建筑结构复习资料(已更新)

建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第一章结构设计功能一、建筑结构设计任务结构：支撑房屋的骨架结构基本构件：梁、柱、板和墙几种结构体系：砌体、混凝土、基础，框架、剪力墙体系结构设计任务：以经济合理的方法设计有适当的可靠性的满足结构功能要求的结构。结构概念设计：根据理论与实验研究结果和工程经验等形成的基本设计原则的设计思想进行建筑和结构的总体设计。二、建筑结构设计的基本原则建筑与结构的区别：建筑是确定使用的空间形式；结构是确定使用存在的可能结构的安全等级：安全等级破坏后的影响程度建筑物类型一级很严重重要建筑物二级严重一般建筑物三级不严重次要建筑物3.建筑结构的设计使用年限：类别设计使用年限示例15临时性建筑225易于替换结构构件的建筑，次要建筑350普通建筑及构成物4100纪念性建筑和特别重要的建筑三、结构的功能要求安全性：指建筑结构应能承受在正常设计、施工和使用过程中可能出现的各种作用（如荷载、外加变形、温度和收缩等）以及在偶然条件（如地震、爆炸等）发生时或发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性，不致发生倒塌。适用性：指建筑结构在正常使用过程中；结构构件应具有良好的工作性能，不会产生影响使用的变形、裂缝或振动等现象。耐久性：指建筑结构在正常使用、正常维护的条件下，结构构件具有足够的耐久性能，并能保持建筑的各项功能直至达到设计年限。耐久性取决于结构所处的环境及设计的使用年限。第二章结构荷载一、结构上的荷载及其分类作用：施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外力变形或约束等形成的原因。荷载：直接作用，是工程上常用的作用。通常表现为施加在结构上的集中力或分布力系三类荷载：永久荷载，可变荷载和偶然荷载。永久荷载：也称恒载，是在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变化值与平均值相比可忽略不计的荷载。可变荷载：也称活载，是在结构设计基准期内，其值随时间变化，或者变化值与平均值相比不可忽略不计的荷载。偶然荷载：在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现，其量值很大而且持续时间较短的荷载。作用效应：指各种作用在结构上引起的内力、变形和裂缝等。由荷载引起的作用效应称为荷载效应。用S表示。结构抗力：指结构或结构构件承受内力变形的能力。用R表示。二、 建筑结构设计准则概述极限状态：结构在即将不能满足某项功能要求时的特定状态。极限状态的分类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到并超过最大承载力，或者产生了不适于继续承载的过大变形，从而丧失了安全功能的一种特定形态。正常使用极限状态：指对应于结构或结构构件达到并超过了正常使用或耐久性能的某项规定的限制值，从而丧失了适用性和耐久性功能的一种特定状态。极限状态方程：Z=R-S=g(R,S)=0结构可靠性、可靠度、可靠指标：可靠性：结构完成其预定功能的概率大到一定程度，或不能完成其预定功能的概率小到某一公认的可以接受的程度。可靠度：结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的概率。可靠度是可靠性的概率度量。可靠指标：用卩表示，公式：卩=上事=R"SC 2-G2Z、RS卩可作为衡量结构的一个可靠性指标。三、 实用设计表达式1.承载能力极限状态设计表达式：丫S<R0丫：结构重要性系数，对安全等级是一级，二级，三级的结构构件，可分别取1.1、1.0、00.9S：荷载效应设计值，分别表示设计轴力N,设计弯矩M,设计剪力V,设计扭矩T等；R：结构构件设计抗力，R二R（f,f,a,...）csk对于基本组合，荷载效应设计值应从以下组合值中取最不利值确定。（1） 由可变荷载效应控制的组合：S二丫CG+YQ+工屮丫CQGGk Q11k ciQiQiiki=2G：永久荷载标准值kQ:第一个可变荷载的标准值，该可变荷载标准值的效应大于其他任意第i个可变荷载的1k标准值Q:第i个可变荷载的标准值ik丫，丫，丫：分别是永久荷载、第一可变荷载、其它可变荷载的分项系数GQ1QiC,C,C：分别是永久荷载、第一可变荷载、其它可变荷载的荷载效应系数GQ1Qi屮：可变荷载的组合系数（对于有多个可变荷载同时作用的情况，考虑到它们同时达到标ci准值的可能性较小的一种折减）n参与组合的可变荷载数量（2） 由永久荷载效应控制的组合：S=丫CG+工屮丫CQGGk ciQiQiiki=1正常使用极限状态设计表达式：S<CC：设计对变形、裂缝等规定的相应限值S：变形、裂缝等荷载效应组合的设计值变形、裂缝等荷载效应设计值S应符合以下规定：（1） 标准组合：S=CG+CQ+工屮CQGk Q11k ciQiiki=2（2）频遇组合：S=CG+屮CQ+工屮CQGk f1Q11k qiQiiki=2（3） 准永久组合：S=CG+工屮CQGk qciQiiki=1屮：可变荷载的频遇值系数f1屮：可变荷载的准永久值系数qi相关例题：书第13页，【例2—1】第三章混凝土构件设计一、钢筋材料力学性质1.