第一讲概述

第一讲概述一、结构的基本概念由若干个构件组成的受力体系。二、结构类型（一）、建筑结构按所采用材料的不同，可分为木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构等。1、木结构2、砌体结构3、混凝土结构4、钢结构掌握混凝土结构与钢结构的优缺点。（二）、建筑结构按受力和构造特点的分类概括起来建筑结构不外乎由楼盖（包括屋盖)、墙和柱、地基与基础几大部分组成。楼盖和屋盖结构是水平承重体系，用以承受楼盖或屋盖的竖向荷载并将其传给墙、柱。它还起支承和保持墙、柱稳定的作用。墙、柱是竖向承重体系，用以承受楼、屋盖传来的荷载，并将其传给基础。它还承受风荷载或地震产生的水平力。基础是结构地面以下的部分结构构件，承受上部结构的荷载并传给地基。地基是支承由基础传递的上部结构荷载的土体或岩体。按照受力特点，建筑结构的基本元件分为梁、扳、柱、拱、壳与索六大类。这些基本元件可以单独作为结构使用，但多数情况下常组合成多种多样的结构类型使用。建筑结构常用的基本类型有梁、板、柱、桁架、拱、框架、排架、折板结构、壳体结构、网架结构、悬索结构、剪力墙、筒体结构、悬吊结构、板柱结构、墙板结构和充气结构等。1、混合结构----上刚下柔、上柔下刚、内框、底框等。2、厂房----排架结构、刚架结构。3、多高层建筑（1）、框架结构该体系是以由梁、柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构体系。其优点是在建筑上能够提供较大的空间，平面布置灵活，适合于多层工业厂房以及民用建筑中的多高层办公楼、旅馆、医院、学校、商店和住宅建筑。其缺点是框架结构抗侧刚度较小，在水平荷载作用下位移大，抗震性能较差，故亦称框架结构为“柔性结构”。框架结构是由梁和柱连接而成的。梁、柱连接处一般为刚性连接，也可为铰接连接，当为铰接连接时我们通常叫它排架结构。框架结构按施工方法的不同，分为全现浇式、半现浇式、装配式和装配整体式四种。框架结构按承重方式不同分为全框架结构、内框架结构、底层框架结构三种。（2）、框剪结构框架—剪力墙结构体系(简称框剪结构)，是在框架体系的基础上增设一定数量的横向和纵向剪力墙所构成的双重受力体系。一般而言，框架结构布置灵活，容易满足不同建筑功能的要求，结构延性也比较好，但抗侧刚度较小，抵抗水平荷载的能力较低。而剪力墙结构抗侧刚度较大，抗侧承载力高，但由于承重墙体间距较密，建筑布置不够灵活。框架—剪力墙结构体系将框架体系和剪力墙体系结合起来，既可使建筑平面灵活布置，得到自由的使用空间，又可使整个结构抗侧刚度适当，具有良好的抗震性能。（3）、随着房屋层数和高度的进一步增加(一般当房屋层数超过25层以上时)，水平荷载对房屋的影响更加厉害，如果采用框架—剪力墙体系，则需要设置的剪力墙数量将要大幅度增加，以至整个房屋中剩下的框架寥寥无几，为简化设计和施工起见，则宜采用全部剪力墙结构。剪力墙，即为刚度较大的，一般是钢筋混凝土的墙片。该墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。其抗弯惯性矩大，其抗侧刚度比框架柱大大提高，抗剪强度也大得多。这种墙片为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度，所以一般称这种墙片为“抗剪墙”或“剪力墙”。剪力墙结构比框架结构或框-剪结构更具有良好的整体刚度，其适应高度或层数更具有优势，一般全剪力墙结构可适应于16～40层之高。根据剪力墙结构的特点，这种体系广泛应用于分间较多、隔墙固定的旅馆、公寓、住宅等民用房屋。剪力墙结构体系的优点结构整体性强，抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易得到满足，适于建造较高的建筑。集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料。抗震性能好，具有承受强烈地震裂度而不倒的良好性能。用钢量较省。与框架结构体系相比，施工相对简便与快速。剪力墙结构体系的缺点墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到限制，较难满足大空间建筑功能的要求。结构自重较大，加上抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。（4）、筒体结构由于建筑功能和城市规划的需要，加之建设用地紧张，近年来高层建筑迅速发展。