建筑力学与建筑结构.ppt

建 筑 力 学 与 建 筑 结结 构 建筑结结构的概念 1-1 建筑力学与建筑结结构概述 建筑结构：由若干构件相互连接而 成的能承受荷载和其他间接作用的体系 。 构件：是组成结构的基本部件，如 板、梁、柱、墙、基础等。 柱下基础 楼板 柱 梁 梁 墙 楼梯 墙下基础 地下室底板 建筑结结构的分类类 按所用材料不同，建筑结构分为混凝 土结构、砌体结构、钢结 构和木结构。 按受力和构造特点不同，建筑结构分 为混合结构、框架结构、框架-剪力墙结 构、剪力墙结 构、筒体结构、大跨结构等 。其中大跨结构多采用网架结构、薄壳结 构、膜结构及悬索结构。 建筑结结构的功能 结构的功能要求：安全性、适用性、 耐久性。 结构的可靠性：安全性、适用性、耐 久性。（可靠度是可靠性的定量指标） 极限状态分类：承载能力极限状态、 正常使用极限状态。 建筑结结构的功能 结构极限状态方程：Z=R-S，当RS 时，结构处于可靠状态；当R=S时，结 构处于极限状态；当R b 为小偏心受压 大偏心受压大偏心受压小偏心受压小偏心受压 承受轴向拉力，且轴向拉力起控 制作用的构件；或受轴心拉力和弯矩 共同作用的构件。 三、钢钢筋混凝土受拉构件承载载力 1、大偏心受拉构件 轴向拉力N 不作用在As与As之间。 截面虽开裂，但截面不会裂通，还 有受压区。 2、小偏心受拉构件 轴向拉力N 作用在As与As之间。 临临破坏前，一般情况是截面全裂通 ，拉力完全由钢筋承担。 3-3 钢钢筋混凝土基本构件的构造要求 一、梁的构造 1、梁的截面尺寸 ： 一般根据刚度条件由设计经验 决定， 根据跨度的1/101/15确定梁的高度。 高层建筑混凝土结构技术规 程规 定框架结构主梁的高跨比为1/101/18。 矩形截面梁高宽比取23.5，T形截面 梁取2.54.0。 2、梁的配筋 ： 由纵向钢筋、弯起钢筋、纵向构造 钢筋（腰筋）、架立钢筋和箍筋组成。 纵向钢筋 ： 纵向钢筋的强度等级一般宜采 用HRB400或RRB400级和HRB335 级钢 筋，根数一般不少于3根。 箍筋： 梁中箍筋加密区的间距一般是 100mm，且应做成封闭式。 二、板的构造 1、板的厚度 ： 混凝土结构设计规 范规定了现浇 钢筋混凝土板的最小厚度为60mm。 2、板的配筋： 板中一般配置有两种钢筋受力钢筋 和分布钢筋。 板内分布钢筋不仅可使主筋定位，分 担局部荷载，还可承受收缩和温度应力。 h h0 c 15mm d 分布钢筋 三、柱的构造 1、轴心受压构件的纵向受力钢筋要求 ： 沿截面的四周均匀放置，根数不得少于 4根。 直径不宜小于12mm，通常为 1632mm 宜采用较粗的钢筋。 全部纵筋配筋率5%。 2、偏心受压构件的纵向受力钢筋 放置在偏心方向截面的两边。 当截面高度h600mm时，在侧面 应设 置直径为1016mm的纵向构造 钢筋，并相应地设置附加箍筋或拉筋 。 四、混凝土保护层护层 1、混凝土保护层 的作用 ： 保护纵 向钢筋不被锈蚀 （防锈） 。 在火灾等情况下，使钢筋的温度上 升缓慢（防火）。 使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结 （粘结力）。 五、钢钢筋的锚锚固 1、基本锚固长度应按下列公式计算 ： 当锚固钢筋保护层 厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置横 向构造筋，其直径不应小于d/4。 当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯 钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长 度lab的60%。 混凝土结构中的纵向受压钢 筋，当计算中充分利用其抗压强度 时，锚固长度不应小于相应受拉锚固长度的70%。 3-4 预应预应 力混凝土结结构 一、预应预应 力混凝土的概念 预应 力混凝土是为了避免钢筋混凝土 结构的裂缝过 早的出现，充分利用高强 度钢筋及高强度混凝土。 混凝土结构设计规 范规定，预应 力混凝土构件的混凝土强度等级不应低 于C30。 二、施加预应预应 力的方法 1、先张法： 先张法是指先在台座上或钢模内张拉 钢筋，然后浇筑混凝土的一种施工方法 。 当混凝土达到设计 强度的75%及以上 时切断钢筋。 先张法预应 力的传递 依靠钢筋和混 凝土之间的粘结强度完成。 2、后张法： 后张法是指先浇筑混凝土构件，然 后直接在构件上张拉预应 力筋的一种 施工方法。 3、预应力损失： l1l1锚具变形和钢筋回缩所引起的预应力损失。 