建筑结构的组成和分类

1、章节章节第一章课题课题绪论教学目的教学目的熟悉结构的概念和分类；了解结构的发展概况。教学重点教学重点建筑结构的组成和分类；建筑结构的发展和应用。教学难点教学难点各类结构的应用。教学方法教学方法课件课时安排课时安排4节时间时间第一周第一次课l建筑：建筑：建筑物和构筑物的通称。建筑物和构筑物的通称。l建筑物：建筑物：人们社会生活和生产的环境，如住宅、厂房。人们社会生活和生产的环境，如住宅、厂房。l构筑物：构筑物：一般不直接进入其间进行生活和生产的空间。如一般不直接进入其间进行生活和生产的空间。如 烟囱、水塔等。烟囱、水塔等。l建筑物构成的基本要素：建筑物构成的基本要素：建筑功能、物质技术条件和建筑

2、功能、物质技术条件和 建筑形象。建筑形象。l建筑结构：建筑结构：建筑物的空间承重骨架系统。建筑物的空间承重骨架系统。l建筑结构的功能：建筑结构的功能： (1) 满足使用和审美要求满足使用和审美要求选择合适的结构型式；选择合适的结构型式； (2) 抵御自然界的各种作用抵御自然界的各种作用选择结构的材料和结构体系。选择结构的材料和结构体系。 结构的组成构件：结构的组成构件：1 1）水平构件：板、梁）水平构件：板、梁 2 2）垂直构件：柱、墙（起受力作用）垂直构件：柱、墙（起受力作用） 3 3）基础构件）基础构件 4 4）特殊构件：杆件、悬索、膜）特殊构件：杆件、悬索、膜1.平衡：平衡：结构或结构的

3、任何一个部分都不发生运动。结构或结构的任何一个部分都不发生运动。2.稳定：稳定：整体结构或结构的一部分作为整体不允许发整体结构或结构的一部分作为整体不允许发生危险的运动，如倾覆和滑移等。生危险的运动，如倾覆和滑移等。3.承载力：承载力：结构或结构的任何一部分在预计的荷载作结构或结构的任何一部分在预计的荷载作用下必须安全可靠。用下必须安全可靠。4.适用：适用：使用期间不发生过大的变形使用期间不发生过大的变形 、裂缝和损坏等。、裂缝和损坏等。5.经济：经济：造价、施工及使用维护等。造价、施工及使用维护等。6.美观：美观：精神需要（民族风格、时代风貌等精神需要（民族风格、时代风貌等 ）。）。一、建筑

4、结构的分类一、建筑结构的分类二、建筑结构选型二、建筑结构选型（一）（一）按材料分类按材料分类1. 混凝土结构：混凝土结构：素混凝土结构、素混凝土结构、钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构、预应力混凝土、预应力混凝土结构。结构。l适用范围：广泛用于一般工业与民用建筑及多种特种结构适用范围：广泛用于一般工业与民用建筑及多种特种结构（水塔、水池、烟囱等）中。（水塔、水池、烟囱等）中。l优点：节约钢材、耐火耐久、可模性好、整体性好。优点：节约钢材、耐火耐久、可模性好、整体性好。l缺点：自重大，抗裂性差。缺点：自重大，抗裂性差。2. 砌体结构砌体结构：由块材及砂浆砌筑而成的结构。由块材及砂浆砌筑而成的结构。l适

5、用范围：主要用于居住建筑和多层民用房屋（如办公楼、适用范围：主要用于居住建筑和多层民用房屋（如办公楼、教学楼、旅馆等）中。教学楼、旅馆等）中。l优点：易于就地取材，成本低。结构耐久性和耐腐蚀性好。优点：易于就地取材，成本低。结构耐久性和耐腐蚀性好。l缺点：自重大，施工砌筑进度慢，整体性差。缺点：自重大，施工砌筑进度慢，整体性差。3. 钢结构钢结构：以钢材为主的结构。以钢材为主的结构。适用范围：适用范围：主要用于大跨度的建筑屋盖（如体育馆、剧院等）、吊车吨主要用于大跨度的建筑屋盖（如体育馆、剧院等）、吊车吨位很大或跨度很大的工业厂房骨架，以及超高层建筑的房屋骨架。位很大或跨度很大的工业厂房骨架，

