第一章 建筑結(jié)構(gòu)的基本知識

1、第一篇第一篇 建筑結(jié)構(gòu)的概念建筑結(jié)構(gòu)的概念 知識目標(biāo)：知識目標(biāo)： 了解建筑結(jié)構(gòu)的基本概念 了解混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及 其應(yīng)用 熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 熟悉混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性規(guī)定、結(jié)構(gòu)安全等級 理解結(jié)構(gòu)功能極限狀態(tài)的概念 能力目標(biāo)：能力目標(biāo)： 能夠根據(jù)建筑方案確定結(jié)構(gòu)的類型 能夠根據(jù)建筑物的用途確定其安全等級及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重 要性系數(shù)。 第一章第一章 建筑結(jié)構(gòu)的基本知識建筑結(jié)構(gòu)的基本知識 第一節(jié)第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)的基本概念建筑結(jié)構(gòu)的基本概念 一、建筑與建筑結(jié)構(gòu) 住宅、廠房、體育館等都可稱為建筑，是人們用各種建 筑材料建造的一種供人居住和使用的空間物。建筑物應(yīng)該 具有兩個方面的特

2、質(zhì)：一是它的內(nèi)在特質(zhì)，即安全性、適 用性和耐久性，也就是要求建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承受各種作 用后不破壞、不失穩(wěn)，變形、裂縫不超過規(guī)定的限值，并 且具有足夠的使用年限；二是它的外在特質(zhì)，即適用性 （滿足既定的功能）和美學(xué)要求。前者取決于結(jié)構(gòu)，后者 取決于建筑。 在實(shí)際工程中，建筑 與結(jié)構(gòu)的側(cè)重點(diǎn)和分工不 同，建筑注重的是這一構(gòu) 筑物的整體使用功能和美 學(xué)效果，結(jié)構(gòu)則是為了滿 足這一功能和效果而設(shè)的 承重骨架。結(jié)構(gòu)是為建筑 服務(wù)的，沒有建筑也就不 可能有結(jié)構(gòu)；反之，沒有 結(jié)構(gòu)的建筑只是空中樓閣。 （a）建筑 （b）結(jié)構(gòu) 圖1-2 建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 建筑中由梁、板、 柱、墻、基礎(chǔ)等構(gòu)件

3、 連接而成的能承受 “作用”的空間體系 稱為建筑結(jié)構(gòu)，在不 致混淆時可簡稱結(jié)構(gòu)。 簡言之，結(jié)構(gòu)就是建 筑中起骨架作用的部 分（圖1-1）。 圖1-1 建筑結(jié)構(gòu)示意圖 結(jié)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)的組成 二、建筑結(jié)構(gòu)的分類二、建筑結(jié)構(gòu)的分類 1.建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu) 按承重結(jié)構(gòu)按承重結(jié)構(gòu) 所用的材料所用的材料 不同分類不同分類 木結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu) 混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu) 混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu) 素混凝土結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu) （1）概念：）概念： 混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（重點(diǎn)）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（重點(diǎn)） 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 1. 混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu) （2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

4、）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)： 1）就地取材；）就地取材；2）耐久性好；）耐久性好；3）整體性好；）整體性好；4）可模）可模 性好；性好；5）耐火性好。）耐火性好。 主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)： 1）自重大；）自重大；2）抗裂性能差；）抗裂性能差；3）現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板用量）現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板用量 大；大；4）工期長等等。）工期長等等。 （1）概念）概念 由塊體（磚、石材、砌由塊體（磚、石材、砌 塊）和砂漿砌筑而成的墻、塊）和砂漿砌筑而成的墻、 柱作為建筑物主要受力構(gòu)件柱作為建筑物主要受力構(gòu)件 的結(jié)構(gòu)稱為砌體結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)稱為砌體結(jié)構(gòu)。 2. 砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu) （2）特點(diǎn)）特點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：

5、1）取材方便，造價低廉；）取材方便，造價低廉；2）具有良好的耐火性及耐久性；）具有良好的耐火性及耐久性； 3）具有良好的保溫、隔熱、隔音性能，節(jié)能效果好；）具有良好的保溫、隔熱、隔音性能，節(jié)能效果好；4）施）施 工簡單，技術(shù)容易掌握和普及，也不需要特殊的設(shè)備。工簡單，技術(shù)容易掌握和普及，也不需要特殊的設(shè)備。 主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)： 自重大，強(qiáng)度低，整體性差，砌筑勞動強(qiáng)度大。自重大，強(qiáng)度低，整體性差，砌筑勞動強(qiáng)度大。 3. 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) （1）概念）概念 以鋼材為主制作的結(jié)構(gòu)以鋼材為主制作的結(jié)構(gòu) 。 圖1-4 奧運(yùn)場館鳥巢 （2）特點(diǎn)）特點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)： 1）材料強(qiáng)度高，自重輕，塑性和韌性