l2 l2预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应 力损失。 l3 l3加热养护时预应力钢筋与台座之间温差引起 的预应力损失。 l4 l4预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失。 l5 l5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。 l6 l6混凝土的局部挤压引起的预应力损失。 3-5 钢钢筋混凝土楼盖、楼梯和雨篷 一、钢钢筋混凝土楼盖的分类类 钢筋混凝土楼盖按施工方法可分为现浇 式、装配式和装配整体式三种形式。 整体现浇 式楼盖结构按楼板受力和支承条 件的不同，又分为肋梁楼盖、井式楼盖、密 肋楼盖和无梁楼盖。 二、现浇单现浇单 向板肋梁楼盖 肋梁楼盖由板、次梁和主梁组成。 单向板：四边支承板，当板的长 边L2与短边L1之比L2/ L12时。 双向板：四边支承板，当板的长 边L2与短边L1之比L2/L1 2时。 1、结构平面布置 ： 主梁的跨度一般为5m8m，次梁 为4m6m。 为增强房屋横向刚度，主梁一般沿 房屋的横向布置，并与柱构成平面内框 架或平面框架，这样 可使整个结构具 有较大的侧向刚度，这就是通常所说 的“短主梁、长次梁”。 2、计算简图 ： 计算时对于板和次梁不论其支座是墙还是梁 ，均将其支座视为铰 支座。由此引起的误差可在 计算时所取的荷载、跨度和弯矩值加以调整。 折算荷载载：采用调整荷载（即加大恒载、减少 活载）的方法加以考虑铰支座引起的误差反 映在支座处的转角比铰接支座的转角小，其实际 效果是减少了跨中的最大正弯矩和支座的最大负弯 矩（绝对值 ），即减弱了活载的不利影响。 计计算跨度与跨数：对于多跨连续板、梁（跨度 相等或相差不超过10%），若跨数超过五跨时， 可按五跨来计算。 3、截面设计与构造要求 ： 单向板短向布置受力筋，在长向布置分布筋。 受力钢筋的间距：一般不小于70mm。当 h150mm时，不应大于200mm，当h 150mm时， 不应大于250 mm，且不应大于1.5h。 连续板的钢筋布置可采用弯起式（一端弯起式和两 端弯起式）、分离式。 单向板中单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小 于单位宽度上受力筋截面面积的15%，间距不宜大于 250 mm，直径不宜小于6mm。 在主梁与次梁交接处设置附加箍筋或附加吊筋。 三、双向板肋梁楼盖 板的配筋形式类似于单向板，有弯 起式与分离式。 四、装配式混凝土楼盖 预制铺板以空心板应用最为广泛。 装配式混凝土楼盖板与板的连接 ： 一般采用强度不低于C20的细石混 凝土或砂浆灌缝。 当楼面有振动荷载或房屋有抗震设 防要求时，板缝内应设 置拉接钢筋。 此时，板间缝应 适当加宽。 板与墙和板与梁的连接 ： 板与其支承墙和梁的连接，一般采 用在支座上坐浆（厚度为1020mm） 。 板在砖墙 上支承宽应 不小于100mm 在钢筋混凝土梁上支承宽应 不小于60 80mm。 五、楼梯的结结构形式及构造幻灯片 50 1、板式楼梯 ： 由梯段板、休息平台和平台梁组成 2、梁式楼梯： 由踏步板、斜梁和平台板、平台梁 组成。 六、雨篷 1、雨篷计算 ： 雨篷板的正截面承载力计算。 雨篷梁在弯矩、剪力、扭矩共同作 用下的承载力计算。 雨篷抗倾覆验算。 第四章第四章 砌砌 体体 结结结结 构构 4-1 砌体结结构材料 1、砖： 普通砖的尺寸为240115 53mm，其强度 等级为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 。 2、砌块： 强度等级为MU20、MU15、MU10、 MU7.5 MU5。 3、石材： 强度等级为MU100、MU80、MU60、 MU50 MU40、MU30、MU20。 一、块块材 粘土多孔砖 粘土实心砖 粘土空心砖 陶粒混凝土空心砖 加 气 混 凝 土 砌 块 二、砂浆浆 1、分类 ： 纯水泥砂浆、混合砂浆、非水泥砂 浆 2、强度等级： M15、 M10、 M7.5、 M5和 M2.5； 砌块专 用砂浆强度等级用符号Mb表示 。 4-2 砌体的种类类及力学性能 1、砌体的受压性能： 砌体的抗压强度一般都低于单块块 材的抗压强度。 2、影响砌体抗压强度的因素： 块体与砂浆的强度等级；块体的尺 寸与形状；砂浆的流动性、保水性及弹 性模量的影响；砌筑质量与灰缝的厚度 。 一、砌体的力学性能 3、砌体的受拉： 破坏形态：砌体沿齿状灰缝截面轴 心受拉破坏、砌体沿块体（及灰缝）截 面的轴心受拉破坏、砌体沿水平通缝截 面轴心受拉破坏。 