建筑結(jié)構(gòu)講義2

趙永新

建筑結(jié)構(gòu)2014.05第一篇 建筑結(jié)構(gòu)概論一、建筑結(jié)構(gòu)概論二、建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展及應用CH.1建筑結(jié)構(gòu)概論1.建筑結(jié)構(gòu)定義2.基本(單元)構(gòu)件3.分類國家大劇院工程外部圍護結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285m。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下。設(shè)計為法國巴黎機場公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計研究院參與主體設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達6750t，195kg/m。

江陰長江大橋主跨1385m(江陰長江大橋，懸索結(jié)構(gòu)，1999)1.1建筑結(jié)構(gòu)定義——由若干構(gòu)件連接而成的能承受荷載和其他間接作用的體系，叫做建筑結(jié)構(gòu)。CH.1建筑結(jié)構(gòu)概論板：提供活動面，直接承受并傳遞荷載；梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來的荷載并傳遞；柱：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞；墻：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞；基礎(chǔ)：將柱及墻等傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基；索：懸掛構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系的主要傳力單元；桿：組成空間構(gòu)件，如屋架等。1.2基本(單元)構(gòu)件1.3分類建筑結(jié)構(gòu)應用最廣泛混凝土結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)按材料分類優(yōu)點缺點應用范圍建筑結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)1.易與就地取材2.耐久性好3.抗震性好、4.可模性好5.耐火自重大、抗裂能力差、費工費模板一般民用建筑、多高層建筑、工業(yè)廠房、大跨結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)造價低廉、耐火性好、施工方便、工藝簡單、就地取材自重大、強度低、抗震性能差、砌筑工作繁重、粘土用量大五六層以下的民用房屋、中小廠房的承重結(jié)構(gòu)、大型工業(yè)廠房的圍護結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)強度高、重量輕、質(zhì)地均勻、運輸方便易銹蝕、耐火性能差大跨重型結(jié)構(gòu)、受動荷載結(jié)構(gòu)、可拆卸結(jié)構(gòu)、輕型結(jié)構(gòu)、容器及其它木結(jié)構(gòu)取材加工方便、材質(zhì)輕且強度較大各向異性、易燃、易裂、易翹曲、易腐蝕大中城市基本停用按受力體系分類混合結(jié)構(gòu)：即磚混結(jié)構(gòu)，墻體承重；GB50011-2010,7層，21米排架結(jié)構(gòu)：主要由屋架、柱、基礎(chǔ)組成，柱段鉸接；框架結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由梁和柱組成；剪力墻結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由墻組成；框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：混合形式；筒體結(jié)構(gòu)：四周封閉的墻形成筒；其他：如塔式結(jié)構(gòu)、桅式結(jié)構(gòu)、懸索、懸吊結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu):、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等框架-剪力墻結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)單層廠房

