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工程结构,胡灿阳,hcyang QQ:529619509,第一篇 建筑结构概论 第一章 绪论,1 建筑结构的概念 2 建筑结构的分类 3 建筑结构课程体系,建筑结构的定义,建筑结构 由若干构件连接而成的能承受建筑物上各种作用的平面或空间体系（骨架体系）。,作用 使结构或构件产生效应（内力、变形、裂缝）的各种原因的总称。,作用,间接作用：,直接作用：,指施加在结构上的集中力或分布力系即荷载。,指引起结构外加变形或约束变形的原因。,如混凝土的收缩、温度变化、基础沉降差、地震等,建筑结构一般都是由以下结构构件组成的： 1、水平构件。用以承受竖向荷载的构件。一般有： （1）板：包括平板、曲面板、斜板。 （2）梁：直梁、曲梁、斜梁。 （3）桁架、网架、等。 2、竖向构件。用以支承水平构件或承担竖向荷载的构件。一般有：柱；墙体；框架。 3、基础。用以将建筑物所承受的所有荷载传至地基上。,结构的组成 ：由若干个单元所组成的结构骨架。 基本(单元)构件 板：提供活动面，直接承受并传递荷载； 梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并传递； 柱：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递； 墙：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递； 基础：将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基； 索：悬挂构件或结构体系的主要传力单元； 杆：组成空间构件，如屋架等。,建筑结构的基本要求,安全、适用、耐久、经济、美观 安全：结构体系平衡 局部或整体稳定 承载能力满足要求,建筑结构分类 按材料分类,1. 混凝土结构 混凝土是人工石材，它由石子、砂粒、水泥、外加剂和水按一定比例拌合而成，简称“砼”。混凝土材料像天然石材一样，承受压力的能力很强，但抵抗拉力的能力却很弱。而钢材则不然，其抗压和抗拉的能力都很强。于是，人们利用两种材料各自的特点，把它们有机地结合在一起共同工作，形成了用于工程实际的以混凝土为主制作的结构（Concrete Structure）。,一、建筑结构的概念及分类,素混凝土结构、钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete Structure，也可简称RC）、预应力混凝土结构（Prestressed Concrete，也简称PC）和钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、纤维混凝土结构等。,土木工程中常用的砼结构主要包括 :,2. 砌体结构Masonry structure 由块体（砖、石材、各种砌块）和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构，包括砖砌体结构、石砌体结构和砌块砌体结构。,3. 钢结构 以钢材为主制作的结构。,4. 木结构 全部或大部分用木材制作的结构。,建筑结构,应用最广泛,按受力体系分类 混合结构 排架结构 框架结构：主要(竖向)受力体系由梁和柱组成； 剪力墙结构：主要(竖向)受力体系由墙组成； 筒体结构：四周封闭的墙形成筒； 塔式结构：下端固定、上端自由的高耸构筑物； 桅式结构：竖立的细长桅杆和纤绳所组成的构筑物； 悬索、悬吊结构：由拉索及边缘构件组成的承重结构； 壳体结构:由曲面形板与边缘构件组成的空间结构； 网架结构：由多根杆件通过节点连结形成的空间结构；, 板柱结构：由楼板和柱组成承重体系的结构； 墙板结构：由楼板和墙组成承重体系的结构； 折板结构：由多块条形平板组合而成的空间结构； 充气结构：用薄膜制成的，冲入气体后而形成的结构； 膜结构：用柔性受拉索和薄膜及边缘构件组成的结构； 按使用功能分类： 建筑结构、特种结构、桥梁结构、地下结构等 按照建筑物外形分类： 单层、多层、高层、大跨和高耸结构等 按照施工方法分类： 现浇结构、装配结构和装配整体式结构,1.