建筑学基础知识.doc

第一部分 建筑学基础知识（部分）一、建筑物的用途分类及特点1、民用建筑指供人们生活、居住和进行各种公共活动的建筑的总称。民用建筑按使用功能可分为居住建筑和公共建筑两大类。1）居住建筑供人们生活起居用的建筑物。住宅建筑：住宅、公寓、别墅等。宿舍建筑：单身宿舍、学生宿舍、职工宿舍等。2）公共建筑供人们从事社会性公共活动的建筑和各种福利设施的建筑物。教育建筑：托儿所、幼儿园、小学、中学、高等院校、职业学校、特殊教育学校等。办公建筑：各级立法、司法、党委、政府办公楼，商务、企业、事业、团体、社区办公楼等。科研建筑：实验楼、科研楼、设计楼等。文化建筑：剧院、电影院、图书馆、博物馆、档案馆、文化馆、展览馆、音乐厅、礼堂等。商业建筑：百货公司、超级市场、菜市场、旅馆、饮食店、银行、邮局等。体育建筑：体育场、体育馆、游泳馆、健身房等。医疗建筑：综合医院、专科医院、康复中心、急救中心、疗养院等。交通建筑：汽车客运站、港口客运站、铁路旅客站、空港航站楼、地铁站等。司法建筑：法院、看守所、监狱等。纪念建筑：纪念碑、纪念馆、纪念塔、故居等。园林建筑：动物园、植物园、游乐场、旅游景点建筑、城市建筑小品等。综合建筑：多功能综合大楼、商住楼、商务中心等。2、工业建筑工业建筑是指从事各类工业生产及直接为生产服务的各种建筑物、构筑物的总称，通常将这些生产用的建筑物称为工业厂房，包括车间、变电站、锅炉房、仓库等。二、建筑结构的分类1、按建筑结构的材料分类1）砖木结构：这类房屋的主要承重构件用砖、木构成。其中竖向承重构件如墙、柱等采用砖砌，水平承重构件的楼板、屋架等采用木材制作。这种结构形式的房屋层数较少，多用于单层房屋。2）砖混结构：建筑物的墙、柱用砖砌筑，梁、楼板、楼梯、屋顶用钢筋混凝土制作，成为砖钢筋混凝土结构。这种结构多用于层数不多（六层以下）的民用建筑及小型工业厂房，是目前广泛采用的一种结构形式。3）钢筋混凝土结构：建筑物的梁、柱、楼板、基础全部用钢筋混凝土制作。梁、楼板、柱、基础组成一个承重的框架，因此也称框架结构。墙只起围护作用，用砖砌筑。此结构用于高层或大跨度房屋建筑中。4）钢结构：建筑物的梁、柱、屋架等承重构件用钢材制作，墙体用砖或其他材料制成。此结构多用于大型工业建筑。2、按建筑结构承重方式分类1）承重墙结构它的传力途径是：屋盖的重量由屋架（或梁柱）承担，屋架支撑在承重墙上，楼层的重量由组成楼盖的梁、板支撑在承重墙上。因此，屋盖、楼层的荷载均由承重墙承担；墙下有基础，基础下为地基，全部荷载由墙、基础传到地基上。2）框架结构主要承重体系有横梁和柱组成，但横梁与柱为刚接（钢筋混凝土结构中通常通过端部钢筋焊接后浇灌混凝土，使其形成整体）连接，从而构成了一个整体刚架（或称框架）。一般多层工业厂房或大型高层民用建筑多属于框架结构。3）排架结构主要承重体系由屋架和柱组成。屋架与柱的顶端为铰接（通常为焊接或螺栓连接），而柱的下端嵌固于基础内。一般单层工业厂房大多采用此法。 4）其他由于城市发展需要建设一些高层、超高层建筑，上述结构形式不足以抵抗水平荷载（风荷载、地震荷载）的作用，因而又发展了剪力墙结构体系、桶式结构体系。三、建筑高度分类民用建筑按地上层数或高度分类划分应符合下列规定：1、住宅建筑按层数分类：低层：3层及3层以下；多层：4层至6层；中高层：7层至9层；高层：10层及10层以上。2、除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24米者为单层和多层建筑，大于24米者为高层建筑（不包括建筑高度大于24米的单层公共建筑）。3、建筑高度大于100米的民用建筑为超高层建筑。注：民用建筑设计通则（GB50352-2005）。四、房屋构造组成房屋构造主要有：地基与基础、墙或柱、楼板与地面、门窗、楼梯、屋顶等组成。第二部分 常用建筑材料一、钢筋我国在钢筋混凝土结构中目前通用的为普通钢筋，它可以分为热轧碳素钢和普通低合金钢两种，二者的区别主要在于化学成分不同。