建筑工程讲义（土木工程概论） .ppt

地形图就是通过测量仪器和工具测定地 物上的各个特征点的坐标和高程 按一定比例缩放到投影平面上得到的 坐标常采用经度角和纬度角表示 它的总坐标系是以地球为基础的 经纬仪 高程 地面点到大地水准面的铅垂线的长度 水准仪 相对高程 绝对高程 高差 土的三相性固相 固体颗粒 岩石碎屑 矿物颗粒 液相 孔隙中的水气相 孔隙中的气体地基承载力指保证在地基稳定条件下 地基压缩变形在房屋容许范围内时 地基单位面积上所能承受的最大荷载 勘察报告的内容 场地地形图勘探点的平面布置图工程地质剖面图地基各土层的物理力学性质总表提出有关地基基础设计参数如基础埋置深度 地基承载力 地下水位 浅基础 当基础埋置深度不大 一般浅于5m或小于基础最小宽度 只须经过普通施工方法就可以建造起来的基础 根据基础材料的受力性能和构造形式分为 无筋扩展基础 扩展基础 柱下条形基础 筏形基础和箱形基础 深基础 位于地基深处承载力较高的土层上 埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础 称为深基础 根据基础材料的受力性能和构造形式分为 桩基础 地下连续墙基础 沉井基础 沉箱基础 第4章 建筑工程 基本构件与扩展构件建筑工程的类别和建筑结构体系主要结构类型简介和著名建筑工程掠影 建筑工程就是房屋工程 它是兴建房屋的规划 勘察 设计 建筑 结构和设备 施工的总称 目的是为人类生产与生活的场所 竹屋 石柱群 香港维多利亚海湾建筑群 4 1 基本构件与扩展构件 一 力1 定义 力是一种物体间有方向的相互作用 这种作用有使物体改变原来形状或改变运动方向 或二者均有的效应 2 力的三要素大小 方向 作用点 作用点 大小 方向 重力作用示意 重物的重力g 称为桥体承担的外力 g 桥体两端支座使桥体端部承受反力r 如不计桥体自重 则r g 2 r r 二 外力和反力 在重物作用下 桥体下部受拉 上部受压 产生弯曲 说明桥体内有弯矩存在 三 内力1 弯矩 m m m 三 内力2 剪力 v 除弯矩外 桥体内还存在剪力 使桥体产生剪切变形 f v f v 三 内力3 轴力 n 当一物体受到外力f时 物体被拉长 产生拉伸变形 即物体内存在拉力 n f n f n f n f n 相反 可产生压力 n 三 内力4 扭矩 mt 当一两端固定的物体受到偏心外力f时 物体内产生扭矩 发生扭曲变形 固定端 f 扭曲变形 1 板 板的长 宽两方向的尺寸远大于其高度 1 平面形或直线形构件 板的作用效应主要为受弯 p106 2 梁 其作用效应主要为受弯和受剪 梁的截面宽度和高度尺寸远小于其长度尺寸 3 柱 属于竖向承重构件 主要承受梁传来的压力以及柱自重 柱的截面尺寸远小于其高度 荷载作用方向与柱轴线平行 4 墙 墙的长宽两方向尺寸远大于其厚度 荷载作用方向与墙面平行 作用效应主要为受压 5 基础 承受墙 柱传来的压力并将它扩散到地基上去 2 直线形杆件或曲面 曲线形构件 1 杆 截面尺寸远小于其长度的构件 主要承受轴向压力或拉力 组成平面桁架或空间网架 2 拱 由曲线形构件 拱圈 或折线形构件及其支座组成 在荷载作用下主要承受轴向压力 有时也承受弯矩和剪力 3 壳 由曲线形板与作为边缘构件的梁 拱或桁架组成 是一种空间形的结构构件 主要承受压力 犹如蛋壳以最薄的壳面能构成强大的蛋体一样 能以较小的构件厚度形成承载能力很高的结构 3 房屋水平方向结构 概念 由板 梁或用杆件做成的桁架 网架组成 它一般是房屋的楼盖和屋盖 楼盖的类型 有梁楼盖无梁楼盖交叉密肋型无梁楼盖混凝土与压型钢板 钢梁组合楼盖 按施工方法楼盖又分为装配式和现浇式两大类型 桁架 空间结构 网架 4 房屋竖向承重结构 概念 由柱 墙和用墙做成的井筒组成房屋的竖向结构 它是房屋的主体结构 主要承受房屋的全部重量并把它们通过基础传给地基 4 2 建筑工程的类别和建筑结构体系 房屋建筑工程的类别有多种分法 可按房屋的使用性质分 按房屋结构所采用的材料分 也可按房屋主体结构的型式和受力系统 结构体系 分 建筑师习惯于第一种 结构工程师和施工工程师习惯于第二 尤其是第三种分法 1 按房屋的使用性质分 1 住宅建筑 2 公共建筑 