建筑结构讲解

建筑结构长沙理工大学土木工程学院建筑工程系主讲人：陈伟1第一篇建筑结构基本计算原理(1-2章）

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1.4建筑结构课程的要求、注意的问题21.1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5钢－混凝土组合梁板结构，梁下部用钢梁，上部用混凝土（一般采用压型钢板－混凝土组合板）。钢梁和混凝土板之间用剪力连接件连接。主要用于高层楼盖、吊车梁和桥梁结构。优点：钢－混凝土组合梁截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分利用材料。混凝土板参与组合梁工作，提高钢梁的竖向和侧向刚度。缺点：钢材易腐蚀，耐火性差。钢－混凝土组合梁板结构671）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8绪论一、建筑结构的概念及分类

优点：建筑室内空间布置灵活，平面和立面变化丰富。

缺点：在水平荷载作用下，结构的侧向刚度较小，水平位移较大，故称其为柔性结构体系。框架结构抗震性能较差，适用于非抗震设计、层数较少、建造高度不超过60m的建筑中。92）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10绪论一、建筑结构构的概念及分分类优点：结构整体性好好，刚度大、、抗侧力性能能好，同时抗抗震性能也较较好。适宜于于建造高层建建筑，一般在在10～40层范围内都可可采用，在20～30层的房屋中应应用较为泛。。缺点：剪力墙间距太太小(3～8m)，平面布置往往往受到限制而而不够灵活。。113）框架—剪力墙结构※框架结构的基基础上，沿框框架纵、横方方向的某些位位置，在柱与柱柱之间设置数数道钢筋混凝凝土墙体作为为剪力墙。※因此它是框架架和剪力墙的的有机结合，，综合了二者者的优点：一个个布置灵活，，一个抗侧力力高。请看框架－剪剪力墙结构组组成第一章总总论1.1建筑结构的分分类12绪论一、建筑结构构的概念及分分类优点：既有框架结构构布置灵活、、使用方便的的优点，又有有较大的刚度度和较强的抗抗震能力，因因而广泛地应应用于高层办办公楼及宾馆建筑筑。134）筒体结构※用钢筋混凝土土墙组成一个个筒体作为房房屋的承重结结构※筒体可以由密柱深梁组成一个筒体体，也可以用用多个筒体组成筒中中筒、束筒，，还可以将框框架和筒体联联合起来组成框筒筒结构。※筒体结构在各各个方向的抗抗侧刚度都很很大，是目前前高层建筑中较多多采用的结构构形式。框筒筒是上个世纪纪60年代由美国工工程师法卢齐齐－坎恩第一一次提出来的的。请看筒体结构构组成其它结构还有有壳体结构、网架结构、悬索结构等等，它们大大多用于大跨跨度结构中。第一章总总论1.1建筑结构的分分类14绪论一、建筑结构的概念及分类(a)框架—筒体结构(b)筒中筒结构(c)多重筒结构(d)成束筒结构适用于层数超超过40～50层时的超高层层建筑。151.2各种建筑结构构特点及应用用情况一.钢筋混凝土结结构第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况1.钢筋混凝土的的组成：钢筋+混凝土(混凝土:现代主要的人人造工程结构构材料)2.两种材料的基基本力学特性性：钢筋——抗拉与抗压强强度较高，破坏时表现出出较好的延性；混凝土——抗压强度高，，抗拉强度远低低于其抗压强强度（之比约为10%，破坏时具有明明显的脆性性质）16第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况4.关于钢筋混凝凝土梁与素混混凝土梁的比比较试验：（1）试验情况介介绍：同条件件下的对比试试验；请看素混凝梁梁实验（40秒)请看钢筋混凝凝土梁实验(2分）3.配筋的基本原原则：使钢筋在结构构中处于受拉拉；使混凝土土在结构中处处于受压。素混凝土梁—承载力低，一一开裂即告破破坏，破坏前前无预兆（为为脆性）；钢筋混凝土梁梁—承载力高，混混凝土开裂后后，其承担的的拉应力转移移到钢筋。请看图片（2）试验结果小小结：17第一章总总论1.2各种建筑结构构特点及应用用情况⑴钢筋和混凝土土之间存在有有良好的粘结结力，在荷载作用下，可可以保证两种种材料协调变变形，共同受受力；⑵钢筋与混凝土土具有基本相相同的温度线线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变变化时，两种种材料不会产产生过大的变变形差而导致两者者间的粘结力力破坏。5.