筒體結(jié)構(gòu)上海金茂大廈是88層，建筑高度420.5m，建筑面積28.9萬平方米，于1998年8月28日竣工。鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。按建筑物層數(shù)分類：高層、多層、低層自左向右：臺北101大樓、芝加哥席爾斯大樓、吉隆坡雙子星大樓、上海金茂大廈、香港國際金融中心、紐約帝國大廈迪拜大廈2.建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應用公元前5000年，就有房屋結(jié)構(gòu)。秦磚漢瓦水泥混凝土鋼結(jié)構(gòu)高層CH.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理2.1建筑物結(jié)構(gòu)的荷載作用（S）（或荷載）作用效應施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，稱為作用——直接作用引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因——間接作用——由作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的反應結(jié)構(gòu)抗力（R）——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受效應的能力qVM2.1.1基本概念——在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的荷載。也稱恒荷載或恒載。比如結(jié)構(gòu)自重或土壓力等?！诮Y(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，或其變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載。也稱活荷載或活載。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風荷載、吊車荷載等?！诮Y(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力等。永久荷載可變荷載偶然荷載2.1.2荷載分類按時間變異分類按空間變異分類固定荷載——在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布；可動荷載——在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。靜態(tài)荷載——對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應，或小的可以忽略；動態(tài)荷載——對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應，且不可以忽略。按照結(jié)構(gòu)的反應分類——結(jié)構(gòu)計算時，需根據(jù)不同的設(shè)計要求采用不同的荷載數(shù)值?！奢d基本代表值。指在結(jié)構(gòu)使用期間，在正常情況下出現(xiàn)具有一定保證率的最大荷載?！斀Y(jié)構(gòu)同時承受兩種或兩種以上可變荷載時，除主導荷載（產(chǎn)生荷載效應最大的荷載）取標準值，其他伴隨荷載取小于其標準值的組合值為代表值?！谠O(shè)計基準期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載?！饔糜诮Y(jié)構(gòu)上時而出現(xiàn)，持續(xù)時間較短的較大可變荷載。荷載標準值可變荷載組合值可變荷載準永久值可變荷載頻遇值2.1.3荷載的代表值恒荷載按構(gòu)件或材料單位體積（或單位面積）自重平均值確定。樓面及屋面活荷載民用建筑樓面活載見《規(guī)范》。對多、高層，荷載滿布且達到最大值可能性很小，應適當折減。屋面均布活載分“上人”和“不上人”兩類。雪荷載——基本雪壓。見《規(guī)范》——雪荷載標準值——屋面積雪分布系數(shù)，即基本雪壓換算為屋面水平投影面上的雪荷載的換算系數(shù)。風荷載——風荷載標準值——基本風壓，見《規(guī)范》——風壓高度變化系數(shù)——風荷載體型系數(shù)，+為壓力，-為吸力——高度z處風振系數(shù)屋面均布活載不與雪荷載同時考慮，設(shè)計時取其中較大值。2.2極限狀態(tài)設(shè)計法2.2.1結(jié)構(gòu)功能要求在設(shè)計基準期（一般50年，也有100和25年）內(nèi)，滿足功能要求，即安全性(S<R)，適用性，耐久性。安全性：滿足特定的與建筑物功能相適應的承載力極限狀態(tài)適用性：保證結(jié)構(gòu)在日常使用中滿足要求耐久性：保證結(jié)構(gòu)的承載力的持續(xù)時間與環(huán)境適應度功能函數(shù)：Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)結(jié)果分析Z=R-S>0：Z=R-S<0：Z=R-S=0：處于可靠狀態(tài)；處于不可靠狀態(tài)，即失效；處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程2.2.3結(jié)構(gòu)可靠度理論——在規(guī)定的時間內(nèi)（一般為50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工和正常使用），完成預定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度，即可靠概率。以Ps表示安全性、適用性、耐久性結(jié)構(gòu)的可靠度失效概率強度/荷載值出現(xiàn)概率γ0[S]μSσSσS[R]μRσRσR失效可靠——結(jié)構(gòu)不能完成預定功能的概率，以Pf表示。2.2.3建筑物的重要度與基準期我國將建筑物的重要程度分為三級，不同級別在計算中取不同的重要度系數(shù)γ0

：

一級，破壞后果極其嚴重，屬于重要的建筑物；γ0=1.1

二級，破壞后果比較嚴重，屬于一般的建筑物；γ0=1.0

三級，破壞后果相對不嚴重，屬于比較次要的建筑物。γ0=0.9結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期

1.結(jié)構(gòu)保證其設(shè)計可靠度指標的時間期限成為設(shè)計基準期，即在基準期內(nèi)，結(jié)構(gòu)的可靠度指標完全滿足設(shè)計要求；