6、以及超高层建筑的房屋骨架。优点：优点：钢结构材料质量均匀、强度高，构件截面小、重量轻，可焊性好，钢结构材料质量均匀、强度高，构件截面小、重量轻，可焊性好，制造工艺简单。制造工艺简单。缺点：缺点：钢材易腐蚀，耐火性差，成本高。钢材易腐蚀，耐火性差，成本高。4. 木结构木结构：以木材为主的结构。以木材为主的结构。适用范围：适用范围：受到自然条件的限制，仅在山区和林区使用。受到自然条件的限制，仅在山区和林区使用。优点：优点：制作简单，自重轻，容易加工。制作简单，自重轻，容易加工。缺点：缺点：易燃、易腐蚀。易燃、易腐蚀。5. 钢混凝土组合结构：钢混凝土组合结构：结构构件用型钢和混凝土组成，或型结构构件

7、用型钢和混凝土组成，或型钢、钢筋和混凝土组成。钢、钢筋和混凝土组成。（1）钢混凝土组合楼板（钢混凝土组合楼板（见下图见下图）（2）钢骨混凝土结构（又称劲性混凝土结构）：以型钢为骨架外包钢筋混凝钢骨混凝土结构（又称劲性混凝土结构）：以型钢为骨架外包钢筋混凝土组成的结构。其截面形式土组成的结构。其截面形式见附图见附图。（以深圳帝王大厦为例）（以深圳帝王大厦为例）（3）钢管混凝土结构：在封闭的薄壁钢管中浇注混凝土形成的组合结构，一钢管混凝土结构：在封闭的薄壁钢管中浇注混凝土形成的组合结构，一般用作受压构件。般用作受压构件。（以日本东京中央区高层住宅为例以日本东京中央区高层住宅为例）（二）按受力和结构

8、特点分类（二）按受力和结构特点分类 1. 混合结构：混合结构：楼、屋盖一般采用钢筋混凝土结构构件，墙体和基楼、屋盖一般采用钢筋混凝土结构构件，墙体和基础采用砌体结构。础采用砌体结构。（见附图见附图）2. 排架结构：排架结构：主要承重体系是屋面横梁（屋架或屋面大梁）、柱主要承重体系是屋面横梁（屋架或屋面大梁）、柱及基础，主要用于单层工业厂房。及基础，主要用于单层工业厂房。（见附图见附图）3. 框架结构：框架结构：由横梁和柱及基础组成的主要承重体系。由横梁和柱及基础组成的主要承重体系。（见附图见附图）4. 剪力墙结构：剪力墙结构：纵、横布置的成片钢筋混凝土墙体称为剪力墙。纵、横布置的成片钢筋混凝土

9、墙体称为剪力墙。剪力墙和钢筋混凝土楼、屋盖整体连接形成剪力墙结构。剪力墙和钢筋混凝土楼、屋盖整体连接形成剪力墙结构。（见见附图附图）5. 其他形式的结构：其他形式的结构：（1）高层和超高层结构体系中有：框架剪力墙结构、框架筒）高层和超高层结构体系中有：框架剪力墙结构、框架筒体结构、筒中筒结构等。体结构、筒中筒结构等。（2）单层厂房：刚架结构）单层厂房：刚架结构（3）单层大跨度房屋的屋盖：壳体结构、网架结构、悬索结构等。）单层大跨度房屋的屋盖：壳体结构、网架结构、悬索结构等。（一）多层和高层房屋结构（一）多层和高层房屋结构1. 混合结构体系：混合结构体系：竖向承重构件采用砌体结构，水平承重构件采

10、竖向承重构件采用砌体结构，水平承重构件采用钢筋混凝土梁板结构用钢筋混凝土梁板结构。 2. 框架结构体系：框架结构体系： 1）分类：横向框架承重、纵向框架承重和纵横向混合承重。（）分类：横向框架承重、纵向框架承重和纵横向混合承重。（框框架承重方案架承重方案） 2）全框架结构、内框架结构、底层框架结构（）全框架结构、内框架结构、底层框架结构（附图附图）3. 剪力墙结构体系剪力墙结构体系1）剪力墙结构）剪力墙结构：纵横向交叉的墙体都由剪力墙组成。纵横向交叉的墙体都由剪力墙组成。2）框架剪力墙）框架剪力墙：竖向承重构件为框架和剪力墙（竖向承重构件为框架和剪力墙（附图附图）3）筒体结构）筒体结构：由剪力

