建筑结构基本计算原理课件

1建筑结构2建筑结构基本计算原理

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31.1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。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41.1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。52）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。

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6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781）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1.1建筑结构的分类9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。102）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1.1建筑结构的分类11绪论一、建筑结构的概念及分类

优点：结构整体性好，刚度大、抗侧力性能好，同时抗震性能也较好。适宜于建造高层建筑，一般在10～40层范围内都可采用，在20～30层的房屋中应用较为泛。

缺点：剪力墙间距太小(3～8m)，平面布置往往受到限制而不够灵活。123）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1.1建筑结构的分类13绪论一、建筑结构的概念及分类

优点：既有框架结构布置灵活、使用方便的优点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层办公楼及宾馆建筑。144）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。1.1建筑结构的分类15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

适用于层数超过40～50层时的超高层建筑。161.2各种建筑结构特点及应用情况一.钢筋混凝土结构

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）171.2各种建筑结构特点及应用情况4.关于钢筋混凝土梁与素混凝土梁的比较试验：

（1）试验情况介绍：同条件下的对比试验；

请看素混凝梁实验（40秒)

请看钢筋混凝土梁实验(2分）3.配筋的基本原则：使钢筋在结构中处于受拉；使混凝土在结构中处于受压。

素混凝土梁

—

承载力低，一开裂即告破坏，破坏前无预兆（为脆性）；

钢筋混凝土梁—承载力高，混凝土开裂后，其承担的拉应力转移到钢筋。请看图片（2）试验结果小结：181.2各种建筑结构特点及应用情况⑴钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；⑵钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。5.钢筋与混凝土共同工作的条件：

钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他们可以结合在一起共同工作，是因为：191.2各种建筑结构特点及应用情况6.配筋的基本要求：（1）钢筋的布置（即在结构中的位置）和数量由计算确定；（2）在钢筋的端部应有锚固长度或弯钩（常称为构造要求）。207混凝土结构的优缺点：优点⑴材料利用合理：

钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。⑵可模性好：

混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。⑶耐久性和耐火性较好，维护费用低：

钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。1.2各种建筑结构特点及应用情况21⑷现浇混凝土结构的整体性好：通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。⑸刚度大、阻尼大：

有利于结构的变形控制。⑹易于就地取材：

混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。第一章总论1.2各种建筑结构特点及应用情况22缺点：⑴自重大：不适用于大跨、高层结构。第一章总论1.2各种建筑结构特点及应用情况⑵抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。⑶承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。⑷施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。⑸混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。238混凝土结构的发展与应用概况混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。

1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。第一章总论1.2各种建筑结构特点及应用情况24第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。1.2各种建筑结构特点及应用情况混凝土结构的发展在结构方面：目前，钢筋混凝土结构向大跨度、高层发展

在材料方面：向高强、轻质、耐久、抗震的方向发展。

251.2各种建筑结构特点及应用情况第二阶段：从上世纪20年代到第二次世界大战前后混凝土和钢筋强度的不断提高。1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度261.2各种建筑结构特点及应用情况第三阶段：二战以后到现在随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。27二.砌体结构

1.2各种建筑结构特点及应用情况1.砌体结构的组成：砌块＋砂浆

2.材料的基本力学特性：

砌体抗压强度较高，但抗拉强度很低；3.砌体结构的优缺点：优点：较易就地取材、具有很好的耐火性，以及较好的化学及大气稳定性、成本低较经济。缺点：自重大，强度低、砌筑工作繁重、砂浆和砌块的粘结力较弱、占用农田，影响环境。281.2各种建筑结构特点及应用情况（1）发展：

历史悠久：考古资料表明，我国在新石器时代末期（约6000－4500年前），已有地面木架建筑和木骨泥墙建筑。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、佛塔和少数砖砌重型穹拱佛殿以及石桥等。代表有万里长城、南京灵谷寺无梁殿后面走廊的砖砌穹窿、河北赵县的赵州桥。

4.砌体结构在我国的的发展与应用情况：291.2各种建筑结构特点及应用情况第三阶段：解放后到现在在原有基础上有了长足的进步。无论在桥梁、房屋，且在新结构、新技术方面也有了很大的发展，并建立了具有我国特色的结构设计计算理论。第二阶段：19世纪中叶到解放前砌体材料主要还是粘土砖，由于在封建及后来的半殖民地半封建制度下，砖石结构的实践和理论发展缓慢。（2）发展趋势：高强、空心、薄壁大板和配筋砌体等。30三.钢结构

1.2各种建筑结构特点及应用情况1.钢结构的特点：优点：（1）强度高、强重比大；塑性、韧性好；（2）材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；（3）工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；缺点：

钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。

311.2各种建筑结构特点及应用情况2.钢结构的应用：（1）重型结构及大跨度建筑结构；（2）多层、高层及超高层建筑结构；（3）轻钢结构；（4）塔桅等高耸结构；（5）钢－混凝土组合结构。我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距。

