建筑结构邓广

第一章概论建筑与结构关系结构技术两者关系课程目标结构技术主要指在既定结构基础上采用的分析、设计方法及所涉及的建筑材料、施工技术等。建筑师在方案阶段须满足的结构三大原则：建筑功能优先原则；构件受力合理原则；施工实际出发原则。建筑结构分类：可按结构采用的材料分类；按结构体系分类和按建筑物层数分类。通过本课程学习，使建筑专业学生在建筑设计中能具备结构总体知识，对结构体系、结构布置及结构形成有一定了解，并能对常用、简单的结构进行计算；掌握常用结构体系的特点、适用情况，对所设计的建筑能熟练选择结构体系，并估算其基本尺度。分类第二章建筑结构设计基本原理作用抗力分类效应一、作用，效应，抗力作用是指施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构外加变形或约束变形因素的总称，包括直接作用和间接作用。由作用引起的结构或构件的反应称为作用效应，直接作用和间接作用都能产生作用效应。结构或结构构件承受作用效应的能力称为结构抗力，结构抗力与构件的截面尺寸、形式及材料等级有关。按照时间的变异，可将荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载；按照空间位置的变异可将荷载分为固定荷载和可动荷载；按照结构的反应可将荷载分为静态荷载和动态荷载。定义分类二、极限状态设计法第二章建筑结构设计基本原理结构可靠度是指在设计使用年限内和正常设计、正常施工及正常使用的条件下，完成结构功能要求的概率。结构功能要求主要包括安全性要求、适用性要求和耐久性要求。建筑物的安全等级是根据结构破坏可能产生后果的严重程度进行划分，共分为三级。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，此特定状态称为该功能的极限状态。我国将结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。材料性能分析方法第三章结构材料力学性能及结构分析方法材料性能与设计方法结构材料的主要力学性能指标有：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛等。此外材料还需满足协同工作性能、耐久性、可加工性等性能要求。结构分析的内容有整体分析、最不利作用效应组合、简化及假定可靠、力学平衡和变形协调等。混凝土结构的分析方法主要有弹性分析方法、塑性内力重分布分析方法、塑性极限分析方法和弹塑性分析方法等。定义优缺点第四章混凝土结构一、混凝土结构以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝土结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土结构等。除了能合理利用钢筋和混凝土两者的材料性能优势外，主要优点有就地取材、节约钢材、耐久及耐火、可模性好、整体性好和刚度大等；其主要缺点有自重大、抗裂性差、建造较费工等。第四章混凝土结构二、受弯构件正截面定义破坏形态矩形截面配筋分为单筋矩形截面配筋和双筋矩形截面配筋，只在截面受拉区配置纵向受力钢筋的截面称为单筋矩形截面。正截面破坏由弯矩引起。正截面承载力计算基本假定有：截面应变在变形前后仍保持平面；不考虑混凝土的抗拉强度；混凝土受压的应力与应变关系为已知；钢筋的应力取其应变与其弹性模量的乘积。为简化计算，可将受压区混凝土的压应力图形用一个等效的矩形压应力图形代替。基本假定单筋矩形截面正截面破坏形态有三类：超筋破坏、适筋破坏和少筋破坏。工程中只允许适筋破坏。第四章混凝土结构二、受弯构件正截面公式构造要求10()2cxMfbxh为了使用和施工上的可能和需要,以及在计算中有许多因素未考虑（如温度、混凝土的收缩、徐变等）对截面承载能力带来的不利影响，在构件设计时,除了要符合计算结果外,还必须满足一定的构造要求，这些构造要求是人们在长期实践经验基础上总结出来的,它可防止因在计算中没有考虑的因素影响而导致构件的破坏。第四章混凝土结构三、受弯构件斜截面定义破坏形态实际工程中，构件截面处于弯矩和剪力共同作用的复合受力状态，其受力和破坏特征与正截面都不同。