建筑结构讲义2

1、 赵永新赵永新 建筑结构建筑结构2014.05第一篇第一篇 建筑结构概论建筑结构概论一、建筑结构概论二、建筑结构发展及应用CH.1 建筑结构概论1. 1. 建筑结构定义建筑结构定义2. 2. 基本基本( (单元单元) )构件构件3. 3. 分类分类 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

2、，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 主跨1385m (江阴长江大桥，悬索结构，1999)1.1 1.1 建筑结构定义建筑结构定义由若干由若干构件构件连接而成的能承受荷载和其他间接作用的连接而成的能承受荷载和其他间接作用的体系，叫做体系，叫做建筑结构建筑结构。CH.1 建筑结构概论u板：提供活动面，直接承受并传递荷载；板：提供活动面，直接承受并传递荷载；u梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并传递；梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并传递；u柱：承受楼面体系（梁、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；u墙：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递；墙：承受楼面

3、体系（梁、板）传来的荷载并传递；u基础：将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基；基础：将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基；u索：悬挂构件或结构体系的主要传力单元；索：悬挂构件或结构体系的主要传力单元；u杆：组成空间构件，如屋架等。杆：组成空间构件，如屋架等。 1.2 1.2 基本基本( (单元单元) )构件构件1.3 1.3 分类分类建筑结构建筑结构应用最广泛应用最广泛混凝土结构混凝土结构砌体结构砌体结构钢结构钢结构木结构木结构按材料分类按材料分类按受力体系分类按受力体系分类u混合结构：即砖混结构，墙体承重；混合结构：即砖混结构，墙体承重；GB50011-2010,7GB50011-2010,

4、7层，层，2121米米u排架结构：主要由屋架、柱、基础组成，柱段铰接；排架结构：主要由屋架、柱、基础组成，柱段铰接；u框架结构：主要框架结构：主要( (竖向竖向) )受力体系由梁和柱组成；受力体系由梁和柱组成；u剪力墙结构：主要剪力墙结构：主要( (竖向竖向) )受力体系由墙组成；受力体系由墙组成；u框架框架- -剪力墙结构：混合形式；剪力墙结构：混合形式；u筒体结构：四周封闭的墙形成筒；筒体结构：四周封闭的墙形成筒；u其他：如塔式结构、桅式结构、悬索、悬吊结构、壳体结其他：如塔式结构、桅式结构、悬索、悬吊结构、壳体结构构: :、网架结构等、网架结构等上海金茂大厦上海金茂大厦是是8888层，建

5、筑高度层，建筑高度420.5m420.5m，建筑面积，建筑面积28.928.9万平方米，万平方米，于于19981998年年8 8月月2828日竣工。钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。日竣工。钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。按建筑物层数分类：按建筑物层数分类：高层、多层、低层高层、多层、低层自左向右：台北自左向右：台北101101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦香港国际金融中心、纽约帝国大厦迪拜大厦2.建筑结构的发展及应用l公元前5000年，就有房屋结构。l秦砖汉瓦l水泥

6、混凝土l钢结构高层CH.2 建筑结构设计基本原理2.1 2.1 建筑物结构的荷载建筑物结构的荷载作用（作用（S S）（或荷载）（或荷载）作用效应作用效应施加在结构上的集中力或分布力，称为作用施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用由作用引起的结构或构件的反应由作用引起的结构或构件的反应结构抗力（结构抗力（R R）结构或结构构件承受效应的能力结构或结构构件承受效应的能力qVM2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值不随时间变化不随时间变化，或其变或其变化与平均值相

7、比可以忽略不计化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称恒恒荷载荷载或或恒载恒载。比如结构自重或土压力等。比如结构自重或土压力等。在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值随时间变化，或其变化随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称活活荷载荷载或或活载活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。载、风荷载、吊车荷载等。在结构使用期间在结构使用期间不一定出现不一定出现，而，而一旦出现一旦出现, ,其量其量值很大而持续时间较短值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、的荷载。比如爆炸力、撞击力等

