给水排水工程结构01 绪论(2012)习题答案.pdf

给水排水工程结构给水排水工程结构 Engineering Structure for Water Supply and Sewerage Work 金金 峤峤 E E mail mail goldenfss 沈阳建筑大学沈阳建筑大学 建筑抗震教研室建筑抗震教研室 20122012年年8 8月月 学习本课程的主要规范 学习本课程的主要规范 给水排水工程构筑物结构设计标准给水排水工程构筑物结构设计标准2002 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范2002 2011新版 新版 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009 2001 2006版 版 地基基础设计规范地基基础设计规范GB 50007 2002 参考书目参考书目 指定教材 给水排水工程结构给水排水工程结构 廖莎主编廖莎主编 清华大学清华大学 叶列平主编的叶列平主编的 混凝土结构混凝土结构 5 引子 建筑结构的分类 一 建筑结构定义 简单的说就是房屋的承重骨架承重骨架 第一章总论 1 1 建筑结构的分类 二 建筑结构的组成 柱下基础 楼板 柱 梁 梁 墙 楼梯 墙下基础 地下室底板 6 第一章总论 1 1 建筑结构的分类 三 建筑结构的分类 按所用材料材料的不同分为 1 混凝土结构 以混凝土为主要材料的结构 包括 钢筋混凝土结构 配置受力的普通钢筋 钢筋网或钢骨架 预应力砼结构 配置预应力钢筋的混凝土结构 素混凝土结构 没有配置受力的钢筋的混凝土结构 7 2 钢结构 以钢材 钢板 型钢 为主制作的结构 3 砌体结构 由块材通过砂浆砌筑而成的结构 4 木结构 指全部或大部分用木材制作的结构 5 混合结构 由两种及两种以上材料作为主要承重结构 的房屋 此外还有钢 混凝土组合结构 钢管混凝土结构等 第一章总论 1 1 建筑结构的分类 按其承重结构的类型分为 1 框架结构 2 剪力墙结构 3 框架 剪力墙结构 4 筒体结构 本 章 目 录 8 1 框架结构 采用梁 柱组成的结构体系作为建筑承重结构 框架结构的主要构件是梁和柱 而墙体只是作为 围护构件 可以做成预制或现浇框架 平面布置比较灵活 可以获得较大的使用空间 比混合结构强度高整体性强 但随层数增多抗侧 刚度不足 第一章总论 1 1 建筑结构的分类 9 10 11 12 13 2 剪力墙结构 利用建筑物的纵向及横向的钢筋混凝土墙体作为 主要承重构件 再配以梁板组成的承重结构体系 其墙体同时也起围护及分割房间的作用 整体性好 刚度大 抗震性能好 适于建造高层 建筑 10 50层范围内都适用 不过剪力墙间距太小 平面布置不灵活 自重 大 不适应建造公共建筑 一般适用于建造住宅 第一章总论 1 1 建筑结构的分类 14 15 16 17 3 框架 剪力墙结构 框架结构的基础上 沿框架纵 横方向的某些位 置 在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为 剪力墙 因此它是框架和剪力墙的有机结合 综合了二者 的优点 一个布置灵活 一个抗侧力高 第一章总论 1 1 建筑结构的分类 18 4 筒体结构 用钢筋混凝土墙组成一个筒体作为房屋的承重结构 筒体可以由密柱深梁组成一个筒体 也可以用多个 筒体组成筒中筒 束筒 还可以将框架和筒体联合 起来组成框筒结构 筒体结构在各个方向的抗侧刚度都很大 是目前高 层建筑中较多采用的结构形式 框筒是上个世纪60 年代由美国工程师法卢齐 坎恩第一次提出来的 其它结构还有壳体结构 网架结构 悬索结构等等 它 们大多用于大跨度结构中 第一章总论 1 1 建筑结构的分类 19 20 21 给排水专业的同学应该了解混凝土结构的基本特点 熟给排水专业的同学应该了解混凝土结构的基本特点 熟 悉混凝土结构设计的基本原理和方法 悉混凝土结构设计的基本原理和方法 1 1 绪绪 论论 Introduction 主要以混凝土材料 并根据需要配置主要以混凝土材料 并根据需要配置钢筋 预钢筋 预 应力筋 钢骨 钢管应力筋 钢骨 钢管等 作为主要承重材料的结构 等 作为主要承重材料的结构 均可称为均可称为混凝土结构混凝土结构 Concrete Structure 1 1 混凝土结构的一般概念和特点 素混凝土结构素混凝土结构 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构 钢管混凝土结构钢管混凝土结构 FRP筋混凝土筋混凝土 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 钢钢 混凝土混合结构混凝土混合结构 纤维混凝土纤维混凝土 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 素混凝土结构素混凝土结构 Plain Concrete Foundation Masonry wall 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 Reinforced Concrete Structure Reinforcement Stirrup Cover Support 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 Pre stressed Concrete Structure Pre