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建筑结构第1章概论1.建筑结构与建筑的关系强度是建筑的最基本特征，它关系到建筑物保存的完整性和作为一个物体在自然界的生存能力，满足此“强度”所需要的建筑物部分是结构，结构是建筑的的基础，没有结构就没有建筑物。结构以建筑之间的关系能够采用多种形式，结构是建筑物的基本受力骨架。2.建筑结构的基本要求安全性、经济性、适用性、耐久性、可持续性3.建筑结构的分类1.按组成材料1）木结构优点：施工周期短；易于扩建和改造；保温隔热性能好；节能环保性能好。缺点：多疵病；易燃；易腐；易虫蛀。2）砌体结构（包括无筋砌体和配筋砌体等）消防限制，最高七层。优点：耐久性好；耐火性好；就地取材；施工技术要求低；造价低廉。缺点：强度低，砂浆与砖石之间的粘接力较弱；自重大；砌筑工作量大，劳动强度高；粘土用量大，不利于持续发展。3）混凝土结构（包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。）优点：耐久性好；耐火性好；可模性好；整体性好；可就地取材。缺点：自重大；抗裂差；施工环节多；施工周期长；拆除、改造难度大。4）钢结构优点：强度高、重量轻；材性好，可靠性高；工业化程度高，工期短；密封性好；抗震性能好。缺点：钢材为非燃烧体，耐热但不耐火；耐腐蚀性差。5）组合结构（可分为钢骨混凝土结构和混合结构）优点：刚度大；防火、防腐性能好；重量轻；抗震性能好；施工周期短、节约模板缺点：需要特定的剪力连接件、需要专门焊接设备与人员、需要二次抗火设计2.按结构体系1）混合结构体系—主要承重构件由不同的材料组成的房屋。主要用于量大面广的多层住宅。2）排架结构—由屋面梁或屋架、柱和基础组成，其屋架与柱顶为铰接，柱与基础顶面为固接。主要用于单层工业厂房中。3）框架结构—采用梁、柱等杆件组成空间体系作为建筑物承重骨架的结构。优点：建筑室内空间布置灵活；平面和立面变化丰富。缺点：在水平荷载作用下，结构的侧向刚度较小，水平位移较大；框架结构抗震性能较差，适用于非抗震设计；层数较少，建造高度不超过60m的建筑中。4）剪力墙结构—利用墙体构成的承受水平和竖向作用的结构。优点：具有更强的侧向和竖向刚度；抗水平作用的能力强；抗震性能好，适宜于建造高层建筑，一般在10～40层范围内都可采用。缺点：平面布置和空间布置受到一定的局限。5）框架-剪力墙结构—在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架—剪力墙结构，竖向荷载主要由框架承受，水平荷载主要由剪力墙承受。具有更既有框架结构布置灵活、使用方便的优点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层办公楼及宾馆建筑。6）筒体结构—利用竖向筒体组成的承受水平和竖向作用的建筑结构，根据筒体的布置及组成方式不同，又分为框筒结构、筒中筒结构和束筒结构。适用于层数超过40～50层时的超高层建筑。3.按建筑物层数高层结构体系——10层及以上或高度超过28m多层结构体系——4～9层低层结构体系——1～3层各种结构体系的适用层数和可建层数结构体系框架框剪墙剪力墙框架筒体框筒筒中筒适用层数10-1510-2010-3010-4040-5040-60可建层数202540505575第2章建筑结构设计基本原理1.结构的作用、作用效应、抗力作用——施加在结构上的集中力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。作用效应——由作用引起的结构或构件的反应（内力、变形、裂缝）。结构抗力——结构或构件承受作用效应的能力。结构的作用、作用效应、抗力均具有随机性。2.荷载不同分类1.按时间的变异分类1）永久荷载结构自重、土压力、预加压力、地基沉降以及焊接等。2）可变荷载安装荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载及温度变化等。3）偶然荷载地震、爆炸、撞击等。2.按空间位置的变异分类1）固定荷载结构构件自重、民用与工业建筑楼面上的固定设备荷载等。2）可动荷载民用与工业建筑楼面上的人群荷载、吊车荷载等。3.按结构的反应分类1）静态荷载对结构构件不产生加速度，或其加速度可忽略不计的荷载。结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等属于静态荷载。2）动态荷载对结构或构件产生可忽略不计的加速度的荷载。吊车荷载、地震、设备振动、作用在高耸结构上的风荷载等。3.荷载标准值和代表值结构设计时，根据各种极限状态的设计要求所采用的不同的荷载数值称为荷载代表值。对于永久荷载以标准值作为代表值；对可变荷载根据不同的设计要求采用不同的代表值，如标准值、组合值、频遇值、准永久值。(1)标准值荷载标准值是指结构在设计基准期(50年)内，正常情况下可能出现的最大荷载值。通常要求荷载标准值应具有95%的保证率。(2)组合值当结构承受两种或两种以上可变荷载时，，因此除主导的可变荷载外，其它伴随的可变荷载均以其标准值乘以一个小于或等于1的组合系数作为可变荷载的组合值。(3)频遇值可变荷载的频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计时采用的一种可变荷载组合值。它是在统计基础上确定的。在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期的一小部分，或其超越频率限于某一给定值。(4)准永久值可变荷载中在整个设计在整个设计基准期内出现时间较长（可理解为总的持续时间不低于25年）的那部分荷载值，称为该可变荷载的准永久值。4.结构功能要求1）安全性-正常使用和施工时能承受各种可能出现的作用。在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必须的整体稳定性。2）适用性-在正常使用时具有良好的工作性能。不发生影响使用的变形和裂缝。3）耐久性-在正常使用和维护下，在规定的时间内（一般为50年）、规定的条件下，完成预定功能的能力。5.结构极限状态所谓结构的极限状态就是结构或构件满足结构安全性、适用性、耐久性三项功能中某一功能要求的临界状态。超过这一界限，结构或其构件就不能满足设计规定的该功能要求，而进入失效状态。极限状态是区分结构工作状态的可靠或失效的标志。极限状态可分为两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。(1)承载能力极限状态承载能力极限状态是指对应于结构或结构构件达到最大的承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：1.整个结构或结构的一部分，作为刚体失去平衡(如倾覆等)2.结构构件或连接因为超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度变形而不适于继续承载3.结构转变为机动体系4.