建筑结构汇总(一)

1、 土木学院土木学院 林旭健林旭健 第一章第一章 结构及结构类型结构及结构类型一、结构概念一、结构概念1.1.结构的定义结构的定义 每一建筑物或构筑物，都具有用每一建筑物或构筑物，都具有用一定材料建造的、能够抵御自然界各一定材料建造的、能够抵御自然界各种作用力的空间骨架种作用力的空间骨架结构。结构。 2.2.建筑与结构的关系建筑与结构的关系 结构是建筑物赖以存在的物质基础，结构是建筑物赖以存在的物质基础，建筑不能脱离结构而存在，任何建筑构思建筑不能脱离结构而存在，任何建筑构思都必须通过结构来实现。都必须通过结构来实现。 因此，建筑设计一开始，就要考虑结因此，建筑设计一开始，就要考虑结构方案，既要

2、满足建筑使用的要求，又要构方案，既要满足建筑使用的要求，又要顾及材料的选用和结构的实施。顾及材料的选用和结构的实施。 建筑设计与结构设计的关系：建筑设计与结构设计的关系：1 1）合作合作解决矛盾解决矛盾 设计、建造建筑物，是建筑师、结构设计、建造建筑物，是建筑师、结构工程师、设备工程师、施工工程师共同合工程师、设备工程师、施工工程师共同合作的多边复杂过程。在这相当长的过程中，作的多边复杂过程。在这相当长的过程中，会出现各种各样的矛盾，至少要求能够共会出现各种各样的矛盾，至少要求能够共同协商、解决矛盾。同协商、解决矛盾。 2 2）结合结合相互了解相互了解 如果建筑师缺乏必要结构知识，就缺如果建筑

3、师缺乏必要结构知识，就缺乏与结构工程师共同研究的基础，就会导乏与结构工程师共同研究的基础，就会导致片面的构思、方案，无法将工程付诸实致片面的构思、方案，无法将工程付诸实现，或造成损失。反之，掌握结构基本原现，或造成损失。反之，掌握结构基本原理，熟悉结构体系，则可能产生符合现代理，熟悉结构体系，则可能产生符合现代建筑科技的新思想、新方法，与结构工程建筑科技的新思想、新方法，与结构工程师的合作就成为一种和谐的结合。师的合作就成为一种和谐的结合。3 3）融合融合 建筑平面和体型是所采用结构型式的建筑平面和体型是所采用结构型式的反映，结构型式的选择为建筑平面和体型反映，结构型式的选择为建筑平面和体型设

4、计效果服务，二者密切对应，作品趋于设计效果服务，二者密切对应，作品趋于完美。完美。4 4）统一统一 完美的建筑物既是好建筑、又是好结完美的建筑物既是好建筑、又是好结构，建筑物内部的建筑设计单元、结构构构，建筑物内部的建筑设计单元、结构构件、设备部件、施工技术等统一成为有机件、设备部件、施工技术等统一成为有机的整体。的整体。3.3.结构所要解决（所涉及）的问题结构所要解决（所涉及）的问题1 1）具有良好的工作性能，满足使用和美观）具有良好的工作性能，满足使用和美观的需要的需要 结构存在的根本目的。结构存在的根本目的。2 2）具有抵御自然界各种作用力的功能（承）具有抵御自然界各种作用力的功能（承载

5、力、变形、稳定、耐久性）载力、变形、稳定、耐久性） 结构存在的根本原因。结构存在的根本原因。3 3）充分发挥所用材料的性能充分发挥所用材料的性能 材料是结构存在的根本条件。材料是结构存在的根本条件。 4）其他问题）其他问题 连接构造：保证结构整体性、刚性，连接构造：保证结构整体性、刚性，反映施工可行性、结构合理性。反映施工可行性、结构合理性。 经济问题：由结构的功利特性所决定。经济问题：由结构的功利特性所决定。需要经过多方案的分析比较，选择相对经需要经过多方案的分析比较，选择相对经济、合理的结构型式。济、合理的结构型式。二、结构构件类型二、结构构件类型1.1.梁梁 主要荷载垂直于纵轴，以受弯矩

6、、剪力主要荷载垂直于纵轴，以受弯矩、剪力为主。为主。2.2.板板 主要荷载垂直于板面，以受弯矩为主。主要荷载垂直于板面，以受弯矩为主。3.3.柱柱 主要荷载平行于纵轴，以受轴向拉、主要荷载平行于纵轴，以受轴向拉、压力和弯矩为主。压力和弯矩为主。 4.4.承重墙承重墙 主要荷载平行于板面，以受拉、压力主要荷载平行于板面，以受拉、压力和弯矩为主。和弯矩为主。5.5.挡土墙挡土墙 主要荷载垂直于板面，以受弯矩、剪主要荷载垂直于板面，以受弯矩、剪力为主。力为主。6.6.索索 线形柔性构件，荷载通过吊索传递到线形柔性构件，荷载通过吊索传递到支承构件。支承构件。7.7.杆杆 以受轴向拉、压力为主。以受轴向

7、拉、压力为主。8.8.拱拱 曲（折）线形构件，荷载主要作用在曲（折）线形构件，荷载主要作用在纵轴平面内，以受压、弯、剪为主。纵轴平面内，以受压、弯、剪为主。9.9.壳壳 曲面形构件，以受压为主，由于传力曲面形构件，以受压为主，由于传力好，厚度可极小。好，厚度可极小。10.10.膜膜 薄膜材料制成，只能承受拉力。薄膜材料制成，只能承受拉力。三、结构体系与型式三、结构体系与型式1.1.墙体结构（承重墙结构）墙体结构（承重墙结构） 墙体不仅起围护作用，更是承受竖向墙体不仅起围护作用，更是承受竖向和水平荷载的主要构件。和水平荷载的主要构件。2.2.框架结构框架结构 以框架作为建筑物的竖向、水平承重以框

