土木工程材料与基本结构形式市公开课一等奖省赛课获奖课件

第二讲土木工程材料与基本结构形式土木工程材料1、土木工程材料主要性是土木工程物质基础对功效有直接影响对经济性影响显著对技术发展有直接推进作用为理论发展提供动力土木工程材料主要性第二讲：土木工程材料与基本结构形式土木工程材料与基本结构形式第1页2、土木工程材料分类土木工程材料种类繁多，可有各种分类方法。按起源分：天然材料、人造材料按性质分：金属材料、非金属材料、有机材料、复合材料按用途分：结构材料、功效材料、装饰材料第二讲：土木工程材料与基本结构形式土木工程材料分类土木工程材料与基本结构形式第2页3、惯用材料介绍3.1自然石、砖、瓦(1).自然石：重岩自然石（表观密度大于18kN/m3）轻岩自然石（表观密度小于18kN/m3）重岩自然石包含：花岗岩（granite）、砂岩（sandstone）、石灰石（limestone）等。轻岩自然石包含：贝壳石灰岩（coquina）、凝灰岩（tuff）。采取石料分为料石（ashlar）及毛石（rubble）两类。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第3页(2).砖砖（brick）由粘土烧制而成，分为红砖和青砖。标准砖规格为240mm×115mm×53mm。有实心砖、空心砖两类。承重空心砖孔洞普通是竖向,空心砖厚度较大，重量较轻，有利于加紧砌筑进度。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第4页石材或砖用砂浆砌筑而成构件称为砌体（masonry）。(3).瓦当前我国生产瓦多为平瓦。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第5页3.2、胶凝材料和砂浆胶凝材料（cementingmaterial）：和水成浆后能硬化成坚实整体矿物质粉状材料，如石灰、烧石膏和水泥等。砂浆（mortar）是石灰、石膏或水泥等胶凝材料掺砂或矿渣等细骨料加水拌和而成，用以砌筑砌体。采取水泥砂浆时，往往还掺和一定量石灰膏或粘土浆以增加砂浆和易性，以确保砌体质量，这种砂浆称为混合砂浆。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第6页3.3、混凝土和混凝土砌块(1).混凝土混凝土：用水泥、砂（细骨料）和碎石（粗骨料），按一定重量百分比配合，加水拌和成型后结硬而成。水泥和砂、石百分比（按重量）称为配合比（mixratio）,水和水泥百分比称为水灰比。轻骨料混凝土（密度小于18kN/m3）;加气混凝土，泡沫混凝土；低热混凝土，无收缩混凝土，膨胀混凝土；耐酸混凝土，耐碱混凝土，耐热混凝土；第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第7页(2).混凝土砌块用混凝土可制成砌块（block），普通为空心结构。

砌块也可采取煤渣等材料制作，从而改进了环境。采取砌块建筑可大大减轻劳动量，缩短工时，安装能够采取机械化，并降低墙壁材料在运输中损耗。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第8页3.4、钢筋、钢筋混凝土和预应力混凝土(1).钢筋钢筋按化学成份可分为：热轧碳素钢、热轧普通低合金钢。热轧碳素钢除含有铁元素外还含有少许碳、硅、锰、硫、磷等元素。（低碳钢<0.25%、高碳钢>0.6%）热轧普通低合金钢除碳素钢中已经有成份外，还加入少许合金元素，如锰、钛、钒等，有效地改进了钢筋性能。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第9页钢筋按其截面形式可分为：光面钢筋、变形钢筋。热轧钢筋直径普通为6～32mm。小直径钢筋（10～12mm以下）做成盘圆供给，大直径钢筋长度普通为12m。钢筋接头有搭接和焊接两种。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第10页(2).钢筋混凝土钢筋混凝土本质钢筋混凝土是由两种力学性能大不相同材料－－钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用一个建筑材料。

第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第11页钢筋混凝土主要优缺点：主要优点：（1）就地取材（2）耐久性（3）耐火性（4）整体性（5）刚性（6）可塑性主要缺点：（1）自重大（2）抗裂性差（3）费工大、耗用木料多第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第12页(3).预应力混凝土

