现代土木工程 第3章 建筑工程.ppt

1、第3章 建筑工程,3.1 建筑工程概述,1. 建筑工程概念：,典型的建筑工程是指房屋工程，即通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。,建筑工程的目的：,经济 适用 美观,一般房屋建筑功能化要求,3.2 建筑结构的基本构件,建筑结构概念：,建筑结构是指建筑物中由结构构件组成的承重骨架，它的功能是形成建筑功能所要求的基本空间和体型，并且在各种作用下，确保建筑物的安全可靠和正常使用。,根据不同结构功能要求划分：,水平承重构件 垂直承重构件 自承重构件,1. 板,板指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向放置（如楼梯板）或竖向设

2、置（如墙板）。,建筑工程中常用的楼板,现浇钢筋混凝土楼板常见类型及特点,2. 梁,梁是工程结构中的受弯构件，通常水平放置，有时也斜向设置以满足使用要求，如楼梯梁。梁的截面高度与跨度之比一般为1/81/16，梁的截面高度通常大于截面的宽度，主要承受梁本身的自重和板传来的荷载，荷载作用方向与梁轴线垂直。,按支承方式分类,3. 柱,柱是工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件，柱的截面尺寸远小于其高度，柱主要承受梁、板传来的压力及柱本身的自重，荷载作用方向与轴线平行，亦为建筑结构中的竖向受力构件。,钢筋混凝土柱常见截面形式,劲性钢筋混凝土柱常见截面形式,钢柱的类型,钢柱常用于大中型工业厂

3、房、大跨度公共建筑、高层建筑、轻型活动房屋、工作平台、栈桥和支座等。 钢柱按截面形式可分为实腹柱和格构柱。实腹柱指截面为一整体，常用截面为工字形截面，格构柱指柱由两肢或多肢组成，各肢间用缀条或缀板连接。,4. 拱,拱为曲线结构，由曲线形构件(拱圈)或折线形构件及其支座组成，在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩和剪力，较同跨度梁的弯矩和剪力为小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间。,常见拱结构形式,日本姬路市中心体育馆拱结构屋盖,拱结构常用于礼堂、展览馆、体育馆、火车站、飞机库等的大跨屋盖承重结构；同时有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。 矢跨比为拱的基本

4、几何特征，直接影响支座水平反力的大小。在工程结构中，矢跨比约在11/10之间，甚至可更小一些。,5. 桁架,桁架是由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。,由简支梁演变成桁架示意图,桁架结构形式,桁架结构比梁结构具有更多的优点： 扩大了梁式结构的适用跨度； 桁架是由杆件组成的，桁架体系可以多样化，如平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形桁架等形式；施工方便，桁架可以整体制造后吊装，也可以在施工现场高空进行杆件拼装。,3.3 建筑结构的结构类型,建筑结构类型：,房屋

5、建筑工程的类别有多种分法。它们可以按房屋的使用性质分，可以按房屋结构采用的材料分类，也可以按房屋主体结构的形式和受力系统（也称结构体系）分，建筑师习惯于第一种，结构工程师和施工工程师习惯于第二、尤其是第三种分法。,按房屋的使用性质分：,民用建筑 公共建筑 工业建筑 农业建筑,民用建筑：是指供人们居住、生活、工作和从事文化、商业、医疗、交通等公共活动的房屋，如图书馆、商店、医院、停车场等。由于它是人群聚集的场所，有着与公共建筑类似的要求，一般采用框架结构为主体结构。,公共建筑：包括办公类、教育科研类、文化娱乐类、体育类、商业服务类、旅馆类、医疗服务类、交通类、邮电类、市政公用设施类等类型的建筑。

6、它是大量人群聚集的场所，室内空间和尺度都很大，人流走向问题突出，对使用功能及其设施的要求很高，因此经常采用将梁柱连接在一起的大跨度框架结构以及网架、拱、壳结构等为主体的结构。,工业建筑：是指供人们从事工业生产的房屋，包括生产用房屋及辅助用房屋，如机械、医药、化工、食品等厂房。它往往有巨大的荷载，沉重的撞击和振动，需要巨大的空间，有温度、湿度、防爆、防尘、防菌等特殊要求，以及要考虑生产产品的起吊运输设备和生产路线等。单层工业建筑经常采用的是排架结构，多层工业建筑往往采用框架结构。,农业建筑：是指供人们从事农业生产的房屋，如养殖场、畜牧场、蔬菜棚等。它往往采用的是砌体结构或轻型钢结构。,按房屋结构