混合结构体系 主要承重构件由不同的材料组成的房屋。如房屋的楼盖和屋盖采用钢筋混凝土结构（或木结构），而墙、柱基础等竖向承重构件采用砌体材料。,砖内墙,地面,基础,基础圈梁,砖内墙,预制钢筋混土楼板,圈梁,外墙,钢筋混凝土过梁,圈梁,女儿墙,钢筋混凝土梁,圈梁兼 过梁,砖外墙,砖混结构房屋,砖墙承重的混合结构多层学生宿舍,某混合结构的多层教学楼,混合结构的优缺点和应用范围 1）主要优点 （1）主要承重结构（承重墙）是用砖（或其他块体）砌筑而成，这种材料任何地区都有，便于就地取材。 （2）墙体既是围护和分隔需要，又可作为承重结构，一举二得。 （3）施工比较简单，进度快，技术要求低，施工设备简单。,2）主要缺点 （1）砌体强度比混凝土强度低得多，故建造房屋的层数有限一般不超过7层。 （2）砌体是脆性材料，抗压能力尚可；抗拉，抗剪强度都很低，因此抗震性能较差。 （3）多层砖房一般宜采用刚性方案，故其横墙间距受到限制，因此不可能获得较大的空间，故一般只能用于住宅，普通办公楼、学校、小型医院等民用建筑以及中小型工业建筑。,混合结构房屋的布置(P173),砖砌体房屋的墙体布置方案 1、横墙承重方案 楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙作为主要重竖向构件的砌体结构，纵横仅起围护、分隔、自承重及形成整体作用。 优点： 横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好。外纵墙不是承重墙立面处理比较方便，可以开设较大的门窗洞口，抗震性能较好。 缺点： 横墙间距较密，房间布置的灵活性差，故多用于宿舍、住宅等居住建筑。,2、纵墙承重方案,受力特点：板荷载传给梁，再由梁传给纵墙。这时纵墙是主要承重墙。横墙只承受小部分荷载，横墙的设置主要为了满足房屋刚度和整体性的需要，间距比较大。 优点：房间的空间可以较大，平面布置比较灵活。 缺点：房屋的刚度较差，纵横受力集中，纵墙较厚或要加壁柱。 适用范围： 教学楼、实验室、办公楼、医院等。 3、纵横墙承重方案 根据房间的开间和进深要求，有时需采取纵横墙同时承重的方案。 横墙的间距比纵墙承重方案小。所以房屋的横向刚度比纵墙承重方案的所提高。,4、内框架承重方案 在外墙承重的同时，有一部分内墙采用钢筋混凝土柱代替，以取得较大的空间。 特点： （1）横墙较少，房屋的空间刚度较差。 （2）墙的带形基础与柱的单独柱基沉降不容易一致； （3）钢筋混凝土柱与砖墙的压缩性能不一样，容易造成不均匀变形，而产生次应力，当层数较多时，在设计上应给予考虑。 （4）以柱代替内承重墙，在使用上可以取得较大的空间。 适用范围：教学楼、医院、商店、旅馆等建筑物。,2.排架结构,3. 框架结构体系 以由钢筋混凝土梁、柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构体系。,一、建筑结构的概念及分类,优点：建筑室内空间布置灵活，平面和立面变化丰富。,缺点：在水平荷载作用下，结构的侧向刚度较小，水平位移较大，故称其为柔性结构体系。框架结构抗震性能较差，适用于非抗震设计、层数较少、 建造高度不超过60m的建筑中。,地面,钢筋混凝 土基础,钢筋混凝土基础梁,钢筋混凝土梁,钢筋混凝土梁,砖外围护墙,钢筋混凝土柱,预制钢筋混凝土楼板,钢筋混凝土柱,钢筋混凝土楼板,钢筋混凝土梁,砖外围护墙,混凝土散水,钢筋混凝土全框架承重结构,1、按构件组成划分为两种类型 （1）梁板式结构。