建筑结构基本计算原理二

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、注意的问题建筑结构设计教程最新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1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况4.关于钢筋混混凝土梁与与素混凝土土梁的比较较试验：（1）试验情况况介绍：同同条件下的的对比试验验；请看素混凝凝梁实验（40秒)请看钢筋混混凝土梁实实验(2分）3.配筋的基本本原则：使钢筋在结结构中处于于受拉；使使混凝土在在结构中处处于受压。。素混凝土梁梁—承载力低，，一开裂即即告破坏，，破坏前无无预兆（为为脆性）；；钢筋混凝土土梁—承载力高，，混凝土开开裂后，其其承担的拉拉应力转移移到钢筋。请看图片（2）试验结果果小结：11第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况⑴钢筋和混凝凝土之间存存在有良好好的粘结力力，在荷载作用下，，可以保证证两种材料料协调变形形，共同受受力；⑵钢筋与混凝凝土具有基基本相同的的温度线膨膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度度变化时，，两种材料料不会产生生过大的变变形差而导致两两者间的粘粘结力破坏坏。5.钢筋与混凝凝土共同工工作的条件件：钢筋（材））和混凝土土两种材料料的物理力力学性能很很不相同，，他们可以以结合在一一起共同工工作，是因因为：12第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况6.配筋的基本本要求：（1）钢筋的布布置（即在在结构中的的位置）和和数量由计计算确定；（2）在钢筋的的端部应有有锚固长度度或弯钩（（常称为构构造要求）。137混凝土结构构的优缺点点：优点⑴材料利利用合理：钢筋和混凝凝土的材料料强度可以以得到充分分发挥，结结构承载力力与刚度比比例合适，，基本无局局部稳定问问题，单位位应力价格格低，对于于一般工程程结构，经经济指标优优于钢结构构。⑵可模性性好：混凝土可根根据需要浇浇筑成各种种性质和尺尺寸，适用用于各种形形状复杂的的结构，如如空间薄壳壳、箱形结结构等。⑶耐久性性和耐火性性较好，维维护费用低低：钢筋有混凝凝土的保护护层，不易易产生锈蚀蚀，而混凝凝土的强度度随时间而而增长；混混凝土是不不良热导体体，30mm厚混凝土保保护层可耐火2小时，使钢筋不不致因升温温过快而丧丧失强度。第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况14⑷现浇混凝土土结构的整体性性好：通过合适的配筋筋，可获得较好好的延性，适用用于抗震、抗爆爆结构；同时防防振性和防辐射射性能较好，适适用于防护结构构。⑸刚度大、阻阻尼大：有利于结构的变变形控制。⑹易于就地取取材：混凝土所用的大大量砂、石，易易于就地取材，，近年来，已有有利用工业废料料来制造人工骨骨料，或作为水水泥的外加成分分，改善混凝土土的性能。第一章总论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况15缺点：⑴自重大：不适用于大跨、、高层结构。第一章总论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况⑵抗裂性差：：普通RC结构，在正常使使用阶段往往带带裂缝工作，环环境较差(露天、沿海、化化学侵蚀)时会影响耐久性性；也限制了普普通RC用于大跨结构，，高强钢筋无法法应用。⑶承载力有限：在重载结构和高高层建筑底部结结构，构件尺寸寸太大，减小使使用空间。⑷施工复杂，，工序多（支模、绑钢筋筋、浇筑、养护护），工期长，施工受受季节、天气的的影响较大。⑸混凝土结构一旦旦破坏，其修复复、加固、补强强比较困难。168混凝土结构的发发展与应用概况况混凝土结构的开开始应用于土木木工程距今仅150多年。1824年英国人阿斯普普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥泥。1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢钢筋混凝土小船船。1872年在纽约建造第第一所钢筋混凝凝土房屋。与砖石结构、钢钢木结构相比，，混凝土结构的的历史并不长，，但发展非常迅迅速，是目前土土木工程结构中中应用最为广泛泛结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构构形式还在不断发发展。第一章总论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况17第一阶段：从钢筋混凝土的的发明至上世纪纪初钢筋和混凝土的的强度都比较低低。主要用于建造中中小型楼板、梁梁、柱、拱和基基础等构件。第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况混凝土结构的发发展在结构方面：目前，钢筋混混凝土结构向大大跨度、高层发发展在材料方面：向高强、轻质质、耐久、抗震震的方向发展。。18第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况第二阶段：从上世纪20年代到第二次世世界大战前后混凝土和钢筋强强度的不断提高高。1928年法国杰出的土土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混混凝土，使得混混凝土结构可以以用来建造大跨跨度19第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况第三阶段：二战以后到现在在随着建设速度加加快，对材料性性能和施工技术术提出更高要求求，出现装配式式钢筋混凝土结结构、泵送商品品混凝土等工业业化生产技术。。