8、架作为建筑物的竖向、水平承重结构。结构。3.3.框架框架墙结构墙结构4.4.筒体结构筒体结构 承重墙围成封闭筒体。承重墙围成封闭筒体。框架筒结构 框筒结构筒中筒结构成束筒 巨形框架5.5.错列桁架结构错列桁架结构 整层高的桁架横跨两外柱之间的空间，整层高的桁架横跨两外柱之间的空间，桁架沿建筑物高度交替错列。桁架沿建筑物高度交替错列。6.6.网架结构网架结构 由杆件按一定的网格形式，通过节点由杆件按一定的网格形式，通过节点连接而成的空间结构。轻质、高强、大跨连接而成的空间结构。轻质、高强、大跨（大刚度）、抗震。（大刚度）、抗震。由平面桁架组成的网架（两向正交正放网架）由四角锥体组成的网架（斜放四

9、角锥网架）7.7.拱结构拱结构8.8.壳体结构壳体结构 由薄壳和边缘构件（梁、拱、桁架）由薄壳和边缘构件（梁、拱、桁架）组成，承载力高、刚度大，无需中间支柱。组成，承载力高、刚度大，无需中间支柱。9.9.空间折板结构空间折板结构 薄壁结构，受力较好、刚度较大，施薄壁结构，受力较好、刚度较大，施工（支模）较薄壳简单。工（支模）较薄壳简单。10.10.索结构（悬挂式结构）索结构（悬挂式结构）结构类型结构类型 以主要建筑材料划分：以主要建筑材料划分： 钢、混凝土、砌体、木、塑料、钢、混凝土、砌体、木、塑料、薄膜充气结构等薄膜充气结构等（一）钢结构（一）钢结构 用用各种钢材连接而成。各种钢材连接而成。

10、 通常由型钢、钢板、钢管等通常由型钢、钢板、钢管等制成钢梁、钢柱、钢桁架等构件，各制成钢梁、钢柱、钢桁架等构件，各构件采用焊接、栓接、铆钉连接。构件采用焊接、栓接、铆钉连接。优点：优点： 材料性能良好可靠：质地均匀，强度材料性能良好可靠：质地均匀，强度高，塑性、韧性良好；高，塑性、韧性良好； 轻质高强：强度高，截面小、重量轻，轻质高强：强度高，截面小、重量轻，运输架设方便；运输架设方便； 易连接：可焊，制作工艺简单易连接：可焊，制作工艺简单 制作构件工业化程度高，运输方便，制作构件工业化程度高，运输方便，可重复使用。可重复使用。缺点：缺点： 耐腐蚀性差；耐腐蚀性差； 耐火差；耐火差； 构件长细

11、比大，受压容易失稳；构件长细比大，受压容易失稳； 造价高造价高。（二）混凝土结构（二）混凝土结构1.1.素混凝土结构：素混凝土结构： 抗拉强度很低，一般只用于以受抗拉强度很低，一般只用于以受压为主的结构构件。压为主的结构构件。2.2. 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构： “钢筋混凝土钢筋混凝土”：由钢材、混凝：由钢材、混凝土二种物理力学性能不同的材料土二种物理力学性能不同的材料有机有机结合而成。结合而成。钢筋、混凝土共同工作的基础：钢筋、混凝土共同工作的基础： 良好粘结力；良好粘结力； 温度线膨胀系数相近；温度线膨胀系数相近； 防锈防火。防锈防火。钢筋混凝土结构优点：钢筋混凝土结构优点： 合理利

12、用材料性能；合理利用材料性能； 节约钢材；节约钢材； 就地取材；就地取材； 耐久；耐久； 耐火；耐火； 刚度大；刚度大； 可塑性。可塑性。缺点：缺点： 结构自重大结构自重大 抗裂性差抗裂性差 费工、费摸板，工期长费工、费摸板，工期长 3.3.预应力混凝土结构：预应力混凝土结构： 承受外荷载之前，在结构中施加承受外荷载之前，在结构中施加预应力。预应力。 通常在外荷载作用下的受拉通常在外荷载作用下的受拉区域预加压力，以部分或全部抵消外区域预加压力，以部分或全部抵消外荷载引起的拉应力。荷载引起的拉应力。（三）砌体结构（三）砌体结构 以砂浆将砖、石等块材粘结、砌以砂浆将砖、石等块材粘结、砌筑而成的结构

13、。筑而成的结构。优点：优点：节约钢材、木材、水泥等建材，易节约钢材、木材、水泥等建材，易就地取材、造价低；就地取材、造价低；施工简便。施工简便。缺点：缺点：强度低，抗裂、抗震性能差；强度低，抗裂、抗震性能差；结构体积大；结构体积大；手工砌筑，工作量大。手工砌筑，工作量大。 第二章第二章 结构基本设计原则结构基本设计原则2-12-1结构设计的主要步骤结构设计的主要步骤1.1.根据建筑规模、功能要求，考虑经济、材料、根据建筑规模、功能要求，考虑经济、材料、施工等方面的因素，选择结构类型；施工等方面的因素，选择结构类型；2.2.布置结构构件；布置结构构件；3.3.计算各种作用及作用效应，进行内力组合

14、；计算各种作用及作用效应，进行内力组合；4.4.根据设计内力组合进行截面设计；根据设计内力组合进行截面设计；5.5.构造设计、绘制施工图。构造设计、绘制施工图。2-22-2结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态一、结构的功能要求一、结构的功能要求1.1.安全性安全性 结构在正常施工、使用条件下，能够结构在正常施工、使用条件下，能够承受可能出现的各种作用，在偶然事件承受可能出现的各种作用，在偶然事件（灾害事件）发生时、发生后，保持必要（灾害事件）发生时、发生后，保持必要整体性、不致倒塌的能力。整体性、不致倒塌的能力。2.2.适用性适用性 结构在正常使用条件下，具有良好的结构在正常使用条

