建筑结构讲义2

赵永新

建筑结构2014.05第一篇 建筑结构概论一、建筑结构概论二、建筑结构发展及应用CH.1建筑结构概论1.建筑结构定义2.基本(单元)构件3.分类国家大剧院工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。

江阴长江大桥主跨1385m(江阴长江大桥，悬索结构，1999)1.1建筑结构定义——由若干构件连接而成的能承受荷载和其他间接作用的体系，叫做建筑结构。CH.1建筑结构概论板：提供活动面，直接承受并传递荷载；梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并传递；柱：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递；墙：承受楼面体系（梁、板）传来的荷载并传递；基础：将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基；索：悬挂构件或结构体系的主要传力单元；杆：组成空间构件，如屋架等。1.2基本(单元)构件1.3分类建筑结构应用最广泛混凝土结构砌体结构钢结构木结构按材料分类优点缺点应用范围建筑结构混凝土结构1.易与就地取材2.耐久性好3.抗震性好、4.可模性好5.耐火自重大、抗裂能力差、费工费模板一般民用建筑、多高层建筑、工业厂房、大跨结构砌体结构造价低廉、耐火性好、施工方便、工艺简单、就地取材自重大、强度低、抗震性能差、砌筑工作繁重、粘土用量大五六层以下的民用房屋、中小厂房的承重结构、大型工业厂房的围护结构钢结构强度高、重量轻、质地均匀、运输方便易锈蚀、耐火性能差大跨重型结构、受动荷载结构、可拆卸结构、轻型结构、容器及其它木结构取材加工方便、材质轻且强度较大各向异性、易燃、易裂、易翘曲、易腐蚀大中城市基本停用按受力体系分类混合结构：即砖混结构，墙体承重；GB50011-2010,7层，21米排架结构：主要由屋架、柱、基础组成，柱段铰接；框架结构：主要(竖向)受力体系由梁和柱组成；剪力墙结构：主要(竖向)受力体系由墙组成；框架-剪力墙结构：混合形式；筒体结构：四周封闭的墙形成筒；其他：如塔式结构、桅式结构、悬索、悬吊结构、壳体结构:、网架结构等框架-剪力墙结构框架-剪力墙结构排架结构单层厂房

筒体结构上海金茂大厦是88层，建筑高度420.5m，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。按建筑物层数分类：高层、多层、低层自左向右：台北101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦迪拜大厦2.建筑结构的发展及应用公元前5000年，就有房屋结构。秦砖汉瓦水泥混凝土钢结构高层CH.2建筑结构设计基本原理2.1建筑物结构的荷载作用（S）（或荷载）作用效应施加在结构上的集中力或分布力，称为作用——直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用——由作用引起的结构或构件的反应结构抗力（R）——结构或结构构件承受效应的能力qVM2.1.1基本概念——在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。——在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。——在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。永久荷载可变荷载偶然荷载2.1.2荷载分类按时间变异分类按空间变异分类固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布；可动荷载——在结构空间位置一定范围内可以任意分布。静态荷载——对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；动态荷载——对结构产生动力效应，且不可以忽略。按照结构的反应分类——结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。——荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。——在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。——作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。荷载标准值可变荷载组合值可变荷载准永久值可变荷载频遇值2.1.3荷载的代表值恒荷载按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活载见《规范》。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减。屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。雪荷载——基本雪压。见《规范》——雪荷载标准值——屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。风荷载——风荷载标准值——基本风压，见《规范》——风压高度变化系数——风荷载体型系数，+为压力，-为吸力——高度z处风振系数屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。2.2极限状态设计法2.2.1结构功能要求在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功能要求，即安全性(S<R)，适用性，耐久性。安全性：满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态适用性：保证结构在日常使用中满足要求耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境适应度功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)结果分析Z=R-S>0：Z=R-S<0：Z=R-S=0：处于可靠状态；处于不可靠状态，即失效；处于极限状态，此方程称极限状态方程2.2.3结构可靠度理论——在规定的时间内（一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，即可靠概率。以Ps表示安全性、适用性、耐久性结构的可靠度失效概率强度/荷载值出现概率γ0[S]μSσSσS[R]μRσRσR失效可靠——结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。2.2.3建筑物的重要度与基准期我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要度系数γ0

：

一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；γ0=1.1

二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；γ0=1.0

三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。γ0=0.9结构的设计基准期

1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；

2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；

3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；

4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外；第二篇 各种建筑结构一、混凝土结构二、砌体结构三、钢结构四、木接构CH.1混凝土结构钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受压构件预应力混凝土结构的基本知识混凝土结构材料1.钢筋2.混凝土一、基本概念是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。钢筋混凝土：钢筋混凝土结构：是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10。钢筋：抗拉抗压强度都很强

