建筑结构基本计算原理

第一篇建筑结构基本计算原理(1-2章）第一章绪论1.1建筑结构的分类1.2各种建筑结构特点及应用情况1.3建筑结构基本理论及设计方法的发展1.4建筑结构课程的要求、注意的问题1第一章（共一讲）

本章的主要内容：建筑结构的分类；各类结构的优缺点及其应用和发展简况；本课程的学习方法和需要注意的问题。第一讲能力训练121.1建筑结构的分类一.建筑结构定义简单的说就是房屋的承重骨架。第一章总论1.1建筑结构的分类二、建筑结构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第一章总论1.1建筑结构的分类三.建筑结构的分类按所用材料的不同分为：1）混凝土结构（以混凝土为主要材料的结构）包括：

钢筋混凝土结构—配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架；

预应力混凝土结构—配置预应力钢筋的混凝土结构；

素混凝土结构—没有配置受力的钢筋的混凝土结构。42）钢结构:以钢材(钢板、型钢）为主制作的结构3）砌体结构:由块材通过砂浆砌筑而成的结构4)木结构:指全部或大部分用木材制作的结构5）混合结构:由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋此外还有钢—混凝土组合结构、钢管混凝土等。

第一章总论1.1建筑结构的分类按其承重结构的类型分为：

1）框架结构2）剪力墙结构3）框架——剪力墙结构4）筒体结构。本章目录51）框架结构※采用梁、柱组成的结构体系作为建筑承重结构。※框架结构的主要构件是梁和柱，而墙体只是作为围护构件。※可以做成预制或现浇框架，平面布置比较灵活，可以获得较大的使用空间，※比混合结构强度高整体性强，但随层数增多抗侧刚度不足。

请看框架结构组成第一章总论1.1建筑结构的分类62）剪力墙结构

※利用建筑物的纵向及横向的钢筋混凝土墙体作为主要承重构件，再配以梁板组成的承重结构体系。※其墙体同时也起围护及分割房间的作用。※整体性好，刚度大，抗震性能好，适于建造高层建筑（10－50层范围内都适用）。※不过剪力墙间距太小，平面布置不灵活，自重大，不适应建造公共建筑，一般适用于建造住宅。

请看剪力墙结构组成第一章总论1.1建筑结构的分类73）框架—剪力墙结构※框架结构的基础上，沿框架纵、横方向的某些位置，在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为剪力墙。※因此它是框架和剪力墙的有机结合，综合了二者的优点：一个布置灵活，一个抗侧力高。

请看框架－剪力墙结构组成第一章总论1.1建筑结构的分类84）筒体结构※用钢筋混凝土墙组成一个筒体作为房屋的承重结构※筒体可以由密柱深梁组成一个筒体，也可以用多个筒体组成筒中筒、束筒，还可以将框架和筒体联合起来组成框筒结构。※筒体结构在各个方向的抗侧刚度都很大，是目前高层建筑中较多采用的结构形式。框筒是上个世纪60年代由美国工程师法卢齐－坎恩第一次提出来的。