15、件下，具有良好的工作性能。工作性能。3.3.耐久性耐久性 结构在正常维护条件下，随时间推移，结构在正常维护条件下，随时间推移，仍能满足功能要求的能力。仍能满足功能要求的能力。 结构的可靠性：结构在设计使用年限结构的可靠性：结构在设计使用年限内，在正常的设计、施工、使用、维护条内，在正常的设计、施工、使用、维护条件下，完成预定功能（强度、刚度、稳定件下，完成预定功能（强度、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性等）的能力。性、抗裂性、耐久性等）的能力。 以结构的可靠度来度量。以结构的可靠度来度量。 结构的可靠度：结构在设计使用年限结构的可靠度：结构在设计使用年限内，在正常的设计、施工、使用、维护条内，在正

16、常的设计、施工、使用、维护条件下，完成预定功能的概率。件下，完成预定功能的概率。二、结构上的作用、作用效应和结构二、结构上的作用、作用效应和结构抗力抗力（一）作用：（一）作用： 施加在结构上的施加在结构上的集中荷载、分布集中荷载、分布荷载荷载，以及引起结构外加变形、约束，以及引起结构外加变形、约束变形的变形的原因原因。1.1.按作用形式分：按作用形式分： 直接作用直接作用（施加在结构上的集中（施加在结构上的集中荷载、分布荷载）荷载、分布荷载） 间接作用间接作用（引起结构外加变形、（引起结构外加变形、约束变形的原因）约束变形的原因）直接作用：直接作用： 永久荷载永久荷载（结构及面层自重；固（结构

17、及面层自重；固定设备自重等）定设备自重等） 可变荷载可变荷载（使用活载；车辆荷载；（使用活载；车辆荷载；风荷载；雪荷载）风荷载；雪荷载） 偶然荷载偶然荷载（撞击；爆炸等）（撞击；爆炸等） 间接作用：间接作用： 外加变形作用外加变形作用（地基不均匀沉降（地基不均匀沉降等）等） 约束变形作用约束变形作用（温、湿差作用等）（温、湿差作用等） 惯性作用惯性作用（地震作用等）（地震作用等） 2.2.按随时间的变异：按随时间的变异： 永久作用永久作用、可变作用可变作用、偶然作用偶然作用 3.3.按随空间位置的变异：按随空间位置的变异： 固定作用固定作用、可动作用可动作用4.4.按结构的反应：按结构的反应：

18、 静态作用静态作用（对结构构件产生的加（对结构构件产生的加速度可忽略，如基础沉降、恒载、一速度可忽略，如基础沉降、恒载、一般楼面活载等）般楼面活载等） 动态作用动态作用（地震、吊车荷载、风（地震、吊车荷载、风载等）载等）（二）作用效应：（二）作用效应： 由于作用而在结构或构件中产生由于作用而在结构或构件中产生的的内力内力和和变形变形。（三）结构抗力：（三）结构抗力： 结构或构件结构或构件承受内力、变形的能承受内力、变形的能力力（承载力、刚度等），由材料性能、（承载力、刚度等），由材料性能、截面几何参数等因素构成。截面几何参数等因素构成。三、结构的极限状态三、结构的极限状态 整个结构或结构的一部

19、分在承载能力、整个结构或结构的一部分在承载能力、变形、稳定、裂缝宽度等方面超过某一特变形、稳定、裂缝宽度等方面超过某一特定状态，以致不能满足设计规定的某一功定状态，以致不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定状态即能要求，这一特定状态即该功能该功能的极限状的极限状态。态。 极限状态极限状态划分：划分：承载能力极限状态承载能力极限状态、正常使用极限状态正常使用极限状态。 1.1.承载能力极限状态：结构或构件达到最大承承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或产生不适于继续承载的过大变形。载能力，或产生不适于继续承载的过大变形。 1 1）结构或结构的一部分作为刚体失去平衡）结构或结构的一部分

20、作为刚体失去平衡 2 2）结构转变为机动体系）结构转变为机动体系 3 3）结构或构件失稳破坏）结构或构件失稳破坏 4 4）结构构件或其连接超过材料强度（包括）结构构件或其连接超过材料强度（包括疲劳破坏）疲劳破坏） 5 5）结构构件产生过大塑性变形、不适于继）结构构件产生过大塑性变形、不适于继续承载续承载2.2.正常使用极限状态：结构或构件达到正正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。常使用或耐久性能的某项规定限值。 1 1）出现影响正常使用或有碍观瞻的变形）出现影响正常使用或有碍观瞻的变形 2 2）出现影响正常使用或耐久性的局部破）出现影响正常使用或耐久性的局部破坏坏

21、 3 3）出现影响正常使用的振动）出现影响正常使用的振动 4 4）出现影响正常使用的其它特定状态，）出现影响正常使用的其它特定状态，如相对沉降过大如相对沉降过大四、结构的极限状态方程四、结构的极限状态方程1.1.功能函数：功能函数： 以作用效应和结构抗力描述结构构件工以作用效应和结构抗力描述结构构件工作状况的表达式：作状况的表达式： 结构余力结构余力Z=g（x1，x2，xi，xn），xi为基本随机变量；为基本随机变量； 仅用综合变量仅用综合变量R、S表达时：表达时：Z=g=g（R，S）2.2.极限状态方程：极限状态方程：Z=g=g（R，S）=0=03.3.结构构件安全可靠的基本条件：结构构件安

22、全可靠的基本条件： Z=g=g（R，S）0 02-32-3荷载代表值和材料强度标准值荷载代表值和材料强度标准值一、荷载代表值一、荷载代表值（一）荷载标准值（一）荷载标准值 结构在设计基准期内，正常情况结构在设计基准期内，正常情况下可能出现的最大荷载值。下可能出现的最大荷载值。 由设计基准期最大荷载概率分布的某由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位数（即失效概率）确定。一分位数（即失效概率）确定。 （二）荷载组合值（二）荷载组合值 所考虑的结构上同时作用有两种所考虑的结构上同时作用有两种或两种以上可变荷载时，所有可变荷载都或两种以上可变荷载时，所有可变荷载都达到最大值的可能性极小。所以取其中一达