2.設(shè)計基準期是測算最大荷載重現(xiàn)期的基本期限；

3.在超過設(shè)計基準期后，并非意味著結(jié)構(gòu)的失效，而是其可靠度有所降低，因此基準期不能等同于建筑物的使用壽命；

4.我國對于多數(shù)建筑物的設(shè)計基準期均為50年，特殊建筑物可以除外；第二篇 各種建筑結(jié)構(gòu)一、混凝土結(jié)構(gòu)二、砌體結(jié)構(gòu)三、鋼結(jié)構(gòu)四、木接構(gòu)CH.1混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋和混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土受彎構(gòu)件鋼筋混凝土受壓構(gòu)件預應力混凝土結(jié)構(gòu)的基本知識混凝土結(jié)構(gòu)材料1.鋼筋2.混凝土一、基本概念是鋼筋和砼按一定方式組成的能共同工作的建筑材料。鋼筋混凝土：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：是鋼筋混凝土為主要承重骨架的結(jié)構(gòu)。砼：抗拉強度大約是抗壓強度的1/10。鋼筋：抗拉抗壓強度都很強

。二、共同工作原理鋼筋和砼之間存在粘結(jié)力鋼筋和砼線膨脹系數(shù)接近砼保護鋼筋NEXTE.G.1.1鋼筋和混凝土材料的力學性能1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)——以混凝土為主要材料制作的結(jié)構(gòu)。4.1.1混凝土結(jié)構(gòu)（1/2）4.1鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能（1/4）素混凝土梁鋼筋混凝土梁：受拉區(qū)配220鋼筋FF=13.4KN截面開裂并破壞Fcr=15KN截面開裂;Fu=87KN截面破壞。200300Fft200300220梁的承載力大大提高，梁的受力性能改善。BACK4.1.1混凝土結(jié)構(gòu)（2/2）4.1鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能（1/4）示例1.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件2.工程中常見受彎構(gòu)件的截面形式1.2.1概述1.受彎構(gòu)件——截面上受彎矩和剪力共同作用，而軸力可忽略不計的構(gòu)件。4.2.1概述（1/3）4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（1/5）3.截面破壞形式ＶＶM4.2.1概述（2/3）4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（1/5）破壞通常有正截面和斜截面兩種形式4.幾個基本概念1）混凝土保護層厚（Ｃ）2）截面的有效高度（h0）——受壓砼邊緣至受拉鋼筋合力點的距離．單排受拉鋼筋,雙排受拉鋼筋,板,C=15mm,>25>dh0>C>25>d>C>30>1.5dhash0>Ch>C>C>Cas>15,d>200<70hh0as4.2.1概述（3/3）4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（1/5）——鋼筋外緣砼厚度。1.2.2受彎構(gòu)件正截面計算4.2.2受彎構(gòu)件正截面計算1（1/14）

適當,截面開裂以后s<fy，隨著荷載增大，裂縫開展、s，f

增加，當

f=fy(屈服荷載)，s=fy，荷載稍增加，c=cu

砼被壓碎。“延性破壞”2.適筋梁3.超筋梁過多,出現(xiàn)許多小裂縫，但s<fy,當c=cu,壓區(qū)砼被壓碎，梁破壞?！按嘈云茐摹?/p>

很低，砼一開裂，截面即破壞。s=fy?！按嘈云茐摹?.少筋梁（一）破壞形式habAsh0配筋率4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）一、受彎構(gòu)件正截面受力特性（二）適筋構(gòu)件截面受力三階段→Ia，裂縫出現(xiàn)。M→Mcr→IIa，M→My。正常使用狀態(tài)第I階段：彈性工作階段第II階段：帶裂縫工作階段→IIIa，M→Mu。第III階段：破壞階段是抗裂驗算依據(jù)是正截面抗彎計算依據(jù)是變形和裂縫寬度驗算依據(jù)0.40.60.81.0ⅠaⅡaⅢaⅠⅡⅢMcrMyMu0