11、墙围成筒体，由一个或多个筒体组成的结构。由剪力墙围成筒体，由一个或多个筒体组成的结构。l框筒：由加密柱并加强梁的刚度而形成的整体受力体系。（框筒：由加密柱并加强梁的刚度而形成的整体受力体系。（纽约世界贸易中心纽约世界贸易中心钢钢结构框筒结构）结构框筒结构）l框架筒体：周边稀柱框架和核心筒组成。（框架筒体：周边稀柱框架和核心筒组成。（附图附图-上海金贸大厦上海金贸大厦框架核心筒结框架核心筒结构）构）l成束筒：多个筒体组成。（成束筒：多个筒体组成。（美国芝加哥西尔斯大厦美国芝加哥西尔斯大厦成束筒结构）成束筒结构）（二）单层大跨度结构（二）单层大跨度结构1. 钢筋混凝土单层厂房结构钢筋混凝土单层厂房

12、结构1）排架结构：横梁和柱铰接、柱和基础刚接。）排架结构：横梁和柱铰接、柱和基础刚接。 （见附图见附图） 2）刚架结构：由梁柱合一的结构构件组成的结构。用于中小型）刚架结构：由梁柱合一的结构构件组成的结构。用于中小型单层厂房。单层厂房。（见附图见附图）3）拱结构：拱是承受压力为主的结构。该结构会对支座产生较）拱结构：拱是承受压力为主的结构。该结构会对支座产生较大的侧推力。大的侧推力。（见附图见附图）2. 其他型式的结构其他型式的结构1）薄壳结构薄壳结构：一种以受压为主的空间受力体系。形式：旋转曲：一种以受压为主的空间受力体系。形式：旋转曲面、平移曲面、直纹曲面面、平移曲面、直纹曲面（见附图见附

13、图）2）网架结构网架结构：由平面桁架发展起来的一种空间受力体系。分为：由平面桁架发展起来的一种空间受力体系。分为平板网架和曲面网架。平板网架和曲面网架。3）悬索结构悬索结构：主要用于桥梁结构，用于体育馆则适用于大跨度：主要用于桥梁结构，用于体育馆则适用于大跨度建筑物，如体育馆、影剧院等。建筑物，如体育馆、影剧院等。 建筑结构是随着人类社会的进步、科学技术的发展而不断发展起来的，有建筑结构是随着人类社会的进步、科学技术的发展而不断发展起来的，有着悠久的历史。埃及金字塔、着悠久的历史。埃及金字塔、中国的万里长城中国的万里长城、赵州桥赵州桥等都是结构发展史上等都是结构发展史上的辉煌之作。的辉煌之作。

14、 17世纪工业革命后，资本主义国家工业化的发展，推动了建筑结构的发展。世纪工业革命后，资本主义国家工业化的发展，推动了建筑结构的发展。 1824年，波兰特水泥的发明使得混凝土问世，随后出现了钢筋混凝土。年，波兰特水泥的发明使得混凝土问世，随后出现了钢筋混凝土。 自自19世纪中叶开始，钢结构得到了蓬勃发展。世纪中叶开始，钢结构得到了蓬勃发展。 20世纪世纪30年代预应力混凝土结构的出现，是混凝土结构发展的一次飞跃。年代预应力混凝土结构的出现，是混凝土结构发展的一次飞跃。概括起来，建筑结构主要有以下几个方面的发展趋势：概括起来，建筑结构主要有以下几个方面的发展趋势： 1.在结构计算理论方面，目前已