23、到最大值的可能性极小。所以取其中一个产生最大荷载效应的主导可变荷载仍用个产生最大荷载效应的主导可变荷载仍用标准值作为代表值，其它可变荷载取某一标准值作为代表值，其它可变荷载取某一小于其标准值的规定值作为代表值，这一小于其标准值的规定值作为代表值，这一规定值称为规定值称为“荷载组合值荷载组合值”。 荷载组合值：荷载组合值：c Qk，c1.0为荷载组为荷载组合系数，按可靠指标确定。合系数，按可靠指标确定。（三）荷载频遇值（三）荷载频遇值 指可变荷载在设计基准期内，超越指可变荷载在设计基准期内，超越的总时间仅为设计基准期的一小部分，或的总时间仅为设计基准期的一小部分，或超越频率为某一给定频率的的代表

24、值。超越频率为某一给定频率的的代表值。 荷载频遇值：荷载频遇值：f Qk，f为频遇值系数。为频遇值系数。 （四）荷载准永久值（四）荷载准永久值 指可变荷载在设计基准期内具有指可变荷载在设计基准期内具有较长的总持续期的代表值，对结构的影响较长的总持续期的代表值，对结构的影响如同永久荷载。如同永久荷载。 荷载准永久值（确定原则：设计基准荷载准永久值（确定原则：设计基准期内，荷载达到或超过该值的总持续时间期内，荷载达到或超过该值的总持续时间为设计基准期的为设计基准期的0.50.5倍）：倍）：q Qk，q为准为准永久值系数。永久值系数。二、材料强度标准值二、材料强度标准值 是极限状态设计表达式中所取材

25、是极限状态设计表达式中所取材料性能的基本代表值。料性能的基本代表值。 极限状态设计表达式中的材料性能标极限状态设计表达式中的材料性能标准值（包括材料强度、变形模量等物理力准值（包括材料强度、变形模量等物理力学性能的标准值），由符合规定质量的材学性能的标准值），由符合规定质量的材料性能概率分布的某一分位数确定。料性能概率分布的某一分位数确定。2-42-4极限状态设计方法极限状态设计方法一、结构可靠度理论的三个水准一、结构可靠度理论的三个水准 水准水准1.1.半概率法：在极限状态设计表半概率法：在极限状态设计表达式中，作用效应达式中，作用效应S和结构抗力和结构抗力R所包含的所包含的的各种基本变量，

26、有些在设计取值上已考的各种基本变量，有些在设计取值上已考虑概率法则，有些仍要根据工程经验和主虑概率法则，有些仍要根据工程经验和主观意识拟定经验性系数。观意识拟定经验性系数。 水准水准2.2.近似概率法：考虑了作用效应近似概率法：考虑了作用效应S和结构抗力和结构抗力R的联合分布，以失效概率和的联合分布，以失效概率和可靠指标度量结构安全性、以分项系数表可靠指标度量结构安全性、以分项系数表达极限状态方程，但有些变量与实际有出达极限状态方程，但有些变量与实际有出入，且未考虑入，且未考虑（R-S）的实际分布，并在分的实际分布，并在分析计算中使用了近似手段和线性简化，具析计算中使用了近似手段和线性简化，具

27、有一定近似性。有一定近似性。 水准水准3.3.全概率法：对整个结构采取精全概率法：对整个结构采取精确、全面的概率分析，采用复合随机变量确、全面的概率分析，采用复合随机变量理论的实际分布法，以某一失效概率为可理论的实际分布法，以某一失效概率为可靠度基础。靠度基础。二、可靠度和可靠指标二、可靠度和可靠指标1.1.结构的可靠度结构的可靠度 可靠概率：结构完成预定功能的概率可靠概率：结构完成预定功能的概率ps=P（Z0） 失效概率：结构不能完成预定功能的失效概率：结构不能完成预定功能的概率概率pf=P（Z0）=1- ps 只要只要pf足够小，即可认为结构安足够小，即可认为结构安全可靠，要求全可靠，要求

28、pfpf。2. 2. 可靠指标可靠指标 =Z/Z 与与pf一一对应，要求一一对应，要求 。 目标可靠指标：目标可靠指标：建筑结构可靠度设建筑结构可靠度设计统一标准计统一标准规定的、作为设计依据的、规定的、作为设计依据的、根据结构重要性有所区别的可靠指标。根据结构重要性有所区别的可靠指标。三、极限状态设计表达式三、极限状态设计表达式 采用以基本变量的代表值和分项系数采用以基本变量的代表值和分项系数表达的实用设计表达式表达的实用设计表达式。 其中分项系数，根据基本变量的统计其中分项系数，根据基本变量的统计特性，以可靠度概率分析为基础、经优选特性，以可靠度概率分析为基础、经优选确定，作用相当于确定，

29、作用相当于。 1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式（1 1）作用效应基本组合表达式）作用效应基本组合表达式 只考虑永久作用和可变作用的组合只考虑永久作用和可变作用的组合 表达式：表达式： 0SR 0：结构构件重要性系数：结构构件重要性系数 S：作用效应组合设计值：作用效应组合设计值由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合： S=GSGk+Q1SQ1k+QiSQikci由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合： S=GSGk+QiSQikci R：结构构件抗力设计值：结构构件抗力设计值 R=R（fC，fS，k，）/Rd（2 2）作用效应偶然组合）作用效

30、应偶然组合 表达式、系数符合专门规范。表达式、系数符合专门规范。2.2.正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式 正常使用极限状态设计：正常使用极限状态设计：分别按分别按荷载标准、频遇、准永久组合荷载标准、频遇、准永久组合计算结构、计算结构、构件在正常使用条件下的变形、抗裂能力构件在正常使用条件下的变形、抗裂能力或裂缝宽度，并使之或裂缝宽度，并使之规定限值。规定限值。（1 1）荷载标准组合：）荷载标准组合： Sk=SGk+SQ1k+SQikci（2 2）荷载频遇组合：）荷载频遇组合： Sf=SGk+SQ1kf1+ SQikqi （3 3）荷载准永久组合：）荷载准永久组合： Sq=S