热轧碳素钢除含有铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，其中力学性能与含碳量有关：含碳量高，强度高，质地硬，但塑性降低。普通低合金钢的成分，除含有热轧碳素钢的元素外，再加入微量的合金元素，如硅、锰、钒、钛、铌等，虽然含量不多但改善了钢材的塑性性能。按照我国混凝土结构设计规范（GB50010-2002）的规定，在钢筋混凝土结构中所用的国产普通钢筋有以下四种级别：1、HPB235：即热轧光面钢筋（Hot rolled Plain Steel bars）235级，屈服强度为s=235N/mm2，抗拉强度b=370N/mm2；2、HRB335：即热轧带肋钢筋（Hot rolled Ribbed Steel bars）335级，屈服强度为s=335N/mm2，抗拉强度b=490N/mm2；3、HRB400：即热轧带肋钢筋（Hot rolled Ribbed Steel bars）400级，屈服强度为s=400N/mm2，抗拉强度b=570N/mm2；4、RRB400：即余热处理钢筋（Remained heat treatment Ribbed Steel bars）400级，屈服强度为s=400N/mm2，抗拉强度b=600N/mm2。钢筋的冷加工方法：冷拉、冷拔、冷轧。二、水泥根据国家标准水泥命名原则（GB4131-84）规定，水泥按其性能及用途分为通用水泥、专用水泥及特性水泥三类。1、水泥的种类目前，我国建筑工程中常用的是通用水泥，主要有：1）硅酸盐水泥（PI、PII）2）普通硅酸盐水泥（PO）3）矿渣硅酸盐水泥（PS）4）火山灰质硅酸盐水泥（PP）5）粉煤灰硅酸盐水泥（PF）6）复合硅酸盐水泥（PC）2、常用水泥的选用1）在普通气候环境中的混凝土：PO。2）干燥环境中的混凝土：PO。3）在高湿度环境中或长期处于水中的混凝土：PS、PP、PF、PC（耐腐蚀性好）。4）大体积混凝土：PS、PP、PF、PC（水化热小）。5）要求快硬早强的混凝土：PI（凝结硬化快、早期强度高）。3、常用水泥的技术要求1）细度2）凝结时间国家标准规定，六大水泥的初凝时间不得短于45min，硅酸盐水泥的终凝时间不得长于6.5h，其他五类常用水泥的终凝时间不得长于10h。3）体积安定性水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。4）强度及强度等级国家标准规定，六大常用水泥分为六个强度等级。（32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R）5）碱含量凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合国家标准规定的，均为废品。凡细度、终凝时间等项中任一项不符合国家标准规定，或混合材料掺加量超过最大限量，或者强度低于标定强度等级的指标，或者水泥包装标志中水泥品种、强度等级、工厂名称和出厂编号不全的，均为不合格品。三、混凝土混凝土是由水泥、砂、石子和水按一定的配合比拌和在一起，经凝结和硬化形成的人工石材。规范规定混凝土强度分成14个强度等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。其中C表示混凝土（concrete），1580等数值是表示以N/mm2为单位的立方体抗压强度的大小。混凝土按照强度等级的不同，可分为普通混凝土、高强度混凝土和超高强度混凝土，三者之间没有明确的区分界限，一般认为强度等级在C50以内的为普通混凝土，自C60至C80为高强度混凝土，C100及以上的为超高强度混凝土。混凝土立方体抗压强度：我国规范规定是以边长为150mm的立方体试件，在温度203及相对湿度不低于90%的环境里养护28天，以每秒0.30.5 N/mm2速度加载试验，并取具有95%保证率时得出的抗压强度极限值，称为混凝土的立方体抗压强度标准值，以符号fcu,k表示。影响混凝土强度的因素主要有：水泥强度与水灰比，骨料的种类、质量和数量，外加剂和掺和料，搅拌与振捣，养护的温度、湿度和龄期。