钢筋与混凝土土共同工作的的条件：钢筋（材）和和混凝土两种种材料的物理理力学性能很很不相同，他他们可以结合合在一起共同同工作，是因因为：18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）。197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。第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况20⑷现浇混混凝土结构构的整体性性好：通过合适的的配筋，可可获得较好好的延性，，适用于抗抗震、抗爆爆结构；同同时防振性性和防辐射射性能较好好，适用于于防护结构构。⑸刚度大大、阻尼大大：有利于结构构的变形控控制。⑹易于就就地取材：：混凝土所用用的大量砂砂、石，易易于就地取取材，近年年来，已有有利用工业业废料来制制造人工骨骨料，或作作为水泥的的外加成分分，改善混混凝土的性性能。第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况21缺点：⑴自重大大：不适用于大大跨、高层层结构。第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况⑵抗裂性性差：普通RC结构，在正正常使用阶阶段往往带带裂缝工作作，环境较较差(露天、沿海海、化学侵侵蚀)时会影响耐耐久性；也也限制了普普通RC用于大跨结结构，高强强钢筋无法法应用。⑶承载力有限限：在重载结构构和高层建建筑底部结结构，构件件尺寸太大大，减小使使用空间。。⑷施工复复杂，工序序多（支模、绑绑钢筋、浇浇筑、养护护），工期长，施施工受季节节、天气的的影响较大大。⑸混凝土结构构一旦破坏坏，其修复复、加固、、补强比较较困难。228混凝土结构构的发展与与应用概况况混凝土结构构的开始应应用于土木木工程距今今仅150多年。1824年英国人阿阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐盐水泥。1849年法国人朗朗波(L.Lambot)制造了第一一只钢筋混混凝土小船船。1872年在纽约建建造第一所所钢筋混凝凝土房屋。。与砖石结构构、钢木结结构相比，，混凝土结结构的历史史并不长，，但发展非非常迅速，，是目前土土木工程结结构中应用用最为广泛泛结构，而而且高性能混凝凝土和新型混凝土土结构形式还在不不断发展。第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况23第一阶段：：从钢筋混凝凝土的发明明至上世纪纪初钢筋和混凝凝土的强度度都比较低低。主要用于建建造中小型型楼板、梁梁、柱、拱拱和基础等等构件。第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况混凝土结构构的发展在结构方面面：目前，钢钢筋混凝土土结构向大大跨度、高高层发展在材料方面面：向高强、、轻质、耐耐久、抗震震的方向发发展。24第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况第二阶段：：从上世纪20年代到第二二次世界大大战前后混凝土和钢钢筋强度的的不断提高高。1928年法国杰出出的土木工工程师E.Freyssnet发明了预应应力混凝土土，使得混混凝土结构构可以用来来建造大跨跨度25第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况第三阶段：：二战以后到到现在随着建设速速度加快，，对材料性性能和施工工技术提出出更高要求求，出现装装配式钢筋筋混凝土结结构、泵送送商品混凝凝土等工业业化生产技技术。高强混凝土土和高强钢钢筋的发展展、计算机机的采用和和先进施工工机械设备备的发明，，建造了一一大批超高高层建筑、、大跨度桥桥梁、特长长跨海隧道道、高耸结结构等大型型工程，成成为现代土土木工程的的标志。26二.砌体结构第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况1.砌体结构的的组成：砌块＋砂浆浆2.材料的基本本力学特性性：砌体抗压强强度较高，，但抗拉强强度很低；；3.砌体结构的的优缺点：优点：较易就地取取材、具有有很好的耐耐火性，以以及较好的的化学及大大气稳定性性、成本低低较经济。。缺点：自重大，强强度低、砌砌筑工作繁繁重、砂浆浆和砌块的的粘结力较较弱、、占用农田田，影响环环境。27第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况（1）发展：历史悠久：：考古资料料表明，我我国在新石石器时代末末期（约6000－4500年前），已已有地面木木架建筑和和木骨泥墙墙建筑。