31、Gk+SQikqi2-52-5结构耐久性设计结构耐久性设计一、耐久性设计的原则一、耐久性设计的原则 保证结构在设计使用寿命周期内其承保证结构在设计使用寿命周期内其承载能力及正常使用性能不会发生显著降低载能力及正常使用性能不会发生显著降低或材料及构件的性能发生了劣化，但劣化或材料及构件的性能发生了劣化，但劣化程度还处在可修复性的范围内。程度还处在可修复性的范围内。 二、耐久性设计的方法二、耐久性设计的方法1.1.宏观控制的经验方法宏观控制的经验方法 主要是根据大量的工程经验，对影响混凝主要是根据大量的工程经验，对影响混凝土耐久性的因素，作出定性的规定：土耐久性的因素，作出定性的规定： 1)确定结

32、构环境类别及作用等级。确定结构环境类别及作用等级。 2)选用有利于减轻环境作用的结构布置和选用有利于减轻环境作用的结构布置和构造。构造。 3)提出结构材料的耐久性质量要求。提出结构材料的耐久性质量要求。 4)4)确定构件的混凝土保护层厚度。确定构件的混凝土保护层厚度。 5)5)提出混凝土构件裂缝控制的要求。提出混凝土构件裂缝控制的要求。 6)6)在严重的环境条件下，采取相应的防在严重的环境条件下，采取相应的防护措施。护措施。 7)7)提出满足耐久性需要相应的施工要求。提出满足耐久性需要相应的施工要求。 8)8)提出结构使用阶段的维护与检测要求。提出结构使用阶段的维护与检测要求。 目前我国耐久性

33、设计规范主要采用这种目前我国耐久性设计规范主要采用这种方法。方法。2.2.基于成熟劣化模型的计算方法基于成熟劣化模型的计算方法 可采用全概率法设计和近似概率法设可采用全概率法设计和近似概率法设计。影响耐久性的主要随机变量有环境变计。影响耐久性的主要随机变量有环境变量、材料变量、几何变量、施工养护变量量、材料变量、几何变量、施工养护变量等。采用近似概率设计方法，可以根据这等。采用近似概率设计方法，可以根据这些变量的概率密度函数以及要求达到的目些变量的概率密度函数以及要求达到的目标可靠指标，计算出分项系数。标可靠指标，计算出分项系数。3.3.模拟环境作用的试验方法模拟环境作用的试验方法 由于混凝土

34、组成材料的不断发展及环由于混凝土组成材料的不断发展及环境作用的复杂性，对重要工程的耐久性设境作用的复杂性，对重要工程的耐久性设计还可采用模拟环境作用的试验方法，而计还可采用模拟环境作用的试验方法，而且往往要采用几种方法进行综合分析，进且往往要采用几种方法进行综合分析，进行专门设计，优选材料，确定合适的使用行专门设计，优选材料，确定合适的使用年限及质量控制措施。年限及质量控制措施。 2-62-6结构抗连续倒塌设计结构抗连续倒塌设计一、一、抗连续倒塌设计的基本要求抗连续倒塌设计的基本要求 结构抗连续倒塌设计所对应的偶然作结构抗连续倒塌设计所对应的偶然作用，包括气象灾害、超过设防烈度限定的用，包括气

35、象灾害、超过设防烈度限定的罕遇地震影响和人为灾害的影响等。罕遇地震影响和人为灾害的影响等。 建筑结构无法抗御的灾害不包括在抗建筑结构无法抗御的灾害不包括在抗倒塌设计的倒塌设计的范围。范围。 二、抗连续倒塌概念设计二、抗连续倒塌概念设计 在人为灾害（爆炸、严重撞击、建筑在人为灾害（爆炸、严重撞击、建筑火灾）等偶然作用发生时及作用后，建筑火灾）等偶然作用发生时及作用后，建筑结构应保持整体稳固性，不应发生与作用结构应保持整体稳固性，不应发生与作用不相匹配的破坏或坍塌。不相匹配的破坏或坍塌。 1)1)结构方案合理，避免使结构中关键性结构方案合理，避免使结构中关键性构件遭受爆炸构件遭受爆炸、火灾或严重碰

36、撞的影响。、火灾或严重碰撞的影响。 2)在易遭受人为灾害影响的结构部分增加冗余约在易遭受人为灾害影响的结构部分增加冗余约束，布置备用的传力路径，提高结构体系的超静束，布置备用的传力路径，提高结构体系的超静定性；增设减小偶然作用或作用效应的防护措施。定性；增设减小偶然作用或作用效应的防护措施。 3)增强疏散通道、避难场所以及结构关键传力部增强疏散通道、避难场所以及结构关键传力部位的承载能力和变形能力。位的承载能力和变形能力。 4)采取有效措施保证结构构件之间的可靠连接。采取有效措施保证结构构件之间的可靠连接。 5)采取延性材料及有效的构造措施，提高结构的采取延性材料及有效的构造措施，提高结构的延

37、性性能。延性性能。 6)设备结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。设备结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。三、抗倒塌承载能力设计的原则与方法三、抗倒塌承载能力设计的原则与方法 结构抵抗人为灾害作用能力的设计，结构抵抗人为灾害作用能力的设计，可采用假设易损构件全部或部分丧失承载可采用假设易损构件全部或部分丧失承载力的方法。力的方法。 在假定损坏的情况下，结构构件的承在假定损坏的情况下，结构构件的承载力应满足载力应满足 EDIZRk 式中：式中：EDIZ人为灾害发生后结构的作用效应，人为灾害发生后结构的作用效应，作用宜考虑结构相应部位倒塌冲击引起的动作用宜考虑结构相应部位倒塌冲击引起的动力系数；力系

38、数； Rk 构件承载力的特征值（标准值）。混构件承载力的特征值（标准值）。混凝土强度取强度标准值，钢筋取极限强度标凝土强度取强度标准值，钢筋取极限强度标准值、必要时应考虑材料性能在动力作用下准值、必要时应考虑材料性能在动力作用下的强化与脆性，并取相应的强化特征值。的强化与脆性，并取相应的强化特征值。 重要结构的防连续倒塌设计可采用下重要结构的防连续倒塌设计可采用下列方法：列方法： 1)局部加强法：提高可能遭受偶然作用而局部加强法：提高可能遭受偶然作用而发生局部破坏的竖向重要构件和关键传力发生局部破坏的竖向重要构件和关键传力部位的安全储备，也可直接考虑偶然作用部位的安全储备，也可直接考虑偶然作用