stress rebar Concrete Hollow tube Pre stressed concrete hollow floor 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构 Steel Reinforced Concrete Encased Concrete Steel Reinforcement Stirrup Steel reinforced Concrete column 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 钢管混凝土结构钢管混凝土结构 Concrete Filled Tube Steel tube Concrete Concrete filled tube column 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 FRP混凝土混凝土 Fiber Reinforced Polymer Plastic Concrete 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 钢钢 混凝土组合 混合 结构混凝土组合 混合 结构 Composite Structure or Hybrid Structure 混凝土混凝土 Concrete 抗压强度高 而抗拉强度却很低抗压强度高 而抗拉强度却很低 High compressive strength but lower tensile strength 一般抗拉强度只有抗压强度的一般抗拉强度只有抗压强度的1 8 1 20 破坏时具有明显的破坏时具有明显的脆性性质脆性性质 Brittle 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 因此 素混凝土构件在实际工程的应用很因此 素混凝土构件在实际工程的应用很 有限 主要用于以受压为主的基础 柱墩有限 主要用于以受压为主的基础 柱墩 和一些非承重结构 和一些非承重结构 基本材料性能基本材料性能 Basic Materials Properties 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 素混凝土梁试验 素混凝土梁试验 Test of Plain Concrete Beam Pcr 9 7kN 150 300 fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 ft s sc ft 2500 素混凝土梁受力性能 Pu Pcr s sc ft ft 破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近 远未达到破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近 远未达到 混凝土的抗压强度 破坏表现为脆性断裂 无明显预兆 混凝土的抗压强度 破坏表现为脆性断裂 无明显预兆 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 钢钢 材材 Steel 抗拉和抗压强度都很高抗拉和抗压强度都很高 Both tensile and compressive Strengths are high 具有屈服现象 破坏时表现出较好的延性具有屈服现象 破坏时表现出较好的延性 Ductile 但细长的钢筋受压时极易压曲 仅能作为受拉构件但细长的钢筋受压时极易压曲 仅能作为受拉构件 而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲 材料强度而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲 材料强度 一般得不到充分地发挥 一般得不到充分地发挥 Advantage 将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起 可以 取长补短 充分利用材料的性能 learn from others s strong points to offset one s weakness 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 钢筋混凝土梁试验 钢筋混凝土梁试验 Test of Reinforced Concrete Beam Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft s sc ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁 Pu 52 5kN s sc ft fts ss s sc 2f16 fy 配置钢筋后 配置钢筋后 RC梁的承载力比素混凝土梁大大提高 钢筋的抗梁的承载力比素混凝土梁大大提高 钢筋的抗 拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用 且破坏过程有明拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用 且破坏过程有明 显预兆 显预兆 Py 50 0kN 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 