。二、共同工作原理钢筋和砼之间存在粘结力钢筋和砼线膨胀系数接近砼保护钢筋NEXTE.G.1.1钢筋和混凝土材料的力学性能1.1.1混凝土结构——以混凝土为主要材料制作的结构。4.1.1混凝土结构（1/2）4.1钢筋和混凝土结构的力学性能（1/4）素混凝土梁钢筋混凝土梁：受拉区配220钢筋FF=13.4KN截面开裂并破坏Fcr=15KN截面开裂;Fu=87KN截面破坏。200300Fft200300220梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。BACK4.1.1混凝土结构（2/2）4.1钢筋和混凝土结构的力学性能（1/4）示例1.2钢筋混凝土受弯构件2.工程中常见受弯构件的截面形式1.2.1概述1.受弯构件——截面上受弯矩和剪力共同作用，而轴力可忽略不计的构件。4.2.1概述（1/3）4.2钢筋混凝土受弯构件（1/5）3.截面破坏形式ＶＶM4.2.1概述（2/3）4.2钢筋混凝土受弯构件（1/5）破坏通常有正截面和斜截面两种形式4.几个基本概念1）混凝土保护层厚（Ｃ）2）截面的有效高度（h0）——受压砼边缘至受拉钢筋合力点的距离．单排受拉钢筋,双排受拉钢筋,板,C=15mm,>25>dh0>C>25>d>C>30>1.5dhash0>Ch>C>C>Cas>15,d>200<70hh0as4.2.1概述（3/3）4.2钢筋混凝土受弯构件（1/5）——钢筋外缘砼厚度。1.2.2受弯构件正截面计算4.2.2受弯构件正截面计算1（1/14）

适当,截面开裂以后s<fy，随着荷载增大，裂缝开展、s，f

增加，当

f=fy(屈服荷载)，s=fy，荷载稍增加，c=cu

砼被压碎。“延性破坏”2.适筋梁3.超筋梁过多,出现许多小裂缝，但s<fy,当c=cu,压区砼被压碎，梁破坏。“脆性破坏”

很低，砼一开裂，截面即破坏。s=fy。“脆性破坏”1.少筋梁（一）破坏形式habAsh0配筋率4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）一、受弯构件正截面受力特性（二）适筋构件截面受力三阶段→Ia，裂缝出现。M→Mcr→IIa，M→My。正常使用状态第I阶段：弹性工作阶段第II阶段：带裂缝工作阶段→IIIa，M→Mu。第III阶段：破坏阶段是抗裂验算依据是正截面抗弯计算依据是变形和裂缝宽度验算依据0.40.60.81.0ⅠaⅡaⅢaⅠⅡⅢMcrMyMu0

fM/Mu4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.2受弯构件正截面计算1（4/14）截面验算步骤4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.2受弯构件正截面计算1（14/14）已知M,As,b,h,fc,ft是否M<Mu,满足是否调整b,h,As211.3、构造要求（一）板的构造1.板的厚度2.板的配筋单跨板，≥l0/30；多跨连续板，≥l0/40。且≥60mm。受力钢筋分布钢筋计算确定受力钢筋分布钢筋分布钢筋受力钢筋承受拉力固定受力筋位置；阻止砼开裂。4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）.（二）梁的构造1.梁的截面②,③⑤④①②③⑤④2.梁的配筋纵向受力钢筋计算确定承受弯矩引起的拉力箍筋架立筋弯起钢筋弯起钢筋纵向受力钢筋弯起钢筋弯起段承受剪力和弯矩引起的主拉力，弯起后水平段承受支座负弯矩计算确定4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.2受弯构件正截面计算3（7/8）箍筋承受剪力和弯矩引起的主拉力，固定纵向筋架立钢筋固定箍筋，形成钢筋骨架计算确定，并满足构造要求构造确定纵向构造钢筋腰筋（当腹板高>450mm）减小梁腹部裂缝宽度构造确定开放式封闭式双肢四肢单肢>25