39、进行设计。进行设计。 2)拉结构件法：在结构局部竖向构件失效的拉结构件法：在结构局部竖向构件失效的条件下，可根据具体情况分别按梁一拉结模条件下，可根据具体情况分别按梁一拉结模型、悬索一拉结模型和悬臂一拉结模型进行型、悬索一拉结模型和悬臂一拉结模型进行承载力验算，维持结构的整体稳固性。承载力验算，维持结构的整体稳固性。 3)拆除构件法：按一定规则拆除结构的主要拆除构件法：按一定规则拆除结构的主要受力构件，验算剩余结构体系的极限承载力；受力构件，验算剩余结构体系的极限承载力；也可采用倒塌全过程分析进行设计。也可采用倒塌全过程分析进行设计。2-72-7既有结构再设计原则既有结构再设计原则一、一、既有

40、结构的再设计适用于下列情况：既有结构的再设计适用于下列情况： 1)接近或达到设计使用年限结构的审核和延接近或达到设计使用年限结构的审核和延长使用寿命的再设计。长使用寿命的再设计。 2)对有安全隐患的结构进行复核性再设计。对有安全隐患的结构进行复核性再设计。 3)既有结构改变用途或使用环境变化而进行既有结构改变用途或使用环境变化而进行的再设计。的再设计。 4)既有混凝土结构扩建、改造的再设计。既有混凝土结构扩建、改造的再设计。 5)遭受偶然作用，结构受灾损坏后的修复性遭受偶然作用，结构受灾损坏后的修复性再设计。再设计。 对对于既有建筑的改建、扩建，改建、于既有建筑的改建、扩建，改建、扩建的结构方

41、案必须考虑原有结构体系，扩建的结构方案必须考虑原有结构体系，需对整体方案进行充分的论证，加强整体需对整体方案进行充分的论证，加强整体牢固牢固性性。 对于对于既有结构的加固处理，所用的加既有结构的加固处理，所用的加固方法、加固材料及其技术措施也必须考固方法、加固材料及其技术措施也必须考虑原有结构的情况，还要考虑方案的可行虑原有结构的情况，还要考虑方案的可行性和可操作性。性和可操作性。 新建结构的随机性较大，但可以根据规新建结构的随机性较大，但可以根据规范，通过质量控制达到预定的可靠度；既有范，通过质量控制达到预定的可靠度；既有结构的材料性能、结构布置、构件尺寸和荷结构的材料性能、结构布置、构件尺

42、寸和荷载等的确定性大，但必须通过检测鉴定确定。载等的确定性大，但必须通过检测鉴定确定。 因此，既有结构再设计前，应按现行的因此，既有结构再设计前，应按现行的标准、规范进行检测和可靠性评估，确定相标准、规范进行检测和可靠性评估，确定相应的设计参数。这也是确定结构改建、扩建、应的设计参数。这也是确定结构改建、扩建、结构构件加固处理方案的前提。结构构件加固处理方案的前提。 结构再设计必须明确结构的使用年限。结构再设计必须明确结构的使用年限。 以提高结构使用年限为目标的结构再设以提高结构使用年限为目标的结构再设计，应首先确定结构性能退化的程度，然后计，应首先确定结构性能退化的程度，然后根据提高使用年限

43、的具体目标采取相应的技根据提高使用年限的具体目标采取相应的技术措施。术措施。 以改建、扩建和加固为目标的结构再设以改建、扩建和加固为目标的结构再设计，必须考虑新老结构构件的使用年限问题。计，必须考虑新老结构构件的使用年限问题。 如果要保证既有结构构件与新的结构构如果要保证既有结构构件与新的结构构件达到相同的设计使用年限，除根据需要对件达到相同的设计使用年限，除根据需要对既有结构构件进行加固外，还应采取提高既既有结构构件进行加固外，还应采取提高既有结构耐久性的措施。否则，应降低再设计有结构耐久性的措施。否则，应降低再设计结构的设计使用寿命。结构的设计使用寿命。 在在结构再设计过程中，可能遇到新旧

44、规结构再设计过程中，可能遇到新旧规范标准不一致的问题。为了保证结构再设计范标准不一致的问题。为了保证结构再设计工程的安全可靠，对于其承载能力应满足新工程的安全可靠，对于其承载能力应满足新规范的要求；对于正常使用性能一般也要满规范的要求；对于正常使用性能一般也要满足新规范的要求。但由于技术和经济上等方足新规范的要求。但由于技术和经济上等方面条件的限制，对于正常使用性能不满足新面条件的限制，对于正常使用性能不满足新规范要求的结构，也可以通过限制其使用功规范要求的结构，也可以通过限制其使用功能和使用年限的方法解决。能和使用年限的方法解决。 在在既有钢筋混凝土结构的再设计中，既既有钢筋混凝土结构的再设

45、计中，既有结构构件的截面尺寸、钢筋规格及布置、有结构构件的截面尺寸、钢筋规格及布置、钢材和混凝土的强度等，应结合原有施工图钢材和混凝土的强度等，应结合原有施工图和现场检测结果确定，结构建模中应采用实和现场检测结果确定，结构建模中应采用实测参数。新增加的结构构件的计算参数，按测参数。新增加的结构构件的计算参数，按照现行规范的规定选取确定。照现行规范的规定选取确定。 在在新老结合的界面设计中，应考虑其承新老结合的界面设计中，应考虑其承载历史的影响。梁、板等水平构件，按两阶载历史的影响。梁、板等水平构件，按两阶段受力的叠合式受弯构件计算、设计；柱、段受力的叠合式受弯构件计算、设计；柱、墙等竖向构件，