钢筋分类（1）根据钢材的化学成分分类：分碳素钢和普通低合金钢两种。其中碳素钢根据含碳量的多少又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种。（2）根据钢筋的制作方法分类：分热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋三种。（3）根据钢筋在单调受力时应力—应变曲线屈服点的不同分类：分有物理屈服点的钢筋和无物理屈服点的钢筋两种。（4）预应力钢筋：分高强度钢筋、预应力钢丝和钢绞线三种。钢筋的力学性能从钢筋的强度和变形和钢筋的强度和变形指标两方面来说明。（1）钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形特性主要由单向拉伸测得的应力—应变曲线来衡量（图略）。a.有明显屈服点的钢筋对于软钢，有两个强度指标：屈服台阶的下限点所对应的应力，称为钢筋的屈服强度，用符号f表示。y钢筋所能达到的最大强度，即钢筋的极限强度，用符号f表示。u除强度指标外，钢筋还具备一定的塑性变形能力。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。b.无明显屈服点的钢筋对于硬钢，它的应力—应变曲线不同于软钢，没有明显的屈服台阶，塑性变形小，伸长率也小，但极限强度很高。通常用残余应变的为0.2%的应力作为假想屈服点，用b表示。0.2其值约为0.85倍抗拉强度值，即b二0.85f。0.2u（2）钢筋的强度和变形指标从标准值和设计值两方面来说明。钢筋强度的标准值：取钢筋概率分布的0.05分位值确定，即应具有不小于95%的保证率。热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定，用f表示；预应力钢丝、yk钢绞线和热处理钢筋的强度标准值是根据极限抗拉强度确定，用f表ptk示。钢筋强度的设计值：钢筋强度的标准值除以大于1的材料分项系数。注：各类钢筋强度标准值和设计值见书后附表2和附表3；计算钢筋变形时的弹性模量E按s附表4采用。二、混凝土材料力学性质混凝土强度指标：分立方体抗压强度f、轴心抗压强度f和轴心抗拉强度f三种。其中立方体抗压强度fcuctcu是衡量混凝土强度的最主要和最基本指标。混凝土的标准值与设计值混凝土强度的标准值：混凝土强度具有不小于95%的保证率。混凝土强度的设计值：标准值除以分项系数1.4，得到设计值。混凝土的变形分荷载作用下的受力变形和体积变形两种。混凝土的受力变形用受压时的应力—应变曲线和混凝土的徐变两方面来解释。混凝土的徐变：混凝土在荷载的长期作用下其变形随时间的不断增长的现象称为徐变。影响徐变的因素：1.初应力越大，徐变越大。2.加载时龄期龄期越长，徐变越小。水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大。增加混凝土骨料的含量，徐变越小。养护条件好，水泥水化作用充分，徐变越小。混凝土的体积变形可以从混凝土的收缩和混凝土的膨胀两方面来解释。混凝土的收缩：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。混凝土的膨胀：混凝土在水中结硬时体积会膨胀，这种现象称为混凝土的膨胀。影响收缩的因素：1.高强度混凝土收缩就大。2.在干燥失水及高温环境时收缩就大。水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。混凝土的弹性模量和变形模量弹性模量是反映弹性材料应力一应变关系的一个重要物理量，公式：E=-8由于混凝土的应力—应变关系图像是一条曲线，只有在应力很小时，才有一个材料常数用弹性模量E表示。而在应力较大时应力一应变之比是个变数，用变形模量E'表示。CC贝y：E'E。U是弹性特征系数，当混凝土受拉达到极限时，0.5。CC钢筋和混凝土共同工作的原因混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的黏合力。钢筋与混凝土两者有相近的线膨胀系数。当温度变化时，两者之间不会发生太大的相对变形而使黏合力遭到破坏。钢筋被混凝土包围着，从而使钢筋不会因大气的侵蚀而生锈变质。