砌体抗拉强度主要取决于块材与砂浆 连接面的黏结强度。即砌体的轴心抗拉 强度可由砂浆的强度等级来确定。 4-3 砌体结结构墙墙、柱 1、纵墙 承重体系 荷载传递 路线：楼（屋）面荷载 纵墙 基础地基。 一、混合结结构房屋的结结构布置方案 2、横墙承重体系 荷载传递 路线：楼（屋）面荷载 横墙基础地基。 3、纵横墙承重体系 4、内框架承重体系 荷载传递 路线：板梁外纵墙 外纵墙 基础地基或板梁柱柱 基础地基。 砌体规范规定：房屋的静力计 算，根据房屋的空间工作性能分为刚 性方案、刚弹 性方案和弹性方案。 二、房屋的静力计计算方案 三、受压压构件的计计算 ：高厚比和轴向力的偏心距e对 受压构件承载力的影响系数。 A ：截面面积，对各类砌体均按毛截 面计算。 四、无筋砌体局部受压压承载载力计计算 1、破坏形态 因纵向裂缝发 展而引起的破坏； 劈裂破坏； 与垫板直接接触的砌体局部破坏。 五、墙墙、柱的高厚比 墙、柱的高厚比验算是保证砌体房 屋施工阶段和使用阶段稳定性与刚度 的一项重要构造措施。 式中不同砌体材料的高厚比修正系数； H0墙、柱计算高度； h矩形截面轴向力偏心方向的边长，当 轴心受压时为 截面较小边长； hTT形截面的折算厚度； 1、高厚比验算： 六、墙墙、柱的一般构造要求 跨度大于6m的屋架，跨度大于4.8m （对砖 砌体）、4.2m（对砌块和料石 砌体）以及3.9m（对毛石砌体）的梁， 其支承面下的砌体应设 置混凝土或钢筋 混凝土垫块 ，当墙中设有圈梁时，垫 块与圈梁宜浇成整体。 4-4 过过梁、挑梁与圈梁 1、圈梁的设置： 钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同 ，当墙厚240mm时，其宽度不宜小于 2h/3其高度应等于每皮砖厚度的倍数，并 不应小于120mm。 纵向钢筋不应少于410，绑扎接头的 搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距不应 大于300mm。 一、圈梁 2、圈梁作用： 增强房屋的空间刚 度和整体性， 加强纵横墙的联系。 防止由于基础的不均匀沉降、振 动荷载等引起的墙体开裂。 过门 窗洞口的圈梁，若配筋不少 于过梁时，可兼做过梁。 1、砖砌过梁 钢筋砖过梁的跨度不宜超过1.5m，砂浆强度 等级不宜低于M5。 砖砌平拱过梁的跨度不宜超过1.2m，砂浆强 度等级不宜低于M5。 砖砌弧拱过梁竖砖砌筑的高度不应小于 115mm弧拱最大跨度一般为2.54m。 2、钢筋混凝土过梁 其截面高度一般不小于180mm，截面宽度与 墙体厚度相同，端部支承长度不应小于240mm。 二、过过梁 3、过梁的破坏形式 过梁跨中正截面的受弯承载力不 足而破坏； 过梁支座附近截面受剪承载力不 足沿灰缝产 生45方向的阶梯形斜裂 缝不断扩展而破坏； 过梁支座端部墙体长度不够，引 起水平灰缝的受剪承载力不足发生支 座滑动而破坏。 挑梁埋入墙体的长度l1与挑出长 度l之比宜大于1.2；当挑梁上无砌体 时，l1与l之比宜大于2。 三、挑梁 第五章第五章 多多层层层层与高与高层层层层房屋房屋结结结结构构简简简简介介 5-1 多层层与高层层房屋结结构的类类型 高层建筑混凝土结构技术规 程JGJ3 -2010规定10层及10层以上或房屋高度大 于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的 其他高层民用建筑为高层建筑结构。 民用建筑设计 通则规定，10层及10 层以上的住宅建筑以及高度超过24m的公 共建筑和综合性建筑为高层建筑。 多高层建筑的结构体系： 框架结构体系：按照框架布置方向的 不同，框架结构体系可分为横向布置、纵 向布置和双向布置三种。在有抗震要求的 房屋设计 中，要求框架必须纵 横向布置 ，形成双向框架结构形式。 剪力墙结 构体系 框架-剪力墙结 构体系：框架往往只承 受并传递竖 向荷载，而水平荷载及地震 作用主要由剪力墙承担。 筒体结构体系、混合结构体系 5-2 多高层层建筑结结构体系的总总体布置原则则 10层以下的建筑通常采用框架结构， 10层以上的建筑常选择 框架-剪力墙结 构形 式，而30层以上的建筑宜选择 框筒结构体 系等。 变形缝包括伸缩缝 、沉降缝和防震缝 。 第六章第六章 钢钢钢钢 结结结结 构构 强度高，自重轻；结构安全可靠 （材质均匀、接近于各向同性，弹性 模量大，具有良好的塑性和韧性）； 工业化程度高；密封性好；耐热性较 好，耐火性差；耐腐蚀性差，易于锈 蚀。 一、钢结钢结 构的特点 6-1 钢结钢结 构的特点及应应用范围围 6-2 钢结钢结 构材料 钢结 构因其所使用的钢材具有良好的吸 能能力和延性而具有良好的抗震性能。 