1、房屋工程和結(jié)構(gòu)概述 建筑的三個(gè)最基本要素 強(qiáng)度、適用和美觀 一、建筑結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系一、建筑結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系 建筑結(jié)構(gòu) 由若干構(gòu)件連接而成的能承受建筑物上各種作用的平面或空間體系（骨架體系）。 二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類 作用 使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)（內(nèi)力、變形、裂縫）的各種原因的總稱。作用間接作用：直接作用：指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力系即荷載。指引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。如混凝土的收縮、溫度變化、基礎(chǔ)沉降差、地震等建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛混凝土結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)（一）建筑結(jié)構(gòu)按建造材料的不同分類緒 論二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類1. 混凝土結(jié)構(gòu) 混凝土是人工石材，

2、它由石子、砂粒、水泥、外加劑和水按一定比例拌合而成，簡(jiǎn)稱“砼”。混凝土材料像天然石材一樣，承受壓力的能力很強(qiáng)，但抵抗拉力的能力卻很弱。而鋼材則不然，其抗壓和抗拉的能力都很強(qiáng)。于是，人們利用兩種材料各自的特點(diǎn)，把它們有機(jī)地結(jié)合在一起共同工作，形成了用于工程實(shí)際的以混凝土為主制作的結(jié)構(gòu)（Concrete Structure）。二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類2. 砌體結(jié)構(gòu) 由塊體（磚、石材、各種砌塊）和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，包括磚砌體結(jié)構(gòu)、石砌體結(jié)構(gòu)和砌塊砌體結(jié)構(gòu)。3. 鋼結(jié)構(gòu) 以鋼材為主制作的結(jié)構(gòu)。4. 木結(jié)構(gòu) 全部或大部分用木材制作的結(jié)構(gòu)。 素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（R

3、einforced Concrete Structure，也可簡(jiǎn)稱RC）、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（Prestresed Concrete，也簡(jiǎn)稱PC）和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、纖維混凝土結(jié)構(gòu)等。土木工程中常用的砼結(jié)構(gòu)主要包括 :1. 混合結(jié)構(gòu)體系 主要承重構(gòu)件由不同的材料組成的房屋。如房屋的樓蓋和屋蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（或木結(jié)構(gòu)），而墻、柱基礎(chǔ)等豎向承重構(gòu)件采用砌體材料。（二）建筑結(jié)構(gòu)按承重結(jié)構(gòu)類型的不同分類二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類結(jié)構(gòu)布置方案縱橫墻承重方案內(nèi)框架承重方案橫墻承重方案縱墻承重方案2. 框架結(jié)構(gòu)體系 以由鋼筋混凝土梁、柱組成的框架作為豎向承重和抗水平作用的結(jié)構(gòu)體系。一、建筑結(jié)構(gòu)

4、的概念及分類 優(yōu)點(diǎn)：建筑室內(nèi)空間布置靈活，平面和立面變化豐富。 缺點(diǎn)：在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，水平位移較大，故稱其為柔性結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗震性能較差，適用于非抗震設(shè)計(jì)、層數(shù)較少、建造高度不超過60m的建筑中。 利用建筑物的鋼筋混凝土墻體作為抗側(cè)力構(gòu)件并同時(shí)承受豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系。一、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)整體性好，剛度大、抗側(cè)力性能好，同時(shí)抗震性能也較好。適宜于建造高層建筑，一般在1040層范圍內(nèi)都可采用，在2030層的房屋中應(yīng)用較為泛。 缺點(diǎn)：剪力墻間距太小(38m)，平面布置往往受到限制而不夠靈活。3. 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻可以組成框架

5、剪力墻結(jié)構(gòu)，豎向荷載主要由框架承受，水平荷載主要由剪力墻承受。一、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類 優(yōu)點(diǎn)：既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層辦公樓及賓館建筑。4. 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系 由剪力墻或密柱框架組成的筒體具有很大的空間剛度和抗側(cè)、抗扭能力，用于承受水平荷載。筒體有如以樓板作為剛性隔板加勁的箱形截面豎向懸臂梁 。 二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類5. 筒體結(jié)構(gòu)體系(a)框架筒體結(jié)構(gòu) (b)筒中筒結(jié)構(gòu) (c)多重筒結(jié)構(gòu) (d)成束筒結(jié)構(gòu) 適用于層數(shù)超過4050層時(shí)的超高層建筑。結(jié)構(gòu)體系 框架 剪力墻 框架剪力墻 框架筒體 框筒筒中筒適用層數(shù) 1015