fM/Mu4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.2受彎構(gòu)件正截面計算1（4/14）截面驗算步驟4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.2受彎構(gòu)件正截面計算1（14/14）已知M,As,b,h,fc,ft是否M<Mu,滿足是否調(diào)整b,h,As211.3、構(gòu)造要求（一）板的構(gòu)造1.板的厚度2.板的配筋單跨板，≥l0/30；多跨連續(xù)板，≥l0/40。且≥60mm。受力鋼筋分布鋼筋計算確定受力鋼筋分布鋼筋分布鋼筋受力鋼筋承受拉力固定受力筋位置；阻止砼開裂。4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）.（二）梁的構(gòu)造1.梁的截面②,③⑤④①②③⑤④2.梁的配筋縱向受力鋼筋計算確定承受彎矩引起的拉力箍筋架立筋彎起鋼筋彎起鋼筋縱向受力鋼筋彎起鋼筋彎起段承受剪力和彎矩引起的主拉力，彎起后水平段承受支座負彎矩計算確定4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.2受彎構(gòu)件正截面計算3（7/8）箍筋承受剪力和彎矩引起的主拉力，固定縱向筋架立鋼筋固定箍筋，形成鋼筋骨架計算確定，并滿足構(gòu)造要求構(gòu)造確定縱向構(gòu)造鋼筋腰筋（當腹板高>450mm）減小梁腹部裂縫寬度構(gòu)造確定開放式封閉式雙肢四肢單肢>25

>dh0>C>25>d>C>30>1.5dhash0>Ch>C>C>Cas>15,d>200<70hh0as（三）混凝土保護層和截面有效高度4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.2受彎構(gòu)件正截面計算3（8/8）4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.3受彎構(gòu)件斜截面計算（1/）箍筋和彎起筋間距符合構(gòu)造要求；彎起筋錨固長度：受拉區(qū)不小于20d，受壓區(qū)不小于10d，光圓鋼筋設(shè)彎鉤梁底兩側(cè)鋼筋不彎起；鴨筋（吊筋）必須將兩端錨固在受壓區(qū)，不得采用浮筋ss4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.3受彎構(gòu)件斜截面計算（1/）2.縱向鋼筋的截斷和錨固a.縱向鋼筋的截斷b.鋼筋的錨固為使鋼筋可靠錨固在混凝土中充分發(fā)揮抗拉作用，而在伸入支座時保持的一定長度，稱錨固長度受拉鋼筋的錨固長度(基本錨固長度)：受壓鋼筋的錨固長度：鋼筋在簡支端的錨固：按構(gòu)造（表4-14）鋼筋在中間支座的錨固：上部縱向筋應貫穿中間支座;下部按構(gòu)造。4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.3受彎構(gòu)件斜截面計算（1/）4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.4受彎構(gòu)件的變形（1/）2.結(jié)構(gòu)工作環(huán)境類別混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)工作的環(huán)境有密切關(guān)系。同一結(jié)構(gòu)在強腐蝕環(huán)境中要比一般大氣環(huán)境中的使用壽命短。對于不同環(huán)境，可以采取不同措施來保證結(jié)構(gòu)使用壽命。如在惡劣環(huán)境，一味增加混凝土保護層是不經(jīng)濟的，效果也不一定好?？稍跇?gòu)件表面采用防護涂層。4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.4受彎構(gòu)件的變形（1/）3.保證耐久性措施a.最小保護層厚度為保證耐久性和鋼筋的粘結(jié)力，對一、二、三類環(huán)境一般建筑結(jié)構(gòu)（設(shè)計工作壽命50年），《規(guī)范》規(guī)定了最小混凝土保護層厚度。對四、五類環(huán)境種的建筑結(jié)構(gòu)，應按專門規(guī)定考慮。當對結(jié)構(gòu)設(shè)計工作壽命有更高要求時（100年），混凝土保護層厚度應乘以1.4或采用表面防護，定期維修等措施。.4.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（2/5）4.2.4受彎構(gòu)件的變形（1/）c.裂縫控制對于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計成可更換或易更換的構(gòu)件。對于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，宜采用帶肋環(huán)氧涂層鋼筋，預應力鋼筋應有防護措施。采用有利提高耐久性的高強混凝土。d.其他措施《規(guī)范》根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處環(huán)境類別，鋼筋種類對腐蝕的敏感性，以及荷載作用時間，將裂縫控制分為三個等級。1.3鋼筋混凝土受壓構(gòu)件