第三部分 结构的功能要求一、定义功能要求：结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要经济合理。具体说来，结构应具有以下几项功能：安全性、适用性、耐久性。二、安全性在正常施工和正常使用的条件下，结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏；在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。例如，厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时，均应坚固不坏，而在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时，容许有局部的损伤，但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。承载力极限状态：承载力极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，它包括结构构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体而失去平衡(如倾覆、滑移)，在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。若SR，则构件将破坏，即属于不可靠状态；若SR是不可靠的，R比S超出很多是不经济的。三、适用性房屋结构除了要保证安全外，还应满足适用性的要求，在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。如吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行，水池出现裂缝便不能蓄水等都影响正常使用，需要对变形、裂缝等进行必要的控制。混凝土结构的裂缝控制：裂缝控制主要针对混凝土梁（受弯构件）及受拉构件。裂缝控制分为三个等级：1、构件不出现拉应力；2、构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度；3、允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。对1、2等级的混凝土构件，一般只有预应力构件才能达到。四、耐久性在正常维护的条件下，结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求，也即应具有足够的耐久性。例如，不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等而影响结构的使用寿命。结构设计使用年限设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一时期内，只需正常维修（不需大修）就能完成预定功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。设计使用年限分类类别设计使用年限（年）示 例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构第四部分 钢筋混凝土构件的受力特点一、荷载的分类1、定义引起结构失去平衡或破坏的外部作用主要有：直接施加在结构上的各种力，习惯上亦称为荷载。2、荷载的分类1）按随时间的变异分类永久作用（永久荷载或恒载）：在设计基准期内，其值不随时间变化或变化可以忽略不计。如结构自重、土压力、混凝土收缩等。可变作用（可变荷载或活荷载）：在设计基准期内，其值随时间变化。如安装荷载、屋面与楼面活荷载、雪荷载、风荷载等。偶然作用（偶然荷载、特殊荷载）：在设计基准期内可能出现，也可能不出现，而一旦出现其值很大，且持续时间较短。例如爆炸力、撞击力、地震、台风等。