钢筋的端部应留有一定的锚固长度，有的还需要做弯钩，可保证可靠的锚固，防止钢筋受力后被拔出或产生较大的偏移。三、混凝土受弯构件正截面承载力的计算受弯构件正截面的三种破坏形态分为少筋破坏，适筋破坏和超筋破坏三种形态。A定义纵向受拉钢筋配筋率：P二万厂0A:梁的纵向受拉钢筋的截面积；b截面的宽度；h:截面的有效高度So适筋梁的受力和变形的全过程第I阶段：弹性工作阶段第II阶段：带裂缝工作阶段(3)第III阶段：破坏阶段其中，混凝土完全被压碎，截面发生破坏的受力状态是正截面承载力极限状态计算的依据基本假定(1)截面应变保持平面(2)不考虑混凝土的抗拉强度(3)混凝土受压的应力—应变关系，不考虑其下降段(4)钢筋的应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于相应的强度设计值受拉的钢筋的极限拉应变取0.01单筋矩形截面受弯构件的等效矩形应力图及基本计算公式和适用条件(A)等效矩形应力图：见书26页，图3-10(d)(B)基本计算公式：afbx二fA1cysM<M=afbx(h--)或M<M=fA(h--)u1c0 2 uys0 2其中，b：矩形截面的宽度；x：混凝土受压区高度；f：混凝土轴心抗压强度的设计值；cf：钢筋抗拉强度设计值；yA：受拉钢筋的截面面积；Sh：截面的有效高度。o注：截面的有效高度是指自受拉钢筋合力作用点至受压区边缘的距离，也即h0二h-a$。其中，h是截面高度，a是受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离。在一般情况下,S当梁的纵向受力钢筋按一排布置时，a=35mm,按两排布置时，a=60mm。对于板,SSa=20mm，图见书27页，图3-11(c)0S

C）基本公式的适用条件：公式（1）和公式（2）是在适筋条件下成立的。基本公式必须满足以下条件：1）为防止发生超筋破坏，混凝土受压区高度应满足：X<X，其中，X是界限破坏时的截bb面受压高度。界限破坏是指介于适筋破坏和超筋破坏之间的破坏形态。界限破坏形态的标志：在受拉钢筋达到屈服的同时受压区混凝土被压碎。X二一bh0，则公式XX二一bh0，则公式X<X又可写成EMb2）截面相对受压区高度E二；相对界限受压高度Ehb0Aaf3）适筋梁的最大配筋率：P >7■产=乙maxbhbf0y二aFbh二aFbh2^(1-0.5g)max1c0b b5）为防止少筋破坏’需满足截面配筋率不小于截面的最小配筋率’即pnpmin。同时不应小于0.02。6同时不应小于0.02。注：混凝土结构各种受力构件纵向受力的钢筋最小的配筋率见书后附表9，E的值见书29b页表3-2。（D）适筋梁的判别的充要条件：Mp<p；EE；M<M=aafbh2；a= <amax b umaxSmax1c0Safbh2Smax1c0双筋矩形截面受弯构件的等效矩形应力图及基本计算公式（A） 等效矩形应力图：见书32页，图3-15（B） 基本计算公式：（1） afbx+f'A'=fA1C ySyS（2）M<M=afbx（h一—）+f'A'（h一a'）u1c0 2yS0S其中，f'：钢筋的抗压强度设计值；yAS'：受压钢筋的截面面积a'：受压钢筋的合力点至受压区边缘的距离；Sb：矩形截面的宽度；X：混凝土受压区高度；f：混凝土轴心抗压强度的设计值；cf：钢筋抗拉强度设计值；y

AS：受拉钢筋的截面面积h：截面的有效高度。o(C)计算公式适用条件1) ； 2)x>2a'bS注：条件2)是为保证在截面达到承载力极限状态时受压钢筋能达到其抗压强度设计值，以与基本公式符合。单筋矩形截面复核和截面设计截面复核：即截面承载力计算，要求在已知截面的尺寸b、h和材料强度f、f的情况下，cy确定截面的受弯承载力的计算值，检验截面是否安全。若是超筋截面，只能用公式M二aFbh2^(1-0.5g)计算极限弯矩。max1c0b b截面设计：截面承受的弯矩值M由结构内力分析求得，截面尺寸和材料强度可由设计者确定，要求确定截面所需配置的纵向受拉钢筋的面积A。S截面设计相关公式当已知受压区高度时，有：2M、2)AS(1)x=h(1-'1- )2)AS0 \afbh2W 1c0当已知相对受压区高度时，有1)Mafbh21)Mafbh21c0a1fcbx(h0-I)afbh21c0g(1-0.5g)2)r1-2as，，sM(3)A-—Sfyhys0相关例题：书第29页，【例3—1】；书第30页，【例3—2】延性的定义与延性的重要因素组成结构的材料、组成结构的构件以及结构本身能维持承载力而具有较大塑性变形的能力，包括材料的延性，构件的延性以及结构的延性。四、混凝土受弯构件斜截面承载力计算1.概述受弯构件在弯矩和剪力的共同作用下，除了可能在弯矩值最大处截面发生正截面破坏外，也可能在剪力最大处截面发生斜截面破坏，或在弯矩和剪力都较大处发生斜截面破坏斜截面破坏的原因与斜截面上的应力状态有关。