建筑结构基本计算原理（PPT65）

第一篇建建筑结结构基本本计算原原理(1-2章）第一章绪绪论论1.1建筑结构构的分类类1.2各种建筑筑结构特特点及应应用情况况1.3建筑结构构基本理理论及设设计方法法的发展展1.4建筑结构构课程的的要求、、注意的的问题建筑结构构设计教教程最新新1第一章（共一讲讲）本章的主主要内容容：建筑结构构的分类类；各类结构构的优缺缺点及其其应用和和发展简简况；本课程的的学习方方法和需需要注意意的问题题。第一讲能力训练练121.1建筑结构构的分类类一.建筑结构构定义简单的说说就是房房屋的承重骨架架。第一章总总论论1.1建筑结构构的分类类二、建筑筑结构的的组成柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板3第一章总总论论1.1建筑结构构的分类类三.建筑结构构的分类类按所用材料的不同分分为：1）混凝土结结构（以混凝凝土为主主要材料料的结构构）包括括：钢筋混凝凝土结构构—配置受力力的普通通钢筋，，钢筋网网或钢骨骨架；预应力混混凝土结结构—配置预应应力钢筋筋的混凝凝土结构构；素混凝土土结构—没有配置置受力的的钢筋的的混凝土土结构。42）钢结构:以钢材(钢板、型型钢）为主制作作的结构构3）砌体结构构:由块材通通过砂浆浆砌筑而而成的结结构4)木结构:指全部或或大部分分用木材材制作的的结构5）混合结构构:由两种及及两种以以上材料料作为主主要承重重结构的房屋此外还有有钢—混凝土组组合结构构、钢管混凝凝土等。第一章总总论论1.1建筑结构构的分类类按其承重重结构的的类型分分为：1）框架结构构2）剪力墙结结构3）框架——剪力墙结结构4）筒体结构构。本章目目录录51）框架结结构※采用梁、柱组组成的结结构体系系作为建建筑承重重结构。※框架结构的主主要构件是梁和柱，而墙墙体只是作为为围护构件。※可以做成预制或现浇框框架，平面布置比比较灵活，可以获得较大大的使用空间间，※比混合结构强强度高整体性性强，但随层层数增多抗侧侧刚度不足。请看框架结构构组成第一章总总论1.1建筑结构的分分类62）剪力墙结构※利用建筑物的的纵向及横向的的钢筋混凝土土墙体作为主要承重构件件，再配以梁梁板组成的承承重结构体系系。※其墙体同时也也起围护及分分割房间的作作用。※整体性好，刚刚度大，抗震震性能好，适适于建造高层层建筑（10－50层范围内都适适用）。※不过剪力墙间间距太小，平平面布置不灵灵活，自重大，不适应建建造公共建筑筑，一般适用用于建造住宅宅。请看剪力墙结结构组成第一章总总论1.1建筑结构的分分类73）框架—剪力墙结构※框架结构的基基础上，沿框框架纵、横方方向的某些位位置，在柱与柱柱之间设置数数道钢筋混凝凝土墙体作为为剪力墙。※因此它是框架架和剪力墙的的有机结合，，综合了二者者的优点：一个个布置灵活，，一个抗侧力力高。请看框架－剪剪力墙结构组组成第一章总总论1.1建筑结构的分分类84）筒体结构※用钢筋混凝土土墙组成一个个筒体作为房房屋的承重结结构※筒体可以由密柱深梁组成一个筒体体，也可以用用多个筒体组成筒中中筒、束筒，，还可以将框框架和筒体联联合起来组成框筒筒结构。※筒体结构在各各个方向的抗抗侧刚度都很很大，是目前前高层建筑中较多多采用的结构构形式。框筒筒是上个世纪纪60年代由美国工工程师法卢齐齐－坎恩第一一次提出来的的。请看筒体结构构组成其它结构还有有壳体结构、网架结构、悬索结构等等，它们大大多用于大跨跨度结构中。第一章总总论1.1建筑结构的分分类91.2各种建筑结构构特点及应用用情况一.钢筋混凝土结结构第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况1.钢筋混凝土的的组成：钢筋+混凝土(混凝土:现代主要的人人造工程结构构材料)2.两种材料的基基本力学特性性：钢筋——抗拉与抗压强强度较高，破坏时表现出出较好的延性；混凝土——抗压强度高，，抗拉强度远低低于其抗压强强度（之比约为10%，破坏时具有明明显的脆性性质）10第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况4.