建筑结构1-建筑结构绪论

1第一篇建筑结构概论(1-3章）第一章绪论1.1建筑和结构的关系1.2建筑结构的基本要求1.3建筑结构的分类1.4建筑结构选型1.5建筑结构课程的任务和学习方法2第一章（共2讲）本章的主要内容：建筑结构的分类；建筑结构选型；本课程的学习方法和需要注意的问题。第一讲能力训练131.1建筑和结构的关系一.建筑结构定义简单的说就是房屋的骨架。第一章总论1.1建筑和结构的关系柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板骨架：建筑物中用来承受各种外部作用（如荷载作用：重力、风力、地震等；非荷载作用：温度变化、地基不均匀沉降等）的受力体系。由若干结构构件组成：基础、墙体、柱、梁、板及屋架等。4第一章总论1.1建筑和结构的关系二、建筑和结构的关系两种极端表现形式：结构隐藏于建筑——自由女神像、新疆西王母雕像建筑完全依赖于结构——鸟巢体育馆建筑师与结构师的关系：建筑师——建筑物的外在特质（使用性、美观性）结构师——建筑物的内外特质（安全性、适用性、耐久性）*纯粹质朴和真实的结构会增加美的效果！*建筑师不应仅仅是个艺术家，还要掌握必要的结构知识，否则只能当个协调者！*二者密不可分！和谐统一！51.2建筑结构的基本要求机遇与挑战并存：随着新型建筑材料的生产、施工技术的进步、结构分析方法的发展，使建筑设计更灵活、空间更宽广。但要注意建筑结构的基本要求。第一章总论建筑师使用性：建筑物的实用功能——住宅、展馆、音乐厅、厂房、教学楼？采光、通风、照明、防火、防潮、声学要求……美观性：建筑物的美学感受——形状、花纹、色彩、材质等（我国京、晋、徽、川、闽派建筑和巴洛克、哥特式、法国古典主义建筑等）以及结构形式（悉尼歌剧院、北京鸟巢）经济性：现在建筑的结构部分造价通常不超过建筑总造价的30%，建筑部分占多少？结构的采用应当使建筑的总造价最经济。受材料、劳动力、施工方法、施工速度、结构维护等的影响。工管专业的主攻。1.2建筑结构的基本要求61.2建筑结构的基本要求第一章总论结构师美观性：经济性：安全性：要求结构在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；在偶然事件发生时和发生后，仍能保持必须的整体稳定性。1、平衡——几何不变2、稳定——雨篷的倾覆、比萨斜塔、大雁塔倾斜3、承载能力——重力、地震、风、冲击等适用性：要求结构在正常使用时具有良好的工作性能。1、变形——木结构、钢结构的挠度2、裂缝——混凝土开裂3、局部损坏——刚结点、柱底、梁端4、振动——小寨人行天桥、千禧桥、地铁振动等耐久性：要求结构在正常维护下，具有足够的耐久性能。即在规定的工作环境下，在预定的设计期内，其材料性能的恶化不至导致结构出现不可接受的失效概率。钢锈蚀、木虫蛀、混凝土海水侵蚀等1.2建筑结构的基本要求7第一章总论1.3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。1.3建筑结构的分类82）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。第一章总论1.3建筑结构的分类按其承重结构的类型分为：1）框架结构：梁、柱组成的结构体系作为建筑承重结构。2）剪力墙结构3）框架—剪力墙结构4）筒体结构。本章目录91）框架结构受力特点：框架结构的主要构件是梁和柱，而墙体只是作为围护构件。优点：※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。请看框架结构组成第一章总论1.3建筑结构的分类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。优点：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）。缺点：剪力墙间距太小，平面布置不灵活，自重大。应用：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第一章总论1.3建筑结构的分类113）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－剪力墙结构组成第一章总论1.3建筑结构的分类124）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。第一章总论1.3建筑结构的分类13混合结构：砌体墙（基础）+钢筋混凝土梁（屋盖或楼盖）排架结构：柱+屋面横梁（或屋架），二者铰接；柱脚与基础固结框架结构：柱+横梁，二者刚接；柱脚与基础固结框-剪结构：柱与剪力墙共同承受水平荷载作用剪力墙结构：剪力墙主要承受水平荷载作用筒体结构：采用密柱或将剪力墙集中形成筒体按受力和构造特点分类小结：按受力和构造特点分类框架-剪力墙结构框架-剪力墙结构排架结构单层厂房筒体结构上海金茂大厦是88层，建筑高度420.5m，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。按建筑物层数分类：高层、多层、低层自左向右：台北101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦17补充：建筑结构特点及应用情况一.钢筋混凝土结构第一章总论1.3.1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）18第一章总论1.3.1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；素混凝土梁受弯试验（39″)钢筋混凝土梁受弯实验(1′36″）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：19第一章总论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：1.3.1各种建筑结构特点及应用情况20第一章总论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）。1.3.1各种建筑结构特点及应用情况217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。第一章总论1.3.1各种建筑结构特点及应用情况22⑷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1.3.1各种建筑结构特点及应用情况23缺点：⑴自重大：不适用于大跨、高层结构。第一章总论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。1.3.1各种建筑结构特点及应用情况8.混凝土结构的应用1）.房屋工程我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构混凝土组合柱组合楼板钢柱组合梁组合桁架钢筋混凝土筒体8.混凝土结构的应用2）.交通工程隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等8.混凝土结构的应用3）.水利工程大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝我国湖北宜昌的三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦8.混凝土结构的应用4）.特种工程核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等281）就地取材；2）耐久性好；3）整体性好；4）可模性好；5）耐火性好。1）自重大；2）抗裂性能差；3）现浇结构模板用量大；4）工期长等等。小结：1.钢筋混凝土结构的特点主要优点：主要缺点：小结：2.钢筋和混凝土共同工作的原因1）钢筋表面与混凝土之间存在粘结作用。★★★2）变形协调作用（线膨胀系数相近）3）混凝土对钢筋的保护作用摩擦力机械咬合力胶结力粘结作用3.钢筋混凝土结构的应用非常广泛。除一般工业与民用建筑外，还用于很多特种结构（水塔、水池、烟囱等）。30二.砌体结构第一章总论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、隔热隔声效果，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。1.3.1各种建筑结构特点及应用情况31第一章总论（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：1.3.1各种建筑结构特点及应用情况32第一章总论第三阶段：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。1.3.1各种建筑结构特点及应用情况（3）应用多层民用房屋，以砖砌体为主。34三.钢结构第一章总论1.钢结构的特点：优点：（1）强度高、强重比大，截面质量小，结构重量轻；（2）塑性