当剪跨比较大时，斜裂缝一旦出现，便迅速向集中荷载作用点延伸，并很快形成临界斜裂缝，梁随即破坏，称之为斜拉破坏；剪压破坏是指当剪跨比适中时，斜裂缝中某一条发展为临界斜裂缝，并向荷载作用点缓慢发展，剪压区高度逐渐减小，最后剪压区混凝土被压碎；当剪跨比很小时，荷载作用点与支座间梁的腹部出现若干条平行的斜裂缝，梁腹被这些斜裂缝分割为若干斜向短柱，最后因短柱混凝土被压碎而破坏，称之为斜压破坏。第四章混凝土结构公式构造钢筋三、受弯构件斜截面svcscvt0yv0AVafbhfhs在弯剪区段，梁除发生斜截面破坏外，还可能发生因斜截面受弯承载力不够及锚固不足的玻坏，因此在考虑纵向钢筋弯起、截断及钢筋锚固时，还需在构造上采取措施，保证梁的斜截面受弯承载力及钢筋的锚固可靠。此外还要注意箍筋构造要求问题。第四章混凝土结构四、裂缝宽度验算原因机理裂缝形成的原因可分为两大类：一类是由荷载引起；第二类是由变形因素（非荷载）引起，如由材料收缩、温度变化、混凝土碳化（钢筋锈蚀膨胀）以及地基不均匀沉降等原因引起的裂缝。大多数裂缝属于第一类。规范采用平均裂缝宽度乘以扩大系数的方法确定最大裂缝宽度，平均裂缝宽度应等于平均裂缝间距之间沿钢筋水平位置处钢筋和混凝土总伸长之差，平均裂缝间距可按下列半理论半经验公式计算。第四章混凝土结构五、挠度验算机理公式挠度是由于混凝土材料的非线性等原因导致，受弯构件按荷载效应的准永久组合并考虑荷载长期作用影响计算的挠度计算，其最大值不应大于受弯构件的挠度限值。'fE20ss5.3162.015.1hAEBsskqK)1(BMMMBsBB第四章混凝土结构六、预应力混凝土定义应力损失计算内容预应力混凝土是在结构承受外荷载之前，在其受拉部位预先人为施加压力，以抵消或减少外荷载产生的拉应力，使构件在正常使用的情况下不开裂，或裂缝开得较晚、开展宽度较小。预应力损失包括:1.张拉端锚具变形和钢筋内缩；2.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦；3.混凝土加热养护时受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差；4.预应力钢筋应力松弛；5.混凝土收缩和徐变；6.螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压。先张法构件混凝土预压前的预应力损失有1、2、3、4项，预压后的预应力损失有5；后张法构件混凝土预压前的预应力损失有1、2项，预压后的预应力损失有4、5、6项。第四章混凝土结构七、楼盖结构类型计算方法楼盖按结构形式可分为：单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖等；按预应力情况可以分为：钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖两种；按施工方法可分为：现浇式、装配式和装配整体式楼盖。现浇板肋梁楼盖的计算理论有弹性理论和塑性理论。随着荷载的增加，混凝土受拉区裂缝的出现和开展，受压区混凝土的塑性变形，钢筋混凝土连续梁的内力与荷载的关系是非线性的。钢筋混凝土连续梁的内力，相对于线性弹性分布发生的变化，称为内力重分布现象。第四章混凝土结构八、受扭构件类型计算原则构件的扭矩分为两种类型，第一种扭矩的大小由静力平衡条件求得，这种扭矩称为平衡扭矩；第二种构件的扭转大小与构件相对刚度有关，这种扭矩称为协调扭矩。若构件中还有剪力作用，构件的抗扭、抗剪承载力都将降低，这便是剪力和扭矩的相关性。对复合受力承载力计算，只考虑剪力和扭矩之间的相关性，再将计算结果简单叠加。第四章混凝土结构九、轴心受力构件定义计算原则当构件轴向力作用线与构件截面形心轴线重合时，即为轴心受力构件。承受轴心拉力的构件称为轴心受拉构件；承受轴心压力的构件称为轴心受压构件。根据构件的长细比的不同，轴心受压构件可分为短柱和长柱。长柱的承载力低于相同条件短柱的承载力，可采用引入稳定系数来考虑长柱纵向挠曲的不利影响，稳定系数小于1.0且随着长细比的增大而减小。轴心受拉构件开始加载时轴向拉力很小，混凝土和钢筋都处在弹性受力状态；构件开裂后，混凝土退出工作，所有外力由钢筋承受；最后轴向拉力使裂缝截面处钢筋应力达到抗拉强度，此时构件进入破坏阶段。第四章混凝土结构十、偏压构件附加弯矩破坏形态偏心受压构件的破坏形态分为大偏心受压和小偏心受压破坏。