时梁的最大弯矩设计值M。1.2 某钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸bh=200mm500mm，计算跨度l0=4m，梁上作用恒载标准值(不含自重)14kN/m，活荷载标准值9kN/m，活荷载组合值系数c=0.7，梁的安全等级为二级。试计算按承载能力极限状态设计时的跨中弯矩设计值。,思考题:,点击返回,钢筋混凝土结构Bulding Structure,0 绪论1 建筑结构计算基本原则2 建筑结构材料3 钢筋混凝土受弯构件4 钢筋混凝土纵向受力构件5 钢筋混凝土受扭构件6 预应力混凝土构件7 钢筋混凝土楼屋盖8 多高层钢筋混凝土房屋,建筑结构Building Structure,2.1建筑钢材,第二章 建筑结构材料,用于混凝土结构的钢筋，应具有较高的强度和良好的塑性，便于加工和焊接，并应与混凝土间具有足够粘接力。特别是用于预应力混凝土结构的预应力钢筋应具有很高的强度，只有如此，才能建立起较高的张拉力，从而获得较好的预压效果。,2.1.1 建筑钢材的品种和规格,1.混凝土结构用钢筋,钢筋的种类,钢筋按加工方法不同分类：热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋、冷轧钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋）、冷拔低碳、消除应力钢丝、钢绞线,钢筋按在结构中是否施加预应力分类：普通钢筋、预应力钢筋,热轧钢筋由低碳钢或低合金钢热轧而成,（1）普通钢筋 普通钢筋指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。 用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为HPB235、 HRB335、HRB400和RRB400四个 级别。 混凝土规范规定，普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋。,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.1.1 建筑钢材的品种和规格,HPBHot rolled Plain Steel Bars热轧光圆钢筋；HRBHot rolled Ribbed Steel Bars热轧带肋钢筋；RRBRemained heat treatment Ribbed Steel Bars余热处理带肋钢筋。,HPB235级钢筋：光圆钢筋，公称直径范围为820mm，推荐直径为8、10、12、16、20mm。实际工程中只用作板、基础和荷载不大的梁、柱的受力主筋、箍筋以及其他构造钢筋。,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.1.1 建筑钢材的品种和规格,HRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围和推荐直径同HRB335钢筋。是混凝土结构的主导钢筋，实际工程中主要用作结构构件中的受力主筋。,HRB335级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为650mm，推荐直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm。是混凝土结构的辅助钢筋，实际工程中也主要用作结构构件中的受力主筋。,RRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为840mm，推荐直径为8、10、12、16、20、25、32和40mm。强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均较差，其应用受到一定限制。,2.1建筑钢材,第二章 建筑结构材料,外形分为：光圆钢筋和带肋钢筋（人字纹、螺旋纹、月牙纹）供货形式分为：盘圆和条状供货,低碳钢热轧圆盘条,低合金钢热轧带肋钢筋,HRB400主导钢筋；HRB335辅助钢筋；HPB235一般不推荐使用；RRB400强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均较差，应用受限。,2.1建筑钢材,第二章 建筑结构材料,预应力钢筋优先采用钢绞线和钢丝，也可采用热处理钢筋。,（2） 预应力钢筋,钢绞线：由多根高强钢丝绞织在一起而形成的，有3股和7股两种， 多用于后张法大型构件。 预应力钢丝：主要是消除应力钢丝，其外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三种。 热处理钢筋：包括40Si2Mn、48Si2Mn及45Si2Cr几种牌号，它们都以盘条形式供应，无需焊接、冷拉，施工方便。,2.1建筑钢材,第二章 建筑结构材料,预应力钢丝外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三种。,三面刻痕钢丝外形图,预应力螺旋肋钢丝外形图,（2） 预应力钢筋,（1）钢种和钢号 建筑工程常用碳素结构钢和低合金高强度结构钢 1）碳素结构钢 碳素结构钢的牌号： 碳素结构钢牌号举例：Q235A,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材,2）低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢的牌号：,注：低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢， C、D、E级属于特殊镇静钢。,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材,钢结构规范规定，承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢。,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材,对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。