土木工程概论课件

1、Chapter 3Chapter 3实心板实心板Section 1Section 1BoardBoard、Beam and PillarBeam and Pillar板、梁主要是承受弯矩板、梁主要是承受弯矩（bending momentbending moment），因），因此又称此又称受弯构件受弯构件（flexural memberflexural member）。）。板按截面形式可分为板按截面形式可分为实心板实心板（solid board）、）、空心板空心板（hollow board）和）和槽形板槽形板（slotted board）。空心板空心板空心板空心板槽形板槽形板槽形板槽形板按梁的常

2、见支撑方式可分为按梁的常见支撑方式可分为简支梁简支梁（charpycharpy）、）、悬悬臂梁臂梁（lzodlzod）、一端简支一端）、一端简支一端固定梁固定梁（propped propped cantilever beamcantilever beam）、）、两端固定梁两端固定梁（clamped clamped clampledclampled beam beam）和）和连接梁连接梁（articulated beamarticulated beam）。）。柱主要是承受压力柱主要是承受压力（pressurepressure），因），因此称此称受压构件受压构件（compression compr

3、ession membermember）。）。柱承受荷载可能是轴心受压，即荷载沿构件柱承受荷载可能是轴心受压，即荷载沿构件轴心作用。但更多场合为偏心受压，即这时轴心作用。但更多场合为偏心受压，即这时为偏心受压构件。当构件上作用拉力时即为为偏心受压构件。当构件上作用拉力时即为轴心受拉构件轴心受拉构件(Axial tension members)(Axial tension members)，如屋架下弦；拉力作用点偏心时则为如屋架下弦；拉力作用点偏心时则为偏心偏心受拉构件受拉构件(Eccentric tension members)(Eccentric tension members)，偏心受压和

4、偏心受拉构件统称为偏心受力构偏心受压和偏心受拉构件统称为偏心受力构件。件。Section 2 ArchSection 2 Arch我国贵州省黎平县天然石拱桥我国贵州省黎平县天然石拱桥(Natural stone bridge)(Natural stone bridge)，宽，宽138m 138m ，长，长350m350m，跨长达，跨长达118.92m118.92m，应为世界上最大的，应为世界上最大的天然石拱桥。天然石拱桥。美国犹他州天然石拱桥，美国犹他州天然石拱桥，宽宽67m67m，跨长，跨长84.73m84.73m。拱的拱的受力机理受力机理(Arch (Arch stress princip

5、le)stress principle)：每两块砌体之间靠压每两块砌体之间靠压力传力，直至传至底力传力，直至传至底脚，由基础反力脚，由基础反力R R来来维持整个结构的平衡。维持整个结构的平衡。拱的拱的受力特点受力特点(Stressing Stressing feauresfeaures)：截面上压力比较：截面上压力比较大，但大，但弯矩弯矩和和剪力剪力比较小。比较小。抗压性能较好但不抗拉的抗压性能较好但不抗拉的材料比较适用，比如石材，材料比较适用，比如石材，古代的石拱桥就是这个原古代的石拱桥就是这个原理。如果拱的形状符合合理。如果拱的形状符合合理轴线还能使弯矩为零，理轴线还能使弯矩为零，例如赵州

6、桥，石头的自重例如赵州桥，石头的自重还能产生还能产生预压应力预压应力，以抵，以抵消部分消部分拉应力拉应力。赵州桥赵州桥拱的类型：拱的类型：1 1、三铰拱、三铰拱(three-hinge arch ),(three-hinge arch ),静定结构静定结构。三铰拱的基本特点。三铰拱的基本特点是在竖向荷载作用下，除产生竖向反力外，还产生水平推力。是在竖向荷载作用下，除产生竖向反力外，还产生水平推力。2 2、双铰拱、双铰拱(arch hinged at ends )(arch hinged at ends )，二铰拱属外部，二铰拱属外部一次超静定一次超静定结构结构。由于取消了拱顶铰，使结构整体刚度

7、较三铰拱大。在墩台。由于取消了拱顶铰，使结构整体刚度较三铰拱大。在墩台基础可能发生位移的情况下或坦拱中采用。基础可能发生位移的情况下或坦拱中采用。3 3、无铰拱、无铰拱(hingeless(hingeless arch), arch),也叫也叫固端拱固端拱或或固定拱固定拱（fixed archfixed arch），属外部），属外部三次超静定结构三次超静定结构。在自重及外荷载作用。在自重及外荷载作用下，拱内的弯矩分布比两铰拱均匀，材料用量省。由于不设铰，下，拱内的弯矩分布比两铰拱均匀，材料用量省。由于不设铰，结构的整体刚度大，构造简单，施工方便。结构的整体刚度大，构造简单，施工方便。桁架是一种