6、好，材質(zhì)均勻；）材料強(qiáng)度高，自重輕，塑性和韌性好，材質(zhì)均勻； 2）便于工廠生產(chǎn)和機(jī)械化施工，便于拆卸，施工工期短；）便于工廠生產(chǎn)和機(jī)械化施工，便于拆卸，施工工期短； 3）具有優(yōu)越的抗震性能；）具有優(yōu)越的抗震性能； 4）無污染、可再生、節(jié)能、安全，符合建筑可持續(xù)發(fā)展的）無污染、可再生、節(jié)能、安全，符合建筑可持續(xù)發(fā)展的 原則，可以原則，可以 說鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展是說鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展是21世紀(jì)建筑文明的體現(xiàn)。世紀(jì)建筑文明的體現(xiàn)。 主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)： 易腐蝕，需經(jīng)常油漆維護(hù)，故維護(hù)費(fèi)用較高；鋼結(jié)構(gòu)的耐火性差，當(dāng)溫易腐蝕，需經(jīng)常油漆維護(hù)，故維護(hù)費(fèi)用較高；鋼結(jié)構(gòu)的耐火性差，當(dāng)溫 度達(dá)到度達(dá)到250時，鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)

7、將會發(fā)生較大變化；當(dāng)溫度達(dá)到時，鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)將會發(fā)生較大變化；當(dāng)溫度達(dá)到500時，結(jié)時，結(jié) 構(gòu)會瞬間崩潰，完全喪失承載能力。構(gòu)會瞬間崩潰，完全喪失承載能力。 4.4.木結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu) （1 1）概念）概念 指全部或大部分指全部或大部分 用木材制作的結(jié)構(gòu)。用木材制作的結(jié)構(gòu)。 （2）特點(diǎn)）特點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)： 易于就地取材，制作簡單。易于就地取材，制作簡單。 主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)： 易燃、易腐蝕、變形大，并且木材使用受到易燃、易腐蝕、變形大，并且木材使用受到 國家嚴(yán)國家嚴(yán) 格限制。格限制。 5. 5. 混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu) （1）概念）概念 由兩種及兩種以上材料由兩種及兩種以上材料 作為主要承重結(jié)構(gòu)的

8、房屋稱作為主要承重結(jié)構(gòu)的房屋稱 為混合結(jié)構(gòu)。為混合結(jié)構(gòu)。 （2）特點(diǎn)）特點(diǎn) 不僅具有鋼結(jié)構(gòu)建筑自不僅具有鋼結(jié)構(gòu)建筑自 重輕、截面尺寸小、施工進(jìn)重輕、截面尺寸小、施工進(jìn) 度快、抗震性能好的特點(diǎn)，度快、抗震性能好的特點(diǎn)， 還兼有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度還兼有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度 大、防火性能好、成本低的大、防火性能好、成本低的 優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 圖1-6 上海環(huán)球金融中心 2.根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力和構(gòu)造特點(diǎn)劃分根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力和構(gòu)造特點(diǎn)劃分 （1）排架結(jié)構(gòu)）排架結(jié)構(gòu) 排架結(jié)構(gòu) 的承重體系是屋 面橫梁（屋架或 屋面大梁）和柱 及基礎(chǔ)，主要用 于單層工業(yè)廠房。 屋面橫梁與柱的 頂端鉸接，柱的 下端與基礎(chǔ)頂面 固接（圖1-

9、7）。圖1-7 排架結(jié)構(gòu) （2）墻承重結(jié)構(gòu) 以建筑物墻體作為支承水平構(gòu)件和承擔(dān)水平力的結(jié) 構(gòu)體系，稱為墻承重結(jié)構(gòu)，如砌體一混凝土結(jié)構(gòu)（磚混結(jié) 構(gòu)）、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)等。 圖1-8 剪力墻體系 圖1-9 部分框支剪力墻體系 （3）框架結(jié)構(gòu)）框架結(jié)構(gòu) 由梁和柱為主要構(gòu) 件組成的承受豎向和水平 作用的結(jié)構(gòu)稱為框架結(jié)構(gòu) (圖1-10)，它是多層房屋 的常用結(jié)構(gòu)形式。 圖1-10 框架結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)在水平作用下表現(xiàn)出抗側(cè)移剛度小，水平位 移大的特點(diǎn)，屬于柔性結(jié)構(gòu)，故隨著房屋層數(shù)的增加，水 平作用逐漸增大，就將因側(cè)移過大而不能滿足使用要求， 框架結(jié)構(gòu)的適用高度一般在15層以下。 （4）框架）框架剪力墻