15、采用以概率论为基础的极限状态设计法。在结构计算理论方面，目前已采用以概率论为基础的极限状态设计法。 2.在材料方面，混凝土结构的材料向着轻质、高强、耐久、复合方向发在材料方面，混凝土结构的材料向着轻质、高强、耐久、复合方向发展。展。 3.施工方面，其工艺有了很大的发展。施工方面，其工艺有了很大的发展。论 作业： 1.2 1.2题题1.1.建筑结构是指梁、板、墙、柱、基础等基本构件组成的建筑物承重骨架体建筑结构是指梁、板、墙、柱、基础等基本构件组成的建筑物承重骨架体系。建筑结构由水平构件、竖向构件和基础组成。系。建筑结构由水平构件、竖向构件和基础组成。2.2.建筑结构按所用材料可分为钢筋混凝土结

16、构、砌体结构、钢结构和木结构建筑结构按所用材料可分为钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构和木结构3.3.建筑结构按承重结构的类型可分砖混结构、框架结构、剪力墙结构、框架建筑结构按承重结构的类型可分砖混结构、框架结构、剪力墙结构、框架- -剪力墙结构和筒体结构。剪力墙结构和筒体结构。5P钢混凝土组合梁板结构钢混凝土组合梁板结构，梁下部用钢梁，上部用，梁下部用钢梁，上部用混凝土（一般采用压型钢混凝土（一般采用压型钢板混凝土组合板）。钢板混凝土组合板）。钢梁和混凝土板之间用剪力梁和混凝土板之间用剪力连接件连接。主要用于高连接件连接。主要用于高层楼盖、吊车梁和桥梁结层楼盖、吊车梁和桥梁结构。构。优点：钢混

17、凝土组合梁优点：钢混凝土组合梁截面中混凝土主要受压，截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分利用材料钢梁受拉，充分利用材料。混凝土板参与组合梁工。混凝土板参与组合梁工作，提高钢梁的竖向和侧作，提高钢梁的竖向和侧向刚度。向刚度。缺点：钢材易腐蚀，耐火缺点：钢材易腐蚀，耐火性差。性差。 （a）梁 （b）柱 深圳帝王大厦深圳帝王大厦81层，高层，高325米。是我国目前最高的钢米。是我国目前最高的钢混凝土组合结构，混凝土组合结构，58层以下采用钢骨混凝土柱。层以下采用钢骨混凝土柱。（a）标准层平面）标准层平面 （b）梁柱接头）梁柱接头 该住宅地上该住宅地上33层，高层，高99.9米，米，采用钢管混凝土采用

18、钢管混凝土柱、钢骨混凝土柱、钢骨混凝土梁结构，是钢梁结构，是钢混凝土组合结构混凝土组合结构的一个成功范例。的一个成功范例。内部内部2排柱用圆管，排柱用圆管，外部外部4排柱用方管，排柱用方管，混凝土强度混凝土强度36-42MPa 钢管混凝土柱充分发挥钢管和混凝土的作用。对于混凝土而言，混凝土钢管混凝土柱充分发挥钢管和混凝土的作用。对于混凝土而言，混凝土在荷载作用下处于三向受压状态，抗压强度和变形能力显著提高。对于薄在荷载作用下处于三向受压状态，抗压强度和变形能力显著提高。对于薄壁钢管，中间填实混凝土以后，大大提高了侧向稳定性。钢管混凝土柱承壁钢管，中间填实混凝土以后，大大提高了侧向稳定性。钢管混

19、凝土柱承载能力很高，重量轻，耐疲劳，耐冲击。而且核心混凝土没有钢筋，浇筑载能力很高，重量轻，耐疲劳，耐冲击。而且核心混凝土没有钢筋，浇筑混凝土很方便，施工简便。混凝土很方便，施工简便。 钢管混凝土柱一般用于单柱承载力大的高层、大跨度、重荷载的结构。钢管混凝土柱一般用于单柱承载力大的高层、大跨度、重荷载的结构。如工业厂房框架柱或排架柱、高层建筑的底层柱等。如工业厂房框架柱或排架柱、高层建筑的底层柱等。混合结构剪力墙结构框架结构排架结构全框架结构底层框架结构框架承重方案：横向、纵向、混合承重框架结构的几种平面框架剪力墙结构体系平框架剪力墙结构体系平面（北京饭店新楼，面（北京饭店新楼，18层）层）框