8、。撞击力等。 永久荷载永久荷载 可变荷载可变荷载 偶然荷载偶然荷载2.1.2 2.1.2 荷载分类荷载分类按时间变异分类按时间变异分类按空间变异分类按空间变异分类 固定荷载固定荷载在结构空间位置上具有在结构空间位置上具有固定的分布固定的分布； 可动荷载可动荷载在结构空间位置在结构空间位置一定范围内可以任意分布一定范围内可以任意分布。 静态荷载静态荷载对结构对结构不产生动力效应不产生动力效应，或小的可以忽略；，或小的可以忽略； 动态荷载动态荷载对结构对结构产生动力效应产生动力效应，且不可以忽略。，且不可以忽略。按照结构的反应分类按照结构的反应分类结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值

9、。结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现况下出现具有一定保证率具有一定保证率的的最大荷载最大荷载。当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。合值为代表值。在在设计基准期设计基准期内经常作用在结构上的内经常作用在结构上的可可变荷载变荷载。kccQQ kqqQQ kkorQG作用于结构上作用于

10、结构上时而出现时而出现，持续时间较短持续时间较短的的较大较大可变荷载可变荷载。kffQQ 荷载标准值荷载标准值 可变荷载组合值可变荷载组合值 可变荷载准永久值可变荷载准永久值 可变荷载频遇值可变荷载频遇值2.1.3 2.1.3 荷载的代表值荷载的代表值恒荷载恒荷载按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。楼面及屋面活荷载楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活载见民用建筑楼面活载见规范规范。对多、高层，荷载满布且达到。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减。最大值可能性很小，应适当折减。屋面均布活载分屋面均布活载分“上人上人”和和

11、“不上人不上人”两类。两类。雪荷载雪荷载orkSS基本雪压。见基本雪压。见规范规范kS雪荷载标准值雪荷载标准值oSr屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。投影面上的雪荷载的换算系数。风荷载风荷载ozszkkzosz风荷载标准值风荷载标准值基本风压，见基本风压，见规范规范风压高度变化系数风压高度变化系数风荷载体型系数，风荷载体型系数，+ +为压为压力，力，- -为吸力为吸力高度高度z z处风振系数处风振系数屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。2.2 2.2

12、 极限状态设计法极限状态设计法2.2.1 2.2.1 结构功能要求结构功能要求在设计基准期（在设计基准期（一般一般5050年，也有年，也有100100和和2525年年）内，满足功）内，满足功能要求，即安全性能要求，即安全性(SR)(S0：uZ=R-S25 dh0C25 dC30 1.5dhash0ChCCCas15,d20070hh0as4.2.1 概述（3/3）4.2 钢筋混凝土受弯构件（1/5）钢筋外缘砼厚度。钢筋外缘砼厚度。1.2.2 1.2.2 受弯构件正截面计算受弯构件正截面计算4.2.2 受弯构件正截面计算1（1/14） 适当适当, 截面开裂以后截面开裂以后 sfy，随着荷载增，随

13、着荷载增大，裂缝开展、大，裂缝开展、 s，f 增加，当增加，当 f=fy(屈服屈服荷载荷载)， s=fy，荷载稍增加，荷载稍增加， c= cu 砼被压砼被压碎。碎。“延性破坏延性破坏”2. 2. 适筋梁适筋梁3. 3. 超筋梁超筋梁 过多过多 , 出现许多小裂缝，但出现许多小裂缝，但 sfy, 当当 c= cu, 压区砼被压碎，梁破坏。压区砼被压碎，梁破坏。 “脆性破坏脆性破坏” 很低，砼一开裂，截面即破坏。很低，砼一开裂，截面即破坏。 s=fy。“脆性破坏脆性破坏”1. 1. 少筋梁少筋梁（一）破坏形式（一）破坏形式0bhAs habAsh0配筋率配筋率4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）一

14、、受弯构件正截面受力特性一、受弯构件正截面受力特性（二）适筋构件截面受力三阶段（二）适筋构件截面受力三阶段Ia a，裂缝出现。，裂缝出现。MMcrIIa，MMy。正常使用状态正常使用状态第第I阶段：阶段：弹性工作阶段弹性工作阶段第第II阶段：阶段：带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段IIIa，MMu。第第III阶段：阶段：破坏阶段破坏阶段是抗裂验算依据是抗裂验算依据是正截面抗弯计算依据是正截面抗弯计算依据是变形和裂缝宽度验算依据是变形和裂缝宽度验算依据0.40.60.81.0aaaMcrMyMu0 fM/Mu4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.2 受弯构件正截面计算1（4/14）截面验算步骤截