8、由杆件桁架是一种由杆件(truss (truss member)member)彼此在两端用铰链连彼此在两端用铰链连接而成的结构。桁架由直杆接而成的结构。桁架由直杆组成的一般具有三角形单元组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆的平面或空间结构，桁架杆件主要承受件主要承受轴向拉力或压力轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节在跨度较大时可比实腹梁节省材料，省材料，减轻自重减轻自重和和增大刚增大刚度度。桁架的优点是杆件主要承受桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减材料的作用，节约材

9、料，减轻结构重量。常用的有轻结构重量。常用的有钢桁钢桁架架、钢筋混凝土桁架钢筋混凝土桁架、预应预应力混凝土桁架力混凝土桁架、木桁架木桁架、钢钢与木组合桁架与木组合桁架、钢与混凝土钢与混凝土组合桁架组合桁架。Section 3 trussSection 3 truss桁架桁架桁架按结构可分为桁架按结构可分为三角形桁三角形桁架、梯形桁架、多边形桁架、架、梯形桁架、多边形桁架、空腹桁架。空腹桁架。1.1.三角形三角形( (triangle) )桁架：桁架：在沿跨度均匀分布的节点荷在沿跨度均匀分布的节点荷载下，上下弦杆的轴力在载下，上下弦杆的轴力在端端点点处最大，向跨中逐渐减少；处最大，向跨中逐渐减少

10、；腹杆的轴力则相反。三角形腹杆的轴力则相反。三角形桁架由于弦杆内力差别较大，桁架由于弦杆内力差别较大，材料消耗不够合理，多用于材料消耗不够合理，多用于瓦屋面的屋架中。瓦屋面的屋架中。2.2.梯形梯形( (trapezoid) )桁架：和三角桁架：和三角形桁架相比，杆件受力情况有所形桁架相比，杆件受力情况有所改善，而且用于屋架中可以更容改善，而且用于屋架中可以更容易满足某些工业厂房的工艺要求。易满足某些工业厂房的工艺要求。如果梯形桁架的上、下弦平行就如果梯形桁架的上、下弦平行就是是平行弦桁架平行弦桁架，杆件受力情况较，杆件受力情况较梯形略差，但腹杆类型大为减少，梯形略差，但腹杆类型大为减少，多用

11、于桥梁和栈桥中。多用于桥梁和栈桥中。4.4.空腹空腹( (Vierendeel ) )桁架：桁架：基本取用多边形桁架的外形，基本取用多边形桁架的外形，无无斜腹杆斜腹杆，仅以，仅以竖腹杆竖腹杆和上和上下弦相连接。杆件的轴力分下弦相连接。杆件的轴力分布和多边形桁架相似，但在布和多边形桁架相似，但在不对称荷载不对称荷载作用下杆端弯矩作用下杆端弯矩值变化较大。优点是在节点值变化较大。优点是在节点相交会的杆件较少，施工制相交会的杆件较少，施工制造方便。造方便。3.3.多边形多边形( (polygon) )桁架：也桁架：也称称折线形桁架折线形桁架。上弦节点位于。上弦节点位于二次抛物线上，如上弦呈拱形二次抛

12、物线上，如上弦呈拱形可减少节间荷载产生的弯矩，可减少节间荷载产生的弯矩，但制造较为复杂。在但制造较为复杂。在均布荷载均布荷载作用下，桁架外形和简支梁的作用下，桁架外形和简支梁的弯矩图形相似，因而弯矩图形相似，因而上下弦轴上下弦轴力力分布均匀，腹杆轴力较小，分布均匀，腹杆轴力较小，用料最省，是工程中常用的一用料最省，是工程中常用的一种桁架形式。种桁架形式。多边形桁架多边形桁架空腹桁架空腹桁架温州科技馆温州科技馆(Wenzhou Science and (Wenzhou Science and technology museumtechnology museum ) )工程中钢结构工程中钢结构共分