46、按两阶段成形的复合式受压墙等竖向构件，按两阶段成形的复合式受压构件计算、设计；采用约束环箍加固的混凝构件计算、设计；采用约束环箍加固的混凝土柱，可由非线性有限元分析，按多轴强度土柱，可由非线性有限元分析，按多轴强度准则计算、设计。准则计算、设计。 在结构再在结构再设计中，还应特别注意新老构设计中，还应特别注意新老构件的连接，加强构造措施，确保既有结构构件的连接，加强构造措施，确保既有结构构件与新增结构构件、加固后的结构构件能达件与新增结构构件、加固后的结构构件能达到预定的受力状态，发挥应有的结构作用。到预定的受力状态，发挥应有的结构作用。 思考题：思考题： 1.1.结构可靠度的有关概念（可靠性

47、、可结构可靠度的有关概念（可靠性、可靠度，靠度，极限状态极限状态、功能函数，失效概率、功能函数，失效概率、可靠指标）。可靠指标）。 2.2.结构可靠度的三个设计水准。结构可靠度的三个设计水准。 3.3.极限状态设计表达式中的分项系数。极限状态设计表达式中的分项系数。 4.4.结构的耐久性设计。结构的耐久性设计。 5.5.结构抗连续倒塌设计。结构抗连续倒塌设计。 6.6.结构再设计的注意事项。结构再设计的注意事项。 第三章第三章 混凝土结构设计混凝土结构设计3-13-1 材料的力学性能材料的力学性能3-1-1 3-1-1 钢筋钢筋一、钢筋种类一、钢筋种类按含量分：按含量分： 碳素钢、低合金钢碳素

48、钢、低合金钢按生产工艺、加工方式分：按生产工艺、加工方式分： 热轧钢筋、冷拉、热处理钢筋、冷拔热轧钢筋、冷拉、热处理钢筋、冷拔钢丝钢丝二、钢筋强度与变形二、钢筋强度与变形（一）热轧钢筋：用低碳钢或普通低合金（一）热轧钢筋：用低碳钢或普通低合金钢热轧而成钢热轧而成1.1.强度等级、品种强度等级、品种强度等级：强度等级： 级：级：HPB300HPB300 级：级：HRB335HRB335、HRBF335 HRBF335 级：级：HRB400HRB400、HRBF400HRBF400 级：级：HRB500HRB500、HRBF500HRBF500表面形状：光圆钢筋、变形钢筋表面形状：光圆钢筋、变形钢

49、筋2.2.单向拉伸应力单向拉伸应力应变曲线应变曲线力学性能四大指标：力学性能四大指标：1 1）屈服点屈服点：一般取为设计强度的依据。：一般取为设计强度的依据。2 2）抗拉强度抗拉强度：高于屈服强度的应力值，作：高于屈服强度的应力值，作为结构构件的安全储备。为结构构件的安全储备。3 3）伸长率伸长率： 使结构构件在破坏之前经历较大塑性使结构构件在破坏之前经历较大塑性变形，具明显预兆；变形，具明显预兆； 使超静定结构产生塑性内力重分布，使超静定结构产生塑性内力重分布，应力分布趋于均匀，充分利用材料强度。应力分布趋于均匀，充分利用材料强度。4 4）冷弯性能冷弯性能： 综合指标，有效揭示缺陷，判断塑性

50、综合指标，有效揭示缺陷，判断塑性变形能力。变形能力。 反映钢筋对内部组织的不均匀性、反映钢筋对内部组织的不均匀性、内应力内应力及残存杂质的敏感程度和冷加工脆及残存杂质的敏感程度和冷加工脆化倾向。化倾向。3.3.焊接性能（可焊性）焊接性能（可焊性） 衡量依据：接头强度、变形性能是否衡量依据：接头强度、变形性能是否易达母材水准，是否易于避免焊缝及周围易达母材水准，是否易于避免焊缝及周围热影响区范围内钢材脆化及出现焊接裂纹热影响区范围内钢材脆化及出现焊接裂纹等。等。 钢材中碳、锰、硅等元素含量高，可钢材中碳、锰、硅等元素含量高，可焊性差。焊性差。 对不同可焊性钢材，宜采用适合的焊对不同可焊性钢材，宜

51、采用适合的焊接方法和焊接工艺。接方法和焊接工艺。 （二）钢筋的冷加工（二）钢筋的冷加工 冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工而成。拉、冷拔、冷轧、冷扭加工而成。 冷加工的目的是为了提高钢筋强度、冷加工的目的是为了提高钢筋强度、节约钢材，但冷加工后钢筋的伸长率降低，节约钢材，但冷加工后钢筋的伸长率降低，容易发生脆性断裂。容易发生脆性断裂。 1. 1.冷拉冷拉：在常温下，将钢筋拉伸到在常温下，将钢筋拉伸到强化阶段强化阶段的某一应力水平，然后卸载。的某一应力水平，然后卸载。特点：特点： 冷拉只提高冷拉只提高抗拉屈服强度，不提高抗抗拉屈服强度，不提高

52、抗压屈服强度，且塑性有所降低；压屈服强度，且塑性有所降低； 450450o oC C以后，随温度增加，冷拉后以后，随温度增加，冷拉后提高的屈服强度有所降低，应先焊接、后提高的屈服强度有所降低，应先焊接、后冷拉；冷拉； 级钢为光圆钢筋，粘结差，不能利级钢为光圆钢筋，粘结差，不能利用冷拉后强度。用冷拉后强度。 2.2.冷拔冷拔：将钢筋拉过比其直径小：将钢筋拉过比其直径小的硬质合金模，使受侧压力，截面积的硬质合金模，使受侧压力，截面积减小，长度增加。随引拔拉力和横向减小，长度增加。随引拔拉力和横向挤压力增加，钢筋强度提高，延伸率挤压力增加，钢筋强度提高，延伸率急剧下降。急剧下降。特点：特点： 冷拔后