20、架筒体结构体系平面框架筒体结构体系平面（上海联谊大厦）（上海联谊大厦） 纽约世界贸易中心纽约世界贸易中心：大楼于：大楼于1966年开年开工，历时工，历时7年，年，1973年竣工以后，以年竣工以后，以411米的高度米的高度作为作为110层的摩天巨人而载入史册。它是由层的摩天巨人而载入史册。它是由5幢建幢建筑物组成的综合体。其主楼呈双塔形，塔柱边宽筑物组成的综合体。其主楼呈双塔形，塔柱边宽63.5米。大楼采用钢结构，用钢米。大楼采用钢结构，用钢7万万8千吨，楼的外千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“世界之窗世界之窗”之称。之称。 大楼有

21、大楼有84万平方米的办公面积，可容纳万平方米的办公面积，可容纳5万名工万名工作人员，同时可容纳作人员，同时可容纳2万人就餐。其楼层分租给世万人就餐。其楼层分租给世界各国界各国800多个厂商，还设有为这些单位服务的贸多个厂商，还设有为这些单位服务的贸易中心、情报中心和研究中心，在底层大厅及易中心、情报中心和研究中心，在底层大厅及44、78两层高空门厅中，有种类齐全的商业性服务两层高空门厅中，有种类齐全的商业性服务行业。楼中共有电梯行业。楼中共有电梯104部，地下有可供停车部，地下有可供停车2000辆的车库，并有地铁在此经过设站。辆的车库，并有地铁在此经过设站。 上海金贸大厦采用的是框架核心筒结上

22、海金贸大厦采用的是框架核心筒结构，建筑物构，建筑物88层，高层，高420.5米。钢筋混凝米。钢筋混凝土核心筒呈八角形，周边土核心筒呈八角形，周边8根钢骨混凝土根钢骨混凝土柱底部截面柱底部截面1.5mX5m，柱中配置，柱中配置2根焊接根焊接H型钢。型钢。 芝加哥西尔斯大芝加哥西尔斯大厦厦(Sears Tower)是是世界第二美国第一世界第二美国第一高楼，仅次于吉隆高楼，仅次于吉隆坡石油大厦双塔，坡石油大厦双塔，110层层443米，建成米，建成于于1974年。结构体年。结构体系为模数化的束筒系为模数化的束筒结构，由九个单筒结构，由九个单筒组成，每个筒体平组成，每个筒体平面为边长面为边长22.86米

23、的米的正边形，沿高度分正边形，沿高度分段截断。段截断。 FBI确信，纽约确信，纽约的地理坐标世界贸的地理坐标世界贸易大厦倒塌后，作易大厦倒塌后，作为芝加哥地理坐标为芝加哥地理坐标的西尔斯大厦，已的西尔斯大厦，已经成为恐怖分子的经成为恐怖分子的下一个目标。下一个目标。（a）单跨排架结构）单跨排架结构 （b）等高排架）等高排架 （c）不等高排架）不等高排架 （d）锯齿形排架结构）锯齿形排架结构(a)无铰刚架无铰刚架 (b)双铰刚架双铰刚架 (c)三铰刚架三铰刚架 (d)双跨刚架双跨刚架v刚架的横梁和立柱整体浇筑在一起，交接处形成刚结点，刚架的横梁和立柱整体浇筑在一起，交接处形成刚结点，该处需要较大

24、截面，因而刚架一般为变截面。横梁一般为人该处需要较大截面，因而刚架一般为变截面。横梁一般为人字形，整个刚架呈字形，整个刚架呈“门门”形，故称为门式刚架。它不易用于形，故称为门式刚架。它不易用于吊车吨位大的厂房，跨度一般吊车吨位大的厂房，跨度一般18m左右。左右。 水平力的传递 带拉杆的拱（a）室内拉杆拱 （b）落地拱 为了可靠传递拱的水平推力，采取以下措施为了可靠传递拱的水平推力，采取以下措施（1）设置水平拉杆；）设置水平拉杆；（2）推力由侧边框架或刚架传至基础；）推力由侧边框架或刚架传至基础；（3）当拱的水平体力不大且地基的承载力大，压缩性小时，水平）当拱的水平体力不大且地基的承载力大，压缩