2.影响斜截面破坏形态的主要因素（1）剪跨比剪跨比九是指集中荷载支座截面的距离a与截面有效高度力0的比值，公式：九=-0h0对于均布荷载，受弯破坏形态分布形式：斜压破坏的充要条件：九w（-2,1）且w（—8,3）h剪压破坏的充要条件：九w[1,3]且w[3,9]h斜拉破坏的充要条件：九w（3,+8）且w（9,+8）h（2）配筋率和箍筋强度TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"A A'箍筋配置的多少用配箍率P来表示，公式：P二丁或P'=厂sv svb As其中，A:配置在同一截面内箍筋各支的全部截面面积，A-nAsv sv sv1n：在同一截面中箍筋的支数；A：单支箍筋的截面面积；sv1b：矩形截面梁的宽度；s：沿梁长度方向箍筋的间距；（3）混凝土的强度（4）纵筋配筋率斜截面破坏形态的分类分斜压破坏、斜拉破坏和剪压破坏三种。注：由于斜截面的各类破坏产生的变形均有限，故斜截面的各类破坏均属脆性破坏。斜截面抗剪强度计算公式（1）当仅配箍筋时：V<V+V二Vcsvcs当配有箍筋和弯起钢筋时：V<V+V+V二V+Vcsvsbcssb其中，V：斜截面上剪力的设计值；：混凝土所抵抗的剪力设计值；c：箍筋所抵抗的剪力设计值；sv：箍筋与混凝土共同抵抗剪力的设计值；cs：弯起钢筋所抵抗的剪力设计值。sb（2）仅配置箍筋时斜截面受剪承载力矩形截面梁在均布荷载的作用下或作用多种荷载但以均布荷载为主的情况下，采用以下A公式计算：V=0.7fbh+1.25f「svhcs 1 0 yvS0式中，ft：混凝土抗拉强度的设计值；f：箍筋抗拉强度的设计值；yvS：沿构件长度方向箍筋的间距。集中荷载作用下矩形截面独立梁，其截面承载力按以下公式计算：1.75 AV=fbh+ffhcs九+11 0yvS0九：计算截面的剪跨比。当九<1.5时，取九=1.5；当九>3时，取九=3。（3）同时配有箍筋与弯起钢筋抵抗的剪力，按以下公式计算：V=0.8fAsina。sb ysbs其中，f：弯起钢筋的抗拉强度的设计值；yA：同一弯起平面内弯起钢筋的截面面积；sba:斜截面上弯起钢筋的切线与构件纵向轴线的夹角，一般取a=45。；当梁高大于s800mm时，a=60°。斜截面抗剪强度计算公式的适用条件上述公式仅适用于剪压破坏情况，为防止斜压破坏和斜拉破坏，还应规定上、下限值。上限值：最小截面尺寸。（A）受弯构件的最小截面尺寸应满足以下要求：h（1） 丁<4时，有：V<0.250fbhb cc0h（2） 十>6时，有：V<0.20fbhb cc0h（3） 丁e（4,6）时，按线性内插法确定。b其中，V：构件斜截面上的最大剪力设计值；0:混凝土强度的影响系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取0=1.0，当混凝cc

土强度等级是C80时，取0=0.8,其间按照线性内插法取用;

cb矩形截面的宽度；h:截面的腹板高度，即矩形截面的有效高度h0w下限值:最小配箍率和箍筋最大间距。（B）当V>0.7fbh时，配箍率尚应满足最小配箍率的需求，即：p>p二0.24fyv二0.24fyv斜截面受剪承载力的计算位置支座边缘处截面。受拉区弯起钢筋弯起点处截面箍筋截面面积或间距改变处截面模板宽度改变处界面斜截面受剪承载力计算步骤（1） 确定计算截面和截面剪力设计值；（2） 验算截面尺寸是否足够；（3） 验算是否可以按构造配置箍筋；（4） 当不能仅按照构造配置箍筋时，按计算确定所需腹筋的数量（5） 绘制配筋图8.箍筋分类分开口式和封闭式两种；按支数分可分单肢、双肢和四肢箍三种相关例题：书第49页，【例3—7】五、混凝土轴心受压构件截面承载力计算受压构件分类分轴心受压、单向偏心受压和双向偏心受压三种轴心受压柱根据其构造的不同又可分为：普通箍筋柱、螺旋箍筋柱、钢管混凝土柱及钢骨混凝土柱四大类。3.纵筋的作用♦协助混凝土受压，以提高构件正截面受压承载力；受压钢筋最小配筋率：0.6%（单侧0.2%）提高构件的变形能力，改善受压破坏的脆性；试验表明素混凝土棱柱体构件达到最大应力值时的压应变值一般在0.0015~0.002之间而钢筋混凝土短柱达到应力峰值时的压应变一般在0.0025~0.0035之间。承担可能产生的偏心弯矩作用；♦减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。箍筋的作用1） 与纵筋形成钢筋骨架，防止纵筋受力后压屈和固定纵筋的位置；2） 减小受压纵筋的支承长度，增强钢筋骨架的稳定性；3）对于承受较大横向剪力的构件，箍筋可以协同混凝土抗剪，提高构件的抗剪强度；4）使核心混凝土处于三向受压状态，使其强度和延性有所提高，从而改善构件破坏时的脆性。