现代土木工程 3课件

1、典型的建筑工程是指房屋工程，即通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。 建筑工程的目的：经济经济适用适用美观美观一般房屋建筑功一般房屋建筑功能化要求能化要求 建筑结构是指建筑物中由结构构件组成的承重骨架，它的功能是形成建筑功能所要求的基本空间和体型，并且在各种作用下，确保建筑物的安全可靠和正常使用。 根据不同结构功能要求划分： 水平承重构件水平承重构件垂直承重构件垂直承重构件自承重构件自承重构件 板指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向放置（如楼梯板）或竖向设置（如墙板）。 建筑工程中常用建筑工程中常用的楼板的楼板 梁

2、是工程结构中的受弯构件，通常水平放置，有时也斜向设置以满足使用要求，如楼梯梁。梁的截面高度与跨度之比一般为1/81/16，梁的截面高度通常大于截面的宽度，主要承受梁本身的自重和板传来的荷载，荷载作用方向与梁轴线垂直。按支承方式分类按支承方式分类 柱是工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件，柱的截面尺寸远小于其高度，柱主要承受梁、板传来的压力及柱本身的自重，荷载作用方向与轴线平行，亦为建筑结构中的竖向受力构件。 钢筋混凝土柱常钢筋混凝土柱常见截面形式见截面形式 劲性钢筋混凝土劲性钢筋混凝土柱常见截面形式柱常见截面形式 钢柱的类型钢柱的类型 钢柱常用于大中型工业厂房、大跨度公共建筑、

3、高层建筑、轻型活动房屋、工作平台、栈桥和支座等。钢柱按截面形式可分为实腹柱和格构柱。实腹柱指截面为一整体，常用截面为工字形截面，格构柱指柱由两肢或多肢组成，各肢间用缀条或缀板连接。 拱为曲线结构，由曲线形构件(拱圈)或折线形构件及其支座组成，在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩和剪力，较同跨度梁的弯矩和剪力为小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间。 常见拱结构形式常见拱结构形式 日本姬路市中心体育日本姬路市中心体育馆拱结构屋盖馆拱结构屋盖 拱结构常用于礼堂、展览馆、体育馆、火车站、飞机库等的大跨屋盖承重结构；同时有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。 矢跨

4、比为拱的基本几何特征，直接影响支座水平反力的大小。在工程结构中，矢跨比约在11/10之间，甚至可更小一些。 桁架是由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。由简支梁演变成桁架示意图由简支梁演变成桁架示意图 桁架结构形式桁架结构形式 桁架结构比梁结构具有更多的优点： 扩大了梁式结构的适用跨度； 桁架是由杆件组成的，桁架体系可以多样化，如平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形桁架等形式；施工方便，桁架可以整体制造后吊装，也可以在施工现场高空进行杆件拼装。 房屋建筑工程的

5、类别有多种分法。它们可以按房屋的使用性质分，可以按房屋结构采用的材料分类，也可以按房屋主体结构的形式和受力系统（也称结构体系）分，建筑师习惯于第一种，结构工程师和施工工程师习惯于第二、尤其是第三种分法。 按房屋的使用性质分：民用建筑民用建筑公共建筑公共建筑工业建筑工业建筑农业建筑农业建筑民用建筑：是指供人们民用建筑：是指供人们居住、生活、工作和从居住、生活、工作和从事文化、商业、医疗、事文化、商业、医疗、交通等公共活动的房屋，交通等公共活动的房屋，如图书馆、商店、医院、如图书馆、商店、医院、停车场等。由于它是停车场等。由于它是的场所，有着与的场所，有着与公共建筑类似的要求，公共建筑类似的要求，

6、一般采用一般采用为主为主体结构。体结构。公共建筑：包括办公类、教公共建筑：包括办公类、教育科研类、文化娱乐类、体育科研类、文化娱乐类、体育类、商业服务类、旅馆类、育类、商业服务类、旅馆类、医疗服务类、交通类、邮电医疗服务类、交通类、邮电类、市政公用设施类等类型类、市政公用设施类等类型的建筑。它是的建筑。它是的场所，的场所，人流走向问题突出，人流走向问题突出，对使用功能及其设施的要求对使用功能及其设施的要求很高，因此经常采用将梁柱很高，因此经常采用将梁柱连接在一起的连接在一起的以及以及等等为主体的结构。为主体的结构。 工业建筑：是指供人们从事工业建筑：是指供人们从事工业生产的房屋，包括生产工业生