关于钢筋混凝凝土梁与素混混凝土梁的比比较试验：（1）试验情况介介绍：同条件件下的对比试试验；请看素混凝梁梁实验（40秒)请看钢筋混凝凝土梁实验(2分）3.配筋的基本原原则：使钢筋在结构构中处于受拉拉；使混凝土土在结构中处处于受压。素混凝土梁—承载力低，一一开裂即告破破坏，破坏前前无预兆（为为脆性）；钢筋混凝土梁梁—承载力高，混混凝土开裂后后，其承担的的拉应力转移移到钢筋。请看图片（2）试验结果小小结：11第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况⑴钢筋和混凝土土之间存在有有良好的粘结结力，在荷载作用下，可可以保证两种种材料协调变变形，共同受受力；⑵钢筋与混凝土土具有基本相相同的温度线线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变变化时，两种种材料不会产产生过大的变变形差而导致两者者间的粘结力力破坏。5.钢筋与混凝土土共同工作的的条件：钢筋（材）和和混凝土两种种材料的物理理力学性能很很不相同，他他们可以结合合在一起共同同工作，是因因为：12第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况6.配筋的基本要求：（1）钢筋的布置置（即在结构构中的位置））和数量由计计算确定；（2）在钢筋的端端部应有锚固固长度或弯钩钩（常称为构构造要求）。137混凝土结构的的优缺点：优点⑴材料利用用合理：钢筋和混凝土土的材料强度度可以得到充充分发挥，结结构承载力与与刚度比例合合适，基本无无局部稳定问问题，单位应应力价格低，，对于一般工工程结构，经经济指标优于于钢结构。⑵可模性好好：混凝土可根据据需要浇筑成成各种性质和和尺寸，适用用于各种形状状复杂的结构构，如空间薄薄壳、箱形结结构等。⑶耐久性和和耐火性较好好，维护费用用低：钢筋有混凝土土的保护层，，不易产生锈锈蚀，而混凝凝土的强度随随时间而增长长；混凝土是是不良热导体体，30mm厚混凝土保护护层可耐火2小时，使钢筋不致致因升温过快快而丧失强度度。第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况14⑷现浇混凝凝土结构的整整体性好：通过合适的配配筋，可获得得较好的延性性，适用于抗抗震、抗爆结结构；同时防防振性和防辐辐射性能较好好，适用于防防护结构。⑸刚度大、、阻尼大：有利于结构的的变形控制。。⑹易于就地地取材：混凝土所用的的大量砂、石石，易于就地地取材，近年年来，已有利利用工业废料料来制造人工工骨料，或作作为水泥的外外加成分，改改善混凝土的的性能。第一章总论论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况15缺点：⑴自重大：：不适用于大跨跨、高层结构构。第一章总论论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况⑵抗裂性差差：普通RC结构，在正常常使用阶段往往往带裂缝工工作，环境较较差(露天、沿海、、化学侵蚀)时会影响耐久久性；也限制制了普通RC用于大跨结构构，高强钢筋筋无法应用。。⑶承载力有限：：在重载结构和和高层建筑底底部结构，构构件尺寸太大大，减小使用用空间。⑷施工复杂杂，工序多（支模、绑钢钢筋、浇筑、、养护），工期长，施工工受季节、天天气的影响较较大。⑸混凝土结构一一旦破坏，其其修复、加固固、补强比较较困难。168混凝土结构的的发展与应用用概况混凝土结构的的开始应用于于土木工程距距今仅150多年。1824年英国人阿斯斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水水泥。1849年法国人朗波波(L.Lambot)制造了第一只只钢筋混凝土土小船。1872年在纽约建造造第一所钢筋筋混凝土房屋屋。与砖石结构、、钢木结构相相比，混凝土土结构的历史史并不长，但但发展非常迅迅速，是目前前土木工程结结构中应用最最为广泛结构构，而且高性能混凝土土和新型混凝土结结构形式还在不断断发展。