曾昭锋-建筑结构

1、本章学习内容本章学习内容建筑结构的概念建筑结构的概念建筑结构的发展与应用状况建筑结构的发展与应用状况u用各种建筑材料建造的各类房屋的承重骨架体系。用各种建筑材料建造的各类房屋的承重骨架体系。建筑结构建筑结构u建筑结构的类型建筑结构的类型按结构材料按结构材料木结构木结构砌体结构砌体结构砼结构砼结构钢结构钢结构混合结构混合结构砼结构砼结构u以混凝土材料为主的结构。包括以混凝土材料为主的结构。包括钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构、预应预应力混凝土结构力混凝土结构和和素混凝土结构素混凝土结构等。等。钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构：由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。预应力混凝土结构预

2、应力混凝土结构：由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土制成的结构。素混凝土结构素混凝土结构 ：由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁素混凝土基础素混凝土基础预应力混凝土空心楼板预应力混凝土空心楼板u以块材和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受以块材和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。力构件的结构。砌体结构砌体结构u主要受力构件采用型钢、钢板加工制造而成的结构主要受力构件采用型钢、钢板加工制造而成的结构。钢结构钢结构砌体结构砌体结构木结构木结构 山西应县木塔山西应县木塔，建于，建于10561056年，外观年，外观5 5层，内部有层，

3、内部有4 4层暗层，实际共九层，高层暗层，实际共九层，高67.31m67.31m，平面为八边形，底径，平面为八边形，底径30.27m30.27m。 东方明珠广播电视塔东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其浦江畔，以其468468米的高度成为亚洲第一高米的高度成为亚洲第一高 塔。塔。她于她于19911991年年3 3月开始建造，月开始建造，19941994年年11 11 月完工，总月完工，总重量达重量达1212万吨，总投资万吨，总投资8.38.3亿元人民币。亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下

4、球体、五个小球、塔座和广太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成场组成。 钢结构钢结构 中国国家大剧院中国国家大剧院位于北京人民大会堂西侧，占地位于北京人民大会堂西侧，占地1189万万m2，总建筑面积，总建筑面积14.95万万m2，总总投资投资26.8826.88亿元。该工程为亿元。该工程为大跨度钢结构大跨度钢结构网壳，屋面采用钛金属板，四周环绕水深仅网壳，屋面采用钛金属板，四周环绕水深仅3030厘米人工厘米人工湖（湖（35500m235500m2）, , 各种通道及入口均设在水下各种通道及入口均设在水下 。国家大剧院屋面的中央，是由两条不规则渐开国家大剧院屋面的中央，是由两条不规则渐

5、开曲线围成的弧形玻璃幕墙穹顶，为渐开式玻璃幕墙，如同一帘拉开的幕布。曲线围成的弧形玻璃幕墙穹顶，为渐开式玻璃幕墙，如同一帘拉开的幕布。 观众通过一个观众通过一个6060米长的透明的水下通道进入到建筑内部。在绿化带的环绕中，一湖碧水托米长的透明的水下通道进入到建筑内部。在绿化带的环绕中，一湖碧水托起一个完整而封闭的椭圆形巨大壳体，柔和的具有金属光泽的壳体在夜晚被灯光映衬，与波光起一个完整而封闭的椭圆形巨大壳体，柔和的具有金属光泽的壳体在夜晚被灯光映衬，与波光粼粼的水面交相辉映，景色壮观而富有想象力。湖面上的壳体和它在水中的倒影，构成一个虚粼粼的水面交相辉映，景色壮观而富有想象力。湖面上的壳体和它

6、在水中的倒影，构成一个虚幻的完整的椭圆体。它像躺在湖中正在安睡的蛋，又像刚刚降落的飞碟，也像一艘正在浮出水幻的完整的椭圆体。它像躺在湖中正在安睡的蛋，又像刚刚降落的飞碟，也像一艘正在浮出水面的潜艇。面的潜艇。 钢结构钢结构 金茂大厦金茂大厦位于上海浦东新区陆家嘴金位于上海浦东新区陆家嘴金融贸易区，与著名的外滩风景区隔江相望，融贸易区，与著名的外滩风景区隔江相望，是目前中国第一，世界第三高楼。占地面是目前中国第一，世界第三高楼。占地面积积2.4万万m2，高，高420.5米，主楼米，主楼88层，裙房层，裙房6层，地下室层，地下室3层，总建筑面积层，总建筑面积29万平方米。万平方米。钢筋混凝土核心筒