由梁、板、柱三种基本构件组成骨架形成的框架结构。 （2）无梁式结构。由板和柱子组成的结构。,2、按框架的施工方法划分为四种类型 （1）现浇整体式框架 框架全部构件均在现场浇成整体。 整体性和抗震性能好。 构件尺寸不受标准构件限制。 （2）装配式框架 1）可加速施工进度，提高建筑工业化程度； 2）节点构造刚性差，抗震性能差。 （3）半现浇框架 梁、柱现浇，楼板预制或现浇柱，预制梁板。 1）梁、柱整体性较好，适用于抗震建筑； 2）楼板预制可节约模板。,（4）装配整体式框架 预制梁、柱，装配时通过局部现浇混凝土使构件联结成整体。 1）保证了节点的刚接，结构整体性好； 2）可省去连接件； 3）增加了后浇可节省模板及加快进度。,城市商厦，五层，框架结构，建筑底层开敞商业空间的获得，建筑立面玻璃幕墙圆柱体的实现都来自于框架体系的运用。,甲午海战纪念馆，二层，框架结构，部分出挑的框架体系使入口处的雨蓬斜插入建筑主体，营造出强烈的海战气氛。,高校综合楼，六层，框架结构，建筑造型穿插变幻，虚实分明。,利用建筑物的钢筋混凝土墙体作为抗侧力构件并同时承受竖向荷载的结构体系。,一、建筑结构的概念及分类,优点：结构整体性好，刚度大、抗侧力性能好，同时抗震性能也较好。适宜于建造高层建筑，一般在1040层范围内都可采用，在2030层的房屋中应用较为泛。,缺点：剪力墙间距太小(38m)，平面布置往往受到限制而不够灵活。,4. 剪力墙结构体系,在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构，竖向荷载主要由框架承受，水平荷载主要由剪力墙承受。,一、建筑结构的概念及分类,优点：既有框架结构布置灵活、使用方便的优点，又有较大的刚度和较强的抗震能力， 因而广泛地应用于高层办公 楼及宾馆建筑。,5. 框架-剪力墙结构体系,钢筋混凝土基础梁,地面,独立基础,钢筋混凝土柱,钢筋混凝土基础梁,钢筋混凝土梁,钢筋混凝土梁,钢筋混凝土梁,砖外墙,内承重墙,圈梁兼过梁,构造柱,钢筋混凝土楼板,底层框架承结构,由剪力墙或密柱框架组成的筒体具有很大的空间刚度和抗侧、抗扭能力，用于承受水平荷载。筒体有如以楼板作为刚性隔板加劲的箱形截面竖向悬臂梁 。,6. 筒体结构体系,(a)框架筒体结构,(b)筒中筒结构,(c)多重筒结构,(d)成束筒结构,适用于层数超过4050层时的超高层建筑。,核心筒,框架,中筒,连梁,外筒,7 网架结构及其建筑造型 （一）受力特点、优缺点和适用范围 网架是一种由很多杆件以一定规律组成的网状结构。它具有下列优点： （1）杆件之间互相起支撑作用，形成多向受力的空间结构，故其整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震； （2）当荷载作用于网架各节点上时，杆件主要承轴向力，故能充分发挥材料的强度，节省材料；,（3）网架结构高度小，可以有效地利用空间； （4）结构的杆件规格统一，有利于工厂化生产； （5）网架形式多样，可创造丰富多彩的建筑形式。 网架结构主要用来建造大跨度公共建筑的屋顶，适用于多种平面形状，如圆形、方形、三角形、多边形等各种平面的建筑。,（二）网架结构型式 网架结构按其外形分为平板网架和曲面网架，按建造材料可分为钢网架、木网架、钢筋混凝土网架；按网架身身的构造又可分为单层网架和双层网架。平板网架都是双层的，曲面网架可以是单层网架或双层网架。平板网架多采用钢管或角钢制作。曲面网架可采用木、钢、钢筋混凝土，我国受木材资源少的限制，很少用木材制作网架，而多采用钢网架，有时也采用钢筋混凝土网架。 平板网架自身不产生推力，支座为简支，构造比较简单，可以适用于各种形状的建筑平面，所以应用最广泛。