第一章建筑结构的基本知识

第一篇建筑结构的概念知识目标：

了解建筑结构的基本概念了解混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构的特点及其应用熟悉结构设计的基本要求熟悉混凝土结构的耐久性规定、结构安全等级理解结构功能极限状态的概念能力目标：能够根据建筑方案确定结构的类型能够根据建筑物的用途确定其安全等级及结构构件的重要性系数。第一章建筑结构的基本知识第一节建筑结构的基本概念一、建筑与建筑结构住宅、厂房、体育馆等都可称为建筑，是人们用各种建筑材料建造的一种供人居住和使用的空间物。建筑物应该具有两个方面的特质：一是它的内在特质，即安全性、适用性和耐久性，也就是要求建筑结构或构件在承受各种作用后不破坏、不失稳，变形、裂缝不超过规定的限值，并且具有足够的使用年限；二是它的外在特质，即适用性（满足既定的功能）和美学要求。前者取决于结构，后者取决于建筑。在实际工程中，建筑与结构的侧重点和分工不同，建筑注重的是这一构筑物的整体使用功能和美学效果，结构则是为了满足这一功能和效果而设的承重骨架。结构是为建筑服务的，没有建筑也就不可能有结构；反之，没有结构的建筑只是空中楼阁。

（a）建筑（b）结构图1-2建筑与结构的关系◎建筑与结构的关系建筑中由梁、板、柱、墙、基础等构件连接而成的能承受“作用”的空间体系称为建筑结构，在不致混淆时可简称结构。简言之，结构就是建筑中起骨架作用的部分（图1-1）。图1-1建筑结构示意图◎结构的组成二、建筑结构的分类

1.建筑结构按承重结构所用的材料不同分类木结构钢结构砌体结构混凝土结构混合结构素混凝土结构（1）概念：混凝土结构钢筋混凝土结构（重点）预应力混凝土结构1.混凝土结构（2）钢筋混凝土结构的特点主要优点：

1）就地取材；2）耐久性好；3）整体性好；4）可模性好；5）耐火性好。主要缺点：

1）自重大；2）抗裂性能差；3）现浇结构模板用量大；4）工期长等等。（1）概念由块体（砖、石材、砌块）和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构称为砌体结构。

2.砌体结构（2）特点

主要优点：

1）取材方便，造价低廉；2）具有良好的耐火性及耐久性；3）具有良好的保温、隔热、隔音性能，节能效果好；4）施工简单，技术容易掌握和普及，也不需要特殊的设备。

主要缺点：自重大，强度低，整体性差，砌筑劳动强度大。3.钢结构（1）概念以钢材为主制作的结构。图1-4奥运场馆—鸟巢（2）特点主要优点：1）材料强度高，自重轻，塑性和韧性好，材质均匀；2）便于工厂生产和机械化施工，便于拆卸，施工工期短；3）具有优越的抗震性能；4）无污染、可再生、节能、安全，符合建筑可持续发展的原则，可以说钢结构的发展是21世纪建筑文明的体现。主要缺点：易腐蚀，需经常油漆维护，故维护费用较高；钢结构的耐火性差，当温度达到250℃时，钢结构的材质将会发生较大变化；当温度达到500℃时，结构会瞬间崩溃，完全丧失承载能力。4.木结构（1）概念指全部或大部分

用木材制作的结构。

（2）特点

主要优点：易于就地取材，制作简单。

主要缺点：易燃、易腐蚀、变形大，并且木材使用受到国家严格限制。

5.混合结构（1）概念由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋称为混合结构。（2）特点不仅具有钢结构建筑自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好的特点，还兼有钢筋混凝土结构刚度大、防火性能好、成本低的优点。图1-6上海环球金融中心2.根据结构的受力和构造特点划分（1）排架结构排架结构的承重体系是屋面横梁（屋架或屋面大梁）和柱及基础，主要用于单层工业厂房。屋面横梁与柱的顶端铰接，柱的下端与基础顶面固接（图1-7）。图1-7排架结构（2）墙承重结构以建筑物墙体作为支承水平构件和承担水平力的结构体系，称为墙承重结构，如砌体一混凝土结构（砖混结构）、钢筋混凝土剪力墙结构等。

