建筑力学与建筑结构.ppt

建筑力学与建筑结构 建筑结构的概念 1 1建筑力学与建筑结构概述 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 建筑结构的分类 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 建筑结构的功能 结构极限状态方程 Z R S 当R S时 结构处于可靠状态 当R S时 结构处于极限状态 当R S时 结构处于失效状态 我国结构设计使用年限分四类 一类为5年 二类为25年 三类为50年 四类为100年 地震的基本概念 1 2建筑结构抗震基本知识 震源 地震发生的地方 震中 震源正上方的位置 震中距 地面某处至震中的距离 震源深度 震源至地面的垂直距离 依成因 地震分为火山地震 塌陷地震和构造地震 震级 衡量地震大小的等级 它表示一次地震释放能量的多少 一次地震只有一个震级 地震的震级用M表示 单位是 里氏 地震烈度 指某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强烈程度 烈度不仅与震级大小有关 而且与震源深度 震中距 地质条件等因素有关 同一次地震有多个烈度区 我国抗震设防的范围为地震烈度6度 7度 8度和9度地震区 三水准两阶段 的抗震设防目标 三水准 小震不坏 中震可修 大震不倒 两阶段 弹性阶段的概念设计和弹塑性阶段的抗震设计 建筑抗震设防标准分类 甲类 抗震措施提高一度 地震作用高于本地区抗震设防烈度 乙类 抗震措施提高一度 地震作用按本地区抗震设防烈度 丙类 抗震措施和地震作用按本地区抗震设防烈度 丁类 抗震措施允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低 地震作用按本地区抗震设防烈度 抗震设计的材料选用 砌体结构材料 烧结普通砖和烧结多孔砖的强度等级不应低于MU10 其砌筑砂浆强度等级不应低于M5 混凝土砌块的强度等级不应低于MU7 5 其砌筑砂浆强度等级不应低于Mb7 5 混凝土结构材料 框支梁 框支柱及抗震等级为一级的框架梁 柱 节点核芯区的混凝土 其强度等级不应低于C30 构造柱 芯柱 圈梁及其他各类构件的混凝土强度等级不应低于C20 抗震设计的材料选用 钢结构的钢材 应有明显的屈服台阶 且伸长率应大于20 且应有良好的焊接性和合格的冲击韧性 抗震结构体系 根据建筑的抗震设防类别 抗震设防烈度 建筑高度 场地条件 地基 结构材料和施工等因素 经综合分析比较确定 第二章建筑力学基本知识及结构荷载计算 2 1静力学基本知识 静力学是研究物体在力作用下的平衡规律的科学 平衡指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态 刚体在外力的作用下 大小和形状保持不变的物体 一 力的概念 力的定义力是物体间相互的机械作用 力的效应引起物体的运动状态发生变化 运动效应或外效应 使物体产生变形 变形效应或内效应 力的单位力的国际单位是牛顿 N 或千牛顿 kN 力的三要素力的大小 方向 作用点称为力的三要素 力的表示法力是一个矢量 用带箭头的直线段来表示 如右图所示 虚线为力的作用线 力系的定义作用于同一个物体上的一组力 力系的分类各力的作用线都在同一平面内的力系称为平面力系 各力的作用线不在同一平面内的力系称为空间力系 二 静力学基本公理 1 二力平衡公理作用在同一刚体上的两个力 使刚体平衡的必要和充分条件是 这两个力大小相等 方向相反 作用在同一条直线上 二力杆 2 作用与反作用公理两个相互作用物体之间的作用力与反作用力大小相等 方向相反 沿同一直线且分别作用在这两个物体上 例 吊灯 3 加减平衡力系公理 推论 力的可传性原理 作用于刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任意一点 而不会改变该力对刚体的作用效应 在作用着已知力系的刚体上 加上或减去任意平衡力系 并不改变原力系对刚体的作用效果 4 力的平行四边形法则 矢量表达式 R F1 F2 即 合力为原两力的矢量和 F1 F2 R 推论 三力平衡汇交定理 作用在物体上同一点的两个力 可以合成为仍作用于该点的一个合力 合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定 三 约束与约束反力的概念 约束限制物体运动的物体称为约束物体 简称约束 约束反力约束必然对被约束物体有力的作用 以阻碍被约束物体的运动或运动趋势 这种力称为约束反力 简称反力 几种常见的约束及其反力 柔体约束用柔软的皮带 绳索 链条阻碍物体运动而构成的约束叫柔体约束 柔体约束只能受拉力 不能受压力 所以约束反力一定通过接触点 沿着柔体中心线背离被约束物体的方向 且恒为拉力 光滑接触面约束当两物体在接触处的摩擦力很小而略去不计时 其中一个物体就是另一个物体的光滑接触面约束 光滑接触面的约束反力过接触点 沿着接触面的公法线指向被约束的物体 