7、产的房屋，包括生产用房屋及辅助用房屋，如机用房屋及辅助用房屋，如机械、医药、化工、食品等厂械、医药、化工、食品等厂房。它往往有房。它往往有，沉重的撞击和振动，需要巨沉重的撞击和振动，需要巨大的空间，大的空间，特殊要特殊要求，以及要考虑生产产品的求，以及要考虑生产产品的起吊运输设备和生产路线等。起吊运输设备和生产路线等。单层工业建筑经常采用的是单层工业建筑经常采用的是，多层工业建筑往，多层工业建筑往往采用往采用。 农业建筑：是指供人们从事农业建筑：是指供人们从事农业生产的房屋，如养殖场、农业生产的房屋，如养殖场、畜牧场、蔬菜棚等。它往往畜牧场、蔬菜棚等。它往往采用的是采用的是或或。 按房屋结构材

8、料分：木结构木结构砌体结构砌体结构混凝土结构混凝土结构钢结构钢结构木结构：将原木材木结构：将原木材( (方木、方木、圆木、条材、板材等圆木、条材、板材等) )经经过齿形连接、螺栓连接、过齿形连接、螺栓连接、钉连接、键连接或胶连钉连接、键连接或胶连接，形成各种型式的结接，形成各种型式的结构，如木桁架、木网架、构，如木桁架、木网架、木框架、木拱等。木框架、木拱等。 现代木结构建筑有以下几大特点： 施工周期短。 易于扩建和改造。保温隔热性能好。节能环保性能好。 木结构的缺点是多疵病、易燃、易腐、易虫蛀等。 重型木结构房屋轻型框架房屋砌体结构：是指采用砌体结构：是指采用砖、砖、石、混凝土砌块石、混凝土

9、砌块等砌体等砌体建造的结构。建造的结构。2020世纪上半叶，砌体结世纪上半叶，砌体结构发展缓慢，但构发展缓慢，但2020世纪世纪下半叶以来，随着新材下半叶以来，随着新材料、新技术和新结构的料、新技术和新结构的不断研制和使用以及计不断研制和使用以及计算理论和计算方法的不算理论和计算方法的不断完善，砌体结构得到断完善，砌体结构得到了广泛应用和迅速发展。了广泛应用和迅速发展。 根据砌体中是否配置钢筋，砌体可分为无筋砌体和配筋砌体。对配筋砌体，按照钢筋的作用又可分为约束砌体结构和配筋砌体结构。采用高强砌体材料来提高砌体结构性能，通过配筋提高砌体结构的抗震性能，利用工业废料（粉煤灰、煤渣或者混凝土）制成

10、空心砖块代替粘土砖。 配筋砌体房屋结构配筋砌体房屋结构 约束砌体房屋结构约束砌体房屋结构 混凝土结构：以混凝土为混凝土结构：以混凝土为主制作的结构称为混凝土主制作的结构称为混凝土结构。它包括结构。它包括、和和等。混凝等。混凝土结构广泛应用于各类建土结构广泛应用于各类建筑工程中，除用于工业与筑工程中，除用于工业与民用建筑外，还用于地下、民用建筑外，还用于地下、水工、港口、桥梁、隧道水工、港口、桥梁、隧道等土木工程和国防工程中。等土木工程和国防工程中。 混凝土结构的发展大体上经历了混凝土结构的发展大体上经历了四个阶段四个阶段：第：第一阶段从一阶段从18501850年到年到19201920年属于缓慢

11、发展阶段；第二年属于缓慢发展阶段；第二阶段从阶段从19201920年到年到19501950年属于材料强度提高阶段；第年属于材料强度提高阶段；第三阶段从三阶段从19501950年到年到19801980年和第四阶段从年和第四阶段从19801980至今均至今均属于快速发展阶段。属于快速发展阶段。上海东方明珠电视塔上海东方明珠电视塔 加拿大多伦多电视塔加拿大多伦多电视塔 钢结构：由钢结构：由等制成等制成等基本等基本构件，再用构件，再用将其连接成可承受各将其连接成可承受各种荷载作用的几何不变体种荷载作用的几何不变体系称为钢结构。有些钢结系称为钢结构。有些钢结构还用钢绞线、钢丝绳构还用钢绞线、钢丝绳（束）

12、组成。钢结构常用（束）组成。钢结构常用于跨度大、高度高、荷载于跨度大、高度高、荷载大、动力作用大的各种建大、动力作用大的各种建筑及其它土木工程结构中。筑及其它土木工程结构中。单层工业厂房单层工业厂房常用结构常用结构 索膜结构索膜结构 杂交结构杂交结构 多层、高层及超高层多层、高层及超高层建筑的结构形式建筑的结构形式 钢结构的钢结构的特点特点： 材料强度高，结构重量轻。材料强度高，结构重量轻。 材质均匀，安全可靠。材质均匀，安全可靠。 工业化程度高，工期短。工业化程度高，工期短。 密封性好。密封性好。 抗震性能好。抗震性能好。 钢结构的钢结构的缺点缺点： 钢材价格相对较贵。钢材价格相对较贵。 耐