第一章总论论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况17第一阶段：从钢筋混凝土土的发明至上上世纪初钢筋和混凝土土的强度都比比较低。主要用于建造造中小型楼板板、梁、柱、、拱和基础等等构件。第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况混凝土结构的的发展在结构方面：目前，钢筋筋混凝土结构构向大跨度、、高层发展在材料方面：向高强、轻轻质、耐久、、抗震的方向向发展。18第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况第二阶段：从上世纪20年代到第二次次世界大战前前后混凝土和钢筋筋强度的不断断提高。1928年法国杰出的的土木工程师师E.Freyssnet发明了预应应力混凝土土，使得混混凝土结构构可以用来来建造大跨跨度19第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况第三阶段：：二战以后到到现在随着建设速速度加快，，对材料性性能和施工工技术提出出更高要求求，出现装装配式钢筋筋混凝土结结构、泵送送商品混凝凝土等工业业化生产技技术。高强混凝土土和高强钢钢筋的发展展、计算机机的采用和和先进施工工机械设备备的发明，，建造了一一大批超高高层建筑、、大跨度桥桥梁、特长长跨海隧道道、高耸结结构等大型型工程，成成为现代土土木工程的的标志。20二.砌体结构第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况1.砌体结构的的组成：砌块＋砂浆浆2.材料的基本本力学特性性：砌体抗压强强度较高，，但抗拉强强度很低；；3.砌体结构的的优缺点：优点：较易就地取取材、具有有很好的耐耐火性，以以及较好的的化学及大大气稳定性性、成本低低较经济。。缺点：自重大，强强度低、砌砌筑工作繁繁重、砂浆浆和砌块的的粘结力较较弱、、占用农田田，影响环环境。21第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况（1）发展：历史悠久：：考古资料料表明，我我国在新石石器时代末末期（约6000－4500年前），已已有地面木木架建筑和和木骨泥墙墙建筑。分为三个阶阶段：第一阶段：：在清朝末年年，19世纪中叶以以前主要以城墙墙、佛塔和和少数砖砌砌重型穹拱拱佛殿以及及石桥等。。代表有万里长城、南京灵谷谷寺无梁殿殿后面走廊廊的砖砌穹穹窿、河北赵县的的赵州桥。4.砌体结构在在我国的的的发展与应应用情况：22第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况第三阶段：：解放后到现现在在原有基础础上有了长长足的进步步。无论在在桥梁、房房屋，且在在新结构、新新技术方面面也有了很很大的发展展，并建立立了具有我我国特色的结构构设计计算算理论。第二阶段：：19世纪中叶到到解放前砌体材料主主要还是粘粘土砖，由由于在封建建及后来的的半殖民地地半封建制度度下，砖石石结构的实实践和理论论发展缓慢慢。（2）发展趋势势：高强、空心心、薄壁大大板和配筋筋砌体等。23三.钢结构第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况1.钢结构的特特点：优点：（1）强度高、、强重比大大；塑性、、韧性好；；（2）材质均匀匀，符合力力学假定，，安全可靠靠度高；（3）工厂化生生产，工业业化程度高高，施工速速度快；缺点：钢结构耐热热不耐火；；易锈蚀，，耐腐性差差。24第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况2.钢结构的应应用：（1）重型结构构及大跨度度建筑结构构；（2）多层、高高层及超高高层建筑结结构；（3）轻钢结构构；（4）塔桅等高高耸结构；；（5）钢－混凝凝土组合结结构。我国是最早早应用钢结结构的国家家，但是历历史的原因因致使现代代建筑钢结结构的应用用及发展与与发达国家家相比，已已有相当大大的差距。