第二节建筑结构.

第二章建筑结构与构造第二节建筑结构内容提要：1建筑结构形式2建筑荷载与结构内力3建筑结构的基本要求4建筑结构的安全等级5建筑节能与建筑防护第二节建筑结构一.建筑结构形式简单的说就是房屋的承重骨架。建筑结构有多种类型和不同的分类方法。第一章总论按结构的空间形态分为：单层、多层、高层、超高层等。按承重结构传力体系分为水平和竖向。（一）按结构所使用得材料分类：1）木结构:指全部或大部分用木材制作的结构2）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；墙体和屋盖。3）钢筋混凝土结构—配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架；4）钢—混凝土组合结构5）钢结构:以钢材(钢板、型钢）为主制作的结构此外还有预应力混凝土结构、钢管混凝土等。木结构混合结构69钢筋混凝土结构特点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）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。3.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：墙体的维护作用钢结构14(a)(b)(c)(d)(e)各种型钢及钢绞线(a)槽钢(b)角钢(c)工字钢(d)钢管(e)钢绞线.钢结构1.钢结构的特点：优点：（1）强度高、强重比大；塑性、韧性好；（2）材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；（3）工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；缺点：钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。2.钢结构的应用：（1）重型结构及大跨度建筑结构；（2）多层、高层及超高层建筑结构；（3）轻钢结构；（4）塔桅等高耸结构；（5）钢－混凝土组合结构。我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距。钢－混凝土组合结构钢管混凝土结构工程实例美国西雅图双联广场大厦58层四根大钢管混凝土柱混凝土抗压强度133Mpa直径3.05m管壁厚30mm承受60%竖向荷载（三）按其承重结构的类型分为：1）框架结构2）剪力墙结构3）框架——剪力墙结构4）筒体结构。5)无梁楼盖结构（二）按承重结构的体系分为：1）平面结构2）空间结构1）框架结构※采用梁、柱组成的结构体系作为建筑承重结构。※框架结构的主要构件是梁和柱，而墙体只是作为围护构件。※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。框架结构的组成主梁连系梁柱板由梁和柱刚性连接而成的骨架结构体系主框架次框架3次框架2次框架1巨形框架结构2）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。※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）。※不过剪力墙间距太小，平面布置不灵活，自重大，不适应建造公共建筑，一般适用于建造住宅。广州白云宾馆36004000800080006600030003600030006600080008000400036007000078507850230033层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。3）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。框架－剪力墙结构的组成框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的结构体系框架剪力墙竖向荷载主要由框架承担、水平荷载由剪力墙承担4）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。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。筒中筒结构体系深圳发展中心筒体结构筒中筒体系框筒体系多筒结构体系成束筒（一）建筑荷载q二、建筑荷载与结构内力①建筑荷载通常是指直接作用在建筑结构上的各种力；②直接作用荷载和间接作用荷载（地基不均匀沉降、温度变化，混凝土收缩，地震）；③荷载效应或作用效应。静荷载、恒载自重、固定设备等活载风、雪、动力设备、车辆、人等。地震荷载动荷载另：垂直荷载水平荷载荷载的分类荷载永久荷载结构自重、土压力、预应力、混凝土收缩、基础沉降、焊接变形等可变荷载安装荷载、雪雨风荷载等。偶然荷载地震、飓风等。