13、为六个单体：共分为六个单体：1 1、标志塔为钢结、标志塔为钢结构塔，塔高构塔，塔高62.01662.016米，塔身为管架米，塔身为管架结构结构(Rohrkonstruktion(Rohrkonstruktion) ) ，采用空，采用空间钢管结构体系。间钢管结构体系。2 2、中廊屋盖采用、中廊屋盖采用空间钢管结构体系，钢管之间采用空间钢管结构体系，钢管之间采用直接相贯的焊接节点，主桁架为平直接相贯的焊接节点，主桁架为平面桁架面桁架(parallel chord truss)(parallel chord truss)。3 3、北展厅屋盖采用空间钢管结构体系，北展厅屋盖采用空间钢管结构体系，钢管之

14、间采用直接相贯的焊接节点，钢管之间采用直接相贯的焊接节点，主桁架为平面桁架。主桁架为平面桁架。4 4、南展厅螺栓、南展厅螺栓球节点正方四角锥网架。屋面采用球节点正方四角锥网架。屋面采用双层压型彩钢板。双层压型彩钢板。5 5、球形网架直径、球形网架直径为为33.533.5米的球体网架。米的球体网架。6 6、钢折板雨、钢折板雨棚为棚为H H型简易钢结构。型简易钢结构。Building instanceBuilding instanceSection 4 frameSection 4 frame框架框架结构指由梁和柱结构指由梁和柱刚接刚接(rigid (rigid connection)connec

15、tion)或者或者铰接铰接(hinge joint)(hinge joint)相相连接而成构成承重体系结构即由梁和柱连接而成构成承重体系结构即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程出现组成框架共同抵抗适用过程出现水平荷水平荷载载和和竖向荷载竖向荷载采用结构房屋墙体承重仅采用结构房屋墙体承重仅起围护和分隔作用，一般用预制加气混起围护和分隔作用，一般用预制加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。筑或装配而成。框架结构又称构架式结构房屋框框架结构又称构架式结构房屋框架按跨数架按跨数(span

16、s)(spans)分分单跨单跨(single (single span)span)、多跨多跨(multispan(multispan););按层数按层数分分单层单层、多层多层; ;按立面构成按立面构成(three (three dimentionaldimentional composition) composition)分分对对称称(symmetry)(symmetry)、不对称不对称(dissymmetry);(dissymmetry);按所用材料分按所用材料分钢钢框架框架、混凝土框架混凝土框架、胶合木结构胶合木结构框架框架或或钢与钢筋混凝土混合框架钢与钢筋混凝土混合框架等其常用混凝土框架

17、等其常用混凝土框架( (现浇整体式、现浇整体式、装配式、装配整体式也根据需要装配式、装配整体式也根据需要施加预应力主要对梁或板施加预应力主要对梁或板) )、钢框、钢框架装配式、装配整体式混凝土框架装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施架和钢框架适合大规模工业化施工效率较高工程质量较好。工效率较高工程质量较好。单跨框架单跨框架多跨框架多跨框架框架节点有铰接的和刚接的，前框架节点有铰接的和刚接的，前者称为排架，后者则称为刚架。者称为排架，后者则称为刚架。1.1.排架排架(bent frame)(bent frame)：由由屋架（或屋面梁）、柱屋架（或屋面梁）、柱和和基础基础组成，柱

18、组成，柱与屋架与屋架铰接铰接，与基础，与基础刚接刚接。是单层厂房结。是单层厂房结构的基本结构形式。特点是在自身的平面构的基本结构形式。特点是在自身的平面内承载力和刚度都较大，而排架间的承载内承载力和刚度都较大，而排架间的承载能力则较弱，通常在两个支架之间应该加能力则较弱，通常在两个支架之间应该加上相应的支撑，避免风荷载的一个推动，上相应的支撑，避免风荷载的一个推动，发生侧向的移动。适合用于发生侧向的移动。适合用于单层单层的工业厂的工业厂房。排架体系常用于高大空旷的单层建筑房。排架体系常用于高大空旷的单层建筑物如工业厂房、飞机库和影剧院的观众厅物如工业厂房、飞机库和影剧院的观众厅等。其柱顶用等。其柱顶用大型屋架大型屋架或或桁架桁架连接，再覆连接，再覆以装配式的屋面板，根据需要，有的排架以装配式的屋面板，根据需要，有的排架建筑屋顶还要设置大型的天窗、有的则需建筑屋顶还要设置大型的天窗、有的则需沿纵向设置吊车梁。由于排架体系的房屋沿纵向设置吊车梁。由于排架体系的房屋刚度小刚度小，重心高重心高，需承受，需承受动荷载动荷载(dynamic (dynamic load)load)，因此需要安装柱间斜支撑和屋盖部，因此需要安装柱间斜支撑和屋盖部分的水平平斜