,承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。,对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。,（2）品种及规格 1）热轧钢板 薄板：厚度为0.354 mm，宽0.51.5m，长0.54m。 薄钢板是冷弯薄壁型钢的原料 厚板：厚度为4.560 mm，宽0.73m，长412m。 广泛用来组成焊接构件和连接钢板。 扁钢：厚度为460mm，宽度为30200mm，长39m。,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材,钢板用符号“-”后加“厚宽长（单位为mm）”的方法表示，如-128002100。,2）热轧型钢, 角钢：有等边和不等边两种。 等边角钢：“L”后加“边宽厚度”（单位为mm），如L10010。 不等边角钢：“L”后加“长边宽短边宽厚度”，如L100808。, 槽钢：热轧普通槽钢与热轧轻型槽钢。 普通槽钢：“”后加截面高度（单位为cm），并以a、b、c区分同一截面高度中的不同腹板厚度，30a。 轻型槽钢：“Q”后加截面高度（单位为cm）,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材,2）热轧型钢,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材, 工字钢：分普通工字钢和轻型工字钢。 普通工字钢：“I”后加截面高度（单位为cm。20号以上的工字钢，同一截面高度有3种腹板厚度，以a、b、c区分 （其中a类腹板最薄），如I30b。 轻型工字钢：“QI”后加截面高度（单位为cm），如Q I 25。, H型钢 热轧H型钢分为宽翼缘H型钢、中翼缘H型钢和窄翼缘H型钢三类，此外还有H型钢柱，其代号分别为HW、HM、HN、HP。 表示方法：代号后加“高度宽度腹板厚度翼缘厚度”(单位为mm)， 如HW340250914。,2）热轧型钢,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材, 剖分T型钢 代号与H型钢相对应，采用TW、TM、TN分别表示宽翼缘T型钢、中翼缘T型钢和窄翼缘T型钢，其表示方法亦与H型钢相同，TN22520012。 钢管：分为无缝钢管和焊接钢管。 表示方法：“”后加“外径厚度” （单位为mm）,3）冷弯薄壁型材,冷弯薄壁型钢：由26mm的薄钢板经冷弯或模压而成型的高效经济的截面；缺点是因为壁薄，对锈蚀影响较为敏感，故多于跨度小，荷载轻的轻型钢结构中。 压型钢板：所用钢板厚度为0.42mm。其优缺点同冷弯薄壁型钢，主要用于围护结构、屋面、楼板等。,第二章 建筑结构材料,2.1建筑钢材,2.钢结构用钢材,2.1.2建筑钢材的力学性能,第二章 建筑结构材料,1. 影响钢材力学性能的主要因素,(1)钢材的化学成分,按碳的含量，小于0.25% 的为低碳钢，大于0.25% 而小于0.6% 的为中碳钢，大于0.6% 的为高碳钢。,锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们可提高强度，又不会过多降低塑性和冲击韧性。,钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好的塑性、韧性。,铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铬和镍是提高钢材强度的合金元素。,硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。硫能使钢材 “热脆”，磷使钢材“冷脆”。,（4） 温度影响 钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。相比之下，钢材的低温性能更重要。 在正温范围，总的趋势是随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。约在200以内钢材性能没有很大变化，430540之间则强度（屈服强度和抗拉强度 ）急剧下降；到600时强度很低不能承担荷载。此外，250附近有蓝脆现象，约260320时有徐变现象。,第二章 建筑结构材料,2.1.2 建筑钢材的力学性能,（2）冶金缺陷的影响 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹、分层等，都会使钢材性能变差。（3）钢材硬化 冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高了钢的屈服点，同时降低了钢的塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化或应变硬化。,（5） 应力集中 应力集中系数愈大，变脆的倾向愈严重。 在负温下或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出。（6）反复荷载作用 钢材在反复荷载作用下，结构的抗力及性能都会发生重要变化，甚至发生疲劳破坏。,第二章 建筑结构材料,2.1.2 建筑钢材的力学性能,2.1.2建筑钢材的力学性能,第二章 建筑结构材料,有明显屈服点的钢材： 低碳钢和低合金钢,由于到达y后构件产生较大变形，故把它取为计算构件的强度标准；到达u时构件开始断裂破坏，故以u作为材料的强度储备。,y,u,强度,2.钢材的力学性能,2.1.2建筑钢材的力学性能,第二章 建筑结构材料,无明显屈服点的钢材： 高强钢材（如热处理钢材）,对于无明显屈服点的钢材，以残余变形为0.2%时的应力作为名义屈服点，其值约为极限强度的85%,y,u,2.钢材的力学性能,强度,2.1.2建筑钢材的力学性能,第二章 建筑结构材料,塑性性能,冷弯性能,断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。,冷弯性能由冷弯试验来确定，试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。