只能是压力 圆柱铰链约束简称铰链 圆柱铰链约束的约束性质是限制物体平面移动 不限制转动 其约束反力是互相垂直的两个力 本质上是一个力 指向任意假设 链杆约束链杆就是两端铰接而中间不受力的刚性直杆 由此所形成的约束称为链杆约束 这种约束只能限制物体沿链杆轴线方向上的运动而不能限制其他方向的运动 所以 链杆约束的约束反力沿着链杆的轴线 指向未定 支座及其反力 固定铰支座 可动铰支座 固定端支座 受力图 脱离体被分离出来的研究对象 受力图在脱离体上画出周围物体对它的全部主动力和约束反力 这样的图形叫做受力图 受力图的绘图步骤 1 画脱离体 2 画主动力 3 画约束反力 2 2结构上的荷载 一 荷载的分类 永久荷载 可变荷载和偶然荷载 二 荷载的分布形式 材料的重度某种材料单位体积的重量 用 表示 单位kN m3 二 荷载的分布形式 均布面荷载在均匀分布的荷载作用面上 单位面积上的荷载值称为均布面荷载 其单位为kN m2或N m2 均布线荷载沿跨度方向单位长度上均匀分布的荷载称为均布线荷载 其单位为kN m或N m 集中荷载集中地作用于一点的荷载称为集中荷载 其单位为kN或N 三 荷载的代表值 永久荷载采用标准值为代表值 可变荷载采用标准值 组合值 频遇值或准永久值为代表值 永久荷载标准值用Gk表示 可变荷载标准值用Qk表示 四 荷载分项系数 永久荷载分项系数 G 可变荷载分项系数 Q 一般 G取1 2 Q取1 4 永久荷载设计值为 GGk 可变荷载设计值为 QQk 2 3静力平衡条件 一 平面汇交力系的平衡条件 在平面力系中 如果各力的作用线都汇交于一点 就叫平面汇交力系 力在坐标轴上的投影 已知合力求分力公式 已知分力求合力公式 对于由n个力F1 F2 Fn组成的平面汇交力系 可得 从而 平面汇交力系的合力R的计算式为 合力投影定理合力在任一轴上的投影 等于它的各分力在同一轴上的投影的代数和 从而得平面汇交力系的平衡条件为 当物体处于平衡状态时 平面汇交力系的合力R必须为零 即 即 力系中所有各力在两个坐标轴中每一轴上的投影的代数和都等于零 二 平面任意力系的平衡条件 1 力矩用乘积Fd加上正号或负号作为度量F使物体绕O点转动效应的物理量 该物理量称为力F对O点之矩 简称力矩 O点称为矩心 矩心O到力F作用线的垂直距离d称为力臂 M F d 力矩的单位力矩的单位为牛顿米 N m 或千牛顿米 kN m 力矩为零的情况力等于零 力臂等于零 即力的作用线通过矩心 2 力偶由大小相等 方向相反且不共线的两个平行力组成力偶 对物体产生转动效应 d 力偶矩力偶的转动效应用力偶矩表示 它等于力偶中任何一个力的大小与力偶臂d的乘积 加上适当的正负号 即 力偶的图例 力偶系的合成 作用在一个物体上的一组力偶称为一个力偶系 力偶系的合成结果为一个合力偶M 即 力偶系的平衡 当物体平衡时 合力偶必须为零 即 上式称为力偶系的解析平衡条件 二 平面任意力系的平衡条件 作用线既不汇交也不完全平行的平面力系称为平面一般力系 力的平移定理作用于物体上的力F可以平行移动到物体的任一点O 但必须附加一个力偶 其力偶矩等于原力F对新作用点O的矩 平面一般力系的平衡方程 平面任意力系的一般简化结果为一个主矢R和一个主矩M 当物体平衡时 主矢和主矩必须同时为零 即 这三个平衡条件是互相独立的 对于一个研究对象可以求解三个未知力 且最多求解三个未知力 三 杆件变形的基本形式 1 轴向拉伸或压缩在一对大小相等 方向相反 作用线与杆轴线重合的外力作用下 杆件的主要变形是长度改变 2 剪切在一对相距很近 大小相等 方向相反的横向外力作用下 杆件的主要变形是横截面沿外力作用方向发生错动 3 扭转在一对大小相等 方向相反 位于垂直于杆轴线的两平面内的外力偶作用下 杆的任意横截面将绕轴线发生相对转动 而轴线仍维持直线 4 弯曲在一对大小相等 方向相反 位于杆的纵向平面内的外力偶作用下 杆件的轴线由直线弯曲成曲线 四 内力的概念 材料力学中所研究的内力 就是因外力作用而引起的内力改变量 也称为附加内力 简称内力 五 求静定结构内力的方法 1 截开 2 舍一留一 3 平衡求内力 2 4静定结构的内力计算 一 概念 1 轴力杆件在轴向拉伸或压缩时 截面上的内力与杆件的轴线重合 故称为轴向内力 简称轴力 用N表示 且拉为正 压为负 2 弯曲内力 剪力和弯矩弯曲的概念 杆件受到垂直于杆轴的外力作用或在其轴线平面内受到力偶作用时 杆轴由直线变为曲线 这种变形称为弯曲 以弯曲为主要变形的杆件称为梁 当梁上所有外力均作用在纵向对称面内时 变形后的梁轴线也仍在纵向对称平面内 这种在变形后梁的轴线所在平面与外力作用面重合的弯曲称为平面弯曲 平面弯曲时梁横截面上的内力有两种 剪力 平行于横截面的内力 用V表示 弯矩 作用面与横截面相垂直的内力偶矩 用M表示 剪力和弯矩的正负号规定 当截面上的剪力使所研究的脱离体有顺时针转动趋势时为正值 反之为负值 当截面上的弯矩使所研究的脱离体产生下凸的变形时 即梁的下边受拉 为正值 反之为负值 二 静定结构的内力计算 1 