建筑结构基本计算原理之绪论

建筑结构基本计算原理之绪论第一章绪论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11.1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。2）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1）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2）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3）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4）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1.2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）第一章总总论1.2各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）试验验情况介绍绍：同条件件下的对比比试验；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—承载力力低，一开开裂即告破破坏，破坏坏前无预兆兆（为脆性性）；钢筋混凝土土梁—承载力高高，混凝土土开裂后，，其承担的的拉应力转转移到钢筋筋。请看图片（2）试验验结果小结结：第一章总总论1.2各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：第一章总总论1.2各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）钢筋筋的布置（（即在结构构中的位置置）和数量量由计算确定；（2）在钢钢筋的端部部应有锚固固长度或弯弯钩（常称称为构造要求）。7混凝土土结构的优优缺点：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厚混凝土土保护层层可耐火2小时，使钢筋筋不致因因升温过过快而丧丧失强度度。第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况⑷现浇浇混凝土土结构的的整体性性好：通过合适适的配筋筋，可获获得较好好的延性性，适用用于抗震震、抗爆爆结构；；同时防防振性和和防辐射射性能较较好，适适用于防防护结构构。⑸刚度度大、阻阻尼大：：有利于结结构的变变形控制制。⑹易于于就地取取材：混凝土所所用的大大量砂、、石，易易于就地地取材，，近年来来，已有有利用工工业废料料来制造造人工骨骨料，或或作为水水泥的外外加成分分，改善善混凝土土的性能能。第一章总总论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况缺点：⑴自重重大：不适用于于大跨、、高层结结构。第一章总总论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况⑵抗裂裂性差：：普通RC结构，，在正常常使用阶阶段往往往带裂缝缝工作，，环境较较差(露露天、沿沿海、化化学侵蚀蚀)时会会影响耐耐久性；；也限制制了普通通RC用用于大跨跨结构，，高强钢钢筋无法法应用。。⑶承载力有有限：在重载结结构和高高层建筑筑底部结结构，构构件尺寸寸太大，，减小使使用空间间。⑷施工工复杂，，工序多多（支模、、绑钢筋筋、浇筑筑、养护护），工期长，，施工受受季节、、天气的的影响较较大。⑸混凝土结结构一旦旦破坏，，其修复复、加固固、补强强比较困困难。8混凝土结结构的发发展与应应用概况况混凝土结结构的开开始应用用于土木木工程距距今仅150多多年。1824年英国人人阿斯普普丁(J.Aspdin)发明硅酸酸盐水泥泥。1849年法国人人朗波(L.Lambot)制造了第第一只钢钢筋混凝凝土小船船。1872年在纽约约建造第第一所钢钢筋混凝凝土房屋屋。与砖石结结构、钢钢木结构构相比，，混凝土土结构的的历史并并不长，，但发展展非常迅迅速，是是目前土土木工程程结构中中应用最最为广泛泛结构，，而且高性能混混凝土和新型混凝凝土结构构形式还在在不断发发展。第一章总总论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况第一阶段段：从钢筋混混凝土的的发明至至上世纪纪初钢筋和混混凝土的的强度都都比较低低。