建筑工程-土木工程-课件-04

第四章

建筑工程

4.1基本构件

4.2桁架结构与框架结构

4.3单层及大跨空间结构

4.4高层建筑

4.5智能建筑与绿色建筑

4.6特种结构

4.7地下建筑土木工程概论建筑工程

建筑工程涉及的对象是房屋建筑结构工程师负责结构

(承重骨架)设计和房屋建筑的建造与维护高楼林立的城市、现代化工厂、标志性公共建筑，都与建筑工程息息相关土木工程概论建筑工程土木工程概论建筑工程土木工程概论建筑工程土木工程概论建筑工程土木工程概论建筑工程房屋建筑按层数分

单层建筑(1)

多层建筑(<8)

高层建筑(8)土木工程概论建筑工程

建筑结构是房屋的承重骨架(关系到建筑物的承载安全和耐久性)，属于承重体系，由基本构件组成建筑结构基本构件一般分为板、梁、柱、墙、基础、拱等土木工程概论

4.1基本构件梁—

工程结构中水平设置（通常情况）或斜向设置（楼梯梁）

的受弯构件

普通梁（浅梁）:

截面高度与跨度之比约1／8～1/16

深梁:

高跨比1／4

通常梁的截面高度截面宽度(普通梁)

工程需要时梁宽可以大于梁高(扁梁)

梁高也可沿梁轴线变化(变截面梁)

土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁受弯、剪受弯、剪、扭1、梁按所用材料分：

石梁、木梁、钢梁、混凝土梁以及钢-混凝土组合梁等2、按常见支承方式分：

简支梁、连续梁、悬臂梁、两端固定梁、一端简支一端固定梁等3、按梁轴线形状分：

直线形梁、折线形梁、曲线形梁等4、按在结构中德作用分：

主梁、次梁、连系梁、圈梁、过梁等土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁1、梁按所用材料分：⑴石梁—古代应用较多,现已基本不用

石材抗拉强度低，为满足承载要求梁截面需要很大，所提供的跨度却很小，限制柱网尺寸，影响室内空间⑵木梁—我国古代应用普遍(庙宇,宫殿,民居直到近代仍广泛采用)

木材自重轻，抗拉、抗压强度均较高，能用比石梁小得多的截面跨越较大空间截面通常是方木或原木，随着工业进步，出现了胶合木

(胶合板、胶合梁)结构胶合木能消除普通木材很多天然缺陷，耐腐防蛀，能阻燃且强度较高，可有效利用木材资源，是发展和应用方向土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁⑶钢梁

钢梁材料强度高(所需截面尺寸小，所以自重较轻)，塑性好，便于加工安装，使用范围广钢材易生锈，防火性能较差，需定期进行维护

钢梁可由型钢直接制作，最常用的截面形式有

普通工字形截面和宽翼缘工字形截面梁跨度较时大，可将钢板焊成组合工字形或箱形截面

普通工字形截面钢梁高度取其翼缘宽度的3~5倍土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁常用钢梁截面形状⑷混凝土梁

—普通钢筋混凝土梁+预应力钢筋混凝土梁普通钢筋混凝土梁

目前应用最广泛，由混凝土、纵筋和箍筋组成，共同受力混凝土与石材相似抗拉强度低，在梁受拉区设纵向钢筋抵抗弯矩引起的拉力，混凝土受压，钢筋受拉剪力由混凝土和箍筋共同承担扭矩还需另设抗扭钢筋

优点：构造简单，施工方便可模性好，造价低廉缺点：自重大,跨度大时挠度和裂缝宽度控制困难(预应力）土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁纵向受力钢筋箍筋预应力钢筋混凝土梁：

通过配置预应力钢筋，对受拉区混凝土施加预压应力并使梁产生向上的预起拱，可有效控制梁挠度和裂缝宽度

较高强度混凝土+高强预应力纵钢筋+箍筋

（和酌情+普通纵筋）从经济考虑，宜用于跨度＞12m的梁

施加预应力方法：两种先张法后张法（有粘结和无粘结）预制预应力钢筋混凝土梁一般用张预应力

非地震或低烈度地震设防区宜用无粘结预应力梁高烈度地震设防区宜用有粘结预应力梁土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁可节省材料，减小截面尺寸混凝土梁常用截面形式：

矩形截面（一般梁高度是宽的2~3倍——可用较小截面获得较大抗弯承载力和刚度）扁梁：宽大于高的梁，用于梁高受限制时

T形截面梁：如梁与板整浇在一起，把与梁相连一定宽度范围内的板也可看作梁的一部分，形成T形截面梁土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁

根据梁截面弯曲正应力分布特征，远离中性轴的材料会充分发挥效能，适当减少中性轴附近的材料并把它集中布置在上下边缘处形成工字形截面或箱形截面，使截面受力合理(施工较复杂),

用于跨度大时

跨度大荷载大的简支梁，跨中弯矩最大，可用沿梁长变高度的双坡梁(屋面梁)和鱼腹式(梁吊车)梁等土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁⑸钢-钢筋混凝土组合梁受压区用混凝土和受拉区用钢，二者通过抗剪连接件连接形成(防止水平一层层间的错动)

的组合结构充分利用了钢和混凝土各自的强度特点结构延性好承载力高自重轻土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁

2、按常见支承方式分：

(1)简支梁

梁两端简单搁置在支座上，支座限制梁不产生垂直移动和水平移动、但不限制梁端自由转动

一端铰支座—表示它可以自由转动但不能平移

另一端滚动支座—表示它既可转动,也可平移梁的工程实际支承构造与理想的铰支经常有差别

简支梁属静定结构（只用力的平衡原则即可算出内力）

支座不均匀沉降不引起附加内力

简支梁一般小跨度时用经济截面高度：跨度的1/8~1/12土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁⑵连续梁：具有两个或两个以上支座的梁