25、性小时，水平推力直接由地基抵抗。推力直接由地基抵抗。（1）旋转曲面：平面曲线）旋转曲面：平面曲线绕竖轴旋转形成的曲面绕竖轴旋转形成的曲面（2）平移曲面：一竖向曲线）平移曲面：一竖向曲线（母线）沿另一曲线（导线）（母线）沿另一曲线（导线）平行移动时所形成的曲面平行移动时所形成的曲面（a）椭圆抛物面椭圆抛物面 （b）双曲抛物面双曲抛物面（3）直纹曲面：一段直线的）直纹曲面：一段直线的两端沿两条固定的曲线移动所两端沿两条固定的曲线移动所形成的曲面形成的曲面（a）单柱曲面）单柱曲面 （b）劈锥曲面）劈锥曲面国家奥林匹克体育中心体育馆（左）、游泳馆（右）国家奥林匹克体育中心体育馆（左）、游泳馆（右）（1

26、989） Gymnasium (left) and Natatorium (right) of the National Olympic Sports Center(1989)国家奥林匹克体育中心国家奥林匹克体育中心体育馆采用斜拉索人字体育馆采用斜拉索人字形网架结构。形网架结构。（a）平板网架）平板网架 （b）曲面网架）曲面网架 悉尼歌剧院悉尼歌剧院建筑总面积建筑总面积88258平方米平方米,包括一个有包括一个有2690座的大音乐厅座的大音乐厅,一个有一个有1547座的歌剧厅座的歌剧厅,一个可容一个可容500多人多人的剧场和一个小音乐厅。此外的剧场和一个小音乐厅。此外,还设有排演厅、接待厅、还

27、设有排演厅、接待厅、展览厅、录音厅以及戏剧图书馆和各种附属用房（如餐展览厅、录音厅以及戏剧图书馆和各种附属用房（如餐厅、小卖部等）共厅、小卖部等）共900多个房间多个房间,同时可容同时可容6000多人在其多人在其中活动。中活动。 悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片,耸立在一南北耸立在一南北长长186米、东西最宽处为米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。第一组壳片在地段西侧基座上。第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列四对壳片成串排列,三三对朝北对朝北,一对朝南一对朝南,内部是大音乐厅。第二组在地段东侧内部是大音乐厅。第二组在地

28、段东侧,与第一组大致平行与第一组大致平行,形式相同而规模略小形式相同而规模略小,内部是歌剧厅。内部是歌剧厅。第三组在它们的西南方第三组在它们的西南方,规模最小规模最小,由两对壳片组成由两对壳片组成,里面里面是餐厅。其他房间都巧妙地布置在基座内。整个建筑群是餐厅。其他房间都巧妙地布置在基座内。整个建筑群的入口在南端的入口在南端,有宽有宽97米的大台阶。车辆入口和停车场米的大台阶。车辆入口和停车场设在大台阶下面。设在大台阶下面。 乌特松参加设计竞赛方案过于简略乌特松参加设计竞赛方案过于简略,后来在工程进行后来在工程进行中遇到了一系列复杂而困难性技术课题。例如起初设想中遇到了一系列复杂而困难性技术课

29、题。例如起初设想那些巨大的壳片是钢筋混凝土壳体结构那些巨大的壳片是钢筋混凝土壳体结构,经过深入研究经过深入研究后发现后发现,只能将每一个壳片划分为一条条钢筋混凝土的只能将每一个壳片划分为一条条钢筋混凝土的肋券肋券,再分段预制再分段预制,然后才能组合成整体。为了减少施工然后才能组合成整体。为了减少施工的困难的困难,又将全部壳片改为同样的曲革又将全部壳片改为同样的曲革,使每一个壳片都使每一个壳片都相当于假想半径为相当于假想半径为76米的圆球表面的一部分。为研究和米的圆球表面的一部分。为研究和设计这些壳片的结构设计这些壳片的结构,用去用去8年时间年时间,施工也费时施工也费时3年多。年多。工程预算工程预算700万美元万美元,实际费用达实际费用达12000万美元。万美元。 江阴长江大桥江阴长江大桥-主主跨跨1385米，米，1999年年 悬索桥悬索桥又名吊桥，是以承受拉力的缆索或链索作又名吊桥，是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁。悬索桥由悬索、索塔、锚碇、吊为主