进入20世纪80年代后，建筑功能和建筑艺术要求不断提高，平面布置与竖向体型日益复杂；随着层数增多，高度加大以及抗震设防烈度提高后，以平面结构状态工作的框架、剪力墙和框架—剪力墙所组成的三大常规体系往往难以满足要求。有时建筑功能上也要求体型灵活多样，富于变化。于是平面剪力墙可以组成空间薄壁筒体；框架通过减小柱距，形成空间密柱框筒。这些以一个或多个筒体来抵抗水平力的结构便是筒体结构。筒体结构以空间整体受力为特征，具有很大的抗侧力刚度和承载力，并有很好的抗扭刚度。100m以上的高层建筑中，采用筒体结构的占70％以上。筒体结构体系包括框筒结构、筒中筒结构、框架核芯筒结构、多重筒结构和束筒结构。4、空间大跨建筑（1）、拱拱是一种历史悠久、至今仍在大量应用的结构形式。拱结构在国内外得到广泛应用，类型也多种多样。按建造的材料分类，有砖石砌体拱结构、钢筋混凝土拱结构、钢拱结构、胶合木拱结构等，按结构组成和支承方式分类，有无铰拱、两铰拱和三铰拱，无拉杆拱和有拉杆拱。按拱轴的形式分类，常见的有半圆拱和抛物线拱；按拱身截面分类，有实腹式和格构式、等截面和变截面等等。（2）、网架结构网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的网状空间杆系结构。网架结构根据外形可分为平板网架和曲面网架。通常情况下，平板网架简称为网架；曲面网架简称为网壳。网架结构组合有规律，大量杆件和节点的形状、尺寸相同，并且杆件和节点规格较少，便于工厂成批生产，产品质量高，现场进行拼装容易，可提高施工速度。网架结构不仅实现了利用较小规格的杆件束建造大跨度结构，而且结构占用空间较小，更能有效利用空间，如在网架上下弦之间的空间布置各种设备及管道等。网架结构能适应不同跨度、不同平面形状、不同支承条件、不同功能需要的建筑物，不仅中小跨度的工业与民用建筑有应用，而且被大量应用于中大跨度的体育馆、展览馆、大会堂、影剧院、车站、飞机库、厂房、仓库等建筑中。通常网架有两大类，一类是由不同方向的平行弦桁架相互交叉组成的，故称为交叉桁架体系网架；另一类是由三角锥、四角锥或六角锥等的锥体单元组成的空间网架结构，故称为角锥体系网架。网壳结构按层数可分为单层壳网、双层网壳和变厚度网壳三种。（3）、悬索结构悬索结构是由一系列高强度钢索组成的一种张力结构，由于其自重轻，用钢量省，能跨越很大的跨度，是—种比较理想的大跨度结构型式。悬索屋盖结构主要用于跨度在60～l60m的体育馆、展览馆、会议厅等大型公共建筑。悬索结构一般由索网、边缘构件和下部支承结构组成。索网是悬索结构的主要承重构件，是一个轴心受拉构件。索网一般由每根直径为2.5mm、3mm、4mm、4.5mm、5mm的高强碳素钢丝扭绞而成。边缘构件是索网的边框，无边框则索网不能成型。应注意对边缘构件的处理，采用合理的边缘构件型式以承受索网的巨大拉力。下部支承构件一般是钢筋混凝土立柱或框架结构，为保持稳定，有时还要采取钢缆锚拉的设施。（4）、薄壳结构自然界中存在着丰富多彩的壳体结构，如植物的果壳、种子、茎杆等等，以及动物界的蛋壳、蚌壳、蜗牛壳等等。它们形态变化万千，曲线优美，且厚度薄，用料少，结构坚。以上所列种种壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。两个曲面之间的距离即为壳体的厚度(δ)，当δ比壳体其他尺寸(如曲率半径R，跨度L等)小得多时，一般要求δ/R≤1/20(鸡蛋壳≈1/50)，称为薄壳结构。现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。薄壳结构用于建筑有着悠久的历史。最初仿效洞穴的穹顶，由于材料的限制(用砖石)以及对薄壳受力状况的不理解，常常建成的圆顶壳体的厚度达1～3m，并且大都开裂，因此直至20世纪初之前，壳体结构用于建筑发展较慢。直到20世纪初叶，随着工程界对薄壳结构的试验和理论研究的不断深入，相继建立了多种薄壳理论和近似计算方法，以及计算机电算技术迅速发展，使壳体结构摆脱了繁重的计算难关。20世纪30年代以后，薄壳结构走上了广泛应用的道路。A、圆顶薄壳圆顶薄壳结构为旋转曲面壳。根据建筑设计的需要，圆顶薄壳可采用抛物线、圆弧线、椭圆线绕其对称竖轴旋转而成抛物面壳、球面壳、椭球面壳等。圆顶薄壳结构具有良好的空间工作性能，能以很薄的圆顶覆盖很大的跨度，因而可以用于大型公共建筑，如天文馆、展览馆、剧院等。目前已建成的大跨度钢筋混凝土圆顶薄壳结构，直径已达200多米。我国解放后建成的第一座天文馆——北京天文馆，即是直径25m的圆顶薄壳，壳厚仅为60mm。圆顶薄壳由壳板、支座环、下部支承结构三部分组成。B、筒壳C、双曲扁壳D、鞍壳、扭壳（三）、建筑结构基本构件拉、压、弯、剪、扭