15、面验算步骤4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.2 受弯构件正截面计算1（14/14）已知已知M,As,b,h,fc,ftbcysbhffA 01s 查查表表是是否否201bhfMcsu min M 450mm450mm）减小梁腹部裂缝宽度减小梁腹部裂缝宽度构造确定构造确定开放式开放式封闭式封闭式双肢双肢3,4004,400 nmmbornmmb四肢四肢单肢单肢mmb150 25 dh0C25 dC30 1.5dhash0ChCCCas15,d20070hh0as（三）混凝土保护层和截面有效高度（三）混凝土保护层和截面有效高度4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.2 受弯构件正截面

16、计算3（8/8）4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）箍筋和弯起筋箍筋和弯起筋间距间距符合构造要求；符合构造要求；弯起筋锚固长度：弯起筋锚固长度：受拉区受拉区不小于不小于20d20d，受压区受压区不小于不小于10d10d，光圆，光圆钢筋设弯钩梁底两侧钢筋不弯起；钢筋设弯钩梁底两侧钢筋不弯起；鸭筋（吊筋）鸭筋（吊筋）必须将两端锚固在受压区，不得采用必须将两端锚固在受压区，不得采用浮筋浮筋ss4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.3 受弯构件斜截面计算（1/）2. 2. 纵向钢筋的截断和锚固纵向钢筋的截断和锚固a.a.纵向钢筋的截断纵向钢筋的截断b.b.钢

17、筋的锚固钢筋的锚固为使钢筋可靠锚固在混凝土中充分发挥抗拉作用，而在伸入支座时保为使钢筋可靠锚固在混凝土中充分发挥抗拉作用，而在伸入支座时保持的一定长度，称持的一定长度，称锚固长度锚固长度受拉钢筋的锚固长度受拉钢筋的锚固长度( (基本锚固长度基本锚固长度) )：受压钢筋的锚固长度：受压钢筋的锚固长度：钢筋在简支端的锚固：按构造（表钢筋在简支端的锚固：按构造（表4-144-14）钢筋在中间支座的锚固：钢筋在中间支座的锚固：上部纵向筋应贯穿中间支座上部纵向筋应贯穿中间支座; ;下下部按构造。部按构造。al 70.dffltya 钢钢筋筋外外形形系系数数 4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.3

18、 受弯构件斜截面计算（1/）4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.4 受弯构件的变形（1/）2. 2. 结构工作环境类别结构工作环境类别混凝土结构的耐久性与结构工作的混凝土结构的耐久性与结构工作的环境环境有密切关系。有密切关系。同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短。同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短。对于不同环境对于不同环境，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。如在恶劣环境如在恶劣环境，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不一，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不一定好。可在构件表面采用防护涂层。定好。可在构件

19、表面采用防护涂层。表 9-3 混凝土结构的使用环境类别 环境类别 说 明 一 室内正常环境；无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与土壤直接接触的环境 a 室内潮湿环境；露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 二 b 寒冷及严寒地区的露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 三 使用除冰盐的环境；严寒寒冷地区的水位变动区；滨海地区室外环境； 四 海洋环境（海水潮汐区；浪溅区；海水下环境） 五 受人为和自然的化学侵蚀性物质影响的环境 4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.4 受弯构件的变形（1/）3. 3. 保证耐久性措施保证耐久性措施a.a.最小保护层厚度最小保护层厚度为保证耐久性和钢筋

20、的粘结力，对一、二、三类环境一般建筑结构为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命（设计工作寿命5050年），年），规范规范规定了最小混凝土保护层厚度。规定了最小混凝土保护层厚度。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。当对结构设计工作寿命有更高要求时（当对结构设计工作寿命有更高要求时（100100年），混凝土保护层厚年），混凝土保护层厚度应度应乘以乘以1.41.4或或采用表面防护采用表面防护，定期维修定期维修等措施。等措施。. .4.2 钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.4 受弯构件的变形（1/）c.c.裂缝