图1-8剪力墙体系

图1-9部分框支剪力墙体系（3）框架结构由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构称为框架结构(图1-10)，它是多层房屋的常用结构形式。

图1-10框架结构框架结构在水平作用下表现出抗侧移刚度小，水平位移大的特点，属于柔性结构，故随着房屋层数的增加，水平作用逐渐增大，就将因侧移过大而不能满足使用要求，框架结构的适用高度一般在15层以下。

（4）框架—剪力墙结构为了弥补框架结构随房屋层数增加，水平荷载迅速增大而侧向刚度不足的缺点，可在框架结构中设置部分钢筋混凝土剪力墙，形成框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的体系，即框架—剪力墙结构(图1-12)，简称框—剪结构。图1-12框架-剪力墙结构（5）筒体结构由筒体为主组成的承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构。所谓筒体，是由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构，其受力类似于个固定于基础上的筒形悬臂构件。（a）框架核心筒结构（b）筒中筒结构（c）成束筒结构图1-13筒体结构透视图

（6）大跨结构大跨结构包括拱形结构、网架结构、空间薄壁结构(如薄壳、折板等)、悬索结构、薄膜结构等，主要用于大跨度建筑的屋盖结构，如工业厂房、体育馆、展览馆、礼堂、机修库等。亚洲铝业工业集团挤压车间网架结构索膜结构课堂讨论美国的“9.11”事件中，纽约世贸中心大楼倒塌的主要原因是什么？它对世界建筑结构的发展会造成什么影响？能力训练参观校园内的建筑，然后统计哪些建筑属于混凝土结构，哪些建筑属于砌体结构，哪些建筑属于钢结构，哪些建筑属于木结构。

第二节结构设计的基本概念一、结构设计的基本要求

1.安全性2.适用性3.耐久性任何结构在规定的时间内，在正常情况下均应满足预定功能的要求，这些要求是：二、结构功能的极限状态结构功能的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。

1.承载能力极限状态承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到了最大承载能力，或产生了不适于继续承载的过大变形。当结构或结构构件出现了下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：（1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；（2)结构构件或其连接因超过材料强度而破坏；（3)结构转变为机动体系；（4)结构或构件丧失稳定。超过承载能力极限状态，结构的安全性就得不到保证，所以要严格控制出现承载能力极限状态的概率。2.正常使用极限状态正常使用极限状态是对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或构件出现了下列状态之一时，即认为结构或结构构件超过了正常使用极限状态：（1)影响正常使用(包括影响美观)的变形；（2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏；（3)影响正常使用的振动；（4)影响正常使用的其他特定状态。控制出现正常使用极限状态的概率，就是为了保证结构或构件的适用性与耐久性。三、混凝土结构的耐久性规定表1-2结构混凝土耐久性的基本规定环境类别最大水灰比最小水泥用量（㎏/m³）混凝土强度等级不小于氯离子含量不大于（%）碱含量不大于（㎏/m³）一0.65225C201.0不限制二ab0.600.55250275C25C300.30.23.03.0三0.5300C300.13.0混凝土结构的耐久性应的其他要求请查阅《混凝土结构设计规范》。表1-1混凝土结构的使用环境类别环境类别说明一室内正常环境：无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与土层直接接触的环境二a室内潮湿环境：非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性得水或土直接接触的环境b严寒和寒冷地区得露天环境、与无侵蚀性得水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境：严寒及寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境四海水环境五受人或自然的侵蚀性物质影响得环境其中，使用环境类别按表1-1划分。四、结构安全等级根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。影剧院、体育馆和高层建筑等重要的工业与民用建筑的安全等级为一级，大量的一般工业与民用建筑的安全等级为二级，次要建筑的安全等级为三级。结构设计时，结构的安全等级通过结构重要性系数来体现的，具体规定是：

(1)对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，结构重要性系数不应小于1.1；(2)对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，结构重要性系数(3)对安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件，结构重要性系数不应小于0.9。

不应小于1.0；

典型案例【案例】某钢筋混凝土框架结构的一般房屋建筑，处于室内正常使用环境，其框架