预应力混凝土：利用预先建立压应力以抵消在荷载下产生拉应力而做成。施加预应力方法主要有：先张法、后张法。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第13页3.5、钢应用于工程结构钢材，除钢板外，还有各种型钢：角钢、槽钢、工字钢、冷弯型钢等。

利用钢板和各种型钢经过连接可组成各种形状截面。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第14页钢结构主要优缺点：主要优点：（1）结构重量轻钢容重与屈服点比值相对较低，钢结构构件截面较小，重量较轻。普通为钢筋混凝土结构1/2-1/5。尤其适合用于大跨、超高、承载重结构。（2）结构性能好钢材塑性、韧性好，变形能力强，计算准确性好，可靠性高。（3）工业化程度高工业化程度高，施工精度好，劳动生产率高。（4）符合可连续发展要求钢材可重复利用程度高，符合可连续发展要求。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第15页

钢结构主要缺点：（1）耐火性差。钢结构在温度250℃以内性质改变很小，温度到达300℃以后，强度逐步下降，到达450～650℃时，强度降为零。（2）易锈蚀。（3）价格较贵。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第16页3.6、木1.圆木直径常在120mm以上，长度普通为9m以内。2.方料（1）大料：两面锯开及四面锯开。（2）条料：四面锯平，厚度小于100mm，宽度小于厚度2倍。（3）板料：厚度小于100mm，宽度大于厚度2倍，其中厚度在35mm以下为薄板，大于35mm为厚板。第二讲：土木工程材料与基本结构形式惯用材料介绍土木工程材料与基本结构形式第17页4、土木工程材料发展展望4.1.墙体材料我国粘土砖用量很大，墙体材料产值约占建材工业总产值1/3，但新墙体材料只占5％左右。改革墙体材料势在必行：利用工业废料，大力应用各种砌块。适当扩大承重空心砖类型和孔洞率。大力发展各种功效型环境保护复合墙体材料。如ALC、NALC、FCLC墙板等。第二讲：土木工程材料与基本结构形式土木工程材料发展土木工程材料与基本结构形式第18页4.2.混凝土混凝土应以“轻质、高强、高性能”作为主要发展方向。（1）提升结构混凝土强度。（2）发展轻混凝土。（3）发展改性混凝土。（4）广泛使用外加剂、合理使用掺和料。（5）逐步改造混凝土生产工艺。（6）大力提升混凝土质量。（7）加强基础理论研究。第二讲：土木工程材料与基本结构形式土木工程材料发展土木工程材料与基本结构形式第19页4.3.预应力混凝土（1）应提升我国高强钢材产量。年我国预应力混凝土产量达2500万吨，需高强度钢材80万吨，与现有生产水平差距较大。（2）应提升预应力基本工艺水平，发展预应力混凝土工业化生产。（3）逐步建立完整、先进构件制作、钢丝成束、穿束、张拉、锚固和最终灌浆等工业体系。（4）提升张拉和锚固能力。第二讲：土木工程材料与基本结构形式土木工程材料发展土木工程材料与基本结构形式第20页4.4金属材料合金改性材料耐候钢材新型型材4.5功效材料隔热保温材料吸声材料4.6装饰材料环境保护材料4.7智能材料记忆合金第二讲：土木工程材料与基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式土木工程材料发展土木工程材料与基本结构形式第21页土木工程基本结构形式1工程结构基本元件工程结构类型伴随建筑材料与工程力学进展和人类生产与生活需要而不停发展，由简单到复杂。但其基本元件按其受力持点仍分成梁、板、柱、拱、壳与索(拉杆)六大类。这些基本元件能够单独作为结构使用，在多数情况下常组合成各种多样结构类型使用。

土木工程基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式土木工程材料与基本结构形式第22页2工程结构基本类型工程结构中惯用基本类型有：梁、板、柱桁架、网架结构拱、壳体结构、折板结构悬索结构、悬吊结构排架、框架、剪力墙、筒体结构、板柱结构、墙板结构充气结构等。