21、控制裂缝控制对于结构中使用对于结构中使用环境较差环境较差的构件，的构件，宜设计成可更换或易更换的宜设计成可更换或易更换的构件构件。对于暴露在对于暴露在侵蚀性环境侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。钢筋，预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的采用有利提高耐久性的高强混凝土高强混凝土。表 9-6 裂缝控制等级与裂缝宽度限值 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 环境 类别 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限值 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限值 一 三 0.3 三 0.2 二 三 0.2 二 三 三 0.2 一 d.d.其他措施其他措

22、施规范规范根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级。性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级。1.3 钢筋混凝土受压构件钢筋混凝土受压构件w1.分类：轴心受压构件 偏心受压构件w柱 基础 屋架 2.构造要求wA.材料强度等级 宜高 不低于C25wB.截面形状及尺寸 矩形 工字形wC.纵向钢筋 最小配筋率0.60 0.55%w 最大配筋率5 wD.箍筋 末端弯钩135 1.4受扭构件w雨棚梁 框架边梁 吊车梁w抗扭纵筋w抗扭箍筋1.5预应力混凝土w1.原理w2.特点 提高抗裂度w 节省材料 减轻自

23、重w 经济 提高刚度 耐久w3.分类 先张法 后张法w4.钢筋 特点 高强 可焊 良好的粘结 应力 松弛低w 种类 热处理钢筋 消除应力钢丝 钢绞线w 螺纹钢筋w5.混凝土 不低于C30. 收缩徐变小2.砌体结构2.1砌体结构受力特点和构造要求w2.1.1砌体种类w无筋砌体w配筋砌体2.1.2砂浆2.1.3砌体抗压力学性能w影响因素w1.块材和砂浆强度w2.块材尺寸和形状w3.砂浆性能w4.砌筑质量2.1.4砌体抗压强度设计值2.1.5混合结构房屋承重体系w1.横墙承重体系w2.纵墙承重体系w3.纵横墙承重体系w4.内框架承重体系2.1.6一般构造要求2.1.6.2截面尺寸要求2.1.6.3支

24、承长度要求2.1.6.4连接锚固要求2.1.6.5留槽洞及埋设管道2.1.6.6设置垫块条件2.1.6.7设置构造柱条件2.1.6.8砌块砌体构造2.1.7圈梁圈梁2.1.8过梁2.1.9挑梁三、钢结构三、钢结构3.1钢结构的特点w1.强度高w2.自重轻w3.均匀连续各向同性w4.可焊性可加工性w5.耐火性差w6.易绣，后期维护费高9.11事件w2001年9月11日美国东部时间上午3.2钢结构的连接w1.焊接w2.螺栓连接w3.柳钉连接3.2.1焊接w优点：构造简单，不削弱截面，连接的密封性好，易自动化操作。w缺点：焊接影响区材质变脆，在焊件中产生残余变形和应力。影响构件承载力及正常使用。3.

25、2.2焊接的分类w焊接形式分为气焊、接触焊、电弧焊。w电弧焊包括手工电弧焊、自动或半自动电弧焊、及气体保护焊。w电焊条牌号w碳钢焊条E43、E50。低合金焊条E50、E55.3.2.3焊缝的形式w对接焊缝 优缺点w角焊缝 优缺点3.3.1螺栓连接w1.普通螺栓 粗制 精制w破坏形式 剪切破坏 拉伸破坏w规格 4.6级M20 8.8级M24w2.高强螺栓连接 传力方式w摩擦型和承压型3.3.2螺栓距离规定第三篇第三篇 建筑结构建筑结构抗震基本知识抗震基本知识w地震 由于地壳构造运动使岩层发生断裂、错动而引起的地面振动。w5.12汶川大地震w震级 地震烈度 抗震设防烈度w地震波 横波 纵波 面波3.1地震对建筑物的破坏w1.结构丧失稳定性w2.承重构件强度不足引起破坏w3.地基失效w4.次生灾害3.2抗震设防要求w3.2.1选择对抗震设防有利的场地、地基基础3.2.2选择对抗震有利的建筑平面和立面3.2.3结构构件连接要求3.2.