建筑结构-第一章至第三章-课件

课程简介建筑结构概论1各种建筑结构2建筑抗震设计基本知识31课程目的使学生在建筑设计中能具备结构总体知识,掌握混凝土结构、砌体结构、钢结构和大跨度建筑结构的基本概念、基本理论和构造要求,具有一般结构构件分析和验算的能力；能分析和处理施工及使用中出现的一般性结构问题；了解建筑抗震设计的基本知识,为学习后续课程和深入研究结构理论及建筑结构奠定基础。2教材及参考书教材:《建筑结构》，何益斌，中国建工出版社，2013年。参考书:《建筑结构》，罗福午，武汉理工大学出版社，2005年。《建筑结构原理及设计》，林宗凡，高等教育出版社，2008年。《建筑结构》，李美娟，合肥工业大学出版社，2006年。《建筑结构概念与设计》，王心田，天津大学出版社，2008年。3第一章概论4建筑三要素美观强度适用指建筑的实用功能，即建筑可提供的空间要满足建筑的使用要求。指建筑物能使接触它的人们产生一种美学享受。建筑的最基本特征。关系到建筑物保存的完整性和作为一个物体在自然界的生存能力。.结构5建筑结构与建筑的关系1、建筑师创意过程中完全忽略结构因素，建造过程中完全隐藏结构构件。

2、建筑师完全依赖结构构件，设计建造一个几乎完全由结构组成的建筑。

6建筑结构的概念建筑结构由水平构件、竖向构件和基础组成。水平构件包括梁、板等,用以承受竖向荷载；

竖向构件包括柱、墙等,其作用是支承水平构件或承受水平荷载；

基础的作用是将建筑物承受的荷载传至地基。7建筑结构的分类＊混凝土结构

＊砌体结构

＊钢结构

＊木结构＊组合结构按材料的不同分为:81.混凝土结构钢筋砼素砼预应力砼砼结构优点：就地取材，耐火性好，可模性好，整体性好。缺点：自重较大、抗裂性能较差。92.砌体结构砖砌体石砌体砌块砌体砌体结构优点：就地取材，价格便宜，耐火性好，耐久性好保温、隔热、节能，施工设备、方法简单。缺点：自重大、强度低，抗震性能差。103.钢结构优点:抗拉、抗压、抗剪强度高截面尺寸小，自重轻运输及吊装费用少抗震性能好缺点:易生锈耐火性能差（9.11事件；600°C,丧失承载力）价格昂贵114.组合结构钢骨混凝土结构混合结构钢骨混凝土构件的截面形式（a）梁（b）柱厦门夏商大厦（混合结构）12建筑结构的分类＊混合结构（砖混）

＊排架结构

＊框架结构

＊剪力墙结构＊框架-剪力墙结构＊筒体结构（3种）按结构的受力特点分为:13建筑结构的分类按建筑物层数分为:＊高层建筑

10层以上

超高层建筑40层及以上或超过100m的建筑＊多层建筑

4~9层

＊低层建筑

1~3层深圳地王大厦14第二章建筑结构设计

基本原理15结构上的荷载直接作用-荷载施加在结构上的集中或分布荷载，如自重，楼面人群，屋面上的雪荷载，墙面的风荷载。作用间接作用

引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、地基沉降、混凝土收缩、温度。作用效应lq16荷载的分类-时间变异荷载永久荷载值不随时间变化或者变化与平均值相比可忽略不计。如自重、土压力、地基沉降等。可变荷载值随时间变化且变化值与平均值相比不可忽略。如风荷载、雪荷载、温度变化等。偶然荷载不一定出现，出现则值很大且持续时间很短。如地震、爆炸、撞击等。17荷载的分类-空间位置变异固定荷载指在结构空间位置上具有固定分布的荷载。示例：结构构件的自重、固定设备荷载。可动荷载指在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的荷载。示例：人群荷载、吊车荷载。18荷载的分类-结构反应静态荷载指对结构构件不产生加速度，或加速度可忽略不计的荷载。示例：结构自重、办公楼的楼面活荷载。动态荷载指对结构或构件产生不可忽略的加速度的荷载。示例：地震、高耸结构上的风荷载。19荷载的代表值永久荷载标准值：对于结构自重，按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。常用材料单位体积的自重：

砼22~24kN/m3

钢筋砼24~25kN/m3

水泥砂浆20kN/m3石灰砂浆17kN/m3（1）标准值

基本代表值，查规范

（2）组合值

标准值乘以组合系数（3）频遇值标准值乘以频遇值系数（4）准永久值标准值乘以准永久值系数可变荷载20结构功能要求安全性能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。适用性在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。耐久性在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象。