254钢结构的初始缺陷几何缺陷：初弯曲初倾斜杆件长度误差材料缺陷：钢材并非理想的匀质体和各向同性体本章目目录第一章总总论工厂制造：验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂漆工地安装：扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定3钢结构的建造过程1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况5钢结构的发展发展低合金高强度钢材和型钢品种结构和构件设计计算方法的深入研究结构形式的革新结构优化设计261.3建筑结构基基本理论及及设计方法的发展展一.结构设计方方法的发展展过程1.弹性理论为为基础的容容许应力设设计方法2.破坏阶段设设计方法3.极限状态设设计方法4.概率设计法法：以近似概率率为基础的的极限状态设计法法。未来：全概率设计计法、生命命全过程设设计法第一章总总论1.3建筑结构基基本理论及及设计方法法的发展27二.我国现行结结构设计规规范（部分分）《建筑结构可可靠度设计计统一标准准》GB50068-2001《建筑结构荷荷载规范》GB5009-2001《混凝凝土土结结构构设设计计规规范范》GB50010-2002《砌体体结结构构设设计计规规范范》GB50003-2001《钢结结构构设设计计规规范范》GB50017-2003。设计计人人员员必必须须遵遵照照各各种种结结构构类类型型设计计规规范范或或规规程程进行行设设计计。。各种种设设计计规规范范或或规规程程是是具具有有约约束束性性和和立立法法性性的的文文件件，，其其目目的的是使使工工程程结结构构的的设设计计在在符符合合国国家家经经济济政政策策的的条条件件下下，，保保证证设设计计质量量和和工工程程项项目目的的安安全全可可靠靠。。注意意在在学学习习中中，，有有关关基基本本理理论论的的应应用用最最终终都都要要落落实实到到规规范范的的具体体规规定定。。第一一章章总总论论1.3建筑筑结结构构基基本本理理论论及及设设计计方方法法的的发发展展本章章目目录录281.4建筑筑结结构构课课程程的的要要求求、、注注意意的的问题题一.要求求1.掌握握结结构构材材料料的的力力学学性性能能；；2.掌握握结结构构设设计计的的基基本本原原则则；；3.熟悉悉结结构构设设计计规规范范和和其其它它相相应应规规范范；；4.熟练练基基本本的的设设计计计计算算、、查查阅阅有有关关表表格格和和构构造造要要求求；；5.学会会识识读读结结构构施施工工图图，，正正确确理理解解设设计计意意图图。第一一章章总总论论1.4建筑筑结结构构课课程程的的要要求求、、特特点点及及学学习习方方法法291.4建筑筑结结构构课课程程的的要要求求、、特特点点及及学学习习方方法法第一一章章总总论论1.应通通过过实实习习、、参参观观等等各各种种渠渠道道，，了了解解建建筑筑物物各各构构件件的的受受力力特特点点、、结结构构布布置置、、结结构构构构造造，，从从而而来来积积累累感感性性认认识识。。二.学习习中中应应注注意意的的问问题题2.完成成一一定定量量的的习习题题有有助助于于理理解解和和掌掌握握本本课课程程的的内内容容和和基基本本概概念念；；按按要要求求完完成成单单项项能能力力训训练练和和综综合合能能力力训训练练，，在在掌掌握握知知识识的的前前提提下下培培养养职职业业能能力力。。30第一一章章绪绪论论1.4建筑筑结结构构课课程程的的要要求求、、特特点点及及学学习习方方法法3.建筑筑结结构构材材料料的的力力学学性性能能、、结结构构构构件件的的内内力力计计算算与与建建筑筑材材料料、、建建筑筑力力学学课课程程密密切切相相关关，，建建筑筑结结构构课课程程是是建建筑筑施施工工、、建建筑筑施施工工项项目目管管理理、、地地基基与与基基础础等等课课程程的的基基础础课课程程。。因因此此学学好好本本课课程程，，有有助助于于理理解解和和学学好好其其他他课课程程。。4.