土木工程概论5

1、Introduction of Civil Engineering土木工程概论土木工程概论LESSON4 BuiLdiNg StructurELESSON4 BuiLdiNg StructurE 建筑工程学院 School of Civil Engineering 肖琦肖琦 建筑工程学院 School of Civil Engineering5.1 引言引言 建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。 二者之间又存在着相互协调、互相制约的关系。 任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而有限的结构设计技术水平又制约

2、着建筑设计层次。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 土木工程设计的分工规划师负责工程的选址、开发强度和空间环境。建筑师负责工程的布局、造型，满足各项功能性使用要求。结构工程师负责工程的承载、变形、稳定的安全性需求。设备工程师负责工程的给排水、供热通风和电气等配套设施。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 结构工程师要解决的问题 确定结构承受的荷载，并合理选用结构材料； 正确选用结构体系和结构型式； 解决好结构承载力、变形、稳定、抗倾覆等技术问题； 解决好结构的连接构造和施工方法问题。 结构工程师须具备的基本素质 接受过良好的

3、土木工程学科和相关学科的教育，并训练有素； 对其它学科具备一定的知识； 不断地掌握土木工程有关最新技术并进行知识更新； 很好的交际技能，包括口头、撰写、绘图和数字化技能。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 土木工程的分阶段设计 建筑工程学院 School of Civil Engineering 建筑工程的结构设计步骤结构设计步骤一般分为结构模型的建立、结构荷载计算、构内力计算和构件选择、施工图绘制四个阶段。 结构模型的建立建立结构模型前需对结构进行简化。如框架结构是空间结构，为简化计算，可取出其中的一榀框架将其简化为平面框架；梁和柱的截面尺寸相对于整个框架

4、来说较小，可简化为杆件，梁和柱的连接节点可简化为刚性连接。经过如此简化后，复杂的框架结构即成为可用结构力学对其进行受力计算分析的简单模型。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 结构荷载计算荷载计算必须弄清楚该结构所受的荷载的种类和传力路线。建筑结构荷载种类：恒载、活载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、地震荷载等。荷载传力路线：在框架结构中，荷载是由板传给次梁，次梁传给主梁，主梁传给框架柱，柱传给基础，基础最后传给地基。将计算的各种荷载换算成线荷载并作用于框架的计算模型上。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 构件内力计算和构件选择内

5、力计算前，先依据经验估算梁柱的截面尺寸，然后进行该模型的内力计算。内力计算方法我们将在结构力学课程中学到。计算出构件内力后，再依据内力进行梁柱配筋的计算和梁柱的稳定、变形的计算。这些计算方法我们将在砼结构、钢结构等课程中学到。这些课程的理论基础是理论力学、材料力学、结构力学三大力学。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 建筑工程学院 School of Civil Engineering5.2 建筑物的类别建筑物的类别（1） 按按建筑物的使用性质分类建筑物的使用性质分类 1 住宅建筑住宅建筑2 公共建筑公共建筑3 商业建筑商业建筑4 文教卫生建筑文教卫生建筑5

6、 工业建筑工业建筑6 农业建筑农业建筑 建筑工程学院 School of Civil Engineering5.2 建筑物的类别建筑物的类别 例如，别墅、宿舍、公寓等。其特点是它的内部房间的尺度虽小但使用布局却十分重要，对朝向、采光、隔热和隔音等建筑技术问题有较高要求。它的主要结构构件为楼板和墙体，层数12层至1020层不等。 （1） 按按建筑物的使用性质分类建筑物的使用性质分类 1.1 住宅建筑住宅建筑 建筑工程学院 School of Civil Engineering 例如，展览馆、影剧院、体育馆、候机大厅等。它是大量人群聚集的场所，室内空间和尺度都很大，人流走向问题突出，对使用功能及其

7、设施的要求很高。经常采用将梁柱连接在一起的大跨度框架结构以及网架、拱、壳结构等为主体结构，层数以单层或低层为主。1.2 公共建筑公共建筑 建筑工程学院 School of Civil Engineering 例如，商店、银行、商业写字楼等。由于它也是人群聚集的场所，因此有着与公共建筑类似的要求。但它往往可以做成高层建筑，对结构体系和结构形式有较高的要求。 1.3 商业建筑商业建筑 例如，图书馆、实验楼、医院等。这类建筑有较强的针对性，如图书馆有书库、实验楼要安置特殊实验设备、医院有手术室和各种医疗设施。这种建筑物经常采用框架结构为主体结构，层数以410层的多层为主。 1.4 文教卫生建筑文教卫