分为三个阶阶段：第一阶段：：在清朝末年年，19世纪中叶以以前主要以城墙墙、佛塔和和少数砖砌砌重型穹拱拱佛殿以及及石桥等。。代表有万里长城、南京灵谷谷寺无梁殿殿后面走廊廊的砖砌穹穹窿、河北赵县的的赵州桥。4.砌体结构在在我国的的的发展与应应用情况：28第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况第三阶段：：解放后到现现在在原有基础础上有了长长足的进步步。无论在在桥梁、房房屋，且在在新结构、新新技术方面面也有了很很大的发展展，并建立立了具有我我国特色的结构构设计计算算理论。第二阶段：：19世纪中叶到到解放前砌体材料主主要还是粘粘土砖，由由于在封建建及后来的的半殖民地地半封建制度度下，砖石石结构的实实践和理论论发展缓慢慢。（2）发展趋势势：高强、空心心、薄壁大大板和配筋筋砌体等。29三.钢结构第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况1.钢结构的特特点：优点：（1）强度高、、强重比大大；塑性、、韧性好；；（2）材质均匀匀，符合力力学假定，，安全可靠靠度高；（3）工厂化生生产，工业业化程度高高，施工速速度快；缺点：钢结构耐热热不耐火；；易锈蚀，，耐腐性差差。30第一章总总论1.2各种建筑结结构特点及及应用情况况2.钢结构的应应用：（1）重型结构构及大跨度度建筑结构构；（2）多层、高高层及超高高层建筑结结构；（3）轻钢结构构；（4）塔桅等高高耸结构；；（5）钢－混凝凝土组合结结构。我国是最早早应用钢结结构的国家家，但是历历史的原因因致使现代代建筑钢结结构的应用用及发展与与发达国家家相比，已已有相当大大的差距。314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目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各种建筑结结构特点及及应用情况况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32作用——使结构或构构件产生效效应（内力力、变形、、裂缝）的的各种原因因的总称。。作用间接作用：：直接作用：：指施加在结结构上的集集中力或分分布力系即即荷载。指引起结构构外加变形形或约束变变形的原因因。如混凝土的的收缩、温温度变化、、基础沉降降差、地震震等一、结构作作用、抗力力结构抗力——结构承受作作用效应的的能力。1.3建筑结构的的基本理论论及设计方方法33二、荷载分分类及荷载载代表值荷载定义：：施加在结构构上的集中中力或分布布力，称为为荷载——直接作用引起结构外加变变形或约束变形形的原因——间接作用荷载分类：——在结构使用期间间，其值不随时时间变化，或其其变化与平均值值相比可以忽略略不计的荷载。。也称恒荷载或或恒载。比如结结构自重或土压压力等。——在结构使用期间间，其值随时间间变化，或其变变化与平均值相相比不可以忽略略不计的荷载。。也称活荷载或或活载。比如楼楼面活载、屋面面活载、雪荷载载、风荷载、吊吊车荷载等。——在结构使用期间间不一定出现，，而一旦出现,其量值很大而持持续时间较短的的荷载。比如爆爆炸力、撞击力力等。永久荷载可变荷载偶然荷载34荷载代表值——结构计算时，需需根据不同的设设计要求采用不不同的荷载数值。——荷载基本代表值值。指在结构使使用期间，在正正常情况下出现现具有一定保证证率的最大荷载载。——当结构同时承受受两种或两种以以上可变荷载时时，除主导荷载载（产生荷载效效应最大的荷载载）取标准值，，其他伴随荷载载取小于其标准准值的组合值为为代表值。——在设计基准期内内经常作用在结结构上的可变荷荷载。——作用于结构上时时而出现，持续续时间较短的较较大可变荷载。。荷载标准值可变荷载组合值值可变荷载准永久久值可变荷载频遇值值35二、恒荷载按构件或材料单单位体积（或单单位面积）自重重平均值确定。。三、楼面及屋面面活荷载民用建筑楼面活活载见P11表2-1。屋面均布活载分分“上人”和““不上人”两类类。见《荷载规范》雪荷载——基本雪压。见《荷载规范》——雪荷载标准值——屋面积雪分布系系数，即基本雪雪压换算为屋面面水平投影面上上的雪荷载的换换算系数。风荷载——风荷载标准值——基本风压，见《荷载规范》——风压高度变化系系数——风荷载体型系数数，+为压力，-为吸力——高度z处风振系数36四、建筑结构设设计方法（一）结构功功能要求在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功能要要求，即安全性，适用性，耐久性性。