请看筒体结构组成

其它结构还有壳体结构、网架结构、悬索结构等等，它们大多用于大跨度结构中。第一章总论1.1建筑结构的分类91.2各种建筑结构特点及应用情况一.钢筋混凝土结构

第一章总论1.2各种建筑结构特点及应用情况1.钢筋混凝土的组成：钢筋+混凝土(混凝土:现代主要的人造工程结构材料)2.两种材料的基本力学特性：

钢筋——抗拉与抗压强度较高，破坏时表现出较好的延性；

混凝土——抗压强度高，抗拉强度远低于其抗压强度（之比约为10%，破坏时具有明显的脆性性质）10第一章总总论论1.2各种建筑筑结构特特点及应应用情况况4.关于钢筋筋混凝土土梁与素素混凝土土梁的比比较试验验：（1）试验情情况介绍绍：同条条件下的的对比试试验；请看素混混凝梁实实验（40秒)请看钢筋筋混凝土土梁实验验(2分）3.配筋的基基本原则则：使钢筋在在结构中中处于受受拉；使使混凝土土在结构构中处于于受压。。素混凝土土梁—承载力低低，一开开裂即告告破坏，，破坏前前无预兆兆（为脆脆性）；；钢筋混凝凝土梁—承载力高高，混凝凝土开裂裂后，其其承担的的拉应力力转移到到钢筋。请看图片片（2）试验结结果小结结：11第一章总总论论1.2各种建筑筑结构特特点及应应用情况况⑴钢筋和混混凝土之之间存在在有良好好的粘结结力，在荷载作用下下，可以以保证两两种材料料协调变变形，共共同受力力；⑵钢筋与混混凝土具具有基本本相同的的温度线线膨胀系系数（钢材为1.2××10-5，混凝土土为(1.0~1.5)××10-5），因此当温温度变化化时，两两种材料料不会产产生过大大的变形形差而导致致两者间间的粘结结力破坏坏。5.钢筋与混混凝土共共同工作作的条件件：钢筋（材材）和混混凝土两两种材料料的物理理力学性性能很不不相同，，他们可可以结合合在一起起共同工工作，是是因为：：12第一章总总论论1.2各种建筑筑结构特特点及应应用情况况6.配筋的基基本要求：：（1）钢筋的的布置（（即在结结构中的的位置））和数量量由计算确定；；（2）在钢筋筋的端部部应有锚锚固长度度或弯钩钩（常称称为构造要求））。137混凝土结结构的优优缺点：：优点⑴材料料利用合合理：钢筋和混混凝土的的材料强强度可以以得到充充分发挥挥，结构构承载力力与刚度度比例合合适，基基本无局局部稳定定问题，，单位应应力价格格低，对对于一般般工程结结构，经经济指标标优于钢钢结构。。⑵可模模性好：：混凝土可可根据需需要浇筑筑成各种种性质和和尺寸，，适用于于各种形形状复杂杂的结构构，如空空间薄壳壳、箱形形结构等等。⑶耐久久性和耐耐火性较较好，维维护费用用低：钢筋有混混凝土的的保护层层，不易易产生锈锈蚀，而而混凝土土的强度度随时间间而增长长；混凝凝土是不不良热导导体，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发明了预应力力混凝土，使使得混凝土结结构可以用来来建造大跨度度19第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况第三阶段：二战以后到现现在随着建设速度度加快，对材材料性能和施施工技术提出出更高要求，，出现装配式式钢筋混凝土土结构、泵送送商品混凝土土等工业化生生产技术。高强混凝土和和高强钢筋的的发展、计算算机的采用和和先进施工机机械设备的发发明，建造了了一大批超高高层建筑、大大跨度桥梁、、特长跨海隧隧道、高耸结结构等大型工工程，成为现现代土木工程程的标志。20二.砌体结构第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况1.砌体结构的组组成：砌块＋砂浆2.材料的基本力力学特性：砌体抗压强度度较高，但抗抗拉强度很低低；3.砌体结构的优优缺点：优点：较易就地取材材、具有很好好的耐火性，，以及较好的的化学及大气气稳定性、成成本低较经济济。缺点：自重大，强度度低、砌筑工工作繁重、砂砂浆和砌块的的粘结力较弱弱、占用用农田，影响响环境。21第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况（1）发展：历史悠久：考考古资料表明明，我国在新新石器时代末末期（约6000－4500年前），已有有地面木架建建筑和木骨泥泥墙建筑。分为三个阶段段：第一阶段：在清朝末年，，19世纪中叶以前前主要以城墙、、佛塔和少数数砖砌重型穹穹拱佛殿以及及石桥等。代表有万里长城、南京灵谷寺寺无梁殿后面面走廊的砖砌砌穹窿、河北赵县的赵州桥。4.砌体结构在我我国的的发展展与应用情况况：22第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况第三阶段：解放后到现在在在原有基础上上有了长足的的进步。无论论在桥梁、房房屋，且在新结构、新技技术方面也有有了很大的发发展，并建立立了具有我国国特色的结构设设计计算理论论。第二阶段：19世纪中叶到解解放前砌体材料主要要还是粘土砖砖，由于在封封建及后来的的半殖民地半封建制度下下，砖石结构构的实践和理理论发展缓慢慢。（2）发展趋势：：高强、空心、、薄壁大板和和配筋砌体等等。23三.钢结构第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况1.钢结构的特点点：优点：（1）强度高、强强重比大；塑塑性、韧性好好；（2）材质均匀，，符合力学假假定，安全可可靠度高；（3）工厂化生产产，工业化程程度高，施工工速度快；缺点：钢结构耐热不不耐火；易锈锈蚀，耐腐性性差。24第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况2.钢结构的应用用：（1）重型结构及及大跨度建筑筑结构；（2）多层、高层层及超高层建建筑结构；（3）轻钢结构；；（4）塔桅等高耸耸结构；（5）钢－混凝土土组合结构。。我国是最早应应用钢结构的的国家，但是是历史的原因因致使现代建建筑钢结构的的应用及发展展与发达国家家相比，已有有相当大的差差距。