8、生建筑 建筑工程学院 School of Civil Engineering 例如，重型机械厂房、纺织厂房（单层轻工业）、制药厂房、食品厂房（多层轻工业）等。它们往往有很大的荷载，沉重的撞击和振动，需要巨大的空间，而且经常有湿度、温度、防爆、防尘、防菌、洁净等特殊要求，以及要考虑生产产品的起吊运输设备和生产路线等。单层工业建筑经常采用的是铰接排架结构，多层工业建筑往往采用刚接框架结构。1.5 工业建筑工业建筑 例如，暖棚、畜牧场、大型养鸡场等。通常用的是轻型钢结构。 1.6 农业建筑农业建筑 建筑工程学院 School of Civil Engineering（2） 按建筑物结构采用的材料分类

9、按建筑物结构采用的材料分类 生土结构生土结构木结构木结构砌体结构砌体结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢钢-混凝土组合结构混凝土组合结构钢结构钢结构张拉整体结构张拉整体结构 建筑工程学院 School of Civil Engineering（2） 按建筑物结构采用的材料分类按建筑物结构采用的材料分类 2.1 生土结构生土结构（1 1）结构特征、优缺点及适用范围结构特征、优缺点及适用范围 采用采用土质材料承重土质材料承重的传统民居一般称为生的传统民居一般称为生土建筑。这种民居屋盖多采用土建筑。这种民居屋盖多采用硬山、悬山搁檩，檩硬山、悬山搁檩，檩上搁置木缘子的屋盖承重体系上搁置木缘子的屋盖承重体

10、系，可以起到承担屋顶，可以起到承担屋顶上各种荷载作用并将其传递给上各种荷载作用并将其传递给土墙或木柱土墙或木柱的作用。的作用。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 定义：指主要用未焙烧而仅作简单加工的原状土为材料，营造主体结构的建筑。 优点：就地取材，易于施工，造价低廉，冬暖夏凉，节省能源；融于自然，有利于环境保护和生态平衡。 缺点：开间不大，布局受限制，日照不足，通风不畅、潮湿。 建筑工程学院 School of Civil Engineering分类： 按材料、结构和建造工艺区分： 黄土窑洞、土坯窑洞、土坯建筑、夯土墙或草泥垛墙建筑、各种“掩土建筑”、以及

11、夯土的大体积构筑物。 按营建方式和使用功能区分： 窑洞民居、其他生土建筑民居、以生土材料建造的公用建筑(如城垣、粮仓、堤坝等)。 建筑工程学院 School of Civil Engineering窑窑 洞洞 建筑工程学院 School of Civil Engineering土筑建筑（夯土）土筑建筑（夯土） 建筑工程学院 School of Civil Engineering硬山、悬山搁檩，硬山、悬山搁檩，檩上搁置木缘子檩上搁置木缘子的屋盖承重体系的屋盖承重体系 建筑工程学院 School of Civil Engineering 建筑工程学院 School of Civil Enginee

12、ring 夯土材料的改良及其优化，添加改性材料，提高夯土强度和耐久性 采用现代气动、电动夯筑工具代替传统手动夯具 采用现代夯筑模板体系代替粗糙的传统模板体系 通过在夯土墙体中加入竖向与水平约束构件，或加强构造连接，提高夯土结构防灾安全性能。技术改造主要体现在以下方面: 建筑工程学院 School of Civil Engineering 采用方木、圆木、条木连接而成。但木材主要用于制作建筑物结构所用的木梁、木柱、木屋架、木屋面板等。 2.2 木结构木结构 建筑工程学院 School of Civil Engineering 中国传统的木结构，是一种由柱子与梁架结合而成的梁柱结构体系。 又分为

13、抬梁式、 穿斗式、 干栏式 与井干式四种形式， 而以抬梁式与穿斗式结构最为多见。 木结构建筑中还发展了独具特色的斗拱体系。 建筑工程学院 School of Civil Engineering 沿房屋进深方向，柱子支撑大梁，大梁上再放置较短的柱，层层叠置成梁架，再放置在柱顶或柱网上的水平铺作层上。梁架上的梁层层缩短。每层之间垫置较短的蜀柱（或童柱）及驼峰（或柁墩）。最上层梁上板的中部，立蜀柱（或脊瓜柱）或三角形的大叉手，形成一个类似三角形屋架的结构形式。 大多应用于官式建筑与北方民间建筑中。明清时代的官式建筑，在结构上又分为大式与小式两种。 大式结构的等级较高，檐下一般用斗拱； 小式建筑的等级