连续梁特点:

连续梁在梁的支座截面处为负弯矩(铰接边支座除外),

跨中截面为正弯矩,弯矩最大绝对值比简支梁小,荷载和跨度相同时,连续梁截面高相对较小连续梁是超静定结构（只用力的平衡原则不能算出内力，还须添加变形协调原则）

结构刚度大,整体性好,局部破坏不一定导致整个结构破坏支座不均匀沉降,会引起附加内力土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁

⑶悬臂梁梁一端固定在支座上，既不能转动也不能水平和垂直移动

(固定支座),

另一端可自由转动和移动(自由端）

广泛用于阳台、雨蓬、体育场看台罩棚等

悬臂梁根部受力最大，同跨、同均匀布分荷载时，悬臂梁最大弯矩是简支梁的4倍最大挠度是简支梁的近10倍悬臂梁外伸跨度＜梁根部截面高度6倍外伸跨度较大时可沿梁长变化截面高度使与梁的受力(弯矩)

分布相适应，梁会显得轻盈美观(如意大利佛罗伦萨运动场看台挑蓬)

悬臂梁除验算强度和变形，还特须注意抗倾覆设计土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁⑷一端简支一端固定梁：

悬臂梁的自由端加设滚动支座

⑸两端固定梁：

梁两端都是固定支座

3、按梁轴线形状分：⑴直线形梁(绝大部分梁，可水平放置，也可倾斜放置)⑵折线形梁(主要用于楼梯斜梁，受力特点同直线形梁，计算跨度等于水平投影跨度,要特别注意转折部位处理)⑶曲线形梁(受力特点:

弯矩、剪力、受扭矩)

平面曲线梁(如弧形阳台)

空间曲线梁(如螺旋楼梯)土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁

4、按在结构中的作用分：次梁:一般直接承受板传来的荷载，再传递给主梁主梁:除承受板直接传来的荷载外，还承受次梁传来的荷载

连系梁:连接框架使成为整体圈梁:用于砖混结构，将其箍

成整体，增强结构整体抗震性能过梁：门窗洞口的上部，承受洞口上部结构荷载土木工程概论

4.1基本构件-4.1.1梁建筑楼盖中的主梁、次梁4.1.2板

支承在梁（或柱或墙）上用于覆盖一个面在长、宽两个方向上的平面尺寸远大于其厚度的受弯构件主要承受施加在板面上的垂直重力荷载或风载通常水平放置(垂直重力荷载）

斜向设置(如楼梯板—垂直重力荷载

)

和竖向设置(如墙板—垂直风载)

板可用作楼板、屋面板、基础板、墙板等土木工程概论

4.1基本构件-4.1.2板

板的分类

按平面形式分：方形板、短形板、圃形板及三角形板

按截面形式分：实心板、空心板、槽形板

按所用材料分：木板、钢板、钢筋混凝土板、预应力板

按受力形式分：单向板和双向板

土木工程概论

4.1基本构件-4.1.2板单向板：

两边支承的矩形板或长边l2与短边l

1之比l2／l1>2的四边支承矩形板

沿长边l2

方向传递的荷载6％土木工程概论

4.1基本构件-4.1.2板土木工程概论双向板：长边l2与短边l1之比l2／l1>2的四边支承矩形板板上荷载沿双向传递到四边，都不可忽略不计

4.1基本构件-4.1.2板柱——工程结构中承受竖向压力（主要）和弯矩的竖向构件

按截面形式分：方柱、圆柱、管拄、矩形柱、工字形柱、H形柱、

L形柱、十字型柱、双肢柱、格构柱

按所用材料分：石柱、砖柱、砌块柱、钢柱、钢筋砼柱、劲性钢筋砼柱、钢管砼柱和各种组合柱

按破坏形态或长细比分：

短柱、长柱及中长柱

按受力特点分：

轴心受压柱和偏心受压柱土木工程概论4.1基本构件4.1.3柱轴心受压与偏心受压柱

(a)轴心受压柱(b)偏心受压柱

钢柱用于大中型工业厂房、大跨度公共建筑、高层建筑、轻型活动房屋、工作平台、栈桥和支架等

按截面形式分:实腹柱和格构柱实腹柱——截面为一个整体（常用截面为工字形）格构柱——由两肢或多肢组成、肢间用缀条或缀板连接土木工程概论图4．9钢柱的

截面形式(a)实腹柱（b）格构柱4.1基本构件4.1.3柱钢筋混凝土柱是最常见的柱

按制造和施工方法分：现浇拄和预制柱

劲性钢筋砼柱——内部配型钢与钢筋砼协同受力，柱断面小，提高柱刚度，用钢量大

钢管混凝土柱——用钢管作外壳、内浇混凝土，是劲性钢筋砼柱的另一种形式土木工程概论钢筋混凝土柱北京建国门地铁站钢管混凝土柱4.1基本构件4.1.3柱从受力特点分：

承重墙(承受梁、板传来的压力及墙的自重，有时还承受水平荷载)

+填充墙

1.砌筑墙:

由砌块和砂浆砌筑而成

优点：就地取材(天然砌块—石材，人工砌块—粘土砖、混凝土空心砌块等，砌筑砂浆有水泥砂浆和混合砂浆),

造价低，保温隔热耐火、耐久性好，广泛用于单多层一般建筑(如教学楼、住宅等)

不足：整体性差、不利抗震(墙体中设钢筋砼构造柱和圈梁或用配筋砌体)，手工砌筑，施工质量控制难，烧制粘土砖占农田(大力推广粉煤灰空心砌块，粉煤灰烧结砖等工业废料生产的墙—填充墙为主)