7、材料分：,木结构 砌体结构 混凝土结构 钢结构,木结构：将原木材(方木、圆木、条材、板材等)经过齿形连接、螺栓连接、钉连接、键连接或胶连接，形成各种型式的结构，如木桁架、木网架、木框架、木拱等。,现代木结构建筑有以下几大特点： 施工周期短。 易于扩建和改造。保温隔热性能好。节能环保性能好。 木结构的缺点是多疵病、易燃、易腐、易虫蛀等。,重型木结构房屋,轻型框架房屋,砌体结构：是指采用砖、石、混凝土砌块等砌体建造的结构。 20世纪上半叶，砌体结构发展缓慢，但20世纪下半叶以来，随着新材料、新技术和新结构的不断研制和使用以及计算理论和计算方法的不断完善，砌体结构得到了广泛应用和迅速发展。,根据砌体

8、中是否配置钢筋，砌体可分为无筋砌体和配筋砌体。对配筋砌体，按照钢筋的作用又可分为约束砌体结构和配筋砌体结构。 采用高强砌体材料来提高砌体结构性能，通过配筋提高砌体结构的抗震性能，利用工业废料（粉煤灰、煤渣或者混凝土）制成空心砖块代替粘土砖。,配筋砌体房屋结构,约束砌体房屋结构,混凝土结构：以混凝土为主制作的结构称为混凝土结构。它包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。混凝土结构广泛应用于各类建筑工程中，除用于工业与民用建筑外，还用于地下、水工、港口、桥梁、隧道等土木工程和国防工程中。,混凝土结构的发展大体上经历了四个阶段：第一阶段从1850年到1920年属于缓慢发展阶段；第二阶段

9、从1920年到1950年属于材料强度提高阶段；第三阶段从1950年到1980年和第四阶段从1980至今均属于快速发展阶段。,上海东方明珠电视塔,加拿大多伦多电视塔,钢结构：由型钢、钢管、钢板等制成梁、柱等基本构件，再用焊缝、锚栓或铆钉将其连接成可承受各种荷载作用的几何不变体系称为钢结构。有些钢结构还用钢绞线、钢丝绳（束）组成。钢结构常用于跨度大、高度高、荷载大、动力作用大的各种建筑及其它土木工程结构中。,单层工业厂房常用结构,索膜结构,杂交结构,多层、高层及超高层建筑的结构形式,钢结构的特点： 材料强度高，结构重量轻。 材质均匀，安全可靠。 工业化程度高，工期短。 密封性好。 抗震性能好。,钢

10、结构的缺点： 钢材价格相对较贵。 耐锈蚀性差。 耐火性差。,按房屋结构体系分：,墙体结构 框架结构 框架-剪力墙结构 筒体结构 网架结构 桁架结构 薄壳结构 悬索结构 薄膜结构,木结构：是指利用房屋的墙体作为竖向承重和抵抗水平荷载（如风荷载或地震荷载）的结构，墙体同时也作为维护及房间分隔构件，在高层建筑中也称剪力墙结构。,框架结构：是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而组成，既承担竖向荷载，又能承担水平荷载（风、地震）。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。,框架-剪力墙结构：框架结构侧向刚度差，抵抗水平荷载能力较低，地震作用下变形大，

11、但它具有平面灵活、有较大空间、立面处理易于变化等优点，而剪力墙结构则相反，抗侧力刚度、强度大但限制使用空间。把两者结合起来，取长补短，在框架中设置一些剪力墙，就成了框架剪力墙体系。,筒体结构：是由一个或多个筒体作为承重结构的建筑体系，适用于层数较多的高层建筑。筒体在侧向风荷载的作用下，其受力类似于刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面受拉，而背风面将受压，当单筒结构高度较大时，其很难承受较大的水平作用，因此一般筒式体系为组合体系。根据不同组合，筒体结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系。,网架结构：是由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构。网架结构的杆件多采用钢管或