钢材的机械性能主要指屈服强度、抗拉 强度、伸长率、冷弯性能及冲击韧 性等。 一、钢钢材的机械性能 钢材在各种荷载作用下发生两种性质完 全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏 二、钢钢材的破坏形式 1、化学成分： 碳：含量提高，钢材强度提高，但同时 钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗 锈蚀 能力下降。 锰、硅、钒有益元素。 硫、氧能使钢热 脆；磷、氮能使钢冷脆 三、影响钢钢材力学性能的各种因素 2、冶炼、浇注及轧制： 浇注过程中因脱氧程度不同，分为 镇静钢、半镇静钢和沸腾钢 。 3、钢材硬化： 硬化有时效硬化和冷作硬化两种。 6-3 钢结钢结 构连连接 钢结 构的连接通常有焊接、铆接和螺 栓连接三种方式。 1、焊接连接： 焊接连接有气焊、接触焊和电弧焊等 方法。 当焊件厚度t10mm时可采用直边焊 ；t=1020mm时可采用带钝边单边 V形缝 或带钝边 V形缝；t20mm时应 采用U形 缝、K形缝和X形缝。 一、连连接方法种类类和特点 1、焊接连接： 焊缝 符号由基本符号、辅助符号和 引出线组 成，必要时还 可以加上补充 符号和焊接尺寸符号。 钢结 构设计规 范对焊缝 的质量 要求分为一级、二级和三级，其中一 级质 量最好。 2、螺栓连接： 螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度 螺栓连接。高强度螺栓连接可分为摩擦型 和承压型两种。 摩擦型连接：外力仅依靠部件接触面 的摩擦力来传递 。主要用于直接承受动力 荷载的结构、构件的连接。 承压型连接：仅适用于承受静力荷载 或间接承受动力荷载的结构、构件的连接 。 2、螺栓连接： 按构造要求的螺栓数目不宜少于2 个。 螺栓排列有并列和错列式，并满足 受力、构造、施工三方面的要求。 6-4 钢结钢结 构基本构件 1、截面形式： 轴心受力构件的截面形式主要有实腹 式及格构式两类。格构式又分为缀 板式和 缀条式。 受压柱由柱头、柱身、柱脚三部分组 成。柱身截面有实腹式、缀板式和缀条式 三种。 一、轴轴心受力构件 受弯构件可能会发生整体失稳 与局部失稳，其中的整体失稳是弯 扭屈曲。 实腹式钢梁按材料和制作方法 可分为型钢梁和组合梁两大类。 二、受弯构件 第七章第七章 地地 基基 与与 基基 础础础础 土的三相，即土粒为固相；土中的 水为水相；土中的气为气相。 主要指标有：比重、天然密度、含 水率（这三个指标需用实验 室实测 ） 和由它们三位计算得出的指标干密度 、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和 度。 一、土的组组成 7-1 土的工程性质质及分类类 实测实测 指标标 土的密度-土的单位体积质量(g/cm3或t/m3) 测定方法: 环刀法 土的含水率-土中水的质量与土颗粒质量之比， 用百分比表示(%) 土的含水量是标志土含水土的含水量是标志土含水 程度的一个重要物理指标程度的一个重要物理指标 。天然土层含水量变化范。天然土层含水量变化范 围较大，与土的种类、埋围较大，与土的种类、埋 藏条件及其所处的自然地藏条件及其所处的自然地 理环境等有关。理环境等有关。 测定方法：烘干法，测定方法：烘干法， 亦可用酒精燃烧法亦可用酒精燃烧法 土粒比重Gs-土粒质量与同体积4时纯水的质 量之比 由于由于 =1.0g/cm =1.0g/cm 3 3 , ,故土粒比重在数值上等于土粒故土粒比重在数值上等于土粒 的密度但无量纲。的密度但无量纲。 测定方法：比重瓶法测定方法：比重瓶法 其它指标标 孔隙比e-土中孔隙体积与土颗粒体积之比 孔隙度n-指土体中空隙体积占土体总体积之 比,用百分数表示， 土的饱和度Sr-表示土空隙中被水充满的程度, 也即土中水的体积与空隙体积之比,用百分数 表示， 粘性土的物理状态态指标标 固态 半固态 可塑状态 流动状态 缩限ws 塑限wp 液限wL 含水量 液限L ：土由可塑状态转到流动状态的界限含 水量（或塑性上限）。 塑限p：土由半固态转到可塑状态的界限含水 量（或塑性下限）。 缩限s：土由半固体状态不断蒸发水分，则体 积继续 逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对 应土的界限含水量叫缩限。 液限测试-圆锥液限仪法 76 g 5s下沉10mm或17mm 塑限测试-搓条法 直径约3mm 粘性土的塑性指数-塑性指数是指液限和塑限的差值，即土处在可 塑状态的含水量变化范围。 