53、硬化，钢筋无明显流幅；冷拔后硬化，钢筋无明显流幅； 抗拉、抗压屈服强度提高，塑性降低。抗拉、抗压屈服强度提高，塑性降低。（三）热处理钢筋（三）热处理钢筋 生产工艺：调质热处理；高频感应热生产工艺：调质热处理；高频感应热处理；余热处理处理；余热处理特点：特点： 强度高，有一定塑性，但无明显屈服强度高，有一定塑性，但无明显屈服点、屈服台阶；点、屈服台阶； 对锈蚀很敏感，保管、使用应遵专门对锈蚀很敏感，保管、使用应遵专门规定。规定。 （四）主要用于预应力混凝土结构的钢筋（四）主要用于预应力混凝土结构的钢筋 1.1.中强度预应力钢丝中强度预应力钢丝 2.2.消除应力钢丝消除应力钢丝 3.3.钢绞线钢绞

54、线 4.4.预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋三、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求三、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求1.1.屈强比屈强比 太大，欠可靠；太大，欠可靠； 太小，强度储备大，但钢材利用率低。太小，强度储备大，但钢材利用率低。2.2.塑性塑性 伸长率；冷弯性能伸长率；冷弯性能( (无裂纹、鳞落、断裂无裂纹、鳞落、断裂) )。3.3.可焊性可焊性 焊后无裂纹及过大变形，接头强度、变形性焊后无裂纹及过大变形，接头强度、变形性能良好。能良好。4.4.耐火性耐火性5.5.与混凝土粘结良好与混凝土粘结良好思考题：思考题： 1.1.钢筋级别，及对应的符号、强度值等。钢筋级别，及对应的符号、强度值等。 2

55、.2.钢筋拉伸应力钢筋拉伸应力应变曲线，力学性能应变曲线，力学性能指标。指标。 3.3.钢筋冷加工后力学性能有何变化？钢筋冷加工后力学性能有何变化？ 4.4.钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求。钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求。 3-1-23-1-2混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度（一）抗压强度（一）抗压强度1.1.立方体抗压强度立方体抗压强度fcucu（N/mmN/mm2 2） 标准值标准值fcucu，k k确定：标准方法制作、养确定：标准方法制作、养护（温度护（温度20202 2o oC C，相对湿度，相对湿度95%95%），边），边长长150mm150mm的立方体试块，龄期的立方体

56、试块，龄期2828天，标准试天，标准试验方法测试，具有验方法测试，具有95%95%保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。2.2.轴心抗压强度轴心抗压强度fc c（N/mmN/mm2 2）棱柱体尺寸：棱柱体尺寸：150150* *150150* *300300（450450）混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范： fckck=0.88=0.881 12 2fcucu，k k其中其中1 1=0.76=0.76（C50C50）-0.82-0.82（C80C80）；）； 2 2=1.00=1.00（C40C40）-0.87-0.87（C80C80）为高）为高强混凝土脆性折减系数；强混凝土脆性折减系数；

57、0.880.88考虑实际构件与试件混凝土强度考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异。之间的差异。（二）抗拉强度（二）抗拉强度轴心抗拉强度：轴心抗拉强度： 直接轴心受拉试验、劈拉试验直接轴心受拉试验、劈拉试验ftktk=0.88=0.88* *2 2* *0.3950.395fcucu，k k0.550.55（1-1.6451-1.645）0.450.45其中其中为变异系数。为变异系数。（三）复合受力强度（三）复合受力强度1.1.双轴受力双轴受力 压压- -压：强度有限提高压：强度有限提高 拉拉- -压：强度降低压：强度降低 拉拉- -拉：基本同单轴抗拉强度拉：基本同单轴抗拉强度2.2.平面法向

58、应力与剪应力组合平面法向应力与剪应力组合3.3.三向受力三向受力 三压：强度较大增长三压：强度较大增长 三拉：小等于单轴抗拉强度三拉：小等于单轴抗拉强度 不等号：降低抗压强度不等号：降低抗压强度二、混凝土的变形二、混凝土的变形（一）混凝土在荷载作用下的变形（一）混凝土在荷载作用下的变形1.1.短期一次加载短期一次加载 受力前：存在干缩裂缝；受力前：存在干缩裂缝； OAOA段：弹性变形，稳定裂缝产生；段：弹性变形，稳定裂缝产生； ABAB段：弹塑性阶段，稳定裂缝发展；段：弹塑性阶段，稳定裂缝发展； BCBC段：非稳定裂缝发展贯通，达段：非稳定裂缝发展贯通，达maxmax，内，内部粘结破坏。部粘结

59、破坏。2.2.重复荷载作用重复荷载作用混凝土疲劳强度混凝土疲劳强度fc cf f： fc cf f：应力：应力应变曲线：凸向应变曲线：凸向轴轴直线直线凸向凸向轴，变形不断增加，很轴，变形不断增加，很快破坏。快破坏。3.3.荷载长期作用荷载长期作用 长期不变荷载作用下，混凝土变形随时间长期不变荷载作用下，混凝土变形随时间增长增长徐变。徐变。 影响徐变因素：影响徐变因素： 压应力大小压应力大小 龄期龄期 混凝土配合比：水泥量大、水灰比大，密混凝土配合比：水泥量大、水灰比大，密实性差、徐变大；骨料坚硬，徐变小实性差、徐变大；骨料坚硬，徐变小 养护条件、构件尺寸及配筋、使用条件等养护条件、构件尺寸及配

60、筋、使用条件等（二）与荷载无关的体积变形（二）与荷载无关的体积变形1.1.收缩与膨胀收缩与膨胀 混凝土不能自由收缩时，产生内部拉混凝土不能自由收缩时，产生内部拉应力，导致收缩裂缝，影响构件耐久性、应力，导致收缩裂缝，影响构件耐久性、疲劳强度，预应力损失，不利结构；膨胀疲劳强度，预应力损失，不利结构；膨胀远小于收缩变形，一般对结构有利。远小于收缩变形，一般对结构有利。 收缩主要原因：收缩主要原因： 体积凝缩；体积凝缩； 干缩（干燥失水）干缩（干燥失水）2.2.温度、湿度变形温度、湿度变形 已经结硬的混凝土，在正常使用过程已经结硬的混凝土，在正常使用过程中，热胀冷缩、湿胀干缩。中，热胀冷缩、湿胀干