7、钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢外框钢骨混凝土及钢柱，柱，总用钢量总用钢量14000t14000t。本章学习内容本章学习内容建筑结构的概念建筑结构的概念建筑结构的发展与应用状况建筑结构的发展与应用状况本章学习内容本章学习内容建筑结构的概念建筑结构的概念建筑结构的发展与应用状况建筑结构的发展与应用状况永久荷载永久荷载（重力荷载、土压力等）（重力荷载、土压力等）楼（屋）面可变荷载楼（屋）面可变荷载风荷载风荷载吊车荷载吊车荷载可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载（如爆炸、撞击）（如爆炸、撞击）直接作用直接作用荷载荷载间接作用间接作用（如地震作用、地基变形、材料收缩、焊接应力、（如地震作用、地基变形、

8、材料收缩、焊接应力、温度变化等。）温度变化等。）作用作用结构上的作用结构上的作用是指使结构是指使结构产生内力或变形的各种原产生内力或变形的各种原因的总称。因的总称。在结构使用期间，其值随时间变在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可化，或其变化与平均值相比不可忽略的荷载，又称为忽略的荷载，又称为活载活载 。在结构使用期间，不一定出现，在结构使用期间，不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。很短的荷载。1.1.1 荷载分类荷载分类在结构使用期间，长期作用在在结构使用期间，长期作用在结构上，其值不随时间变化，结构上，其值不随时间变化，或其变化

9、与平均值相比可忽略或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，又称为不计的荷载，又称为恒载恒载 。可变荷载可变荷载(活载活载)风荷载风荷载唐山大地震唐山大地震阪神大地震阪神大地震1.1.2 荷载代表值荷载代表值永久荷载：永久荷载：永久荷载标准值永久荷载标准值荷载代表值荷载代表值可变荷载标准值可变荷载标准值可变荷载准永久值可变荷载准永久值可变荷载组合值可变荷载组合值可变荷载可变荷载可变荷载频遇值可变荷载频遇值 在进行结构设计时。要在进行结构设计时。要对荷载赋予一个规定的量值对荷载赋予一个规定的量值，即，即荷载代表值荷载代表值。对于不同的设计内容，将采用不同的荷载代表值。永久荷载采用标准值对于不同的设计

10、内容，将采用不同的荷载代表值。永久荷载采用标准值作为代表值，可变荷载根据设计要求分别采用标准值、组合值、频遇值作为代表值，可变荷载根据设计要求分别采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。或准永久值作为代表值。建筑结构荷载规定建筑结构荷载规定 (GB50009-2001) AB计算简图计算简图1.1.2.1 荷载标准值荷载标准值u结构在正常使用期间内可能出现的最大荷载值。结构在正常使用期间内可能出现的最大荷载值。 u结构的自重：结构的自重：根据结构的设计尺寸和材料的重度（单位体积的自根据结构的设计尺寸和材料的重度（单位体积的自重）确定。重）确定。200500210316钢筋砼重度为：钢筋

11、砼重度为：3/25mkNq钢筋砼梁的自重为：钢筋砼梁的自重为：mkNq/5 . 2255 . 02 . 01.1.2.1 荷载标准值荷载标准值u是指结构在正常使用期间内可能出现的最大荷载值。是指结构在正常使用期间内可能出现的最大荷载值。 u结构的自重：结构的自重：根据结构的设计尺寸和材料的重度（单位体积的自根据结构的设计尺寸和材料的重度（单位体积的自重）确定。重）确定。u可变荷载的标准值：可变荷载的标准值：与时间有关，采用数理统计的方法加以处理与时间有关，采用数理统计的方法加以处理而得到的具有一定概率的最大荷载值。而得到的具有一定概率的最大荷载值。项次项次类类 别别标准值标准值（KN/m2）组

12、合值组合值系数系数c频遇值频遇值系数系数f准永久值准永久值系数系数q1（1）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房（2）教室、试验室、会议室）教室、试验室、会议室2.00.70.50.60.40.52食堂、餐厅食堂、餐厅2.50.70.60.53礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台3.00.70.50.34商店、展览厅商店、展览厅3.50.70.60.55厨房厨房（1）一般的）一般的（2）餐厅的）餐厅的2.04.00.70.70.60.70.50.76浴室、厕所、盥洗室：浴室、厕所、盥洗室：（1）第）第1项中的民用建筑项中的民用建

13、筑（2）其他民用建筑）其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.57走廊、门厅、楼梯：走廊、门厅、楼梯：（1）住宅、宿舍、旅馆、医院病房）住宅、宿舍、旅馆、医院病房（2）办公楼、教室、餐厅）办公楼、教室、餐厅（3）消防疏散楼梯、其他民用建筑）消防疏散楼梯、其他民用建筑2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.38阳台：阳台：（1）一般情况）一般情况（2）当人群有可能密集时）当人群有可能密集时2.53.50.70.60.5表表1.1 民用建筑民用建筑楼面均布活荷载楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数