曲面网架多数是有推力的结构，支座条件比较复杂，但外形美观，建筑造型独具特色。,平板网架的类型与尺寸 平板网架按其构造方式不同，可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。,网架结构的建筑造型,8.刚架和拱 刚架是由直线杆件组成的具有刚性节点的结构。 拱是一种以受轴向力为主的结构，分无铰拱、两铰拱、三铰拱三种。,9.薄壳结构 这是一种曲面的薄壁结构，材料多采用钢筋混凝土；按曲面生成的形式，可分为筒壳、圆顶薄壳和双曲抛物面壳等，还可以通过对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖的建筑。,空间网壳结构,10.折板结构 这是由若干狭长的薄板以一定角度相交成折线形的空间薄壁结构体系；常见的形式有V形、梯形等。,11悬索结构 这是一种以一系列高强钢索作为主要承重构件，并按一定规律悬挂在相应支承结构上的空间张力结构，可根据各种平面形状和外形轮廓的要求，组成不同的建筑；悬索结构有单、双层悬索结构及索网结构等。,12悬挑结构,13薄膜结构 这种结构是利用薄膜受张力时可承受荷载，且材料具有轻质、透光性好等特点，形成薄膜受力结构；主要有充气薄膜结构和加筋张力薄膜结构两种。,墙体承重结构所适用的建筑类型,墙体承重结构体系以部分或全部建筑外墙以及若干固定不变的建筑内墙作为垂直支承系统的一种体系,墙体材料的来源丰富，施工方便，对建筑平面的适应性强，因此大量应用于低层和多层的民用建筑，特别是住宅、旅馆、学校、幼托、办公用房和一些小型商业用房、工业厂房、诊疗所等,预制装配式的建筑平面相对较为规整，往往以横墙承重居多，使用不够灵活，但能够适应一般的学校、宿舍、旅馆、住宅、办公等建筑的要求 ； 现浇的往往大量应用于高层建筑，特别是高层的办公楼、旅馆、病房、住宅等建筑中,横墙承重的方式在纵方向可以获得较大的开窗面积，易得到较好的采光条件，但平面较呆板,纵墙承重的方式可减少横墙的数量，对开放室内空间有一定的好处，但其整体刚度往往不如横墙承重的方案好，纵向开窗面积也受到限制，所以在高烈度地震区应慎重对待,纵、横墙混合承重的方案除应有一定数量的纵墙及横墙拉齐以加强建筑物的刚度、满足抗震的要求外 ，其墙体的布置相对较为自由，在平面组合方面可获得交通组织的方便并能够形成较好的采光和通风的条件，尤其适用于民用住宅,砌体墙承重,砖石结构的住宅和小型旅馆,钢筋混凝土墙承重系统,板材装配式建筑,钢筋混凝土墙承重系统,钢筋混凝土墙承重系统,1967年蒙特利尔世界博览会展出的预制装配式盒子住宅,现浇钢筋混凝土剪力墙体系的高层住宅楼,钢筋混凝土墙承重系统,现浇钢筋混凝土剪力墙体系的高层办公楼,钢筋混凝土墙承重系统,骨架结构体系所适用的建筑类型,骨架结构体系对于建筑空间布置在构思上主要在于用两根柱子和一根横梁来取代了一片承重墙。这样原来在墙承重结构支承系统中被承重墙体占据的空间就尽可能地给释放了出来，使得建筑结构构件所占据的空间大大减少，而且在骨架结构承重系统中，无论是内、外墙均不承重，可以灵活布置和移动，因此较为适用于那些需要灵活分隔空间的建筑物，或是内部空旷的建筑物，而且建筑立面处理也较为灵活,柱网需要有对位关系，平面不宜转折过多，对于建筑布局的灵活性的意义主要还是体现在那些内部需要较多的大空间,框架结构建筑的特点：由于墙体不用承重，故可以创造开敞的空间，且作为围护分隔的墙体可以根据各个楼层的不同需要设置，无需上下对齐,一层平面,二层平面,框架结构支承系统,钢筋混凝土框架支承的大型体育馆的看台下部室内空间,框架结构建筑的围护及分隔墙体的选材及布置,第2章 骨架结构体系所适用的建筑类型,骨架结构体系对于建筑空间布置在构思上主要在于用两根柱子和一根横梁来取代了一片承重墙。这样原来在墙承重结构支承系统中被承重墙体