墙厚满足受力要求且高厚比不能太大(以免墙平面外失稳)2.钢筋混凝土墙

多用于高层建筑(剪力墙结构或框架—剪力墙结构):除承受竖向荷载,主要抵抗地震或风的水平作用土木工程概论4.1基本构件4.1.4墙

把建筑物、机械设备等的荷重传给地基的结构构件称为基础

（如柱下基础、墙下基础）

多用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料建成基础须足够的底面积和埋置深度(保证地基强度和稳定，且不发生过大变形)

上部结构形式、荷载大小、使用要求、地基土构成和物理力学性质、地下水位高低以及施工条件等不同，基础也不同，类型很多，应进行技术和经济方案比较综合考虑土木工程概论

4.1基本构件4.1.5基础

软弱土层(承载力<100kPa的土层)不适于做天然地基上的浅基础时,可将浅基础做在人工地基上

天然地基上的浅基础

埋置深度浅，基坑开挖仅必要才支护坑壁和排水疏干地基不加处理即可修建上部，工期短、造价低设计时宜优先用,困难时用大型或复杂的基础形式

（连续基础,桩基础等）土木工程概论浅基础按基础刚度分：刚性基础扩展基础

4.1基本构件4.1.5基础柱下钢筋砼扩展基础

由砖、毛石、素混凝土和灰土等材料做成

——满足刚性角条件

灰土基础：(石灰和土按三分石灰和七分粘性土(体积比)配制——三七灰土,用于干燥的华北和西北)

水中硬化慢、早期强度低、抗水性差、早期抗冻性差—地下水位以上

三合土基础：（灰土+水泥——提高灰土的强度和抗水性）

桥梁结构刚性基础常用材料：混凝土、粗石和片石、砖

可砌成任何形状、但抗腐蚀性(特别是盐碱地区)和抗冻性差

——基础四周最外层砖可浸沥青来可增加抗腐蚀能力

土木工程概论

(a)砖基础(b)砌石基础(c)素混凝土基础

4.1基本构件4.1.5基础

不能满足刚性角要求的基础

（可作成钢筋混凝土基础）

为增加基础的整体性加强基础纵向抗弯能力

土木工程概论墙下钢筋砼扩展基础锥形（墙下和柱下）台阶形（墙下和柱下）有肋（墙下）

4.1基本构件4.1.5基础(1)单独基础

房屋建筑的柱基础(2)条形基础

房屋建筑的墙基础——连续长条形(3)筏板基础和箱形基础(4)壳体基础

为改善基础受力性能、形式做成壳体土木工程概论

4.1基本构件4.1.5基础(1)单独基础

房屋建筑的柱基础(2)条形基础

房屋建筑的墙基础——连续长条形(3)筏板基础(4)箱形基础⑸壳体基础

为改善基础受力性能、形式做成壳体土木工程概论

4.1基本构件4.1.5基础

深基础：位于地基深处承载力较高的土层上、埋深5m或埋深基宽的基础

桩基础地下连续墙墩基础沉井土木工程概论

4.1基本构件4.1.5基础人工挖孔桩问世（100年前的美国）后，灌注桩基础发展极大

很多新桩型，单桩承载力达数千kN，最大桩径达数米，深度超100m

还有预应力管桩、钢管桩、空心混凝土桩、劲性水泥土搅拌桩(在桩中心插入型钢或小直径预制混凝土桩)、复合桩基(考虑桩和土共同工作)等**新桩型是桩基础施工机械取得突破性进展后发展的土木工程概论上海金茂大厦

（地上88层、高420.5m、桩深80m）

4.1基本构件4.1.5基础

※采用桩基础的条件①荷载大，地基软弱，天然地基承载力不足

②天然地基承载力虽满足要求，但沉降量过大

或建筑物对沉降要求严

格③防水平力作用下高耸建(构)筑物倾覆、提高抗倾覆

稳定性或限制倾斜

有特殊要求（部分桩将受到上拔力）④防新建建筑物

沉降影响邻近旧建筑物

⑤有大吨位重级工作制吊车的重型单层工业厂房（吊车载重量大使用频繁，车间内设备平台多、基础密集，且有地面荷载，地基变形大）土木工程概论

4.1基本构件4.1.5基础⑥精密设备

基础（安装和使用过程中对地基沉降及沉降速率有严格要求）和动力机械

基础（对允许振幅有要求）⑦地震区消除或减轻液化

对建筑物的危害、用桩穿过液化土层伸入到下部密实稳定土层⑧浅层土为杂填土或欠固结土、换填或地基处理困难

或处理后仍不满足要求⑨已有建筑物加层、纠偏、基础托换

其他

情况依据“经济合理、技术可靠”的原则，分析比较后确定

土木工程概论

4.1基本构件4.1.5基础

拱——曲线结构，主要承受轴向压力

广泛用于房建(砖砌门窗拱形过梁或拱形大跨结构)和桥梁(拱桥)工程

1、按铰数分：

三铰拱

无铰拱

双铰拱

带拉杆的双铰拱

土木工程概论

拱的分类

4.1基本构件4.1.6拱土木工程概论4.1基本构件4.1.6拱2、拱的受力特点

自重作用下悬索自然成抛物线而受轴向拉力，拱与抛物线方向相反,

受轴向压力,而弯矩和剪力很小或为零拱脚支座有水平推力,拱越平缓,水平推力越大拱脚支座应能可靠地传递和承受水平推力,否则无法保证安全伦敦证券交易所长78米横跨铁路之上,架空的办公室10层用4榀高达7层的钢制抛物线无铰拱支撑,落在拱上的支撑柱承压,吊于拱下的吊柱受拉，承载楼板梁土木工程概论4.1基本构件4.1.6拱大厅跨度95米，矢高18.4米，钢筋砼波形拱屋顶，拱身由每段长4.5米的预制钢丝网水泥拱段组成，预制拱段先装在临时支架，再局部现浇钢筋混凝土成整体