高强混凝土和高高强钢筋的发展展、计算机的采采用和先进施工工机械设备的发发明，建造了一一大批超高层建建筑、大跨度桥桥梁、特长跨海海隧道、高耸结结构等大型工程程，成为现代土土木工程的标志志。20二.砌体结构第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况1.砌体结构的组成成：砌块＋砂浆2.材料的基本力学学特性：砌体抗压强度较较高，但抗拉强强度很低；3.砌体结构的优缺缺点：优点：较易就地取材、、具有很好的耐耐火性，以及较较好的化学及大大气稳定性、成成本低较经济。。缺点：自重大，强度低低、砌筑工作繁繁重、砂浆和砌砌块的粘结力较较弱、占用用农田，影响环环境。21第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况（1）发展：历史悠久：考古古资料表明，我我国在新石器时时代末期（约6000－4500年前），已有地地面木架建筑和和木骨泥墙建筑筑。分为三个阶段：：第一阶段：在清朝末年，19世纪中叶以前主要以城墙、佛佛塔和少数砖砌砌重型穹拱佛殿殿以及石桥等。。代表有万里长城、南京灵谷寺无无梁殿后面走廊廊的砖砌穹窿、、河北赵县的赵州桥。4.砌体结构在我国国的的发展与应应用情况：22第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况第三阶段：解放后到现在在原有基础上有有了长足的进步步。无论在桥梁梁、房屋，且在在新结构、新技术术方面也有了很很大的发展，并并建立了具有我我国特色的结构设计计计算理论。第二阶段：19世纪中叶到解放放前砌体材料主要还还是粘土砖，由由于在封建及后后来的半殖民地地半封建制度下，，砖石结构的实实践和理论发展展缓慢。（2）发展趋势：高强、空心、薄薄壁大板和配筋筋砌体等。23三.钢结构第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况1.钢结构的特点：优点：（1）强度高、强重重比大；塑性、、韧性好；（2）材质均匀，符符合力学假定，，安全可靠度高高；（3）工厂化生产，，工业化程度高高，施工速度快快；缺点：钢结构耐热不耐耐火；易锈蚀，，耐腐性差。24第一章总论论1.2各种建筑结构特特点及应用情况况2.钢结构的应用：（1）重型结构及大大跨度建筑结构构；（2）多层、高层及及超高层建筑结结构；（3）轻钢结构；（4）塔桅等高耸结结构；（5）钢－混凝土组组合结构。我国是最早应用用钢结构的国家家，但是历史的的原因致使现代代建筑钢结构的的应用及发展与与发达国家相比比，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录录第一章总论论工厂制造：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各种建筑结构特特点及应用情况况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建筑结构基本理理论及设计方法的发展一.结构设计方法的的发展过程1.弹性理论为基础础的容许应力设设计方法2.破坏阶段设计方方法3.极限状态设计方方法4.概率设计法：以近似概率为基基础的极限状态设计法。未来：全概率设计法、、生命全过程设设计法第一章总论论1.3建筑结构基本理理论及设计方法法的发展27二.我国现行结构设设计规范（部分分）《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.建筑结构设计计规范、规程程是多年来建建筑科学研究究成果和工程程实践经验的的总结，是国国家颁布的技技术规定和标标准，已具有有某些法律性性质，设计、、施工、工程程管理人员应应严格遵守和和执行。在学学习本课程时时，自觉查阅阅、熟悉有关关规范，以便便于工作中应应用。1.4建筑结构课程程的要求、特特点及学习方方法33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三.本课程的教学学环节1.课堂教学及讨讨论；2.教学试验；（（实验录像））3.单项能力训练练；（在课堂堂或课后）4.综合能力训练练（专题训练练、课程设计计）；5.工程经验积累累（自行安排排）。本章目录录作业思考题34◆容许应力设计计法◎钢筋混凝土结结构的受力性性能不是弹性性的；◎结构中一点达达到容许应力力，结构即认认为失效；◎没有考虑结构构功能的多样样性要求；◎安全系数是凭凭经验确定的的，缺乏科学学依据。35◆破损阶段设计计法整个截面达到到极限承载力力才认为失效效，考虑了材材料塑性和强强度的充分发发挥，极限荷荷载可以直接接由试验验证证，构件的总总安全度较为为明确。◎但安全系数K仍然凭经验确定，，◎没有考虑结构构功能的多样样性要求的问问题。36◆极限状态设计计法除要求对承载载力极限状态态进行设计外外，还包括的的挠度和裂缝缝宽度（适用用性）的极限限状态的设计计。对于承载力极极限状态，针针对荷载、材材料的不同变变异性，不再再采用单一的的安全系数，，而采用的多多系数表达，，◎材料强度fck和fsk是根据统计后后按一定保证证率取其下限限分位值，反反映的材料强强度的变异性性。◎荷载值qik也尽可能根据据各种荷载的的统计资料，，按一定保证证率取其上限限分位值。◎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

4142PPPP素混凝凝土梁梁承载力力小，，破坏坏突然然钢筋混混凝土土梁承载力力大，，变形形性能能好，，破坏坏有预预告配筋的的作用用：（1）提高高结构构的承承载力力；（2）调