,冷弯试验,伸长率测试仪,2.1.2建筑钢材的力学性能,第二章 建筑结构材料,冲击韧性,韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。,冲击韧性随温度的降低而下降。其规律是开始下降缓慢，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的冷脆性。,冲击韧性试验机,（1）钢筋的强度标准值和强度设计值,第二章 建筑结构材料,强度标准值除以材料分项系数即为材料强度设计值,钢筋的材料分项系数,热轧钢筋1.10，预应力钢筋1.20。,3.建筑钢材的设计指标,第二章 建筑结构材料,注：热轧钢筋直径d系指公称直径； 当采用直径大于40mm的钢筋时，应有可靠的工程经验； 钢筋混凝土结构中，轴心受拉和小偏心受拉钢筋抗拉强度设计值大于300N/mm2，仍应300N/mm2取； 直径为6mm的光面钢筋可选用牌号为Q235的热轧圆盘条。,3.建筑钢材的设计指标,（1）钢筋的强度标准值和强度设计值,（1）钢筋的强度标准值和强度设计值,第二章 建筑结构材料,3.建筑钢材的设计指标,预应力钢筋强度标准值表（N/mm2）,注：钢绞线直径系指外接圆直径，即现行国家标准预应力混凝土用钢绞线GB/T5224中的公称直径Dg； 光面钢丝直径为49mm，螺旋肋钢丝直径为48mm。,（1）钢筋的强度标准值和强度设计值,第二章 建筑结构材料,3.建筑钢材的设计指标,预应力钢筋强度设计值表（N/mm2）,（2）钢筋的弹性模量,第二章 建筑结构材料,钢材的强度设计值：钢材的屈服点除以钢材的抗力分项系数。,3.建筑钢材的设计指标,钢材的抗力分项系数取为，Q235钢为1.087，Q345、Q390、Q420钢为1.111。钢材强度设计值根据钢材厚度或直径按规范采用。,（3）钢材的强度设计值,第二章 建筑结构材料,3.建筑钢材的设计指标,注：表中厚度系指计算点的厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,是按一定比例的水泥、砂、石和水，经拌合、浇筑、振捣、养护、逐步凝固硬化形成的人造石材。,商品混凝土运输和浇筑设备,三大强度：立方抗压强度fcu,k轴心抗压强度 fc,k轴心抗拉强度ft,2.2.1 混凝土的强度,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,1、砼立方体抗压强度（fcu,k） 试块尺寸：150150150mm3养护时间：28天养护条件：温度203，相对湿度90%加荷速度：每秒0.150.3N/mm2,混凝土按立方体抗压强度的标准值（fcu,k）的大小，分为14等级，它们是C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。,（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效应，工程中常采用这种方法。（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力小，测得的抗压强度小，工程中一般不采用。,立方体混凝土试块,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,2、砼轴心抗压强度（fc,k）试块尺寸：150150300mm3养护时间：28天养护条件：温度203，相对湿度90%,棱柱强度与立方强度之比,考虑C40以上混凝土脆性的折减系数,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,3、砼轴心抗拉强度（ft）混凝土为脆性材料，内部存在许多细小孔隙，因此其抗拉强度很低。,试验方法：国内外多采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测定。,混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，只有抗压强度的1/101/18,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,2.2.2 混凝土的设计指标,1.混凝土的强度 混凝土的强度标准值应具有不小于95%的保证率。 混凝土强度设计值：等于混凝土强度标准值除以混凝土材料分项系数（ rs = 1.4 )。 各种强度等级的混凝土强度标准值、强度设计值规范规定采用。,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,2.2.2 混凝土的设计指标,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,2.2.2 混凝土的设计指标,2.混凝土的弹性模量 但是，混凝土不是弹性材料，其应力和应变不呈线性关系，在不同应力阶段的变形模量（应力与应变之比）不同，原点切线很难准确地作出。实用中，采用应力上限为（0.40.5）fc循环510次后的应力-应变曲线，应力为（0.40.5）fc时的割线模量作为混凝土的弹性模量的近似值。 混凝土的受拉或受压弹性模量（N/mm2）的经验计算公式：,（2.2.3）,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,结构的使用环境是影响混凝土结构耐久性的最重要的因素。使用环境类别按下表划分。,注：严寒地区指最冷月平均温度-10，日平均温度不高于5的天数145d的地区；寒冷地区指最冷月平均温度-100，日平均温度不高于5的天数为90145d的地区。,2.2.3 混凝土结构的耐久性规定,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,对于设计使用年限为50年的一般结构，混凝土质量应符合下表2.2.5的规定,2.2.3 混凝土结构的耐久性规定,2.2 混凝土,第二章 建筑结构材料,2.设计使用年限为100年的结构混凝土： （1）结构混凝土强度等级不应低于C30；预应力混凝土结构的最低强度等级为C40。 （2）混凝土中氯离子含量不得超过水泥重量的0.06%。 （3