意大利都灵展览大厅土木工程概论4.1基本构件4.1.6拱两铰落地柱杆拱矢高和外形合适建筑功能与结构形式协调统一有效地利用建筑空间,效果良好湖南湘澧盐矿散装盐库

由以铰接三角形为单元

(空腹桁架是刚接四边形)、不承受垂直杆轴的荷载的杆件组成的格构体系

1、与梁相比桁架的优点：桁架是把梁纵截面上受力较小的中间部分挖空,到只剩几根小截面连杆而成

（1）受力合理，重量变轻，适用跨度＞

梁结构（2）桁架节点一般假定铰结,设计计算简单

（3）桁架由杆件拼装组成，体系多样化

(平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形桁架等),适应性强

⑷

施工方便，桁架可整体制造后吊装，也可在施工现场高空拼装土木工程概论4.2桁架结构与框架结构4.2.1桁架2、桁架结构受力特点：

⑴节点一般假定为铰结

(空腹桁架为刚接）

⑵结点荷载作用下，桁架各杆件只受轴心力

⑶上弦受压,下弦受拉,

形成力偶平衡外载弯距

外荷剪力表现为腹杆轴心压力或拉力

⑷梁式桁架无横向支座推力，房屋建筑中桁架常作屋盖承重结构—屋架

⑸桁架杆件内力与桁架外形关系密切，桁架外形与均载下的简支梁弯矩图越接近，各杆件内力越均匀土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架3、屋架结构形式

按使用材料分：

木屋架、钢-木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、钢筋混凝土-钢组合屋架等

按屋架外形分：

三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、平行弦屋架等

按受力特点及材料性能分：

桥式屋架、无斜腹杆屋架或刚接桁架、立体桁架等土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架（1）木屋架

豪式屋架

(HoweTruss—最常用)：三角形+梯形两种

特点：

①节间宜大小均匀，杆内力不致突变太大，有利于用强度较低的木料杆件

②

腹杆长度与杆内力变化相协调一致

③

结点上相交杆件不多，可用齿联结结点

④节间长度宜控制在2~3m，一般4~8节间，适用跨度12~18m土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架上弦下弦腹杆（2）钢－木组合屋架

钢材拉杆、木材压杆制作的组合桁架

用于跨度较大或湿木材时，平米建筑面积用钢量增加很少却能显著提高结构可靠性和刚度(消除了接头非弹性变形)

适用跨度：三角形屋架：12~18m

梯形、折线形等多边形屋架：18~24m（3）钢屋架

典型形式：三角形屋架+梯形屋架+平行弦(矩形)屋架等土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架

选择屋架外形、划分弦杆节间和布置腹杆的原则：

1）要满足使用功能要求

2）要使杆件受力合理均匀：外形与梁弯距图相近，短杆受压、长杆受拉；荷载布置在节点

3）要便于施工：杆件类型宜少，节点构造简单，杆间夹角30ο~60ο4）要满足运输要求：必要时可分为若干尺寸较小的运送单元

三角形屋架：

外形与均载梁弯矩图相差较大，受力沿跨度分布不均匀

支座最大、跨中最小；跨中屋架高=(1/4~1/6)跨度

从建筑物整体布局和屋面防水需要上弦坡度较陡时常用土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架梯形屋架：用于小屋面坡度的屋盖结构外形较接近均荷下弯矩图者腹杆较短弦杆受力较匀屋架跨中高度=(1/6~1/10)屋架跨度端部高度:1800~2100mm(缓坡)500~1000mm(陡坡)

且≥(1/18)屋架跨度平行弦桁架:

用于托架或支撑体系上、下弦平行，腹杆长度一致杆件类型少，符合标准化、工业化土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架（4）轻型钢屋架

按结构形式分：三角形屋架+三角拱屋架+棱形屋架三种

上弦—小角钢下弦和腹杆—小角钢或圆钢

屋面：斜坡屋面+平坡屋面两种三角形轻型钢屋架和三角拱轻型钢屋架

坡度：1/2~1/3适用跨度≤18m、柱距4~6m、设有起重量≤50kN的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度≤18m的民用房屋的屋盖结构

芬克式+豪式两种土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架棱形：屋面坡度较平坦1/12~1/8最常用：（5）钢筋混凝土屋架

常见形式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架等

按是否对下弦施加预应力分：钢筋混凝土屋架+预应力混凝土屋架

钢筋混凝土屋架的适用跨度15~24m

预应力混凝土屋架的适用跨度≥18~36m

梯形屋架：上弦直线，屋面坡度1/10~1/12，卷材防水屋面

一般上弦节间3m，下弦节间6m，矢跨比(矢高与跨度之比)1/6~1/8，屋架端部高1.8~2.2m

自重较大，刚度好

适用于重型、高温及采用井式或横向天窗的厂房土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架

折线形屋架：屋架外形比较合理，屋面坡度平缓，用于卷材防水屋面的中型厂房。常在端部增加两个杆件使屋面坡度均匀一些，减少油毡下滑和油膏流淌

拱形屋架：

上弦为曲线形（一般用抛物线形，为制作方便，改用节点落在抛物线上的折线形），矢高比：1/6~1/8

屋架外形合理，杆件受力均匀，自重轻、经济指标好端部屋面坡度太陡，常在上弦上部加设短柱而不改变屋架上弦坡度，使屋面适合于卷材防水土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架（6）钢筋混凝土－钢组合屋架