安全性：满足特定的与与建筑物功能相相适应的承载力力极限状态适用性：保证结构在日日常使用中满足足要求耐久性：保证结构的承承载力的持续时时间与环境适应应度功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)S－作用效应。由由作用引起的结结构或构件的反反应。R－结构抗力。结结构或构件承受受作用效应的能能力。结果分析Z=R-S>0：Z=R-S<0：Z=R-S=0：处于可靠状态；；处于不可靠状态态，即失效；处于极限状态，，此方程称极限限状态方程37（四）、建建筑物的重要度度与基准期我国将建筑物的的重要程度分为为三级，不同级级别在计算中取取不同的重要度度系数γ0：一级，破坏后果果极其严重，属属于重要的建筑筑物；γ0=1.1二级，破坏后果果比较严重，属属于一般的建筑筑物；γ0=1.0三级，破坏后果果相对不严重，，属于比较次要要的建筑物。γ0=0.9结构的设计基准准期1.结构保证其设计计可靠度指标的的时间期限成为为设计基准期，，即在基准期内内，结构构的可靠度指标标完全满足设计计要求；2.设计基准期是测测算最大荷载重重现期的基本期期限；3.在超过设计基准准期后，并非意意味着结构的失失效，而是其可可靠度有所降低低，因此基准期期不能等同于建建筑物的使用寿寿命；4.我国对于多数建建筑物的设计基基准期均为50年，特殊建筑物物可以除外；38（二）、建筑结结构的极限状态态结构的可靠性——在规定的时间内内（设计使用年年限），在规定定的条件下（正正常设计、正常常施工和正常使使用），完成预预定功能的概率率，称为结构的的可靠度。——安全性、适用性性、耐久性结构的可靠度结构的可靠性极限状态——结构或构件达到到正常使用或耐耐久性能的某项项规定限值。如如过大变形、开开裂、振动等。。——结构或构件达到到最大承载力或或产生不适于继继续承载的变形形。如倾覆、疲疲劳破坏、压屈屈等。正常使用极限状状态承载能力极限状状态我国结构设计是是以概率理论为为基础的极限状状态设计法。——整个结构或结构构的一部分超过过某一特定状态态，或不能满足足设计规定的某某一功能要求的的特定状态。39正常使用极限状状态变形、裂缝宽度度的验算。1)其危害程度低于于承载力，故可可靠度可适当降降低，不考虑γ0，荷载取标准值值。2)可变荷载作用长长短对于变形、、裂缝大小有明明显影响。承载能力极限状状态表达式（三）、极限状状态设计表达式式由永久荷载控制制的效应组合由可变荷载控制制的效应组合——永久荷载和可变变荷载分项系数数。40标准组合－一个个极限状态被超超越时将产生严严重的永久性损害的情况。频遇组合－一个个极限状态被超超越时将产生局局部损害、较大大变形或短暂振动。准永久组合－用用于当长期效应应是决定性因素素的情况。411.4建筑结构课程的的要求、注意的的问题一.要求1.掌握结构材料的的力学性能；2.掌握结构设计的的基本原则；3.熟悉结构设计规规范和其它相应应规范；4.熟练基本的设计计计算、查阅有有关表格和构造造要求；5.学会识读结构施施工图，正确理理解设计意图。第一章总论论1.4建筑结构课程的的要求、特点及及学习方法421.4建筑结构课程的的要求、特点及及学习方法第一章总论论1.应通过实习、参参观等各种渠道道，了解建筑物物各构件的受力力特点、结构布布置、结构构造造，从而来积累累感性认识。二.学习中应注意的的问题2.完成一定量的习习题有助于理解解和掌握本课程程的内容和基本本概念；按要求求完成单项能力力训练和综合能能力训练，在掌掌握知识的前提提下培养职业能能力。43第一章绪论论1.4建筑结构课程的的要求、特点及及学习方法3.建筑结构材料的的力学性能、结结构构件的内力力计算与建筑材材料、建筑力学学课程密切相关关，建筑结构课课程是建筑施工工、建筑施工项项目管理、地基基与基础等课程程的基础课程。。因此学好本课课程，有助于理理解和学好其他他课程。4.建筑结构构件的的计算方法，大大部分是建立在在实验的基础上上，特别是混凝凝土和砌体构件件，由于所用材材料的物理力学学性能的复杂性性，对实验的依依赖性很强。学学习中要特别注注意计算公式的的适用范围和限限制条件。44第一章绪论论1.4建筑结构课程的的要求、特点及及学习方法5.本课程中涉及众众多的构造措施施与结构计算，，它们在课程中中有着同等重要要的地位。各种种构造措施是长长期科学实验和和工程实践经验验的总结，是对对结构计算中未未考虑到的因素素所采取的技术术措施。工程事事故常常是由于于不重视构造措措施或构造措施施不当而发生的的。因此在学习习中要充分重视视构造措施和构构造处理，并注注意弄清其中的的道理。45第一章绪论论6.建筑结构设计规规范、规程是多多年来建筑科学学研究成果和工工程实践经验的的总结，是国家家颁布的技术规规定和标准，已已具有某些法律律性质，设计、、施工、工程管管理人员应严格格遵守和执行。。在学习本课程程时，自觉查阅阅、熟悉有关规规范，以便于工工作中应用。1.4建筑结构课程的的要求、特