13、锈蚀性差。耐锈蚀性差。 耐火性差。耐火性差。按房屋结构体系分：墙体结构墙体结构框架结构框架结构框架框架- -剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构网架结构网架结构桁架结构桁架结构薄壳结构薄壳结构悬索结构悬索结构薄膜结构薄膜结构木结构：是指利用房屋的木结构：是指利用房屋的墙体作为竖向承重和抵抗墙体作为竖向承重和抵抗水平荷载（如风荷载或地水平荷载（如风荷载或地震荷载）的结构，墙体同震荷载）的结构，墙体同时也作为维护及房间分隔时也作为维护及房间分隔构件，在高层建筑中也称构件，在高层建筑中也称剪力墙结构。剪力墙结构。墙体框架结构：是由竖向构件框架结构：是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通的柱子与水平构件的

14、梁通过节点连接而组成，既承过节点连接而组成，既承担竖向荷载，又能承担水担竖向荷载，又能承担水平荷载（风、地震）。框平荷载（风、地震）。框架结构的优点是建筑平面架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。丰富多变的立面造型。 框架框架- -剪力墙结构：框架结构侧剪力墙结构：框架结构侧向刚度差，抵抗水平荷载能力较向刚度差，抵抗水平荷载能力较低，地震作用下变形大，但它具低，地震作用下变形大，但它具有平面灵活、有较大空间、立面有平面灵活、有较大空间、立面处理易于变化等优点，而剪力墙处理易于变化等优点，而剪力墙结构则相

15、反，抗侧力刚度、强度结构则相反，抗侧力刚度、强度大但限制使用空间。把两者结合大但限制使用空间。把两者结合起来，取长补短，在框架中设置起来，取长补短，在框架中设置一些剪力墙，就成了框架剪力一些剪力墙，就成了框架剪力墙体系。墙体系。 筒体结构：是由一个或多个筒体作为承重结构的建筑体系，筒体结构：是由一个或多个筒体作为承重结构的建筑体系，适用于层数较多的高层建筑。筒体在侧向风荷载的作用下，适用于层数较多的高层建筑。筒体在侧向风荷载的作用下，其受力类似于刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面受拉，而背其受力类似于刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面受拉，而背风面将受压，当单筒结构高度较大时，其很难承受较大的水风面将

16、受压，当单筒结构高度较大时，其很难承受较大的水平作用，因此一般筒式体系为组合体系。根据不同组合，筒平作用，因此一般筒式体系为组合体系。根据不同组合，筒体结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系。体系。网架结构：是由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连网架结构：是由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构。网架结构的杆件多采用钢管或角钢制作，接起来的空间结构。网架结构的杆件多采用钢管或角钢制作，结点多为空心球结点或钢板焊接结点。其材料一般采用结点多为空心球结点或钢板焊接结点。其材料一般采用16Mn16Mn钢钢或

17、或Q235Q235钢。它改变了一般平面桁架的受力体系，能够承受来自钢。它改变了一般平面桁架的受力体系，能够承受来自各方向的荷载，即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动各方向的荷载，即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调节杆件内力，保持结构的安全。调节杆件内力，保持结构的安全。 桁架结构：是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结桁架结构：是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，应构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这些特力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这些特点使得桁架结构用

18、料经济，结构自重小。桁架同网架比，点使得桁架结构用料经济，结构自重小。桁架同网架比，杆件较少，节点美观，不会出现较大的球节点，利用大跨杆件较少，节点美观，不会出现较大的球节点，利用大跨度空间桁架结构，可以建造出各种体态轻盈的大跨度结构。度空间桁架结构，可以建造出各种体态轻盈的大跨度结构。 薄壳结构：就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。 筒壳圆顶薄壳双曲扁壳双曲抛

19、物面壳悬索结构：是以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。悬索一般采用由高强钢丝组成的高强钢丝束、钢绞线或钢丝绳，也可以采用圆钢筋、带钢或薄钢板等材料。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。 索拱薄膜结构：是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于使用、安全等优点。这种结构形式特别适用于大型体育场馆 、人行廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中