屋架上弦（承受压力有时还承受弯距）和受压腹杆用钢筋混凝土杆件，下弦和受拉腹杆用钢拉杆制作的屋架常见形式：折线形、三铰、两铰、五角形组合屋架等折线形屋架：屋面坡度约1/4，用于石棉瓦、瓦楞铁、构件自防水等屋面(常在端部上弦加设短柱使屋面坡度均匀一致)

两铰或三铰组合屋架：上弦钢筋砼或预应力砼构件下弦型钢或钢筋顶接点刚接（两铰组合屋架）或铰接（三铰组合屋架）

特点：杆件少,自重轻,受力明确,构造简单,施工方便(特适用于农村中小型建筑),屋面坡度：卷材防水—1/5,非卷材防水—1/4土木工程概论4.2桁架结构与框架结构—屋架折线形三铰两铰五角形由梁和柱在节点处刚接而组成的结构称作框架结构

优点：建筑平面布置灵活，能够获得较大的使用空间建筑立面容易处理，适用于不同房屋造型多用于多层建筑，高层建筑用的较少

原因：框架结构侧向刚度较小，过高时，水平荷载作用下会产生较大侧移

现浇钢筋砼框架高度：非地震区：

≤60m

地震区：≤55m(设防烈度为7度,0.05g)≤45m(设防烈度为8度,0.10g)≤25m(设防烈度为9度,0.20g)

国内建成的最高钢筋砼框架——北京长城饭店22层，高80m土木工程概论4.2桁架结构与框架结构4.2.2框架

框架结构分类

1、按所用材料分类：钢框架+钢筋混凝土框架

钢框架：工厂预制钢梁钢柱，施工现场拼装连接成整体自重轻、抗震（振）性能好、施工速度快、机械化程度高用钢量大、造价高、耐火性能差、维修费用高

钢筋砼框架：取材方便、造价低廉、耐久性好、可模性好

土木工程概论4.2桁架结构与框架结构4.2.2框架钢筋砼框架分类：

按施工方法分：整体式+装配式+装配整体式三种

整体式框架(全现浇框架):

现场支模浇注而成，整体性好，抗震能力强。泵送混凝土和组合钢模板的应用，改变了现场搅拌、费工费时的缺点，目前整体式框架得广泛应用

装配式框架:

梁、柱等构件预制，施工时吊装就位，通过节点进行连接。机械化程度高、施工速度快，但整体性较差，抗震性能亦弱，目前工程应用已少

装配整体式框架：兼有装配式和整体式框架的优点，预制构件现场吊装就位后，用在其上浇注叠合层等措施，使框架连成整体。工程中应用较多土木工程概论4.2桁架结构与框架结构4.2.2框架

2、按框架结构布置方案分类：

横向承重+纵向承重+纵横双向承重方案三种

横向承重方案：

竖向荷载主要由横向框架承担预制楼板沿横向布置现浇楼板可设次梁传至横向框架横向框架同时承受横向水平风荷载和地震作用纵向设置连系梁连接横向框架,连系梁与柱形成纵向框架,承受

纵向水平风荷载和地震作用，纵向水平风荷载常忽略不记

(房端横墙受风面积小，纵向框架跨度一般较多，故分配的框架内力不大)

纵向地震作用不能忽略土木工程概论4.2桁架结构与框架结构4.2.2框架

纵向承重方案：

竖向荷载主要由纵向框架承担预制楼板沿纵向布置,现浇楼板可设次梁将荷载传至纵向框架纵向框架同时承受纵向水平风荷载和纵向地震作用横向设置连系梁与柱形成横向框架

承受横向水平风荷载和横向地震作用

纵横双向承重方案：

柱网为正方形或接近正方形或楼面荷载较大时采用楼面常为现浇双向板楼盖或井字梁楼盖

两方向框架同时承受竖向和水平荷载土木工程概论4.2桁架结构与框架结构4.2.2框架4.2.3排架结构

由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成，柱与屋架铰接，而与基础刚接

按生产工艺和使用要求：

等高，不等高和锯齿形（常用于单向采光的纺织厂）等

钢筋混凝土排架：我国单厂的基本结构形式

跨度可超过30m

高度可达20~30m或更高吊车吨位可达150t或更大土木工程概论4.2桁架结构与框架结构4.2.3排架土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构

单层建筑分为一般单层建筑和大跨度建筑。

一般单层建筑按使用目的分:

民用单层建筑+单层工业厂房

民用单层建筑：砖混结构（墙体用砖墙、屋面板用钢筋混凝土板

——单层住宅、公共建筑、别墅等）

单层工业厂房

——钢筋混凝土柱或钢柱+钢屋架按结构形式分：排架结构（柱与基础为刚接、屋架与柱顶铰接）刚架结构（框架结构——梁、屋架与柱刚接）土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构屋盖结构：承受屋面荷载屋面板+天窗架+屋架或屋面粱+托架

屋面板以前多用自重较大的大型预制混凝土板、现用压型钢板、天窗架为车间通风和采光用而架设在屋架上。屋架(屋面梁)是主要承重构件，多用钢桁架或变截面的H形钢、托架仅用于柱距比屋架的间距大时来支承屋架吊车梁：承受吊车的荷载，将其传到柱上柱子：主要承重构件，将上部结构荷载传给基础支撑：增加整体稳定性基础：将柱子和基础梁传来的荷载传给地基维护结构：多由砖砌筑，也有用压型钢板的土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构土木工程概论图4.13单层装配式甲筋混凝土厂房