结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)5.地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)(2)正常使用极限状态正常使用极限状态是指对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定的限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：1.影响正常使用或外观的变形2.影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)3.影响正常使用的振动4.影响正常使用的其它特定状态6.结构可靠概率与失效概率及可靠度指标之间的关系结构的可靠概率结构和结构构件在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。结构的作用效应小于结构抗力时，结构处于可靠工作状态。记为Ps结构失效概率一般把不满足功能要求的概率称为结构的失效概率。记为Pf一般工业与民用建筑的允许失效概率：延性破坏的结构[Pf]=6.9×10-4脆性破坏的结构[Pf]=1.1×10-4可靠度指标β可以代替失效概率来度量结构的可靠性。β≥[β][β]由建筑物的重要性、延性破坏还是脆性破坏来确定。7.荷载几种组合2-8——永恒荷载的分项系数对结构计算内容不利由可变荷载控制1.2由永久荷载控制1.35有利一般结构计算1.0倾覆，滑移0.9——第一个和第i个可变荷载分项系数——永久荷载标准值的效应——在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应——第i个可变荷载标准值的效应——可变荷载Qi组合值系数2-8简化2-92-132-14——可变荷载Qi频遇值系数——可变荷载Qi准永久值系数2-15第三章结构材料的力学性能及指标1.结构材料基本要求1)结构材料基本要求强度:材料抵抗破坏能力的指标。弹性极限强度、屈服强度、极限强度、疲劳强度弹性：弹性是材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质。塑性：塑性是材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复的性质。冲击韧性：钢材抗冲击而不破坏的能力。徐变：徐变是指在恒定温度和应力条件下，构件或材料的变形随时间增加而增大的现象。应力松弛：应力松弛是指在恒定温度和应力条件下，构件或材料的变形随时间增加而减小的现象。2）其他要求协同工作性能、耐久性、可加工性、取材便利，价格合理，经济实用。2.木材1）木材的性能指标密度：构成木材细胞壁物质的密度，约为1.50~1.56g/cm³含水率：木材中水分质量占干燥木材质量的半分比湿涨干缩性：木材具有显著的湿涨干缩性强度：工程上常利用木材的抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度。影响因素：含水率、环境温度、负荷时间、表观密度、疵病。2）木材的防护木材的腐朽与防腐：1.创造条件，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；2.把木材变成有毒的物质，使其不能作为真菌的养料。木材的防虫：采用化学药剂处理木材的防火：浸渍、添加阻燃剂、覆盖第四章混凝土结构第一节钢筋和混凝土材料的力学性能1.钢筋的强度、变形和型号1)强度屈服强度（屈服极限）明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度,实际应用中可取极限抗拉强度σb的85%作为条件屈服点。疲劳强度：规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。极限抗拉强度：C点对应应力值2）变形变形指标伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢筋弯成一定的角度而不发生断裂弹性模量：ＡＢ段应力应变比值徐变：应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛：长度不变，随时间的增长应力降低弹性模量、屈服强度、极限抗拉强度、伸长率是钢材最重要的四个力学指标。拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。3）钢筋的型号1.按化学成分：a.碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）：低碳钢（含碳量0.25%）；中碳钢（含碳量0.25~0.6%）；高碳钢（含碳量0.6~1.4%）b.普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）：锰系；硅钒系；硅钛系；硅锰系；硅铬系2.按加工：a.钢筋：热轧钢筋；冷拉钢筋；热处理钢筋b.钢丝：碳素钢丝；刻痕钢丝；钢绞线；冷拔低碳钢丝3.按表面形状：光圆钢筋；变形钢筋4.按钢筋的应用范围：非预应力钢筋：HPB235，HRB335，HRB400，RRB400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋2.混凝土的强度、变形和型号1)强度1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度立方体抗压强度cu立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80强度标准值=强度平均值-1.645×均方差C代表混凝土，C后的数字即为混凝土的立方体抗压强度棱柱体抗压强度fc取fc=0.67cu2.单轴受力状态下混凝土的抗拉强度直接受拉试验ft取t=0.348fcu0.55劈裂试验ftsts=0.19cu3/4是抗压强度的1/20`1/8，抗压强度越大抗拉强度越小。3.复合受力状态下混凝土的强度双轴应力下的强度双向受拉：强度接近单向受拉强度双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高一拉一压：强度降低kcuckff,2188.0三向受压时的混凝土强度三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高2）变形1.受力变形混凝土的应力-应变关系OA—弹性阶段AB—微裂缝开展BC—弹塑性，竖向裂缝形成C点应力达到最高ck,对应应变为峰值应变E0=0.002CD—下降段D点的应变为极限压应变Eu=0.0033轴向受拉时混凝土的应力应变关系极限拉应力为极限压应力的1/20~1/8，极限拉应变为极限压应变的1/20左右，曲线只有上升段、混凝土的弹性模量长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变影响徐变的因素