12、角钢制作，结点多为空心球结点或钢板焊接结点。其材料一般采用16Mn钢或Q235钢。它改变了一般平面桁架的受力体系，能够承受来自各方向的荷载，即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调节杆件内力，保持结构的安全。,桁架结构：是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这些特点使得桁架结构用料经济，结构自重小。桁架同网架比，杆件较少，节点美观，不会出现较大的球节点，利用大跨度空间桁架结构，可以建造出各种体态轻盈的大跨度结构。,薄壳结构：就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物

13、面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。,筒壳,圆顶薄壳,双曲扁壳,双曲抛物面壳,悬索结构：是以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。悬索一般采用由高强钢丝组成的高强钢丝束、钢绞线或钢丝绳，也可以采用圆钢筋、带钢或薄钢板等材料。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。,薄膜结构：是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支

14、撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于使用、安全等优点。这种结构形式特别适用于大型体育场馆 、人行廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。,3.4 特种结构,特种结构的定义和类型,特种结构是指具有特种用途的工程结构，包括高耸结构、容器结构及地下工程结构等。 本节主要介绍电视塔、烟囱，水塔、水池、筒仓等特种结构。,1. 电视塔,2. 烟囱,深圳妈湾电厂烟囱,秦岭电厂烟囱,3. 水塔,倒锥壳型 英兹型 平底型 球型,4. 水池,水池构成示意图,5. 筒仓,常见筒仓形式,3.5 现代建筑工程,随着大

15、中城市建设用地的日趋紧张，为了尽可能地利用空间，现代建筑工程向超高层、大跨度的方向发展趋势明显；同时，建筑结构体系也越来越复杂，新型结构形式将相继出现，新的高强度轻型材料也将广泛应用于建筑工程领域；随着计算机网络、综合数字网络及邮电通信网络等在住宅中的综合运用，使智能建筑的理想真正变为现实。,(1). 超高层建筑的出现 由于高层建筑中的科技含量越来越高，已成为反映一个国家或城市科技实力和建设水平的指标之一，因此，目前世界上一些国家纷纷提出拟建世界最高建筑，如阿联酋的迪拜塔已于2010年落成，最终的高度达到828m等。,阿联酋迪拜塔施工图片,日本超高层建筑“都市大厦”设想,(2). 新材料的开发

16、和应用 随着高性能混凝土材料的研制和不断发展，混凝土的强度等级和塑性性能不断得到改善。在高层建筑中应用高强度混凝土(C60-C100混凝土已有应用)，可以减小结构构件的尺寸，减少结构自重，对高层建筑结构的发展产生重大影响。高强度且具有良好可焊性的厚钢板将成为今后高层建筑钢结构的主要用钢。耐火钢材FR钢的出现为钢结构的抗火设计提供了方便。采用FR钢材制作高层钢结构时，其防火保护层的厚度可大大减小，在有些情况下可以不采用防火保护材料，从而降低钢结构的造价，使钢结构更具有竞争性。此外，新型的碳纤维材料也广泛应用于土木工程中，其轴向强度和模量高，通用型碳纤维强度达1000MPa、模量100GPa左右，

17、高性能型碳纤维又可分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量在 300GPa以上)，无蠕变，耐疲劳性好等特点，比热及导电性介于非金属和金属之间。,(3). 新型结构形式广泛应用 采用组合结构可以建造比混凝土结构更高的建筑。除外包混凝土组合柱外，钢管混凝土组合柱、外包混凝土的钢管混凝土双重组合柱的应用也很广泛。随着混凝土强度的提高及结构构造和施工技术的改进，组合结构在高层建筑中的应用将进一步扩大。,筒体结构的形式及巨型骨架结构体系,新型结构广泛应用到超高层建筑，建筑结构体系也越来越复杂，如正在筹建的高532m的芝加哥摩天大楼都采用了桁架筒体结构体系，预计这种结构体系今后在300m以上的高层建筑中将得到更多的应用。而巨型框架结构体系由于其刚度大，又便于在内部设置大空间。多束筒结构体系在适应建筑场地、丰富建筑造型、满足多种功能和减小剪力滞后等方面都具有很多优点，故在今后将得到广泛应用。,芝加哥螺旋塔大厦的效果图,(4). 智能化建筑 智能建筑(IB)是以建筑为平台，兼