Ip=L-p I I p p 越大越大土的可塑范围越广，土中含有的结合土的可塑范围越广，土中含有的结合 水越多，土与水之间的作用越强。土中粘粒含水越多，土与水之间的作用越强。土中粘粒含 量越大，塑性指数量越大，塑性指数I I p p 越大。越大。 粘性土的液性指数-指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数 之比。 I I L L 值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬 根据建筑地基基础设计规 范， 作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎 石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土 。 按我国“土的分类标 准”，碎石土和砂 土属于粗粒土，粉土和粘性土属于细粒 土。粗粒土按粒径级配分类，细粒土则 按塑性指数分类。 二、地基土（岩）的工程分类类 按颗粒级配与塑性指数分类的分类标准按颗粒级配与塑性指数分类的分类标准 a.a.岩石的分类岩石的分类 颗粒间牢固粘结颗粒间牢固粘结, ,呈整体或具有节理隙的岩体称呈整体或具有节理隙的岩体称 为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度 f f rkrk分类。 分类。 坚硬程度类别坚硬程度类别 饱和单轴抗压饱和单轴抗压 强度强度 f f rkrk(MPa) (MPa) 坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩 3030 f f rkrk60 60 f f rkrk 6060 1515 f f rkrk30 305 5 f f rkrk15 15 f f rkrk5 5 土的名称土的名称 漂石漂石 块石块石 卵石卵石 碎石碎石 圆砾圆砾 角砾角砾 颗粒形状颗粒形状 圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主棱角形为主 圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主棱角形为主 圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主棱角形为主 颗粒级配颗粒级配 粒径大于粒径大于200mm200mm的颗的颗 粒含量超过全重粒含量超过全重5050 粒径大于粒径大于20mm20mm的颗的颗 粒含量超过全重粒含量超过全重5050 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒的颗粒 含量超过全重含量超过全重5050 注注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定 碎石土的分类碎石土的分类 b.b.碎石土的分类碎石土的分类 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%50%的土称为碎的土称为碎 石土石土 c.c.砂土的分类砂土的分类 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%50%的土，的土， 且粒径大于且粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%50%的土的土 注注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定 土的名称土的名称 砾砂砾砂 粗砂粗砂 中砂中砂 细砂细砂 粉砂粉砂 颗粒级配颗粒级配 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量占全重的颗粒含量占全重25255050 粒径大于粒径大于0.5mm0.5mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重5050 粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重5050 粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重8585 粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重5050 砂土的分类砂土的分类 d.d.粉土的分类粉土的分类