1屋‘面板；2一天沟板；3‘天窗架；4一屋架；5一托架；6一吊车染；7三排架柱

8一抗风柱；9一基础；10一连系梁；11二基础粱；12一天窗架垂直支撑厂

13一屋架下弦横向水平支撑；14一屋架端部垂直支撑；15一柱间支撑

4.3单层及大跨度房屋结构轻型钢结构：柱子和梁均采用变截面H型钢，梁柱节点刚接施工方便、施工周期短、跨度大、用钢量经济广泛应用于单层厂房、仓库、冷库、候机厅、体育馆土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构

沈阳科迅集团有限公司轻型钢结构厂房

拱形彩板屋顶建筑：用拱形彩色热镀锌钢板作为屋面自重轻、工期短、造价低、彩板之间不漏水（专门机具咬合缝）土木工程概论拱形彩板屋顶建筑

4.3单层及大跨度房屋结构

大跨度房屋结构常用于公共建筑（大会堂、影剧院、会展中心、体育馆、体育场罩棚、火车站、航空港等）和工业建筑（特别是航空工业和造船工业中的总装配车间、飞机库、船体结构车间等，根据装配的船舶、飞机等机器的大型尺寸或工艺过程要求而定）

大跨度结构方案具有多样性特点（受制于建筑物用途、使用条件及造型要求差异性）常用的大跨结构体系有：网架结构、悬索结构、网壳结构、薄膜结构、薄壳结构、充气结构、砼拱形桁架等土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构4.3.1网架结构

由许多杆件从两个方向或几个方向按一定规律组成的高次超静定空间结构（能承受来自各个方向的荷载，最常见的大跨度结构形式，杆件采用钢管或型钢现场安装）上海师范学院球类房（31.5m40.5m,1964,

角钢—我国第一座网架)

首都体育馆（99mll2.2m矩形)

—我国跨度最大的矩形网架）深圳体育馆（90m×90m—间距63m四柱支承网架，每边悬挑13.5m）广州天河体育馆（对角线跨度107m—三向网架，正六边形）上海体育馆

（直径110m

—三向网架、圆形平面土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构首都机场四机位飞机库(双跨153m×90m)

土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构图4.43北京首都机场的四机位飞机库网架图4-44网架形式4.3.1网架结构1.网架结构的特点及应用网架结构是一种新型结构形式，它是由许多杆件从两个方向或几个方向按一定规律组成的高次超静定空间结构。能承受来自各个方向的荷载。与平面桁架结构相比具有以下特点：1、网架与平面桁架结构相比的特点：(1)多向受力的空间结构，比单向受力的平面桁架适用跨度更大（一般30→60m，甚至60m以上）(2)网架是高次超静定空间结构，安全度大

(3）网架结构整体空间刚度大，稳定性能及抗震性能好，安全储备高，对于承受集中荷载、非对称荷载、局部超载、地基不均匀沉陷等均为有利(4）便于定型化、工业化、工厂化、商品化生产，集装箱运输，零件尺寸小，重量轻，便于存放、装卸、运输和安装，现场安装不需要大型起重设备土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构图4.43北京首都机场的四机位飞机库网架4.3.1网架结构1.网架结构的特点及应用网架结构是一种新型结构形式，它是由许多杆件从两个方向或几个方向按一定规律组成的高次超静定空间结构。能承受来自各个方向的荷载。与平面桁架结构相比具有以下特点：2、网架结构分类按外形：平板型网架

+壳型网架（单曲、双曲）可单层也可双层双层网架分上、下弦平板型网架壳型网架（单层双曲）

壳型网架（单层单曲）

土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构图4.43北京首都机场的四机位飞机库网架4.3.1网架结构1.网架结构的特点及应用网架结构是一种新型结构形式，它是由许多杆件从两个方向或几个方向按一定规律组成的高次超静定空间结构。能承受来自各个方向的荷载。与平面桁架结构相比具有以下特点：4.3.2悬索结构

以一系列受拉索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上

一般用由高强钢丝组成的高强钢丝束、钢铰线或钢丝绳，也可用圆钢筋、带钢或薄钢板等

悬索结构在工程上的最早应用是桥梁

我国汉朝已有链索建桥，后又有铁索、绳索桥出现（跨度104m大渡河泸定铁索桥）

19世纪后国外出现跨越海峡的大跨钢缆桥土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构图4.43北京首都机场的四机位飞机库网架4.3.1网架结构1.网架结构的特点及应用网架结构是一种新型结构形式，它是由许多杆件从两个方向或几个方向按一定规律组成的高次超静定空间结构。能承受来自各个方向的荷载。与平面桁架结构相比具有以下特点：

1、悬索结构的特点

（1）主要承重构件是“索”。只受轴向拉力，无弯距剪力，受力简单，利于用高强钢铰线或钢丝绳等钢材做“索”。自重小强度大，能跨越大跨度。支承结构耗费材较多，用钢量超过钢索。但只要合理设计施工，亦可取得好综合经济效益（2）需注意用合理支座形式对支座水平反力进行处理

（3）施工便捷，施工设备简单，索的架设安装不需大型起重设备、脚手架和模板；还可用架设好的钢索安装屋面材料（4）适应性强，造型美观。适用于各种建筑平面和外形轮廓。利用曲线索和不同支承形式，创造出新颖独特建筑造型

（5）可创造具有良好物理性能的建筑物——双曲下凹碟形屋盖音响效果极好土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构图4.43北京首都机场的四机位飞机库网架4.3.1网架结构1.网架结构的特点及应用网架结构是一种新型结构形式，它是由许多杆件从两个方向或几个方向按一定规律组成的高次超静定空间结构。能承受来自各个方向的荷载。与平面桁架结构相比具有以下特点：悬索结构分：单层索系+双层索系+横向加劲索系+索网四大类