324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各种建筑结构特点及应用情况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33

作用——

使结构或构件产生效应（内力、变形、裂缝）的各种原因的总称。作用间接作用：直接作用：指施加在结构上的集中力或分布力系即荷载。指引起结构外加变形或约束变形的原因。如混凝土的收缩、温度变化、基础沉降差、地震等一、结构作用、抗力

结构抗力——结构承受作用效应的能力。1.3建筑结构的基本理论及设计方法34二、荷载分类及荷载代表值荷载定义：施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载——直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用荷载分类：——在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。——在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。——在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。永久荷载可变荷载偶然荷载35荷载代表值——结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。——荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。——在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。——作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。荷载标准值可变荷载组合值可变荷载准永久值可变荷载频遇值36二、恒荷载按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。三、楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活载见P11表2-1。屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。见《荷载规范》雪荷载——基本雪压。见《荷载规范》——雪荷载标准值——屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。风荷载——风荷载标准值——基本风压，见《荷载规范》——风压高度变化系数——风荷载体型系数，+为压力，-为吸力——高度z处风振系数37四、建筑结构设计方法（一）结构功能要求在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功能要求，即安全性，适用性，耐久性。安全性：满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态适用性：保证结构在日常使用中满足要求耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境适应度功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)S－作用效应。由作用引起的结构或构件的反应。R－结构抗力。结构或构件承受作用效应的能力。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，即失效；处于极限状态，此方程称极限状态方程38（四）、建筑物的重要度与基准期我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要度系数γ0： 一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；γ0=1.1

二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；γ0=1.0

三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。γ0=0.9结构的设计基准期

1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；

2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；

3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；

4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外；39（二）、建筑结构的极限状态结构的可靠性——在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。——安全性、适用性、耐久性结构的可靠度结构的可靠性极限状态——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。——结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。正常使用极限状态承载能力极限状态我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。40正常使用极限状态变形、裂缝宽度的验算。1)其危害程度低于承载力，故可靠度可适当降低，不考虑γ0，荷载取标准值。2)可变荷载作用长短对于变形、裂缝大小有明显影响。承载能力极限状态表达式（三）、极限状态设计表达式由永久荷载控制的效应组合由可变荷载控制的效应组合——永久荷载和可变荷载分项系数。41标准组合－一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况。频遇组合－一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动。准永久组合－用于当长期效应是决定性因素的情况。421.4建筑结构课程的要求、注意的问题一.要求1.掌握结构材料的力学性能；2.掌握结构设计的基本原则；3.熟悉结构设计规范和其它相应规范；4.熟练基本的设计计算、查阅有关表格和构造要求；5.学会识读结构施工图，正确理解设计意图。

1.4建筑结构课程的要求、特点及学习方法431.4建筑结构课程的要求、特点及学习方法1.应通过实习、参观等各种渠道，了解建筑物各构件的受力特点、结构布置、结构构造，从而来积累感性认识。二.学习中应注意的问题2.完成一定量的习题有助于理解和掌握本课程的内容和基本概念；按要求完成单项能力训练和综合能力训练，在掌握知识的前提下培养职业能力。44第一章绪论1.4建筑结构课程的要求、特点及学习方法3.建筑结构材料的力学性能、结构构件的内力计算与建筑材料、建筑力学课程密切相关，建筑结构课程是建筑施工、建筑施工项目管理、地基与基础等课程的基础课程。因此学好本课程，有助于理解和学好其他课程。4.建筑结构构件的计算方法，大部分是建立在实验的基础上，特别是混凝土和砌体构件，由于所用材料的物理力学性能的复杂性，对实验的依赖性很强。学习中要特别注意计算公式的适用范围和限制条件。45第一章绪论1.4建筑结构课程的要求、特点及学习方法5.本课程中涉及众多的构造措施与结构计算，它们在课程中有着同等重要的地位。各种构造措施是长期科学实验和工程实践经验的总结，是对结构计算中未考虑到的因素所采取的技术措施。工程事故常常是由于不重视构造措施或构造措施不当而发生的。因此在学习中要充分重视构造措施和构造处理，并注意弄清其中的道理。46第一章绪论6.建筑结构设计规范、规程是多年来建筑科学研究成果和工程实践经验的总结，是国家颁布的技术规定和标准，已具有某些法律性质，设计、施工、工程管理人员应严格遵守和执行。在学习本课程时，自觉查阅、熟悉有关规范，以便于工作中应用。1.4建筑结构课程的要求、特点及学习方法47第一章绪论1.4建筑结构课程的要求、特点及学习方法三.本课程的教学环节1.课堂教学及讨论；2.教学试验；（实验录像）3.单项能力训练；（在课堂或课后）4.综合能力训练（专题训练、课程设计）；5.工程经验积累（自行安排）。本章目录作业思考题