可靠性

安全性

适用性

耐久性

21结构的可靠概率与失效概率结构的功能函数当Ｚ＞0即R＞S时,结构处于可靠状态当Ｚ＜0即R＜S时,结构处于失效状态当Ｚ=0即R=S时,结构处于极限状态R－S＝0称为极限状态方程22可靠概率与失效概率可靠概率失效概率延性破坏的结构脆性破坏的结构23可靠指标

2.02.52.73.03.23.74.04.2Pf2.28×10-26.21×10-33.5×10-31.35×10-36.9×10-41.1×10-43.17×10-51.3×10-6与Pf的关系

按规定的可靠指标进行设计的准则。在进行可靠指标确定时进行了简化，故曰：近似概率近似概率准则可靠指标越大,失效概率越小,反之亦然24建筑物的安全等级建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋结构构件承载能力极限状态的可靠指标破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.225混凝土结构的极限状态（1）承载能力极限状态（2）正常使用极限状态针对安全性如:整个结构或结构的一部分作为刚体失去稳定（倾覆、滑移）；结构构件或连接因材料强度不够而破坏；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳定等。针对适用性和耐久性如:出现影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性的局部损坏；影响正常使用的振动。功能极限状态整个结构或其中一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形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的状态26按承载能力极限状态设计的方法承载能力极限状态设计表达式—结构构件重要性系数一级≥1.1、二级≥

1.0、三级≥

0.9S—荷载效应组合的设计值R—结构构件抗力的设计值基本组合的简化-一般排架和框架荷载基本组合1、可变荷载效应控制2、永久荷载效应控制内力组合设计值S27荷载基本组合永久荷载标准值的效应第i个可变荷载

标准值的效应

可变荷载标准值效应中的最大值

永久荷载分项系数第i个可变荷载

的分项系数第1个可变荷载

的分项系数可变荷载的组合值系数

1）由可变荷载效应控制的组合28荷载基本组合2）由永久荷载效应控制的组合荷载分项系数的取值荷载特性分项系数永久

荷载永久荷载效应对结构不利由可变荷载效应控制的组合1.2由永久荷载效应控制的组合1.35永久荷载效应对结构有利1.0倾覆、滑移或飘浮验算0.9可变

荷载一般情况1.4对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.329基本组合的简化1）由可变荷载效应控制的组合按上两式中最不利的组合进行设计2）由永久荷载效应控制的组合不简化30按正常使用极限状态设计的方法荷载组合值不乘分项系数,不考虑结构的重要性系数正常使用极限状态设计表达式C—结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值,体现为裂缝宽度、挠度及振幅等。一个极限状态被超越将产生局部损坏、较大变形、短暂振动

一个极限状态被超越将产生严重的永久性损害标准组合频遇组合长期效应是决定因素准永久组合31按正常使用极限状态设计的方法标准组合频遇组合准永久组合可变荷载Q1的频遇值系数可变荷载Qi的准永久值系数32正常使用极限状态的设计1）裂缝控制验算Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Tab.2-5结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值33混凝土结构的使用环境类别一类:工业与民用建筑室内正常环境。

二类a:室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。

二类b:严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。

三类:使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境。

四类:海水环境。

五类:受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。34正常使用极限状态的设计2）受弯构件的挠度验算构件类型挠度限值（以计算跨度l0计算）吊车梁：手动吊车

电动吊车l0/500l0/600屋盖、楼盖及楼梯构件：当l0<7m时当7m≤l0≤9m时当l0>9m时

l0/200（l0/250）l0/250（l0/300）l0/300（l0/400）表2--635第三章结构材料的力学性能及指标36结构材料力学性能指标力学性能指标塑性徐变松弛冲击韧性与冷脆性强度弹性37强度分类-受力时的变形状态屈服强度疲劳强度弹性极限强度极限强度强度38强度分类-材料的受力状态抗压强度抗剪强度抗扭强度抗拉强度强度39软钢和硬钢钢筋的强度和变形性能主要由单向拉伸测得的应力应变曲线来表征。试验表明，钢筋的拉伸应力应变曲线可分为两类:有明显的流幅的钢筋（也称为软钢）见图3-1，没有明显流幅的钢筋（也称为硬钢）见图3-2。1.比例极限：有明显流幅的钢筋应力应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限a点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量Es，a为应力应变成比例的极限状态，它所对应的应力称为比例极限。σ(Mpa)ε钢筋的强度和变形abcde比例极限屈服强度极限强度流幅2.屈服极限：当应力达到b点后，材料开始屈服，b点称屈服的上限点，过点后，应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限c点所对应的应力称为“屈服强度＂。3.极限强度当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达点以后，应力应变曲线又开始上升，抗拉能力有所提高，随着曲线上升到最高点d，相应的应力称为钢筋的极限强度，cd段称为钢筋的强化阶段。过了d点以后，钢筋在薄弱处的断面将显着缩小，发生局部颈缩现象，变形迅速增加，应力随之下降，直到过点时试件被拉断。图3-140钢筋的强度和变形σ(Mpa)ε0.85σbσb0.2%条件屈服强度（硬钢）高碳钢与低碳钢不同,见图3-2,它没有明显的屈服台阶,塑性变形小,延伸率亦小,但极限强度高。通常用残余应变为0.2%的应力,约0.85σb作为假想屈服点(或称条件屈服点),用σ0.2表示,0.85σb作为条件屈服强度。σb极限抗拉强度值。图3-241弹性极限强度弹性阶段1.应力、应变基本满足线性关系2.卸载后，构件的变形能够完全恢复弹性阶段的最大应力弹性极限强度弹性阶段应力与应变的比值弹性模量42屈服强度屈服阶段-流动阶段1.应力不再有明显增加，小范围波动2.应变急剧增大屈服阶段的最小应力塑性-屈服强度残余变形为0.2%对应的应力脆性-屈服强度43极限强度、疲劳强度极限强度试件所能承受的最大荷载与初始截面的比值疲劳强度在规定的荷载循环次数和荷载变化幅度下,材料能够承担的最大动态应力（远小于屈服应力）。44塑性、冲击韧性、徐变、松弛