单跨静定梁的类型简支梁 梁的一端为固定铰支座 另一端为可动铰支座 悬臂梁 梁的一端固定 另一端自由 外伸梁 简支梁的一端或两端伸出支座之外 2 静定平面刚架的类型 简支刚架 悬臂刚架 三铰刚架 3 静定平面桁架的内力计算桁架结构 是由很多直杆通过铰节点连接而成的结构 各个杆件内主要受到轴力的作用 理想桁架的三个假定 a 连结杆件的各节点是无任何摩擦的理想铰 b 各杆件的轴线都是直线 都在同一平面内 并且都通过铰的中心 c 荷载和支座反力都作用在节点上 并位于桁架平面内 桁架内力计算 节点法和截面法零杆 在桁架计算中 内力为零的杆 零杆的判断 节点仅有两根不共线的杆件 在无外力作用时 这两杆均为零杆 三杆节点 T形节点 无外力作用时 若其中两杆在同一直线上 则此两杆内力相等 第三杆必为零杆 FN1 FN2 0 1 2 FN1 FN2FN3 0 3 1 2 三 直接根据外力计算内力的规律 1 轴力N杆件内任一横截面上的轴力N 在数值上等于该截面任意一侧与截面垂直 即沿轴线方向 的所有外力 包括荷载和支座反力 的代数和 2 剪力V杆件内任一横截面上的剪力V 在数值上等于该截面任意一侧与截面平行 即垂直于杆轴线 的所有外力的代数和 3 弯矩M杆件内任一横截面上的弯矩M 在数值上等于该截面一侧所有外力对该截面形心的力矩的代数和 2 5内力图 为了形象直观地表示内力沿截面位置变化的规律 通常将内力随截面位置变化的情况绘成图形 这种图形叫内力图 一 轴力图用平行于轴线的坐标表示横截面的位置 垂直于杆轴线的坐标表示横截面上轴力的数值 以此表示轴力与横截面位置关系的几何图形 称为轴力图 已知F1 10kN F2 20kN F3 35kN F4 25kN 试画出杆件轴力图 例1 解 1 计算各段的轴力 BC段 2 绘制轴力图 AB段 CD段 二 梁的内力图以梁横截面沿梁轴线的位置为横坐标 以垂直于梁轴线方向的剪力或弯矩为纵坐标 分别绘制表示V x 和M x 的图线 这种图线分别称为剪力图和弯矩图 简称V图和M图 绘图时一般规定正号的剪力画在x轴的上侧 负号的剪力画在x轴的下侧 正弯矩画在x轴下侧 负弯矩画在x轴上侧 即把弯矩画在梁受拉的一侧 作梁内力图的步骤 a 求支座反力 b 分段 c 定点 d 连线 例2如图所示 悬臂梁受集中力F作用 试作此梁的剪力图和弯矩图 解 1 列剪力方程和弯矩方程 0 x l 0 x l 2 作剪力图和弯矩图 由剪力图和弯矩图可知 例3简支梁受均布荷载作用 如图示 作此梁的剪力图和弯矩图 解 1 求约束反力由对称关系 可得 V 2 列剪力方程和弯矩方程 3 作剪应力图和弯矩图 解 1 求约束反力 2 列剪力方程和弯矩方程 0 x a 0 x a AC段 例4简支梁受集中作用如图示 作此梁的剪力图和弯矩图 V CB段 a x l 0 x l 3 作剪力图和弯矩图 梁的荷载 剪力图 弯矩图之间的关系 1 无何载区段 2 均布荷载区段 3 集中力作用处 平行轴线 斜直线 V 0区段M图平行于轴线 Q图 M图 备注 二次抛物线凸向即q指向 V 0处 M达到极值 发生突变 P 出现转折转折点指向即P的指向 集中力作用截面剪力无定义 4 集中力偶作用处 无变化 发生突变 两直线平行 m 集中力偶作用点弯矩无定义 三 刚架的内力图刚架的内力计算方法与梁完全相同 只需将刚架的每根杆看做是梁 逐杆用截面法计算控制截面的内力 便可作出内力图 不过应注意 刚架有轴力 2 6截面的几何性质 一 静矩和形心 1 简单图形静矩平面图形的面积A与其形心坐标yc 或zc 的乘积 叫做该平面图形对z轴 或y轴 的静矩 用Sz 或Sy 表示 对过形心的轴的静矩一定为零 2 惯性矩把平面图形分成无数多个微小面积 用每一块微小面积乘以其形心到某一坐标轴距离的平方 再把这些乘积加起来 这个值就叫做平面图形对该轴的惯性矩 用符号Iz表示 矩形对其形心轴z和y的惯性矩分别是 3 抗弯截面系数截面对形心轴z的抗弯截面系数Wz是与截面的形状尺寸有关的几何量 按下式计算 对于矩形截面 2 7应力的概念和计算 一 轴向拉 压杆横截面上的应力 内力在一点处的集度称为应力 正应力与截面垂直的应力分量 用表示 单位是帕斯卡 简称帕 Pa 1MPa 106Pa 106N m2 1N mm2 应力以拉应力为正 压应力为负 N 1 正应力中性层中性轴梁弯曲时 横截面上任一点的正应力公式为 二 梁弯曲时横截面上的应力 2 剪应力与截面相切的应力分量称为剪应力 用表示 V 第三章钢筋混凝土结构 3 1钢筋混凝土结构的材料性能 一 钢筋的品种和级别 混凝土结构中的钢材按化学成分 可分为碳素钢及普通低合金钢两大类 预应力筋宜采用预应力钢丝 钢绞线和预应力螺纹钢筋 冷加工的目的是为了提高钢筋的强度 节约钢材 但经冷加工后 钢筋的延伸率降低 热轧钢筋 二 钢筋的强度与变形 1 有明显屈服点的钢筋对于有屈服台阶的热轧钢筋来说 有两个屈服点 即屈服上限和屈服下限 一般取屈服下限作为屈服强度 2 没有明显屈服点的钢筋 强度设计指标 条件屈服点 残余应变为0 2 所对应的应力 