北京亚运会朝阳体育馆

——橄榄形平面、长径96m、短径66m

屋面结构：索网——索拱结构

双曲钢拱+预应力三角大墙土木工程概论北京亚运村朝阳体育馆

4.3单层及大跨度房屋结构土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构

4.3.3网壳结构：

1、单层圆柱面网壳按杆件排列方式分

(a)、单向斜杆正交正放网格(b)交叉斜杆正交正放网格

(c)、联防网格(d)、三向网格土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构

2、球面网壳按网格布置分：肋环斜杆形网格肋环形网格扇形三向网格葵花形三向网格短程线形三向网格土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构

北京体育学院体育馆：

3000座席，面积7200m2，屋盖外围尺寸：59m×59m

四片双曲抛物面双层网壳组成，网壳构造两向正交桁架

网格与高均2.9m

因高度限制与建筑要求组合网壳中间矢高仅为3.5m

(跨度的1/17)

土木工程概论平板网架结构上海体育馆（直径110m圆形)——是我国跨度最大的圆形网架）广州新体育馆内景

4.3单层及大跨度房屋结构土木工程概论节点形式：焊接钢板节点、焊接空心球节点和螺栓球节点

焊接空心球节点：两个空心半球对焊螺栓球节点：螺栓（高强）、钢球、销子、套筒和锥头螺栓球节点焊接空心球节点

4.3单层及大跨度房屋结构

3．薄壳结构

常用形状:圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳圆顶结构(轴对称，在轴对称荷载下，只产生两种对称力)

——径向力（沿经线——垂直荷载下是压力）

——环向力（沿纬线——垂直荷载下、上部受压收缩直径变小、环向压力，下部靠近支承处受拉直径增大、环向拉力）

——中间有一截面是环向压力向环向拉力转变的交界面，环向力为0，称为“过渡缝”圆顶可光滑，也可带肋

我国最大的砼圆顶为新疆某车间圆顶屋盖

世界最大的砼圆顶为美国西雅图金郡圆球顶（直径为202m）

加拿大多伦多体育馆可伸缩钢圆顶(1989)（外墙间距218m、直径为192.4m）

日本福冈体育馆可伸缩钢圆顶（1993）（直径为213m）土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构

圆顶结构是轴对称结构，在轴对称荷载下，只产生两种轴对称力

——径向力（沿经线）垂直荷载下是压力

——环向力（沿纬线）垂直荷载下、上部

受压收缩直径变小、环向压力，下部靠近支承处受拉直径增大、环向拉力

——中间有一截面是环向压力向环向拉力转变的交界面，环向力为0，称为“过渡缝”土木工程概论受压环受拉环砼壳板压力拉力

4.3单层及大跨度房屋结构

4．混凝土拱形桁架

自重较大，施工复杂，现已很少采用贝尔格莱德的机库（预应力砼桁架结构，跨度为135.8m——跨度最大的拱形桁架）

5．充气结构（薄膜结构）

在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙布罩内部充气形成一定的形状，作为建筑空间的覆盖物

美国密执安州庞蒂亚光城“银色穹顶”空气薄膜结构室内体育馆（1975）（234.9ml83.0m，62.5m高

——最大的空气薄膜结构）土木工程概论

4.3单层及大跨度房屋结构6．应力膜皮结构

用多块钢薄板板片单元焊接而成的空间结构用于大跨的第一例:

美国巴顿鲁治的应力膜皮屋盖（1959）直径为117m、高35.7m

由一个外部管材骨架形成的短程线绗架支承804个双边长为4.6m的六角形钢板片单元，钢板厚3.2mm，钢管直径152mm，壁厚3.2mm土木工程概论

4.3

单层及大跨度房屋结构土木工程概论用于居民住宅、商场、办公楼乙旅馆等大量高层（8层）多层（8层）建筑涌现

多层高层的界限、各国不一、各专业也不一（建筑以10层为界，结构以8层为界）上海浦东陆家嘴金融区规划图

4．4多层及高层建筑常用结构形式：混合结构、框架结构

混合结构：用不同的材料建造的房屋（通常墙体用砖砌体，屋面和楼板采用钢筋混凝土结构——砖混结构）我国最高已达11层，局部达12层►普通粘土砖破坏耕地资源，国家逐渐禁止使用、而推广空心砌块土木工程概论4．4多层与高层建筑

（多层）土木工程概论4．4多层与高层建筑

（多层）

现浇钢筋混凝土结构整体性好适应各种有特殊布局的建筑►多层建筑可用现浇结构，也可用装配式或装配整体式结构

装配式和装配整体式结构采用预制构件，现场组装、其整体性较差，但便于工业化生产翱机械化施工►泵送混凝土（浇筑方便快捷、机械化施工程度高）使现浇混凝土结构逐渐趋于取代装配式结构

土木工程概论4．4多层与高层建筑

（多层）由梁和柱刚性连接成骨架的结构

强度高、自重轻、整体性和抗震性能好

承重梁柱之间有空间，平面布置灵活，使用空间大

使用广泛，主要有多层工业厂房、仓库、商场、办公楼等土木工程概论4．4多层与高层建筑（框架结构）框架结构1998年土木工程概论

20世纪90年代后我国发展迅速，高层和超高层建筑如雨后春笋般在各大城市涌现

国内大陆最高

——

上海金茂大厦88层、高421.5m，世界第44．4多层与高层建筑（高层）世界最大最重的“风阻尼器”两台世界最高速电梯1楼到89楼仅39秒中国台北国际金融中心大厦101大楼101层、高508米世界第1马来西亚吉隆坡国家石油双子星座大厦（双塔）88层、高451.9m，世界第22004年1996年土木工程概论4．3多层与高层建筑（高层）1974年土木工程概论高层结构主要结构形式：