主要用于于建造中中小型楼楼板、梁梁、柱、、拱和基基础等构构件。第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况混凝土结结构的发发展在结构方方面：目前，，钢筋混混凝土结结构向大大跨度、、高层发发展在材料方方面：向高强强、轻质质、耐久久、抗震震的方向向发展。。第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况第二阶段段：从上世纪纪20年年代到第第二次世世界大战战前后混凝土和和钢筋强强度的不不断提高高。1928年法国国杰出的的土木工工程师E.Freyssnet发明明了预应应力混凝凝土，使使得混凝凝土结构构可以用用来建造造大跨度度第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况第三阶段段：二战以后后到现在在随着建设设速度加加快，对对材料性性能和施施工技术术提出更更高要求求，出现现装配式式钢筋混混凝土结结构、泵泵送商品品混凝土土等工业业化生产产技术。。高强混凝凝土和高高强钢筋筋的发展展、计算算机的采采用和先先进施工工机械设设备的发发明，建建造了一一大批超超高层建建筑、大大跨度桥桥梁、特特长跨海海隧道、、高耸结结构等大大型工程程，成为为现代土土木工程程的标志志。二.砌体结构构第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况1.砌体结构构的组成成：砌块＋砂砂浆2.材料的基基本力学学特性：：砌体抗压压强度较较高，但但抗拉强强度很低低；3.砌体体结构的的优缺点点：优点：较易就地地取材、、具有很很好的耐耐火性，，以及较较好的化化学及大大气稳定定性、成成本低较较经济。。缺点：自重大，，强度低低、砌筑筑工作繁繁重、砂砂浆和砌砌块的粘粘结力较较弱弱、占用用农田，，影响环环境。第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况（1）发发展：历史悠久久：考古古资料表表明，我我国在新新石器时时代末期期（约6000－4500年年前），，已有地地面木架架建筑和和木骨泥泥墙建筑筑。分为三个个阶段：：第一阶段段：在清朝末末年，19世纪纪中叶以以前主要以城城墙、佛佛塔和少少数砖砌砌重型穹穹拱佛殿殿以及石石桥等。。代表有万里长城城、南京灵灵谷寺无无梁殿后后面走廊廊的砖砌砌穹窿、、河北赵县县的赵州桥。4.砌体结构构在我国国的的发发展与应应用情况况：第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况第三阶段段：解放后到到现在在原有基基础上有有了长足足的进步步。无论论在桥梁梁、房屋屋，且在在新结构、、新技术术方面也也有了很很大的发发展，并并建立了了具有我我国特色的结结构设计计计算理理论。第二阶段段：19世纪纪中叶到到解放前前砌体材料料主要还还是粘土土砖，由由于在封封建及后后来的半半殖民地地半封建制制度下，，砖石结结构的实实践和理理论发展展缓慢。。（2）发发展趋势势：高强、空空心、薄薄壁大板板和配筋筋砌体等等。三.钢结构第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况1.钢结构的的特点：优点：（1）强度高高、强重重比大；；塑性、、韧性好好；（2）材质均均匀，符符合力学学假定，，安全可可靠度高高；（3）工厂化化生产，，工业化化程度高高，施工工速度快快；缺点：钢结构耐耐热不耐耐火；易易锈蚀，，耐腐性性差。第一章总总论论1.2各各种建建筑结构构特点及及应用情情况2.钢结构的的应用：（1）重重型结构构及大跨跨度建筑筑结构；；（2）多多层、高高层及超超高层建建筑结构构；（3）轻轻钢结构构；（4）塔塔桅等高高耸结构构；（5）钢钢－混凝凝土组合合结构。。我国是最最早应用用钢结构构的国家家，但是是历史的的原因致致使现代代建筑钢钢结构的的应用及及发展与与发达国国家相比比，已有有相当大大的差距距。4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录第一章总总论论工厂制造：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各各种建建筑结构构特点及及应用情情况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1.3建筑结构构基本理理论及设设计方法的发发展一.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建筑筑结构基本理理论及设计方方法的发展二.