6、10301020 1040 4050 4060可建層數(shù) 204025 50 5575 各種結(jié)構(gòu)體系的適用層數(shù)和可建層數(shù)一、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類受力特點(diǎn)（三）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類 如下圖a所示簡(jiǎn)支梁受彎后，截面中和軸以上部分受壓，以下部分受拉。如該梁由素砼構(gòu)成，則由于砼的抗拉強(qiáng)度很小，梁的下部會(huì)在較小的荷載作用下開裂，在荷載持續(xù)作用下，裂縫隨即急速上升，導(dǎo)致梁驟然脆斷，此時(shí)梁上部砼的抗壓強(qiáng)度還未充分利用。若在梁的下部受拉區(qū)配置適量的鋼筋，當(dāng)受拉區(qū)砼開裂后，中和軸以下拉區(qū)的拉力主要由鋼筋承受，中和軸以上受壓區(qū)的壓應(yīng)力仍由砼承受，與素砼梁不同，此時(shí)荷載仍可以繼續(xù)增加，直到

7、受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度，隨著荷載的進(jìn)一步增加，上部受壓區(qū)的砼也被壓碎，梁才破壞(圖b)。這樣，砼的抗壓能力和鋼筋的抗拉能力都得到充分的利用，于是就較大幅度地提高了梁的承載能力。受拉區(qū)受壓區(qū)中和軸 受拉鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)除了能較合理地應(yīng)用鋼筋和砼兩種材料的性能外，還有下列一些優(yōu)點(diǎn)：二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類優(yōu)點(diǎn) 可模性好：砼可根據(jù)需要澆筑成各種性質(zhì)和尺寸，適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（空間薄殼、箱形結(jié)構(gòu)等。 耐久性和耐火性較好，維護(hù)費(fèi)用低：砼的強(qiáng)度隨齡期而增長(zhǎng)，砼保護(hù)層包裹鋼筋，使鋼筋不易銹蝕，故只要保護(hù)層厚度適當(dāng)，其耐久性較好。若處于侵蝕性環(huán)境，還可適當(dāng)選用水泥品種及外加劑，增大保護(hù)層厚度，就能滿足

8、工程要求；砼是不良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護(hù)層可耐火2小時(shí)，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強(qiáng)度。易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，并可采用工業(yè)廢料制成人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。二、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的剛度大、整體性好：且通過合適的配筋，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu)；同時(shí)防振性和防輻射性能較好，適用于防護(hù)結(jié)構(gòu)。節(jié)約鋼材 混凝土結(jié)構(gòu)合理地應(yīng)用了材料的性能，在一般情況下可以代替鋼結(jié)構(gòu)，從而能節(jié)約鋼材、降低造價(jià)。 承載力有限：在重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu)，構(gòu)件尺寸太大，減小使用空間。 施工復(fù)雜：工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護(hù)），工期

9、長(zhǎng)，施工受季節(jié)、天氣的影響較大。 混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞，其修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)比較困難。一、建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類缺點(diǎn) 自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。 抗裂性差：普通RC結(jié)構(gòu)，在正常使用階段往往帶裂縫工作，環(huán)境較差(露天、沿海、化學(xué)侵蝕)時(shí)會(huì)影響耐久性；也限制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)鋼筋無法應(yīng)用。體育場(chǎng)建筑面積約萬平方米，觀眾席位60000座。體育場(chǎng)的上空有兩條跨度近400米的大拱，像兩條高掛的彩虹，舉世無雙，具有飄逸的動(dòng)感，但每個(gè)大拱約1400噸的重量及45度的傾角使施工的復(fù)雜性和難度成為世界少有的難題，建設(shè)者們用智慧和汗水在中國建筑史上描繪了劃時(shí)代的一筆 1824年英國人阿斯普丁發(fā)明了硅酸鹽

10、水泥。1849年法國人朗波制造了第一只鋼筋混凝土小船。1872年在紐約建造了第一所鋼筋混凝土房屋?；炷两Y(jié)構(gòu)開始應(yīng)用于土木工程距今僅150多年。與磚石結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展非常迅速，是目前土木工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)，而且高性能混凝土和新型混凝土結(jié)構(gòu)形式還在不斷發(fā)展。三、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用三、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一階段：從鋼筋混凝土的發(fā)明至上世紀(jì)初。鋼筋和混凝土的強(qiáng)度都比較低。主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎(chǔ)等構(gòu)件。 計(jì)算理論：結(jié)構(gòu)內(nèi)力和構(gòu)件截面計(jì)算均套用彈性理論，采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法?；炷两Y(jié)構(gòu)的發(fā)展三、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用

11、第二階段：從上世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后。混凝土和鋼筋強(qiáng)度的不斷提高。1928年法國杰出的土木工程師發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土，使得砼結(jié)構(gòu)可用于建造大跨度建筑。 計(jì)算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)專家格沃茲捷夫開始考慮混凝土塑性性能的破損階段設(shè)計(jì)法，50年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算理論。二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第三階段：二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在隨著建設(shè)速度加快，對(duì)材料性能和施工技術(shù)提出更高要求，出現(xiàn)裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、泵送商品混凝土等工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的發(fā)展、計(jì)算機(jī)的采用和先進(jìn)施工機(jī)械設(shè)備的發(fā)明，建造了一大批超高層建筑、大跨度橋梁、特長(zhǎng)跨