14、较低，规模也较小。 抬梁式木结构 建筑工程学院 School of Civil Engineering抬梁式木结构 建筑工程学院 School of Civil Engineering平遥镇国寺钟氏祠堂抬梁 建筑工程学院 School of Civil Engineering 宋营造法式中称为铺作，清工部工程做法中称斗科，通称为斗拱。 斗是斗形木垫块， 拱是弓形的短木。 拱架在斗上，向外挑出， 拱端之上再安斗，逐层纵横交错叠加， 形成上大下小的托架。 起着承上启下、传递荷载的作用 ； 使建筑物出檐更加深远，造形更加优美、壮观 。斗拱 建筑工程学院 School of Civil Enginee

15、ring斗拱斗拱 建筑工程学院 School of Civil Engineering 穿斗式（又称穿逗式）构架 用较密集的柱子支撑上部的梁架，承托屋面椽子与望板的檩子直接放在柱头上，柱头之上不设大梁及叠置的梁架，只在柱间使用一些穿枋，以保证柱间的横向联系。 建筑工程学院 School of Civil Engineering穿斗式木构构架穿斗式木构构架 建筑工程学院 School of Civil Engineering 主要用于潮湿地区。房屋的底层较短的柱子架空，柱端上铺木板，形成室内的地面，地板之上架设类似穿斗式结构的木构架。再在木构架上铺设椽子与挂瓦，在云贵少数民族地区，还用草葺屋顶的

16、形式。 干栏式结构 建筑工程学院 School of Civil Engineering 是一种用圆形、矩形或六角形木料，平行向上层层叠置而成的结构形式。 相互交叉的圆形或矩形木料，在房屋的转角处交叉和咬合，使结构形成一个整体，并起到围合墙体的作用。井干式结构的屋顶，也是在两个山面墙上放置短立柱，呈托脊檩，形成两坡的形式。 井干式结构 建筑工程学院 School of Civil Engineering云南井干式民居 建筑工程学院 School of Civil Engineering 建筑工程学院 School of Civil Engineering现代木结构建筑现代木结构建筑 建筑工程学

17、院 School of Civil Engineering 建筑工程学院 School of Civil Engineering 采用砖、石、混凝土砌块等砌体形成。主要用于建筑物的墙体结构。 2.3 砌体结构砌体结构 建筑工程学院 School of Civil Engineering（1）结构特征、优缺点和适用范围）结构特征、优缺点和适用范围 结构特征：由块体和砂浆砌筑而成的结构特征：由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱墙、柱作为建筑物主作为建筑物主要受力构件的结构，称为砌体结构。要受力构件的结构，称为砌体结构。 包括：石砌体、砖砌体、砌块砌体。包括：石砌体、砖砌体、砌块砌体。 砌体结构的砌体结构的

18、优点优点：耐火性好、易于就地取材、节约钢材；：耐火性好、易于就地取材、节约钢材；墙体既是承重构件又是围护和分隔室内外空间的作用。墙体既是承重构件又是围护和分隔室内外空间的作用。 缺点缺点：抗拉、弯、剪及抗震性能差；材料用量多，结构：抗拉、弯、剪及抗震性能差；材料用量多，结构自重大；砌筑工作强度大，施工进度慢；房间尺寸受钢筋自重大；砌筑工作强度大，施工进度慢；房间尺寸受钢筋混凝土梁板经济跨度限制，房间组合不够灵活。混凝土梁板经济跨度限制，房间组合不够灵活。 适用适用：房间不大、层数不多的学校建筑、医院、居住建：房间不大、层数不多的学校建筑、医院、居住建筑等。筑等。 建筑工程学院 School o

19、f Civil Engineering 条石砌体（石砌体）条石砌体（石砌体）多排孔砖（砖砌体）多排孔砖（砖砌体）混凝土砌块（砌块砌体）混凝土砌块（砌块砌体） 建筑工程学院 School of Civil Engineering安徽毫州的花戏楼是砖石建筑 建筑工程学院 School of Civil Engineering 宿舍、住宅、办公楼等，房间的开间较小（-m），横墙相对较多，间距小，内外纵墙拉接成整体，结构整体性好，空间刚度大，对抵抗水平荷载及地基不均匀沉降较为有利。外纵墙仅起围护作用，在外纵墙上开设门窗洞口及立面处理较为灵活。但由于横墙较多，使材料用量及砌筑工作量相对较大。1. 横墙承重体系横墙承重体系（2）砌体结构形式）砌体结构形