第二讲：土木工程材料与基本结构形式工程结构基本类型土木工程材料与基本结构形式第23页其它惯用结构分类概念工程结构按其组成形式可分为实体结构与组合结构两大类。坝、桥墩、基础等通常为实体结构，房屋、桥梁、码头等通常由若干种元件组成，称为组合结构。连接节点如只能承受拉力、压力，称为铰接，同时能承受弯矩等其它力，称为刚接或半刚接。若组成结构与其所受之外力，在计算中可视为皆在同一平面之内则称该结构为平面结构。若组成结构承受不在同一平面内外力，且计算时也按空间受力考虑，则称该结构为空间结构。第二讲：土木工程材料与基本结构形式工程结构基本类型土木工程材料与基本结构形式第24页3基本结构介绍3.1板、梁

板和梁两端支承在支座上以承受荷载，板和梁主要承受弯矩，称为受弯构件。板和梁在荷载下各截面内将产生弯矩M和剪力V，将产生弯曲变形（挠度）。第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第25页3.2柱

柱承受荷载可能是轴心受压、偏心受压、轴心受拉、偏心受拉等。偏心受压和偏心受拉构件统称为偏心受力构件。第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第26页3.3拱

拱形成拱机理第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第27页3.4桁架(1).铰接桁架铰接桁架由很多三角形组成。第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第28页(2).刚接桁架第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第29页3.5框架由梁或屋架和柱联接而成结构称为框架。框架节点有铰接和刚接，前者称为排架，后者称为刚架。(1).排架第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第30页(2).刚架第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第31页第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第32页第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第33页3.6剪力墙

剪力墙(shearwall)也称抗风墙或抗震墙，房屋或构筑物中主要承受风或地震产生水平力墙体，普通用钢筋混凝土做成。分类：剪力墙包含平面剪力墙和筒体剪力墙两大类。第二讲：土木工程材料与基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第34页3.7网架结构(spatialgridstructure)由多根杆件按照一定网格形式经过节点连结而成空间结构。含有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑屋盖。缺点是汇交于节点上杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。分类网架结构依据外形不一样，可分为双层板型网架结构、单层和双层壳型网架结构。板型网架和双层壳型网架杆件分为上弦秆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力。单层壳型网架杆件除承受拉力外，还承受弯矩和剪力。第二讲：土木工程材料与基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第35页第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第36页大跨度干煤棚网壳结构第二讲：土木工程材料与基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第37页3.8壳体结构(shellstructure)由曲面形板与边缘构件(梁、拱或桁架)组成空间结构，含有很好空间传力性能，能以较小构件厚度形成承载能力高、刚度大承重结构，能覆盖或围护大跨度空间而不需中间支柱，能兼具承重和围护双重作用，从而节约结构材料。壳体结构可做成各种形状，以适应工程造形需要，广泛用于工程结构中。如大跨度建筑物顶盖、各种工业用管道、压力容器与冷却塔、反应堆安全壳、无线电塔、贮液罐等。工程结构中采取壳体多由钢筋混凝土做成。也可用钢、木、石、砖或玻璃钢做成。分类壳体种类很多，多依据曲面几何特征(即两个万间主曲率k1、k2乘积K，称为高斯曲率)进行分类。当k1、k2同号时，K为正值，称正面斯曲率壳；当k1、k2异号时，K为负值，称负高斯曲率壳；当k1和k2中有—个为零时，K为零，称零高斯曲率壳；另外，还有混合型曲率壳，即一个壳体内兼有正、负高斯曲率部分。第二讲：土木工程材料与基本结构形式第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第38页新石器时代第二讲：土木工程材料与基本结构形式基本结构介绍土木工程材料与基本结构形式第39页3.9悬吊结构(suspendedstructure)楼面荷载经过吊索或吊杆传递到固定在筒体或柱上水平悬吊粱或桁架上，并经过筒体或柱传递到基础结构体系。悬吊结构水平荷载也由筒体或柱承受。悬吊结构造型新奇，建筑功效多样，能充分利用钢材或预应力混凝