3 商业建筑 4 文教卫生建筑 5 工业建筑 6 农业建筑 1 住宅建筑 如别墅 宿舍 公寓等 这类建筑对房屋使用的布局 朝向 采光 隔热 隔音等建筑技术问题有较高要求 主要结构构件为楼板 墙体 建筑层数1 2层至10 20层不等 深圳金海湾花园 2 公共建筑 特点 大量人群集聚 室内空间和尺度都很大 人流走向问题突出 结构采用梁柱连接在一起的大跨度框架结构以及网架 拱 壳结构等为主体结构 层数以单层或低层居多 低层1 3层多层4 6层 中高层7 9层高层 10层 24m 超高层 100m 钢管桁架结构主拱全长360m 是全国最长的管桁架结构之一 单管直径1 524m 3 商业建筑 如商店 银行 宾馆 商业写字楼等 特点 有着与公共建筑类似的要求 往往做成高层建筑 对结构体系和结构型式有较高的要求 4 文教卫生建筑 如图书馆 实验楼 学校 医院等 这类建筑有较强的针对性 一般采用框架结构为主体结构 5 工业建筑 如重型机械厂房 纺织厂房 单层轻工业 制药厂房 食品厂房 多层轻工业 等 特点 荷载巨大且往往是撞击 振动荷载 需要空间大 并有特殊要求 温湿度 防爆 防尘 防菌等 单层采用铰接框架 排架 结构 多层工业建筑一般采用刚接框架 6 农业建筑 如暖棚 畜牧场等 一般采用轻型钢结构 2 按房屋结构所采用的材料分 1 砌体结构 2 钢筋混凝土结构 3 钢结构 4 木结构 5 薄膜充气结构 1 砌体结构采用砖 石 砼砌块等砌体做成 主要用于墙体结构 2 钢筋混凝土结构采用钢筋混凝土或预应力混凝土做成 主要用于框架结构 剪力墙结构 筒体结构等 3 钢结构采用各种型钢或钢管连接做成 在上述结构中 除墙体结构 薄壳 折板结构外 均可选做钢结构 4 木结构采用方木 圆木 条木 板材连接做成 我国古时 木结构房屋很多 如宫殿 庙宇 塔等 近年来 因木材匮乏 很少采用 5 薄膜充气结构 用于屋盖结构 是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙布罩内部形成一定的形状 作为建筑空间的覆盖物 目前尚不普及 p122 3 按组成房屋的结构体系分 1 墙体结构 2 框架结构 3 框架 剪力墙结构 4 筒体结构 5 拱结构 6 空间薄壳结构 7 网架结构 8 钢索结构 3 按组成房屋主体结构的型式和受力系统即结构体系分 1 墙体结构 在高层建筑中也称剪力墙结构 受力特点 利用房屋的墙体作为竖向承重和抵抗水平荷载 风 地震荷载等 的结构 同时墙体也作为维护及房间分隔的构件 2 框架结构 受力特点 采用梁 柱组成的框架作为房屋的竖向结构 并同时承受水平荷载 北京长城饭店 剪力墙即为一段钢筋混凝土墙体 因其抗剪能力很强 故得此名 广州中天大厦 3 框架 剪力墙结构 4 筒体结构p130 受力特点 利用房间四周墙体形成的封闭筒体 也可利用房屋外围由间距很密的柱与截面很高的梁组成一个形式上像框架 实质上是一个有许多窗洞的筒体 作为主要抵抗水平荷载的结构 筒体与其它结构组合可成为 框筒结构 筒中筒结构 桁架筒体结构等 框筒结构 指内芯由剪力墙构成 周边为框架结构 深圳华联大厦 筒中筒体系 当周边的框架柱布置较密时 可将周边框架视为外筒 而将内芯的剪力墙视为内筒 则构成筒中筒体系 广东国际大厦 香港中银大厦 桁架筒体结构 在筒体结构中 增加斜撑来抵抗水平荷载 以进一步提高结构承受水平荷载的能力 增加体系的刚度 这种结构体系称为桁架筒体系 5 拱结构 受力特征 从在一个平面内受力的 由曲线 或折线 形构件组成的拱形所形成的结构 来承受整个房屋的竖向荷载和水平荷载 1988年建成的日本姬路市中心体育馆 6 空间薄壳结构 受力特点 由曲面形板与边缘构件 梁 拱或桁架 组成的空间结构 能以较薄的板面形成承载能力高 刚度大的承重结构 7 网架结构 受力特点 由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连接而成的空间结构 具有空间受力合理 重量轻 刚度大 跨度大 抗震性能好等优点 全国最大跨度的球壳 厦门漳州后石电厂球形煤仓 网壳结构 8 钢索结构 受力特点 屋面荷载通过吊索或吊杆传递到支承柱上去 再由柱传递到基础 