混凝土的作用♦承受压力；♦形成足够的截面尺寸，保证构件不失稳。螺旋钢箍柱中箍筋的作用箍筋形状为螺旋形或焊接圆环形，又称为“间接钢筋”；“间接钢筋”间距小，配箍率大，因而能通过使核心混凝土三向受压而提高其抗压强度和变形能力，从而提高了柱子的承载能力。普通箍筋轴心受压构件的分类短柱：对矩形截面：$<8；对圆形截面：lo<7；对任意截面：<28bsi长柱其中：10为柱的计算长度；b为矩形截面短边尺寸；d为圆截面直径；i为圆截面的最小回转半径。柱的计算长度10与柱的实际长度l及其端部的支撑条件有关。短柱：由各种偶然因素造成初始偏心距和附加弯矩，但很小，可略去。在轴向压力的作用下，整个截面上的应力、应变基本上是均匀分布的。长柱：由各种偶然因素造成初始偏心距不可忽略，加载后将产生附加弯矩和相应的侧向挠度，使长柱最终在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏，因此，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱的破坏荷载。长细比越大，承载能力降低越多。轴心受压普通箍筋柱的长柱的破坏形态分材料破坏和失稳破坏两种形态材料破坏：对长细比较大的长柱，在轴力和弯矩共同作用下，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。短柱的破坏也属于材料破坏。材料破坏即构件破坏时，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度都能得到充分利用的破坏。失稳破坏：对长细比很大的细长柱，会发生失稳破坏。普通箍筋柱轴心受压正截面承载力计算公式公式：N<N二0.9申（fA+f'A'）ucys对于轴心受压短柱：Ni<Nsuu对于轴心受压长柱：Ns=fA+f'A'ucys相关例题：书第55页，【例3—8】

六、混凝土偏心受压构件截面承载力计算偏心受压破坏形态特征与分类分类：大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种。偏心距与增大系数偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件之间偏心距：受压物体偏离轴心的距离称为偏心距。（1）附加偏心距由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距^（accidentaleccentricity）,即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距e亍MIN与附加偏心距e之和，称为初始偏心距e.ai（initialeccentricity），公式：e=e+ei0a（2）偏心距增大系数n0.5fAh0.5fA公式：—1+ 0—1400ei构造要求从材料强度、截面形状和尺寸、纵向钢筋、配筋构造和箍筋五方面来说明。影响偏心受压构件正截面的破坏形态的因素偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关。分类：受拉破坏和受压破坏两种。形成受压破坏的条件：偏心距e0较大且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。产生受压破坏的条件有两种情况：（1） 当相对偏心距e0/h0较小（2） 或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时特点：受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。大小偏压的判别方法（1） 界限破坏♦受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到♦与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。♦界限破坏仍属于受拉破坏。（2） 截面应变分析及大小偏压的判别其中g二P4其中g二P4f1+—8Ebg>g时，为小偏压bcus矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算公式及适用条件a.当gg时，一受拉破坏（大偏心受压）bNuMu=NuMu=afbx+f'A'-fA1cysys=afbx（—-—）+fAG--a）+广A（歼-a'）1c22ys2sys2s适用条件x<x（或g<g或N<N）bbbx>2asb.当b.当£时，一受压破坏（小偏心受压）适用条件：x>x(或£>£或N>N)bbbN=afbx+ffAf-oAu1cysss+f'A'ys» „,(hx+f'A'ysM=afbx—-—+oAu 1cI2 2丿ss七、预应力混凝