14、1.1.2.2 可变荷载准永久值可变荷载准永久值u是指是指可变荷载中可变荷载中经常而经常而较稳定较稳定作用的作用的那一部分值那一部分值。计算变形、计算变形、裂缝时用。裂缝时用。qkQ可变荷载准永久值系数可变荷载标准值可变荷载准永久值如，教室，如，教室，Qk=2.0kN/m2，q=0.5则，准永久值则，准永久值=qQk= 0.5 2.0=1.0kN/mq1.01.1.2.3 可变荷载组合值可变荷载组合值u当有当有两个或两个以上可变荷载两个或两个以上可变荷载作用在结构上时，由于所有可变荷作用在结构上时，由于所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此，除载同时达到其单独出现时可

15、能达到的最大值的概率极小，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍以其标准值为代表值外，其它主导荷载（产生最大效应的荷载）仍以其标准值为代表值外，其它伴随荷载均取小于其标准值的组合值作为荷载代表值。伴随荷载均取小于其标准值的组合值作为荷载代表值。CkQ可变荷载组合值系数可变荷载标准值可变荷载组合值c1.01.1.2.4可变荷载频遇值可变荷载频遇值u对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载频遇值。换言之，可变荷载频遇值率或超越频率为规定频率的荷载频遇值。换言之，可变荷载频遇值是指在设计基准期内被超

16、越的总时间仅为设计基准期一小部分的荷是指在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的荷载值。载值。fkQ可变荷载频遇值系数可变荷载标准值可变荷载频遇值f1.01.2.1 结构的功能及其极限状态结构的功能及其极限状态u是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所用的时期。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年限。应达到的年限。结构的设计使用年限结构的设计使用年限u建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-20

17、01 ）具体规定。）具体规定。类别类别设计使用年限设计使用年限( (年年) )示示 例例1 15 5临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构注意：注意：设计使用年限并不等同于建筑结构的使用寿命。设计使用年限并不等同于建筑结构的使用寿命。1.2.1 结构的功能及其极限状态结构的功能及其极限状态u不同的房屋建筑，因用途的不同，其重要程度也不同，因此不同的房屋建筑，因用途的不同，其重要程度也不同，因此， 建建筑结构可靠度设计统一标准筑结构可靠度设计

18、统一标准（GB50068-2001 ）规定，应根据）规定，应根据结构结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性等）的严重性，采用不同的安全等级进行建筑结构设计。，采用不同的安全等级进行建筑结构设计。 结构的安全等级结构的安全等级安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型结构重要性系数结构重要性系数0 0一级一级很严重很严重重要建筑物重要建筑物1.11.1二级二级严重严重一般建筑物一般建筑物1.01.0三级三级不严重不严重次要建筑物次要建筑物0.90.9u对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久

19、性能的某项规定限值。对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。正常使用极限状态正常使用极限状态u超过正常使用极限状态，结构或结构构件就不能满足预定的超过正常使用极限状态，结构或结构构件就不能满足预定的安全性安全性、适用性和耐久性适用性和耐久性的功能要求。的功能要求。u当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：限状态： 影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）

20、；影响正常使用的其它特定状态。影响正常使用的其它特定状态。u安全性安全性：指结构在正常施工下和正常使用的条件下，能承受可能出：指结构在正常施工下和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致连续倒塌。局部的损坏而不致连续倒塌。u适用性适用性：指结构在正常使用时具有良好的工作性能。不会出现影响：指结构在正常使用时具有良好的工作性能。不会出现影响正常使用的过大

21、变形或振动，不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度正常使用的过大变形或振动，不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。等。u耐久性耐久性：指结构在正常使用和维护条件下所具有的耐久性能，即：指结构在正常使用和维护条件下所具有的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。结构在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构建的钢筋不致因保护材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构建的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀。层过薄或裂缝过宽而锈蚀。u可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性的总称。可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性的总称。作

22、用的可靠性和可靠度概念作用的可靠性和可靠度概念u可靠度：结构在规定时间内，规定条件下完成预定功能的概率。可靠度：结构在规定时间内，规定条件下完成预定功能的概率。 规定时间指设计使用年限规定时间指设计使用年限; ;规定条件指正常设计、正常施工、规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反原来正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。规定的使用情况。注意一注意一：结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一标准以结构：结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一标准以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。的设计使用年限为计算结构可靠度的时

23、间基准。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。注意二注意二：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，但不等同。当结：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。度将逐渐降低。定义：整个结构或结构的一部分，超过某一特定状态就不能满足设计定义：整个结构或结构的一部分，超过某一特定状态就不能满足设计的某一功能（安全性、适用性和耐久性）要求，该特定状态成为该功的某一功能（安全性、适用性和耐久性）要求，该特定状态成为该功能的极限状态。能的极限状态。结构功能的极限状态结构功能的极限状态承载力极限状态承载力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态极限状态极限状态分类分类1、承载能力极限状态、承载能力极限状态这种极限状态对应于结构或结构构件达到最这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或