规范 取 0 2 0 85fu 3 钢筋的塑性变形能力通常用伸长率和冷弯性能两个指标衡量钢筋的塑性 伸长率 冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度后无裂纹断裂及起层现象 则表示合格 三 混凝土的组成结构 1 立方体抗压强度标准值fcu k 混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定 边长150mm立方体标准试件 在标准条件下 20 3 90 湿度 养护28天 用标准试验方法 加载速度0 15 0 3N mm2 sec 两端不涂润滑剂 测得的具有95 保证率的立方体抗压强度 混凝土强度等级 规范 是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的 从C15 C80共划分为14个强度等级 C30表示fcu k 30N mm2 级差为5N mm2 C50以上为高强混凝土 2 轴心抗压强度fc 棱柱体试件的抗压强度比立方体试件的强度低 棱柱体试件的高度与截面边长之比越大 则强度越低 我国采用混凝土棱柱体标准试件 b 150mm h 300mm 3 轴心抗拉强度ft 混凝土试件在轴向拉伸情况下的极限强度称为轴心抗拉强度 混凝土轴心抗拉强度比抗压强度低得多 一般只有抗压强度的1 18 1 8 4 混凝土的收缩和徐变收缩 混凝土在凝结硬化的过程中体积减小的现象 徐变 混凝土在长期不变荷载作用下 应变随着时间的增加而增长的现象 防止徐变措施 适当的水灰比 增加混凝土骨料的含量 徐变将变小 养护条件好 水泥水化作用充分 徐变就小 混凝土加荷前 混凝土强度愈高 徐变就愈小 控制截面应力 受力性能同素混凝土梁 四 钢筋与混凝土的共同工作 有粘结梁受荷前 粘结锚固作用由胶结力 摩阻力 咬合力和机械锚固力组成 影响粘结强度的因素混凝土强度 浇注位置 保护层厚度及钢筋净间距等 3 2钢筋混凝土基本构件的基本计算 一 钢筋混凝土受弯构件承载力计算 适筋梁加载全过程 第 阶段 弹性工作阶段 第 阶段 带裂缝工作阶段 第 阶段 破坏阶段 受弯构件正截面的破坏形式 适筋梁超筋梁少筋梁 1 受弯构件正截面承载力计算以等效矩形应力分布图来代替曲线应力分布图 等效原则 等效前后合力C的大小 作用点位置保持不变 基本计算公式 基本计算公式适用条件 意义 为了防止发生超筋的脆性破坏 意义 为了防止发生少筋的脆性破坏 2 2 斜截面的破坏形式 斜压破坏剪压破坏斜拉破坏 钢筋混凝土受压构件按其轴向力作用线与构件截面形心轴线之间相互位置的不同 可分为轴心受压构件和偏心受压构件 二 钢筋混凝土受压构件承载力 1 偏心受压构件的类型与判别 钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态可分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两类 b为大偏心受压 b为小偏心受压 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 钢筋混凝土受拉构件承载力 1 大偏心受拉构件 轴向拉力N不作用在As与A s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A s之间 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 10 1 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 10 1 18 矩形截面梁高宽比取2 3 5 T形截面梁取2 5 4 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 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16 32mm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h 600mm时 在侧面应设置直径为10 16mm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 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 钢筋的锚固 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预应力混凝土结构 一 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 l1锚具变形和钢筋回缩所引起的预应力损失 l2预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失 