12、海隧道、高聳結(jié)構(gòu)等大型工程，成為現(xiàn)代土木工程的標(biāo)志。 設(shè)計(jì)計(jì)算理論：發(fā)展了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，基礎(chǔ)理論問題大都得到解決，而新型混凝土材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)又不斷提出新的課題，并不斷促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展。三、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用四、 建筑結(jié)構(gòu)的荷載一、荷載分類及荷載代表值荷載定義：施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，稱為荷載直接作用引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因間接作用荷載分類：在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。也稱恒荷載或恒載。比如結(jié)構(gòu)自重或土壓力等。在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比不可以忽略不計(jì)的荷載。也稱活荷

13、載或活載。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車荷載等。在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時(shí)間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力等。永久荷載可變荷載偶然荷載荷載代表值結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，需根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求采用不同的 荷載數(shù)值。荷載基本代表值。指在結(jié)構(gòu)使用期間，在正常情況下出現(xiàn)具有一定保證率的最大荷載。當(dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)承受兩種或兩種以上可變荷載時(shí)，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生荷載效應(yīng)最大的荷載）取標(biāo)準(zhǔn)值，其他伴隨荷載取小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為代表值。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載。作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間較短的較大可變荷載。荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載組合值可變荷載準(zhǔn)永久值可變荷載頻遇值二、恒

14、荷載按構(gòu)件或材料單位體積（或單位面積）自重平均值確定。三、樓面及屋面活荷載民用建筑樓面活載見P11 表2-1。屋面均布活載分“上人”和“不上人”兩類。見荷載規(guī)范雪荷載基本雪壓。見荷載規(guī)范雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面積雪分布系數(shù)，即基本雪壓換算為屋面水平投影面上的雪荷載的換算系數(shù)。風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值基本風(fēng)壓，見荷載規(guī)范風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)，+為壓力，-為吸力高度z處風(fēng)振系數(shù)屋面均布活載不與雪荷載同時(shí)考慮，設(shè)計(jì)時(shí)取其中較大值。五、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（一） 結(jié)構(gòu)功能要求在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（一般50年，也有100和25年）內(nèi)，滿足功能要求，即安全性，適用性，耐久性。安全性：滿足特定的與建筑物功能相適應(yīng)的承載力極

15、限狀態(tài)適用性：保證結(jié)構(gòu)在日常使用中滿足要求耐久性：保證結(jié)構(gòu)的承載力的持續(xù)時(shí)間與環(huán)境適應(yīng)度功能函數(shù)：Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn)S作用效應(yīng)。由作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的反應(yīng)。R結(jié)構(gòu)抗力。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。結(jié)果分析Z=R-S0：Z=R-S0：Z=R-S=0：處于可靠狀態(tài)；處于不可靠狀態(tài)，即失效；處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程（二）、建筑結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的可靠性在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（設(shè)計(jì)使用年限），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用），完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。安全性、適用性、耐久性結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠性極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限

16、值。如過大變形、開裂、振動(dòng)等。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力或產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的變形。如傾覆、疲勞破壞、壓屈等。正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)，或不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求的特定狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài) 變形、裂縫寬度的驗(yàn)算。1)其危害程度低于承載力，故可靠度可適當(dāng)降低，不考慮0，荷載取標(biāo)準(zhǔn)值。2)可變荷載作用長(zhǎng)短對(duì)于變形、裂縫大小有明顯影響。承載能力極限狀態(tài)表達(dá)式（三）、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式由永久荷載控制的效應(yīng)組合由可變荷載控制的效應(yīng)組合永久荷載和可變荷載分項(xiàng)系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)組合一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久

17、性 損害的情況。頻遇組合一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生局部損害、較大變形 或短暫振動(dòng)。準(zhǔn)永久組合用于當(dāng)長(zhǎng)期效應(yīng)是決定性因素的情況。（四）、 建筑物的重要度與基準(zhǔn)期我國將建筑物的重要程度分為三級(jí)，不同級(jí)別在計(jì)算中取不同的重要度系數(shù)0 ：一級(jí)，破壞后果極其嚴(yán)重，屬于重要的建筑物；0二級(jí)，破壞后果比較嚴(yán)重，屬于一般的建筑物；0三級(jí)，破壞后果相對(duì)不嚴(yán)重，屬于比較次要的建筑物。0結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期1.結(jié)構(gòu)保證其設(shè)計(jì)可靠度指標(biāo)的時(shí)間期限成為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，即在基準(zhǔn)期 內(nèi)，結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)完全滿足設(shè)計(jì)要求；2.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是測(cè)算最大荷載重現(xiàn)期的基本期限；3.在超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期后，并非意味著結(jié)構(gòu)的失效，而是其可靠度有所降低，因此基準(zhǔn)期不能等同于建筑物的使用壽命；4.我國對(duì)于多數(shù)建筑物的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期均為50年，特殊建筑物可以除外；六、本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法六、本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)大跨、高層建筑建筑結(jié)構(gòu)抗震建筑結(jié)構(gòu)課程1.了解建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本原則；六、本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)目的2.掌握鋼筋砼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的計(jì)算方法；3.