2）按结构的反应分类静态作用或静力作用：不使结构或结构构件产生加速度或所产生的加速度可以忽略不计，如结构的自重、楼面活荷载。动态作用或动力作用：使结构或结构构件产生不可忽略的加速度，例如地震作用，吊车设备振动等。3）按荷载作用面大小分类均布面荷载、线荷载、集中荷载。4）按荷载作用方向分类垂直荷载：如结构自重、雪荷载等。水平荷载：如风荷载、水平地震作用等。3、结构杆件的基本受力形式按其变形特点可归纳为以下五种：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转。拉压变形 剪切变形 扭转变形 弯曲变形二、梁的受力特点1、受力特点钢筋混凝土梁的受力特点：在房屋建筑中，受弯构件是指截面上通常有弯矩和剪力作用的构件，梁为典型的受弯构件。在破坏荷载作用下，构件可能在弯矩较大处沿着与梁的轴线垂直的截面（正载面）发生破坏，也可能在支座附近沿着与梁的轴线倾斜的截面（斜截面）发生破坏。2、梁的破坏形式1）梁的正截面破坏梁的正截面破坏形式与配筋率、混凝土强度等级、截面形式等有关，影响最大的是配筋率。随着纵向受拉钢筋配筋率的不同，钢筋混凝土梁正截面可能出现适筋、超筋、少筋等三种不同性质的破坏。适筋破坏为塑性破坏，适筋梁钢筋和混凝土均能充分利用，即安全又经济，是受弯构件正截面承载力极限状态验算的依据。超筋破坏和少筋破坏均为脆性破坏，既不安全又不经济。为避免工作中出现超筋梁或少筋梁，规范对梁的最大和最小配筋率均作出了明确的规定。2）梁的斜截面破坏在一般情况下，受弯构件即受弯矩又受剪力，剪力和弯矩共同作用引起的主拉应力使梁产生斜裂缝。影响斜截面破坏形式的因素有很多，如截面尺寸、混凝土强度等级、荷载形式、箍筋和弯起钢筋的含量等，其中影响最大的是箍筋率。3、钢筋混凝土梁的配筋要求1）梁中配筋形式梁中一般配制下面几种钢筋：纵向受力钢筋、箍筋、弯起钢筋、架立钢筋、纵向构造钢筋。2）纵向受力钢筋纵向受力钢筋一般布置在梁的受拉区，承受由于弯矩作用而产生的拉力，常用HPB235, HRB335, HRB400级钢筋。有时在构件受压区也配置纵向受力钢筋，与混凝土共同承受压力。纵向受力钢筋的数量一般不得少于两根；当梁宽小于100mm时，可为一根。纵向受力钢筋应沿梁宽均匀分布，尽量排成一排；当钢筋根数较多时，一排排不下，可排成两排。纵向受力钢筋的间距应满足图示的要求，以保证混凝土浇筑质量。在正常情况下，当混凝土强度等级C20时，梁的保护层厚度为30mm；当混凝土强度等级C25时，保护层厚度为25mm且不小于钢筋直径。梁中纵向受力钢筋的间距、纵向受力钢筋的保护层厚度max25,纵筋直径。3）箍筋箍筋主要承担剪力，在构造上还能固定受力钢筋的位置，以便绑扎成钢筋骨架。箍筋常采用HPB235钢筋，其数量(直径和间距)由计算确定。即使计算不需要箍筋，只要梁高大于300mm，也应全长设置箍筋。箍筋的直径根据梁高确定，梁高小于800mm时，箍筋直径不小于6mm；梁高大于800mm时，直径不小于8mm；配有纵向受压钢筋时，直径还应不小于d/4(d为纵向受压钢筋的最大直径)。箍筋的肢数有单肢、双肢、四肢等。梁宽b120mm采用单箍；120mmb350mm采用双肢箍；b350mm采用四肢箍。为了固定箍筋，以便与纵向受力钢筋形成钢筋骨架，一排内纵向受拉钢筋多于5根或受压钢筋多于3根，也采用四肢箍。4）弯起钢筋弯起钢筋由纵向受拉钢筋弯起而成，有时也专门设置弯起钢筋。弯起钢筋在跨中附近和纵向受拉钢筋一样可以承担正弯矩，在支座附近弯起后，弯起段承受弯矩和剪力共同产生的主拉应力，弯起后的水平段还可以承受支座处的负弯矩。弯起钢筋与梁轴线的夹角(弯起角)一般是45度；当梁高h800mm时，弯起角为60度。5）架立钢筋设置在梁的受压区且平行于纵向受拉钢筋，承担混凝土收缩和温度变化时产生的应力。如有受压纵筋时，受压纵筋可兼作架立钢筋，架立钢筋应伸至梁的支座。6）纵向构造钢筋为了防止混凝土收缩和温度变化时产生竖向裂缝，同时加强钢筋骨架的刚度，当梁hw450mm时，在梁的两侧沿梁高每隔200mm