我国现行结构构设计规范（（部分）《建筑结构可可靠度设计统统一标准》GB50068-2001《建筑结构荷荷载规范》GB5009-2001《混凝土结构构设计规范》》GB50010-2002《砌体结构设设计规范》GB50003-2001《钢结构设计计规范》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建筑筑结构基本理理论及设计方方法的发展本章目录录1.4建筑结构课程程的要求、注注意的问题一.要求1.掌握结构构材料的力学学性能；2.掌握结构构设计的基本本原则；3.熟悉结构构设计规范和和其它相应规规范；4.熟练基本本的设计计算算、查阅有关关表格和构造造要求；5.学会识读读结构施工图图，正确理解解设计意图。第一章总总论1.4建筑筑结构课程的的要求、特点点及学习方法法1.4建筑筑结构课程的的要求、特点点及学习方法法第一章总总论1.应通过实实习、参观等等各种渠道，，了解建筑物物各构件的受受力特点、结结构布置、结结构构造，从从而来积累感感性认识。二.学习中中应注意的问问题2.完成一定定量的习题有有助于理解和和掌握本课程程的内容和基基本概念；按按要求完成单单项能力训练练和综合能力力训练，在掌掌握知识的前前提下培养职职业能力。第一章绪绪论1.4建筑筑结构课程的的要求、特点点及学习方法法3.建筑结构构材料的力学学性能、结构构构件的内力力计算与建筑筑材料、建筑筑力学课程密密切相关，建建筑结构课程程是建筑施工工、建筑施工工项目管理、、地基与基础础等课程的基基础课程。因因此学好本课课程，有助于于理解和学好好其他课程。。4.建筑结构构构件的计算算方法，大部部分是建立在在实验的基础础上，特别是是混凝土和砌砌体构件，由由于所用材料料的物理力学学性能的复杂杂性，对实验验的依赖性很很强。学习中中要特别注意意计算公式的的适用范围和和限制条件。。第一章绪绪论1.4建筑筑结构课程的的要求、特点点及学习方法法5.本课程中中涉及众多的的构造措施与与结构计算，，它们在课程程中有着同等等重要的地位位。各种构造造措施是长期期科学实验和和工程实践经经验的总结，，是对结构计计算中未考虑虑到的因素所所采取的技术术措施。工程程事故常常是是由于不重视视构造措施或或构造措施不不当而发生的的。因此在学学习中要充分分重视构造措措施和构造处处理，并注意意弄清其中的的道理。第一章绪绪论6.建筑结构构设计规范、、规程是多年年来建筑科学学研究成果和和工程实践经经验的总结，，是国家颁布布的技术规定定和标准，已已具有某些法法律性质，设设计、施工、、工程管理人人员应严格遵遵守和执行。。在学习本课课程时，自觉觉查阅、熟悉悉有关规范，，以便于工作作中应用。1.4建筑筑结构课程的的要求、特点点及学习方法法第一章绪绪论1.4建筑筑结构课程的的要求、特点点及学习方法法三.本课程的教学学环节1.课堂教学学及讨论；2.教学试验验；（实验录录像）3.单项能力力训练；（在在课堂或课后后）4.综合能力力训练（专题题训练、课程程设计）；5.工程经验验积累（自行行安排）。本章目录录作业思考题◆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。◆破损阶段设计法法整个截面达到极极限承载力才认认为失效，考虑虑了材料塑性和和强度的充分发发挥，极限荷载载可以直接由试试验验证，构件件的总安全度较较为明确。◎但安全系数K仍然凭经验确定，◎没有考虑结构功功能的多样性要要求的问题。◆极限状态设计法法除要求对承载力力极限状态进行行设计外，还包包括的挠度和裂裂缝宽度（适用用性）的极限状状态的设计。对于承载力极限限状态，针对荷荷载、材料的不不同变异性，不不再采用单一的的安全系数，而而采用的多系数数表达，◎材料强度fck和fsk是根据统计后按按一定保证率取取其下限分位值值，反映的材料料强度的变异性性。◎荷载值qik也尽可能根据各各种荷载的统计计资料，按一定定保证率取其上上限分位值。◎荷载系数kqi，材料强度系数kc和ks仍按经验确定，，但对于不同荷荷载的变异大小小，可取不同的的荷载系数。◆以概率理论为基基础的极限状态态设计法由于实际结构中中的不确定性，，因此无论如何何设计结构，都都会有失效的可可能性存在，只只是可能性大小小不同而已。为了科学定量的的表示结构可靠靠性的大小，采采用概率方法是是比较合理的。。失效概率越小，，表示结构可靠靠性越大。因此此，可以用失效效概率来定量表表示结构可靠性性的大小。结构可靠性的概概率度量称为结构可靠度。当失效概率Pf小于某个值时，，人们因结构失失效的可能性很很小而不再担心心，即可认为结结构设计是可靠靠的。该失效概概率限值称为容许失效