房屋荷载示意图风荷载雪荷载屋面自重地下室地基反力楼板自重土压力家具及人荷载墙自重人及栏杆荷载水平推力屋架自重荷载的传递屋面屋面板梁墙基础地基柱墙荷载传递路线图受力构件由屋顶开始，依次将荷载向下传递，最后通过基础将荷载传至地基；鸟巢的荷载效应结构内力有很多种（二）结构内力结构内力常见三种温差引起的内力地基的不均匀沉降地震引起的内力基本要求强度抵抗变形和破坏刚度抵抗变形耐久抵抗“退化”和“衰老”平衡抵抗运动三、建筑结构的基本要求稳定抵抗倒塌、滑移、颠覆耐久抵抗“退化”和“衰老”稳定抵抗倒塌、滑移、颠覆耐久抵抗“退化”和“衰老”•四、建筑结构的安全等级（一）耐火等级1、建筑材料的燃烧性能A;B1;B2;B3（不，难，可，易）2、建筑构件的燃烧性能不燃烧；难燃烧；燃烧3、建筑构件的耐火极限一级(1.5)；二级(1.0)；三级(.5)；四级(0.25)•四、建筑结构的安全等级一级二级三级四级15年以下、临时性建筑25~50年、次要性建筑50~100年、一般性建筑，人员密集100年以上、重要和高层建筑（二）耐久等级(使用性质及耐久年限）作用效应（拉压弯剪扭）抗力失效失效由于荷载超过结构或构件的强度极限而破坏(与力的大小有关)。由于构件或者结构在荷载作用下所产生的变形超过变形极限(与刚度有关)。由于结构或构件的整体位移超过所允许的范围而失去继续承载的能力(失稳)。由于时间效应，结构或构件在达到服务期限之前失效。(时效破坏)(耐久性不够)由于外部环境的作用(比如腐蚀作用)而使结构或构件改变力学性质。(腐蚀破坏)由于冷热交替作用而使结构或构件的力学性能发生改变。(热力作用破坏)结构或构件在“往复”荷载作用下产生的“疲劳”破坏。结构由于受到冲击荷载的作业而破坏。(冲击破坏，或者动力破坏)25/33五、建筑结构的失效六、建筑节能与建筑防护建筑节能亦称适应气候条件的建筑，是指采取相应的措施利用当地有利的气象条件，避免不利的气象条件设计的低能耗的建筑。或者说，使设计的建筑在少使用或不使用采暖、制冷设备的前提下，让一年四季的室内气温尽可能地维持或接近在舒适的范围内。事实上，我们所使用的采暖和制冷设备的主要任务就是辅助调整室内自然温度使之达到舒适的范围之内。（一）建筑节能的概念（1）建筑能耗的范围（建造和使用）（2）建筑得热与失热的途径（二）建筑节能的内容3、建筑节能实现的途径教材P58\64（1）选择建筑表面积小的住宅外形。表面积越小则建筑热损失亦越小。（2）合适的窗面积及方位。为了充分利用太阳辐射热和有利于夏季的通风，把南侧窗设计大些，北侧窗设计小些。（3）调整日照。在南面窗户上做遮阳板或种植树木挡住日照，可减缓夏季的酷热。建筑节能的具体做法1概述（4）平面规划。在建筑周围植树，挡寒挡风挡尘等。（5）防止缝隙进风。防止门窗缝隙的冷风渗透，加以密封。（6）使用绝热材料。对地板、墙、顶棚以及屋顶进行绝热，以减少围护结构四周的传热系数，从而可有效地减少住宅的供暖、供冷的负荷量。对墙体实施复合保温是目前外墙节能的主要措施，它采用保温材料与基层墙体复合，从而提高外墙的保温和隔热性能。复合保温措施可根据保温材料在墙体中的位置分为内保温、中保温、组合保温和外保温四种。外墙内保温是上海地区习惯使用的一种墙体保温措施，具有施工方便、造价较低等优点。内保温墙体一般用高效保温材料复合，保温材料与主墙体之间可设或不设空气间层，其表面覆以纸面石膏板。2外墙的绝热（1）采用节能建筑玻璃采用热反射镀膜玻璃，对波长在0.3~2.5μm范围内的太阳光有良好的反射和吸收能力，能够明显减少太阳光的辐射热能向室内的传递，保持室内温度的稳定达到节能。（2）加密封条或密封材料单层窗上贴透明薄膜或采用单框双玻璃。3门窗的绝热多孔砖外墙保温（3）采用保温门和阳台门在门窗中层可填充25mm厚的岩棉、保温性能与370mm的砖墙相近。在阳台的门心板上贴2.5cm厚的聚苯板，保温效果良好。平屋面节能应改变过去把保温层密封在屋面防水层与结构层之间的不利做法，并尽量采用高效保温材料作屋面保温层，如发泡聚苯板（EPS板）或挤塑型聚苯板（XPS板）等。在构造形式上尽量采用目前国外流行的倒置保温做法，把保温层置于屋面防水层之上，从而简化屋面构造，减薄屋面厚度，并有效保护防水层。在屋面采用带铝箔的玻璃棉板这种高效保温隔热材料，可以大大提高屋面的传热阻值，有效地减少热量的流通量，保温隔热效果显著。4屋面节能措施使用各种轻便、可调的遮阳设备可以卓有成效地抵御夏季太阳间接或直接辐射对室内气温的影响，大大降低夏季室内温度。根据美国研究人员对墙体与玻璃的太阳辐射热量通过情况进行比较，通过玻璃进入室内的太阳辐射量是墙体的30倍以上。但如果附近加了一定的遮阳措施，这种热量通过则明显减少，只占原先的1/3左右。5遮阳板系统太阳能在建筑中的热利用是建筑节能有效而又经济可行的重要措施，它与建筑师对于建筑物应与自然环境相协调的观点一致，由此而产生了太阳能建筑，并受到国际上的普遍重视。在20世纪80年代召开的世界太阳能会议上，参加太阳能建筑的代表人数最多，现已出现了“太阳能建筑学”新专业，这是值得我们建筑界重视的一个动向。太阳能建筑目前正在朝着带有保温窗帘的直接受益式方向发展。6利用太阳能采暖和空调传统煤气的热量有四分之一通过烟囱损失了。美国发明的新式冷凝炉通过冷却和冷凝废气，回收大部分散失热量使能耗下降28%。美国国会最近通过了由总统批准执行的新的家用电器效率标准法案。据统计，执行这项法案后，可节省大量电力和天然气。美国劳伦斯伯克利实验室开发的高频电子镇流器可使荧光灯效率提高20％~30%，估计30年内照明可节电250万美元。7采用节能型家用电器炉灶、空调和照明(四）建筑防护建筑防火建筑防雷建筑隔声