1.分類：軸心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件柱基礎(chǔ)屋架2.構(gòu)造要求A.材料強度等級宜高不低于C25B.截面形狀及尺寸矩形工字形C.縱向鋼筋最小配筋率0.60％0.55%

最大配筋率5％D.箍筋末端彎鉤135°1.4受扭構(gòu)件雨棚梁框架邊梁吊車梁抗扭縱筋抗扭箍筋1.5預應力混凝土1.原理2.特點提高抗裂度節(jié)省材料減輕自重經(jīng)濟提高剛度耐久3.分類先張法后張法4.鋼筋特點高強可焊良好的粘結(jié)應力松弛低種類熱處理鋼筋消除應力鋼絲鋼絞線螺紋鋼筋5.混凝土不低于C30.收縮徐變小2.砌體結(jié)構(gòu)2.1砌體結(jié)構(gòu)受力特點和構(gòu)造要求2.1.1砌體種類無筋砌體配筋砌體2.1.2砂漿2.1.3砌體抗壓力學性能影響因素1.塊材和砂漿強度2.塊材尺寸和形狀3.砂漿性能4.砌筑質(zhì)量2.1.4砌體抗壓強度設(shè)計值2.1.5混合結(jié)構(gòu)房屋承重體系1.橫墻承重體系2.縱墻承重體系3.縱橫墻承重體系4.內(nèi)框架承重體系2.1.6一般構(gòu)造要求2.1.6.2截面尺寸要求2.1.6.3支承長度要求2.1.6.4連接錨固要求2.1.6.5留槽洞及埋設(shè)管道2.1.6.6設(shè)置墊塊條件2.1.6.7設(shè)置構(gòu)造柱條件2.1.6.8砌塊砌體構(gòu)造2.1.7圈梁圈梁2.1.8過梁2.1.9挑梁三、鋼結(jié)構(gòu)

3.1鋼結(jié)構(gòu)的特點1.強度高2.自重輕3.均勻連續(xù)各向同性4.可焊性可加工性5.耐火性差6.易繡，后期維護費高9.11事件2001年9月11日美國東部時間上午3.2鋼結(jié)構(gòu)的連接1.焊接2.螺栓連接3.柳釘連接3.2.1焊接優(yōu)點：構(gòu)造簡單，不削弱截面，連接的密封性好，易自動化操作。缺點：焊接影響區(qū)材質(zhì)變脆，在焊件中產(chǎn)生殘余變形和應力。影響構(gòu)件承載力及正常使用。3.2.2焊接的分類焊接形式分為氣焊、接觸焊、電弧焊。電弧焊包括手工電弧焊、自動或半自動電弧焊、及氣體保護焊。電焊條牌號碳鋼焊條E43、E50。低合金焊條E50、E55.3.2.3焊縫的形式對接焊縫優(yōu)缺點角焊縫優(yōu)缺點3.3.1螺栓連接1.普通螺栓粗制精制破壞形式剪切破壞拉伸破壞規(guī)格4.6級M208.8級M242.高強螺栓連接傳力方式摩擦型和承壓型3.3.2螺栓距離規(guī)定第三篇 建筑結(jié)構(gòu)

抗震基本知識地震由于地殼構(gòu)造運動使巖層發(fā)生斷裂、錯動而引起的地面振動。5.12汶川大地震震級地震烈度抗震設(shè)防烈度地震波橫波縱波面波3.1地震對建筑物的破壞1.結(jié)構(gòu)喪失穩(wěn)定性2.承重構(gòu)件強度不足引起破壞3.地基失效4.次生災害3.2抗震設(shè)防要求3.2.1選擇對抗震設(shè)防有利的場地、地基基礎(chǔ)3.2.2選擇對抗震有利的建筑平面和立面3.2.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接要求3.2.4處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體機構(gòu)的關(guān)系3.2.5注意材料的選擇和施工質(zhì)量材料的選擇3.3建筑結(jié)