20、心等领域。 特种结构是指具有特种用途的工程结构，包括高耸结构、容器结构及地下工程结构等。本节主要介绍电视塔、烟囱，水塔、水池、筒仓等特种结构。 电视塔多建于大、中城市，承担广电视塔多建于大、中城市，承担广播电视发射和节目传递、旅游观光播电视发射和节目传递、旅游观光等任务，一般被看成所在城市的象等任务，一般被看成所在城市的象征性建筑。它是由征性建筑。它是由塔体塔体、桅杆桅杆、塔塔楼楼、塔基础塔基础组成。塔基础顶面以上组成。塔基础顶面以上竖向布置的受力结构称塔体；塔楼竖向布置的受力结构称塔体；塔楼以上的塔体部分称桅杆，主要用于以上的塔体部分称桅杆，主要用于安装发射天线；塔体中部或顶部的安装发射天线

21、；塔体中部或顶部的建筑称为塔楼；塔体和地基间，承建筑称为塔楼；塔体和地基间，承受塔体各作用的结构称为塔基础。受塔体各作用的结构称为塔基础。 烟囱是用于排放工业与民用炉窑高烟囱是用于排放工业与民用炉窑高温度气体的高耸结构物。它的作用温度气体的高耸结构物。它的作用在于保证炉窑内气体的正常流动和在于保证炉窑内气体的正常流动和热交换过程，即提供炉内燃料充分热交换过程，即提供炉内燃料充分燃烧所需要的空气，并排除燃烧过燃烧所需要的空气，并排除燃烧过程中所产生的废气。烟囱是由程中所产生的废气。烟囱是由基础基础、筒壁筒壁、内衬内衬、隔热层及附属设施隔热层及附属设施( (爬梯、避雷设备、信号灯平台等爬梯、避雷设

22、备、信号灯平台等) )组成。组成。 深圳妈湾电厂烟囱深圳妈湾电厂烟囱 秦岭电厂烟囱秦岭电厂烟囱 水塔是给水工程中常用的一种构筑物，它的主要作用水塔是给水工程中常用的一种构筑物，它的主要作用是调节和稳定水压，贮存和配给用水。水塔主要由是调节和稳定水压，贮存和配给用水。水塔主要由水水箱箱、塔身塔身、基础和一些附属设施基础和一些附属设施组成，这些附属设施组成，这些附属设施包括进水管和出水管，爬梯和平台，避雷和照明装置，包括进水管和出水管，爬梯和平台，避雷和照明装置，水位控制和指示装置。水位控制和指示装置。 倒锥壳型倒锥壳型 英兹型英兹型 平底型平底型 球型球型 水池是用于储存液体的构筑物，水池是用于

23、储存液体的构筑物，多建在地面和地下，主要由多建在地面和地下，主要由顶顶盖盖，池壁池壁，底板底板组成。按平面组成。按平面形状分为矩形水池和圆形水池。形状分为矩形水池和圆形水池。矩形水池施工方便，占地面积矩形水池施工方便，占地面积小，平面布置紧凑；圆形水池小，平面布置紧凑；圆形水池受力合理。按水池材料分有钢受力合理。按水池材料分有钢水池、钢筋混凝土水池、钢丝水池、钢筋混凝土水池、钢丝网水泥水池、砖石水池等，应网水泥水池、砖石水池等，应用最广的是钢筋混凝土水池。用最广的是钢筋混凝土水池。水池构成示意图水池构成示意图筒仓是工矿企业的通用性构筑物，用它来贮存松散筒仓是工矿企业的通用性构筑物，用它来贮存松

24、散的块状、粒状原材料或燃料的块状、粒状原材料或燃料( (包括矿石、煤、水泥、包括矿石、煤、水泥、砂子、石灰、谷类等砂子、石灰、谷类等) )。可作为生产企业调节和贮存。可作为生产企业调节和贮存用料的设施，也可做为贮存粮食、矿石、煤等的仓用料的设施，也可做为贮存粮食、矿石、煤等的仓库。筒仓结构一般由六部分组成，包括库。筒仓结构一般由六部分组成，包括仓上建筑物仓上建筑物、仓顶仓顶、仓壁仓壁、仓底仓底、仓下支承结构仓下支承结构和和基础基础。 常见筒仓形式常见筒仓形式单列矩形浅仓圆形群仓 随着大中城市建设用地的日趋紧张，为了尽可能地随着大中城市建设用地的日趋紧张，为了尽可能地利用利用空间空间，现代建筑工