框架结构剪力墙结构、框架—剪力墙结构框支剪力墙结构简体结构等

美国芝加哥西尔斯大楼110层、高443m世界第34．4多层与高层建筑（高层）土木工程概论4．4多层与高层建筑（高层）土木工程概论4．4多层与高层建筑（高层）土木工程概论4．4多层与高层建筑（高层）土木工程概论4．4多层与高层建筑（高层）土木工程概论4．4多层与高层建筑（高层）土木工程概论4．4多层与高层建筑（高层）土木工程概论4．4多层与高层建筑（高层）受力体系由梁和柱组成承受竖向荷载合理、承受水平荷载能力差

用于房屋高度不大、层数不多时（风、地震等水平荷载影响小，竖载对结构设计起控制作用）

房屋高度大、层数多时，水平荷载影响大，造成梁、柱截面尺寸过大，不合理

长城饭店主楼

地下2层，地上22层地上高

82.85m土木工程概论4．4多层与高层建(一、高层框架)长富宫饭店结构标准层平面地下、上+26层,高90.85m

剪力墙即一段钢筋混凝土墙体，因抗剪能力强而称剪力墙

（在一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性）由框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载（80%左右），框架则以承受竖向荷载为主（可大大减小柱子的截面）

用于办公楼、旅馆、住宅、及某些工艺用房土木工程概论4．4多层与高层建筑（二、框架—剪力墙结构）框架—剪力墙结构4．4多层与高层建筑（二、框架—剪力墙结构）土木工程概论广州中天广场大厦（80层）平面北京工业大学科技综合楼（16层）北京联大职业技术师范学院（13层）房屋更高、水平荷载更大时，宜用剪力墙结构

（全部由纵横布置的剪力墙组成）

剪力墙同时承受水平和竖向荷载

剪力墙使空间分隔固定，建筑布置不灵活

一般用于住宅、旅馆等土木工程概论4.4多层与高层建筑（三、剪力墙结构）广州白云宾馆标准层平面图（1976年)1+33层、高112.45m，我国第一座100m建筑剪力墙结构因土地紧张、采用上部住宅或办公、下部商店的建筑，两者功能不同，上部住宅和办公室需小开间，适合用剪力墙结构，下部商店需大空间，适合用框架结构，两种结构组合在一起，在交界位置设巨型的转换大梁（常接近于一个层高、用做设备层），将上部剪力墙荷载传到下部柱子——这种结构体系即框支剪力墙结构体系

设计时应注意：

上部剪力墙刚度大，下部框架刚度小，二者差别大，对整体抗震不利转换梁作为连接节点受力复杂

在高抗震设防区慎用4．4多层与高层建筑(四、框支剪力墙结构)

土木工程概论框支剪力墙结构由一个或多个筒体作承重结构的高层建筑体系

适用于层数较多的高层建筑

筒体在侧向风荷载作用下，受力类似于刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面受拉，背风面受压筒体结构分：

框筒体系筒中筒体系桁架筒体系成束筒体系等

1．框筒体系

内芯为剪力墙、周边为框架的筒体土木工程概论4．4多层与高层建筑(五、筒体结构)深圳华联大厦(1989)1+26层，88．8m高

2．筒中筒体系

当周边框架柱布置较密时，可将其视为外筒，将内芯的剪力墙视为内筒，则构成筒中筒体系

广东国际大厦(1990年)

地上63层，地下3层高200.18m。土木工程概论4．4多层与高层建筑(五、筒体结构)筒中筒体系平面示意图土木工程概论4．4多层与高层建筑(五、筒体结构)香港中国银行大厦

3．桁架筒体系

增设了斜撑以体系体系刚度和结构承受水平荷载的能力的筒体结构体系1990年建成52mx52m正方形平面70层、315m高天线顶367.4m上部4个巨型三角形桁架（钢斜腹杆、钢筋砼竖杆）延伸到不同高度，仅一个桁架到顶钢楼面支承在巨型桁架上桁架支承在底部三层高的钢筋砼框架上，由4根巨柱将荷载传至基础香港奔达中心土木工程概论4．4多层与高层建筑(五、筒体结构)芝加哥西尔斯塔楼(1974)4．成束筒体系

由多个筒体组成的筒体结构地上110层，地下3层高443m两根天线高475.18m1—50层由9个小方筒连组成一个大方形简体51-66层截去对角线上的2个筒67～90层又截去另一对角线上的另2个筒91层以上只保留2个筒立面参差错落，富有变和层次，简洁明快

4.5.1智能建筑（IB——intelligentbuilding）

以建筑为平台兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统集结构、系统、服务、管理及其最优化组合能提供安全、高效、舒适、便利建筑环境的建筑多学科,多技术系统综合集成，涉及建筑、土木、机械、动力、通讯、计算机、人体学、心理学、行为学、美术等领域

基本内涵：以综合布线系统为基础，计算机网络为桥梁，综合配置建筑及建筑群内的各功能子系统，全面实现对通信网络系统、办公自动化系统、建筑及建筑群内各种设备（空调、供热、给排水、变配电、照明、电梯、消防、公共安全）等的综合管理土木工程概论

4.5智能建筑与绿色建筑智能建筑的目的：

应用现代4C技术（计算机、控制、通讯和图形显示）构成智能建筑结构与系统，结合现代化的服务与管理方式给人们提供安全、舒适的生活、学习与工作环境空间

智能建筑主要体现：

⑴能“知道”建筑内外所发生的一切⑵能确定有效的方式,为用户