大偏心受压破坏是由于受拉钢筋首先达到屈服，然后受压区混凝土压坏，承载力主要取决于受拉钢筋，故称为受拉破坏；小偏心受压破坏是由于受压区混凝土达到其抗压强度，远离纵向力一侧的钢筋，一般均未达到屈服，近纵向力一侧的钢筋一般均能达到屈服，构件承载力主要取决于受压区混凝土，故称为受压破坏。钢筋混凝土柱在偏心压力作用下将产生挠曲变形，并产生附加弯矩，当柱的长细比较大时，挠度的影响不容忽视，计算中须考虑侧向挠度引起的附加弯矩对构件承载力的影响。第四章混凝土结构十、偏压构件：对称配筋计算公式对称配筋是采用同一种规格的钢筋,且两侧钢筋面积相等、混凝土保护层也相等。在对称配筋情形下，由界限破坏荷载判断构件的大小偏心。对于大偏心受压，有对于小偏心受压，有1cNxfb1021010,100.43()()bcbbccbsNfbhxNefbhfbhbha第四章混凝土结构十一、偏心受力构件斜截面机理公式001.750.071svtyvAVfbhfhNs001.750.21svtyvAVfbhfhNs在偏心受压和偏心受拉构件中一般都有剪力的存在。当压应力不超过一定范围时，混凝土的抗剪强度随压应力的增加而提高，随拉应力的增加而减小。偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式为：偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算公式为：砌体所用的黏土、砂、石属天然材料，分布较广；砌体的保温、隔热、隔声性能好；具有良好的耐火性和耐久性；砌体结构施工工艺简单，不需要模板和特殊的施工设备；砌体结构可以节约钢材、水泥和木材，造价低。一、概况砌体的强度低，构件截面尺寸大，因而结构自重大；砌体的抗拉、抗剪强度低，砌体结构的抗震性能差；砌筑工作量大，生产效率低。第五章砌体结构优点缺点三、承载力计算二、承载力计算砌体结构房屋中的墙、柱是受压构件，当压力作用于构件截面重心时，称为轴心受压构件，当压力作用于构件截面重心以外或同时有轴向压力和弯矩作用时，称为偏心受压构件。fAN20])11(121[1211he第五章砌体结构公式定义三、承载力计算三、局部承压计算当轴向压力作用于砌体的部分截面上时，砌体处于局部受压。根据局部受压面积上的应力是否均匀，砌体局部受压分为局部均匀受压和局部不均匀受压两种情况。Nl£gfAlg=1+0.350AlA-1第五章砌体结构公式定义房屋墙、柱的静力计算方案，是指通过对房屋的空间受力性能的分析，根据房屋空间刚度的大小确定墙、柱的计算简图。它是墙、柱内力分析以及承载力计算和相应构造措施的主要依据。划分依据如下（表中数字单位为米）：三、承载力计算四、房屋计算方案屋盖或楼盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式、装配整体和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖3232～72722装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼盖2020～48483瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖1616～3636第五章砌体结构五、过梁、墙梁、挑梁房屋中门、窗洞口上的梁，常称为过梁。常用的过梁有砖砌平拱过梁、钢筋砖过梁和钢筋混凝土过梁。过梁除按受弯构件进行正截面和斜截面计算外，有时还要进行抗扭承载力计算。由钢筋混凝土梁和梁以上计算高度范围内的砌体墙所组成的共同受力构件，称为墙梁。墙梁的计算较为复杂，可参见有关规范的要求。挑梁是指一段挑出墙体外面，另一段嵌入砌体墙内的悬挑构件。通过自身受弯、受剪将荷载有效地传给承重墙。挑梁除按受弯构件进行正截面和斜截面计算外，还要进行抗倾覆验算。第五章砌体结构挑梁过梁墙梁六、抗震设计概要震害表明，破坏主要体现在：墙体破坏、墙角破坏、楼梯间破坏、纵横墙连接处破坏以及楼盖、屋盖破坏。抗震设计中结构布置要求体现在：对平面、立面的布置要求；房屋总高度、层数及层高限制；房屋高宽比限制；抗震横墙最大间距要求及房屋局部尺寸限值等方面。砌体结构构造要求很多、很细，主要有：构造柱设置、芯柱设置、圈梁设置、楼（屋）盖与承重墙体连接以及楼梯间连接等内容。第五章砌体结构构造要求破坏类型结构布置一