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录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各种建筑结构构特点及应用用情况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建筑结构基本本理论及设计计方法的发展一.结构设计方法法的发展过程程1.弹性理论为基基础的容许应应力设计方法法2.破坏阶段设计计方法3.极限状态设计计方法4.概率设计法：：以近似概率为为基础的极限限状态设计法。未来：全概率设计法法、生命全过过程设计法第一章总总论1.3建筑结构基本本理论及设计计方法的发展展27二.我国现行结构构设计规范（（部分）《建筑结构可靠靠度设计统一一标准》GB50068-2001《建筑结构荷载载规范》GB5009-2001《混凝土结构设设计规范》GB50010-2002《砌体结构设计计规范》GB50003-2001《钢结构设计规规范》GB50017-2003。设计人员必须须遵照各种结结构类型设计规范或规规程进行设计。各种设计规范范或规程是具具有约束性和和立法性的文文件，其目的的是使工程结构构的设计在符符合国家经济济政策的条件件下，保证设设计质量和工程项项目的安全可可靠。注意在学习中中，有关基本本理论的应用用最终都要落落实到规范的的具体规定。第一章总总论1.3建筑结构基本本理论及设计计方法的发展展本章目录录281.4建筑结构课程程的要求、注注意的问题一.要求1.掌握结构材料料的力学性能能；2.掌握结构设计计的基本原则则；3.熟悉结构设计计规范和其它它相应规范；；4.熟练基本的设设计计算、查查阅有关表格格和构造要求求；5.学会识读结构构施工图，正正确理解设计计意图。第一章总总论1.4建筑结构课程程的要求、特特点及学习方方法291.4建筑结构课程程的要求、特特点及学习方方法第一章总总论1.应通过实习、、参观等各种种渠道，了解解建筑物各构构件的受力特特点、结构布布置、结构构构造，从而来来积累感性认认识。二.学习中应注意意的问题2.完成一定量的的习题有助于于理解和掌握握本课程的内内容和基本概概念；按要求求完成单项能能力训练和综综合能力训练练，在掌握知知识的前提下下培养职业能能力。30第一章绪绪论1.4建筑结构课程程的要求、特特点及学习方方法3.建筑结构材料料的力学性能能、结构构件件的内力计算算与建筑材料料、建筑力学学课程密切相相关，建筑结结构课程是建建筑施工、建建筑施工项目目管理、地基基与基础等课课程的基础课课程。因此学学好本课程，，有助于理解解和学好其他他课程。4.建筑结构构件件的计算方法法，大部分是是建立在实验验的基础上，，特别是混凝凝土和砌体构构件，由于所所用材料的物物理力学性能能的复杂性，，对实验的依依赖性很强。。学习中要特特别注意计算算公式的适用用范围和限制制条件。31第一章绪绪论1.4建筑结构课程程的要求、特特点及学习方方法5.本课程中涉及及众多的构造造措施与结构构计算，它们们在课程中有有着同等重要要的地位。各各种构造措施施是长期科学学实验和工程程实践经验的的总结，是对对结构计算中中未考虑到的的因素所采取取的技术措施施。工程事故故常常是由于于不重视构造造措施或构造造措施不当而而发生的。因因此在学习中中要充分重视视构造措施和和构造处理，，并注意弄清清其中的道理理。32第一章绪绪论6.建筑结构设设计规范、、规程是多多年来建筑筑科学研究究成果和工工程实践经经验的总结结，是国家家颁布的技技术规定和和标准，已已具有某些些法律性质质，设计、、施工、工工程管理人人员应严格格遵守和执执行。在学学习本课程程时，自觉觉查阅、熟熟悉有关规规范，以便便于工作中中应用。1.4建筑结构课课程的要求求、特点及及学习方法法33第一章绪绪论1.4建筑结构课课程的要求求、特点及及学习方法法三.本课程的教教学环节1.课堂教学及及讨论；2.教学试验；；（实验录录像）3.单项能力训训练；（在在课堂或课课后）4.综合能力训训练（专题题训练、课课程设计））；5.工程经验积积累（自行行安排）。本章目目录作业思考题34◆容许应力设设计法◎钢筋混凝土土结构的受受力性能不不是弹性的的；◎结构中一点点达到容许许应力，结结构即认为为失效；◎没有考虑结结构功能的的多样性要要求；◎安全系数是是凭经验确确定的，缺缺乏科学依依据。35◆破损阶段设设计法整个截面达达到极限承承载力才认认为失效，，考虑了材材料塑性和和强度的充充分发挥，，极限荷载载可以直接接由试验验验证，构件件的总安全全度较为明明确。◎但安全系数K仍然凭经验确定定，◎没有考虑结结构功能的的多样性要要求的问题题。36◆极限状态设设计法除要求对承承载力极限限状态进行行设计外，，还包括的的挠度和裂裂缝宽度（（适用性））的极限状状态的设计计。对于承载力力极限状态态，针对荷荷载、材料料的不同变变异性，不不再采用单单一的安全全系数，而而采用的多多系数表达达，◎材料强度fck和fsk是根据统计计后按一定定保证率取取其下限分分位值，反反映的材料料强度的变变异性。◎荷载值qik也尽可能根根据各种荷荷载的统计计资料，按按一定保证证率取其上上限分位值值。◎荷载系数kqi，材料强度系系数kc和ks仍按经验确确定，但对对于不同荷荷载的变异异大小，可可取不同的的荷载系数数。37◆以概率理论论为基础的的极限状态态设计法由于实际结结构中的不不确定性，，因此无论论如何设计计结构，都都会有失效效的可能性性存在，只只是可能性性大小不同同而已。为了科学定定量的表示示结构可靠靠性的大小小，采用概概率方法是是比较合理理的。失效概率越越小，表示示结构可靠靠性越大。。因此，可可以用失效效概率来定定量表示结结构可靠性性的大小。。结构可靠性性的概率度度量称为结构可靠度度。当失效概率率Pf小于某个值值时，人们们因结构失失效的可能能性很小而而不再担心心，即可认认为结构设设计是可靠靠的。该失失效概率限限值称为容许失效概概率[Pf]。失效概率Pf=P(S>R)383940