1958年建成的美国耶鲁大学溜冰馆是典型的组合悬索结构 屋盖结构由沿建筑物纵向轴竖立的中央钢筋混凝土平面大拱和两侧的两片预应力索网组成 曲面屋盖造型极为美观 外形有些象一只古怪的海龟似的甲壳动物 美国耶鲁大学溜冰馆入口处 大拱与曲梁的轴线均为平面抛物线 4 3 主要结构类型简介和著名建筑工程掠影 1 木结构建筑 结构类型 有木桁架 木网架 木框架 木拱等 最常用的是木桁架 目前中国最高的木结构 山西应县木塔 建于公元1056年 外观5层 内有4暗层 实为9层 平面为8角形 底层直径为30 27m 塔高为67 31m 目前亚洲跨度最大 140 7m 的木结构 日本出云木结构圆顶 木结构的发展方向 采用胶合木代替整体木材做成的结构 包括层板胶合结构和胶合板结构等 做到次材优用 小材大用 方法是用胶粘剂将木料或木料与胶合板拼接成尺寸与形状符合要求而又具有整体木材效能的构件或结构 2 砌体结构建筑 北京外交公寓 9层配筋砖砌体结构 配筋小型砼砌块砌体 粘土砖砌体 配筋砖砌体 大型振动砖壁板 预制砼空心墙板 抗震空心砖砌体 埃及胡夫金字塔 建于公元前2000余年 是一座正方形底座的三角形锥形石结构 底边长230 5m 高146 6m 斜面倾角52度 总石块量230余万块 平均每块约重2 5t多 古希腊万神殿 theparthenon 帕提农神庙 巴黎圣母院 建于1163 1257年 位于巴黎中心区城中岛上 正门前面是广场 教堂平面宽约47m 长125m 可容近万人 结构采用柱墩骨架 卷拱和飞扶壁等组成的砖石框架结构 位于美国内华达州一幢用高强砌体 砌体抗压强度达到30mpa 砌筑的28层饭店大楼 3 混凝土结构建筑 原材料均是地方性材料 其资源丰富 又能利用工业废料 成本和能耗较低 能与钢筋 型钢很好的粘结 各自发挥优良的力学性能 共同工作 可模性好 可按着设计要求制作各种类型的受力构件和结构体系 整体性 刚性 耐久性 抗火性均比其它常规工程材料要好 应用范围广 广州中信大厦 大厦1996年建成 由三座塔楼和裙房组成 主塔楼为办公楼 是80层的钢筋混凝土框架 筒体结构 高322 5m 连同桅杆 钢塔 总高382 5m 主塔楼平面为正方形 法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅 混凝土薄壳结构 是当前世界上跨度最大的公共建筑 平面呈三角形 边长219m 壳顶离地面46m 折算壳面总厚度只有180mm 厚跨比为1 1200 比鸡蛋蛋壳的厚长比1 100还小12倍 双层波形拱壳 角部墩座 网格型壳面用y形斜向支撑 意大利罗马小体育宫 屋盖是混凝土网格型薄壳结构 圆顶直径60mm 该建筑建造在悉尼伸入海中的一块狭小地段上 远看似群帆泊岸 由三组 十对壳片组成 以环境优美和建筑造型独特而闻名于世 三角形壳瓣是以y形 t形的钢筋混凝土肋骨拼结而成 由于结构计算复杂和施工困难 工期长达17年 造价超过预算的十几倍 澳大利亚悉尼歌剧院 华盛顿杜勒斯国际机场侯机楼 爱诺 沙里宁设计 1962年落成 候机楼有两排巨型钢筋混凝土柱子 一排稍高 一排稍底 在相对的柱子上张挂着40多米长的钢索 钢索上铺屋面板 钢索中部下垂 形成自然的曲线 候机楼为矩形平面 长182 5米 宽45 6米 4 钢结构建筑 通常由型钢 钢管 钢板等制成的钢梁 钢柱 钢桁架等构件组成 有的还用钢铰线 钢丝绳 束 组成 采用焊缝 螺栓或铆钉连接 美国芝加哥cps百货大楼 建筑师沙利文1904年建造 沈阳桃仙国际机场屋盖由16榀跨度为135m的倒三角形钢管桁架组成 美国伊利诺斯工学院 1955年建成 克朗楼是该工学院的建筑系馆 建筑物为简单的矩形 长67米 宽36 6米 中间没有柱子和墙 是一个大的通用空间屋顶由四个大钢梁支托 四周大都是玻璃窗 体现了力求简洁的建筑理论和手法 美国西尔斯大厦 searstower sears是全钢结构 高442m 共110层 建筑面积41 38万平方米 建于1974年 它的标准层是一个在九个23m 23m成束筒结构基础上形成的69 69m的方形平面 美国帝国州大厦 纽约世界贸易中心 纽约世界贸易中心由两座塔式摩天楼组成 1969 1973年建造 两座塔楼均为110层