25、程向超高层、大跨度的方向发展趋势明显；，现代建筑工程向超高层、大跨度的方向发展趋势明显；同时，建筑同时，建筑结构体系也越来越复杂结构体系也越来越复杂，新型结构形式将相继出，新型结构形式将相继出现，新的现，新的高强度轻型材料高强度轻型材料也将广泛应用于建筑工程领域；随也将广泛应用于建筑工程领域；随着着计算机网络、综合数字网络及邮电通信网络计算机网络、综合数字网络及邮电通信网络等在住宅中的等在住宅中的综合运用，使智能建筑的理想真正变为现实。综合运用，使智能建筑的理想真正变为现实。 (1). (1). 超高层建筑的出现超高层建筑的出现 由于高层建筑中的科技含量越来越高，已成为由于高层建筑中的科技含量

26、越来越高，已成为反映一个反映一个国家或城市科技实力和建设水平的指标之一国家或城市科技实力和建设水平的指标之一，因此，目前世，因此，目前世界上一些国家纷纷提出拟建世界最高建筑，如阿联酋的迪拜界上一些国家纷纷提出拟建世界最高建筑，如阿联酋的迪拜塔已于塔已于20102010年落成，最终的高度达到年落成，最终的高度达到828m828m等。等。 阿联酋迪拜塔施工图片阿联酋迪拜塔施工图片日本超高层建筑日本超高层建筑“都市大厦都市大厦”设想设想 (2). (2). 新材料的开发和应用新材料的开发和应用 随着高性能混凝土材料的研制和不断发展，随着高性能混凝土材料的研制和不断发展，混凝土的强混凝土的强度等级和塑

27、性性能不断得到改善度等级和塑性性能不断得到改善。在高层建筑中应用高强度。在高层建筑中应用高强度混凝土混凝土(C60-C100(C60-C100混凝土已有应用混凝土已有应用) )，可以减小结构构件的尺，可以减小结构构件的尺寸，减少结构自重，对高层建筑结构的发展产生重大影响。寸，减少结构自重，对高层建筑结构的发展产生重大影响。高强度且具有良好可焊性的厚钢板将成为今后高层建筑钢结高强度且具有良好可焊性的厚钢板将成为今后高层建筑钢结构的主要用钢构的主要用钢。耐火钢材。耐火钢材FRFR钢的出现为钢结构的抗火设计提钢的出现为钢结构的抗火设计提供了方便。采用供了方便。采用FRFR钢材制作高层钢结构时，其防火

28、保护层的钢材制作高层钢结构时，其防火保护层的厚度可大大减小，在有些情况下可以不采用防火保护材料，厚度可大大减小，在有些情况下可以不采用防火保护材料，从而降低钢结构的造价，使钢结构更具有竞争性。此外，从而降低钢结构的造价，使钢结构更具有竞争性。此外，新新型的碳纤维材料也广泛应用于土木工程中型的碳纤维材料也广泛应用于土木工程中，其轴向强度和模，其轴向强度和模量高，通用型碳纤维强度达量高，通用型碳纤维强度达1000MPa1000MPa、模量、模量100GPa100GPa左右，高性左右，高性能型碳纤维又可分为高强型能型碳纤维又可分为高强型( (强度强度2000MPa2000MPa、模量、模量250GP

29、a)250GPa)和高和高模型模型( (模量在模量在 300GPa300GPa以上以上) )，无蠕变，耐疲劳性好等特点，比，无蠕变，耐疲劳性好等特点，比热及导电性介于非金属和金属之间。热及导电性介于非金属和金属之间。 (3). (3). 新型结构形式广泛应用新型结构形式广泛应用 采用采用组合结构可以建造比混凝土结构更高的建筑组合结构可以建造比混凝土结构更高的建筑。除外。除外包混凝土组合柱外，钢管混凝土组合柱、外包混凝土的钢管包混凝土组合柱外，钢管混凝土组合柱、外包混凝土的钢管混凝土双重组合柱的应用也很广泛。随着混凝土强度的提高混凝土双重组合柱的应用也很广泛。随着混凝土强度的提高及结构构造和施工技术的改进，组合结构在高层建筑中的应及结构构造和施工技术的改进，组合结构在高层建筑中的应用将进一步扩大。用将进一步扩大。 筒体结构的形式及巨型骨架结构体系筒体结构的形式及巨型骨架结构体系 新型结构广泛应用到超高层建筑，建筑结构体系也越来新型结构广泛应用到超高层建筑，建筑结构体系也越来越复杂，如正在筹建的高越复杂，如正在筹建的高532m532m的芝加哥摩天大楼都采用了的芝加哥摩天大楼都采用了桁桁架筒体结构体系架筒体结构体系，预计这种结构体系今后在，预计这种结构体系今后在300m300m以上的高层以上的高层建筑中将得到更多的应用。而建筑中将得到更多