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预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失 l5混凝土收缩 徐变引起的预应力损失 l6混凝土的局部挤压引起的预应力损失 3 5钢筋混凝土楼盖 楼梯和雨篷 一 钢筋混凝土楼盖的分类 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 L1 2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5m 8m 次梁为4m 6m 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 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h 150mm时 不应大于200mm 当h 150mm时 不应大于250mm 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250mm 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10 20mm 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 第四章砌体结构 4 1砌体结构材料 1 砖 普通砖的尺寸为240 115 53mm 其强度等级为MU30 MU25 MU20 MU15 MU10 2 砌块 强度等级为MU20 MU15 MU10 MU7 5MU5 3 石材 强度等级为MU100 MU80 MU60 MU50MU40 MU30 MU20 一 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 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砌体结构墙 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 混合结构房屋的结构布置方案 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 房屋的静力计算方案 三 受压构件的计算 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 无筋砌体局部受压承载力计算 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 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 hT T形截面的折算厚度 1 高厚比验算 六 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4 10 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 5 4m 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 第五章多层与高层房屋结构简介 5 1多层与高层房屋结构的类型 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多高层建筑结构体系的总体布置原则 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 第六章钢结构 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 钢结构的特点 6 1钢结构的特点及应用范围 6 2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钢结构连接 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t 10mm时可采用直边焊 t 10 20mm时可采用带钝边单边V形缝或带钝边V形缝 t 20mm时应采用U形缝 K形缝和X形缝 一 连接方法种类和特点 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 第七章地基与基础 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 土的组成 7 1土的工程性质及分类 实测指标土的密度 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程度的一个重要物理指标 天然土层含水量变化范围较大 与土的种类 埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关 测定方法 烘干法 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