>dh0>C>25>d>C>30>1.5dhash0>Ch>C>C>Cas>15,d>200<70hh0as（三）混凝土保护层和截面有效高度4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.2受弯构件正截面计算3（8/8）4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.3受弯构件斜截面计算（1/）箍筋和弯起筋间距符合构造要求；弯起筋锚固长度：受拉区不小于20d，受压区不小于10d，光圆钢筋设弯钩梁底两侧钢筋不弯起；鸭筋（吊筋）必须将两端锚固在受压区，不得采用浮筋ss4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.3受弯构件斜截面计算（1/）2.纵向钢筋的截断和锚固a.纵向钢筋的截断b.钢筋的锚固为使钢筋可靠锚固在混凝土中充分发挥抗拉作用，而在伸入支座时保持的一定长度，称锚固长度受拉钢筋的锚固长度(基本锚固长度)：受压钢筋的锚固长度：钢筋在简支端的锚固：按构造（表4-14）钢筋在中间支座的锚固：上部纵向筋应贯穿中间支座;下部按构造。4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.3受弯构件斜截面计算（1/）4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.4受弯构件的变形（1/）2.结构工作环境类别混凝土结构的耐久性与结构工作的环境有密切关系。同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短。对于不同环境，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。如在恶劣环境，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不一定好。可在构件表面采用防护涂层。4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.4受弯构件的变形（1/）3.保证耐久性措施a.最小保护层厚度为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命50年），《规范》规定了最小混凝土保护层厚度。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。当对结构设计工作寿命有更高要求时（100年），混凝土保护层厚度应乘以1.4或采用表面防护，定期维修等措施。.4.2钢筋混凝土受弯构件（2/5）4.2.4受弯构件的变形（1/）c.裂缝控制对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换的构件。对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的高强混凝土。d.其他措施《规范》根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级。1.3钢筋混凝土受压构件

1.分类：轴心受压构件偏心受压构件柱基础屋架2.构造要求A.材料强度等级宜高不低于C25B.截面形状及尺寸矩形工字形C.纵向钢筋最小配筋率0.60％0.55%

最大配筋率5％D.箍筋末端弯钩135°1.4受扭构件雨棚梁框架边梁吊车梁抗扭纵筋抗扭箍筋1.5预应力混凝土1.原理2.特点提高抗裂度节省材料减轻自重经济提高刚度耐久3.分类先张法后张法4.钢筋特点高强可焊良好的粘结应力松弛低种类热处理钢筋消除应力钢丝钢绞线螺纹钢筋5.混凝土不低于C30.收缩徐变小2.砌体结构2.1砌体结构受力特点和构造要求2.1.1砌体种类无筋砌体配筋砌体2.1.2砂浆2.1.3砌体抗压力学性能影响因素1.块材和砂浆强度2.块材尺寸和形状3.砂浆性能4.砌筑质量2.1.4砌体抗压强度设计值2.1.5混合结构房屋承重体系1.横墙承重体系2.纵墙承重体系3.纵横墙承重体系4.内框架承重体系2.1.6一般构造要求2.1.6.2截面尺寸要求2.1.6.3支承长度要求2.1.6.4连接锚固要求2.1.6.5留槽洞及埋设管道2.1.6.6设置垫块条件2.1.6.7设置构造柱条件2.1.6.8砌块砌体构造2.1.7圈梁圈梁2.1.8过梁2.1.9挑梁三、钢结构

3.1钢结构的特点1.强度高2.自重轻3.均匀连续各向同性4.可焊性可加工性5.耐火性差6.易绣，后期维护费高9.11事件2001年9月11日美国东部时间上午3.2钢结构的连接1.焊接2.螺栓连接3.柳钉连接3.2.1焊接优点：构造简单，不削弱截面，连接的密封性好，易自动化操作。缺点：焊接影响区材质变脆，在焊件中产生残余变形和应力。影响构件承载力及正常使用。3.2.2焊接的分类焊接形式分为气焊、接触焊、电弧焊。电弧焊包括手工电弧焊、自动或半自动电弧焊、及气体保护焊。电焊条牌号碳钢焊条E43、E50。低合金焊条E50、E55.3.2.3焊缝的形式对接焊缝优缺点角焊缝优缺点3.3.1螺栓连接1.普通螺栓粗制精制破坏形式剪切破坏拉伸破坏规格4.6级M208.8级M242.高强螺栓连接传力方式摩擦型和承压型3.3.2螺栓距离规定第三篇 建筑结构

抗震基本知识地震由于地壳构造运动使岩层发生断裂、错动而引起的地面振动。5.12汶川大地震震级地震烈度抗震设防烈度地震波横波纵波面波3.1地震对建筑物的破坏1.结构丧失稳定性2.承重构件强度不足引起破坏3.地基失效4.次生灾害3.2抗震设防要求3.2.1选择对抗震设防有利的场地、地基基础3.2.2选择对抗震有利的建筑平面和立面3.2.3结构构件连接要求3.2.4处理好非结构构件与主体机构的关系3.2.5注意材料的选择和施工质量材料的选择3.3建筑结