10、結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu) 為了彌補(bǔ)框架結(jié)構(gòu)隨 房屋層數(shù)增加，水平荷載 迅速增大而側(cè)向剛度不足 的缺點(diǎn)，可在框架結(jié)構(gòu)中 設(shè)置部分鋼筋混凝土剪力 墻，形成框架和剪力墻共 同承受豎向和水平作用的 體系，即框架剪力墻結(jié) 構(gòu)(圖1-12)，簡稱框剪 結(jié)構(gòu)。 圖1-12 框架-剪力墻結(jié)構(gòu) （5）筒體結(jié)構(gòu)）筒體結(jié)構(gòu) 由筒體為主組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)稱為筒 體結(jié)構(gòu)。所謂筒體，是由若干片剪力墻圍合而成的封閉井 筒式結(jié)構(gòu)，其受力類似于個固定于基礎(chǔ)上的筒形懸臂構(gòu)件。 （a）框架核心筒結(jié)構(gòu) （b）筒中筒結(jié)構(gòu) （c）成束筒結(jié)構(gòu) 圖1-13 筒體結(jié)構(gòu)透視圖 （6）大跨結(jié)構(gòu)）大跨結(jié)構(gòu) 大跨結(jié)構(gòu)包括拱形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、空間薄壁

11、結(jié)構(gòu)(如 薄殼、折板等)、懸索結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)等，主要用于大跨度建 筑的屋蓋結(jié)構(gòu)，如工業(yè)廠房、體育館、展覽館、禮堂、機(jī)修 庫等。 亞洲鋁業(yè)工業(yè)集團(tuán)擠壓車間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)索膜結(jié)構(gòu) 課堂討論課堂討論 美國的“9.11”事件中，紐約世貿(mào)中心大樓倒塌的 主要原因是什么？它對世界建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展會造成什 么影響？ 能力訓(xùn)練能力訓(xùn)練 參觀校園內(nèi)的建筑，然后統(tǒng)計哪些建筑屬于混凝 土結(jié)構(gòu)，哪些建筑屬于砌體結(jié)構(gòu)，哪些建筑屬于鋼結(jié) 構(gòu)，哪些建筑屬于木結(jié)構(gòu)。 第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 1.安全性安全性 2.適用性適用性 3.耐久性耐久性 任何結(jié)構(gòu)在規(guī)定的

12、時間內(nèi)，在正常情況下均應(yīng)滿足預(yù) 定功能的要求，這些要求是： 二、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)二、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)和正常 使用極限狀態(tài)兩類。 1.承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到了最 大承載能力，或產(chǎn)生了不適于繼續(xù)承載的過大變形。當(dāng)結(jié) 構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)了下列狀態(tài)之一時，即認(rèn)為超過了承載 能力極限狀態(tài)： （1)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡； （2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或其連接因超過材料強(qiáng)度而破壞； （3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系； （4)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定。 超過承載能力極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的安全性就得不到保 證，所以要嚴(yán)格控制出現(xiàn)承載

13、能力極限狀態(tài)的概率。 2.正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)是對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正 常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)了 下列狀態(tài)之一時，即認(rèn)為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件超過了正常使用 極限狀態(tài)： （1)影響正常使用(包括影響美觀)的變形； （2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞； （3)影響正常使用的振動； （4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。 控制出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)的概率，就是為了保證 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的適用性與耐久性。 三、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性規(guī)定三、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性規(guī)定 表表1-2 1-2 結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本規(guī)定結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本規(guī)定 環(huán)境類別環(huán)境類別 最大水

14、灰最大水灰 比比 最小水泥最小水泥 用量（用量（ /m/m） 混凝土強(qiáng)混凝土強(qiáng) 度等級不度等級不 小于小于 氯離子含氯離子含 量不大于量不大于 （% %） 堿含量不堿含量不 大于（大于（ /m/m） 一0.65225C201.0不限制 二 a b 0.60 0.55 250 275 C25 C30 0.3 0.2 3.0 3.0 三0.5300C300.13.0 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)的其他要求請查閱混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。 表表1-1 1-1 混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境類別混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境類別 環(huán)境類別環(huán)境類別說說 明明 一 室內(nèi)正常環(huán)境：無侵蝕性介質(zhì)、無高溫高濕影響、不與土層直接接觸 的環(huán)境 二

15、a 室內(nèi)潮濕環(huán)境：非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性得水或 土直接接觸的環(huán)境 b 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)得露天環(huán)境、與無侵蝕性得水或土壤直接接觸的環(huán)境 三 使用除冰鹽的環(huán)境：嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)冬季水位變動的環(huán)境；濱海室外 環(huán)境 四 海水環(huán)境 五 受人或自然的侵蝕性物質(zhì)影響得環(huán)境 其中，使用環(huán)境類別按表1-1劃分。 四、結(jié)構(gòu)安全等級四、結(jié)構(gòu)安全等級 根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個安全等 級。影劇院、體育館和高層建筑等重要的工業(yè)與民用建筑的 安全等級為一級，大量的一般工業(yè)與民用建筑的安全等級為 二級，次要建筑的安全等級為三級。 結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)的安全等級通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0 來體現(xiàn)的，具體規(guī)定是： 0 0 0 (1)對安全等級為一級或設(shè)計使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)重要 性系數(shù) 不應(yīng)小于1.1； (2)對安全等級為二級或設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) (3)對安全等級為三級或設(shè)計使用年限為5年及以下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)重要 性系數(shù) 不應(yīng)小于0.9。 不應(yīng)小于1.0； 0 0 典型案例典型案例 【案例】某鋼筋