建筑筑结结构构构构件件的的计计算算方方法法，，大大部部分分是是建建立立在在实实验验的的基基础础上上，，特特别别是是混混凝凝土土和和砌砌体体构构件件，，由由于于所所用用材材料料的的物物理理力力学学性性能能的的复复杂杂性性，，对对实实验验的的依依赖赖性性很很强强。。学学习习中中要要特特别别注注意意计计算算公公式式的的适适用用范范围围和和限限制制条条件件。。31第一一章章绪绪论论1.4建筑筑结结构构课课程程的的要要求求、、特特点点及及学学习习方方法法5.本课课程程中中涉涉及及众众多多的的构构造造措措施施与与结结构构计计算算，，它它们们在在课课程程中中有有着着同同等等重重要要的的地地位位。。各各种种构构造造措措施施是是长长期期科科学学实实验验和和工工程程实实践践经经验验的的总总结结，，是是对对结结构构计计算算中中未未考考虑虑到到的的因因素素所所采采取取的的技技术术措措施施。。工工程程事事故故常常常常是是由由于于不不重重视视构构造造措措施施或或构构造造措措施施不不当当而而发发生生的的。。因因此此在在学学习习中中要要充充分分重重视视构构造造措措施施和和构构造造处处理理，，并并注注意意弄弄清清其其中中的的道道理理。。32第一章章绪绪论论6.建筑结结构设设计规规范、、规程程是多多年来来建筑筑科学学研究究成果果和工工程实实践经经验的的总结结，是是国家家颁布布的技技术规规定和和标准准，已已具有有某些些法律律性质质，设设计、、施工工、工工程管管理人人员应应严格格遵守守和执执行。。在学学习本本课程程时，，自觉觉查阅阅、熟熟悉有有关规规范，，以便便于工工作中中应用用。1.4建筑结结构课课程的的要求求、特特点及及学习习方法法33第一章章绪绪论论1.4建筑结结构课课程的的要求求、特特点及及学习习方法法三.本课程程的教教学环环节1.课堂教教学及及讨论论；2.教学试试验；；（实实验录录像））3.单项能能力训训练；；（在在课堂堂或课课后））4.综合能能力训训练（（专题题训练练、课课程设设计））；5.工程经经验积积累（（自行行安排排）。本章章目目录录作业思考题34◆容许应应力设设计法法◎钢筋混混凝土土结构构的受受力性性能不不是弹弹性的的；◎结构中中一点点达到到容许许应力力，结结构即即认为为失效效；◎没有考考虑结结构功功能的的多样样性要要求；；◎安全系系数是是凭经经验确确定的的，缺缺乏科科学依依据。35◆破损阶阶段设设计法法整个截截面达达到极极限承承载力力才认认为失失效，，考虑虑了材材料塑塑性和和强度度的充充分发发挥，，极限限荷载载可以以直接接由试试验验验证，，构件件的总总安全全度较较为明明确。。◎但安全系系数K仍然凭经验验确定定，◎没有考考虑结结构功功能的的多样样性要要求的的问题题。36◆极限状状态设设计法法除要求求对承承载力力极限限状态态进行行设计计外，，还包包括的的挠度度和裂裂缝宽宽度（（适用用性））的极极限状状态的的设计计。对于承承载力力极限限状态态，针针对荷荷载、、材料料的不不同变变异性性，不不再采采用单单一的的安全全系数数，而而采用用的多多系数数表达达，◎材料强强度fck和fsk是根据据统计计后按按一定定保证证率取取其下下限分分位值值，反反映的的材料料强度度的变变异性性。◎荷载值值qik也尽可可能根根据各各种荷荷载的的统计计资料料，按按一定定保证证率取取其上上限分分位值值。◎荷载系系数kqi，材料强强度系系数kc和ks仍按经经验确确定，，但对对于不不同荷荷载的的变异异大小小，可可取不不同的的荷载载系数数。37◆以概率率理论论为基基础的的极限限状态态设计计法由于实实际结结构中中的不不确定定性，，因此此无论论如何何设计计结构构，都都会有有失效效的可可能性性存在在，只只是可可能性性大小小不同同而已已。为了科科学定定量的的表示示结构构可靠靠性的的大小小，采采用概概率方方法是是比较较合理理的。。失效概概率越越小，，表示示结构构可靠靠性越越大。。因此此，可可以用用失效效概率率来定定量表表示结结构可可靠性性的大大小。。结构可可靠性性的概概率度度量称称为结构可可靠度度。当失效效概率率Pf小于某某个值值时，，人们们因结结构失失效的的可能能性很很小而而不再再担心心，即即可认认为结结构设设计是是可靠靠的。。该失失效概概率限限值称称为容许失失效概概率[Pf]。失效概概率Pf=P(S>R)383940