塑性材料在外力作用下产生不可逆变形的性质。

冲击韧性材料抗冲击而不破坏的能力。

徐变恒定温度和应力条件下，构件或材料的变形随时间增加而增大的现象。示例：混凝土

应力松弛恒定温度和应力条件下，构件或材料的应力随时间增加而减小的现象。示例：预应力砼45结构材料的其他要求

两种或两种以上的材料共同参与受力和变形且不轻易分开1.协同工作性能材料长久不变质、不破坏,保持良好的物理力学性能2.耐久性如钢材的切割、焊接3、可加工性示例：钢筋和混凝土之间，砌块与砂浆，钢材焊接。示例:抗冻性，抗风化性，耐腐蚀性。4.取材便利，价格合理，经济实用46木材的性能指标吸湿膨胀解吸收缩计算中取:1.53g/cm3具有很强的方向性水分质量——————干燥木材质量密度含水率湿胀干缩

强度

木材性能指标47木材的防护木材防护腐朽、防腐木材防虫木材防火腐朽原因：真菌防腐：1、破坏真菌生长条件。2、使木材不适合作为真菌养料。采用化学药剂处理浸渍、添加阻燃剂、覆盖48钢筋与混凝土之间的粘结作用◆光面钢筋与混凝土的粘结强度（τμ）主要取决于胶结力和摩擦阻力。◆变形钢筋与混凝土的粘结强度（τμ）主要取决于咬合力。τμ通过拔出试验按下式确定:图：1-19ldTτμmaxτ49钢筋的锚固与连接(1)钢筋的锚固为了使钢筋和混凝土能可靠地共同工作，钢筋在混凝土中必须有可靠的锚固。①受拉钢筋的锚固当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵向受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算:普通钢筋：预应力钢筋：50钢筋的锚固与连接式中la——受拉钢筋的锚固长度；fy、fpy——普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值ft——混凝土轴心抗拉强度设计值,当混凝土强度大于C40时,按C40取用。d——钢筋的公称直径；α——钢筋的外形系数,附表4-11-1；P393钢筋类型光面钢筋带肋钢筋刻痕钢筋螺旋肋钢筋三股钢绞线七股钢绞线α0.160.140.190.130.160.17钢筋的外形系数α51钢筋的锚固与连接钢筋的锚固长度受:混凝土强度、钢筋强度等级、地震等级、钢筋直径等因素影响。(2)保护层厚度一般用C表示，钢筋外边缘到混凝土外边缘。见附表4-10P393。(3)钢筋连接钢筋的连接:绑扎链接和机械连接或焊接。接头宜设在受力较小处，同一根钢筋上宜少设接头。52受压钢筋的锚固

受压钢筋的锚固当计算中充分利用纵向钢筋的受压强度时,其锚固长度不应小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍。必须注意,对于光面钢筋（受拉或受压）,其末端均应做180o标准弯钩。焊接骨架、焊接网中的光面钢筋可不做弯钩。53绑扎搭接①绑扎搭接绑扎搭接的工作原理是通过钢筋与混凝土之间的粘结强度来传递内力的。因此，钢筋的绑扎接头要有足够的搭接长度。《规范》规定:纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内(1.3ll)的搭接钢筋面积百分率按下列公式计算，但任何情况下均不应小于300mm。P39554纵向受力钢筋搭接长度式中ll——受拉钢筋的搭接长度；la——受拉钢筋的锚固长度,按前面公式计算。ζ