fc Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft s sc ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁 Pu 52 5kN s sc ft fts ss s sc 2f16 fy Py 50 0kN 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 fc 但从开裂荷载到屈服荷载 在很长的过程带裂缝工作 但从开裂荷载到屈服荷载 在很长的过程带裂缝工作 通常裂缝宽度很小 不致影响正常使用 通常裂缝宽度很小 不致影响正常使用 但裂缝导致梁的刚度显著降低 使得钢筋混凝土梁不能应用但裂缝导致梁的刚度显著降低 使得钢筋混凝土梁不能应用 于大跨度结构 如何解决 于大跨度结构 如何解决 钢筋与混凝土共同工作的条件钢筋与混凝土共同工作的条件 The conditions for the reinforcement and concrete working together 钢筋 材 和混凝土两种材料的物理力学性能钢筋 材 和混凝土两种材料的物理力学性能 physical mechanics performance physical mechanics performance 很不相同 它们很不相同 它们 可以结合在一起共同工作 是因为 可以结合在一起共同工作 是因为 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力 Bond 在荷 在荷 载作用下 保证两种材料变形协调载作用下 保证两种材料变形协调 Same Deformation under load 共同受力 共同受力 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 粘结力粘结力 Bond 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系 数数 Temperature linear expanding index Temperature linear expanding index 钢材为钢材为1 2 10 5 混凝土为 混凝土为 1 0 1 5 10 5 因此当温度变化时 两种材料不会产生过大的因此当温度变化时 两种材料不会产生过大的 变形差而导致两者间的粘结力破坏 变形差而导致两者间的粘结力破坏 钢筋混凝土 Reinforced Concrete 除在构件的受拉区配筋外 还有许多其他配筋方式 可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力 在复杂应力区域 如梁在受剪区段 受扭构件 节点 区 剪力墙等 可以配置箍筋或纵横交错的钢筋 当构件受力很大时 可以直接配置钢骨 还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度 甚至直接采用钢管 采用纤维 钢纤维 玻璃纤维等 与混凝土一起搅拌 形成的纤维混凝土 其抗拉强度可以达到提高 因此 两种因此 两种 或两种以上或两种以上 材料的有机组合 可充分发材料的有机组合 可充分发 挥各自的长处 创造出多种形式的复合材料 适应挥各自的长处 创造出多种形式的复合材料 适应 各种不同受力的要求 取得很好的综合经济效益各种不同受力的要求 取得很好的综合经济效益 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 1 3 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 混凝土结构的优点 混凝土结构的优点 材料利用合理 钢筋和混凝土的材料强度可以得材料利用合理 钢筋和混凝土的材料强度可以得 到充分发挥到充分发挥 结构承载力与刚度比例合适结构承载力与刚度比例合适 基本无局基本无局 部稳定问题部稳定问题 单位应力价格低单位应力价格低 对于一般工程结构对于一般工程结构 经济指标优于钢结构经济指标优于钢结构 可模性好 混凝土可根据需要浇筑成各种性质和可模性好 混凝土可根据需要浇筑成各种性质和 尺寸尺寸 适用于各种形状复杂的结构适用于各种形状复杂的结构 如空间薄壳如空间薄壳 箱箱 形结构等形结构等 耐久性和耐火性较好耐久性和耐火性较好 维护费用低 钢筋有混凝维护费用低 钢筋有混凝 土的保护层土的保护层 不易产生锈蚀不易产生锈蚀 而混凝土的强度随时间而混凝土的强度随时间 而增长 混凝土是不良热导体而增长 混凝土是不良热导体 30mm厚混凝土保护厚混凝土保护 层层可耐火可耐火2小时小时 使钢筋不致因升温过快而丧失强度使钢筋不致因升温过快而丧失强度 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 现浇混凝土结构的整体性好现浇混凝土结构的整体性好 且通过且通过合适的配合适的配 筋筋 可获得较好的延性可获得较好的延性 适用于抗震适用于抗震 抗爆结构 抗爆结构 同时防振性和防辐射性能较好同时防振性和防辐射性能较好 适用于防护结构适用于防护结构 刚度大刚度大 阻尼大阻尼大 有利于结构的变形控制有利于结构的变形控制 易于就地取材 混凝土所用的大量砂易于就地取材 混凝土所用的大量砂 石石 易易 于就地取材于就地取材 近年来近年来 已有利用工业废料来制造人已有利用工业废料来制造人 工骨料工骨料 或作为水泥的外加成分或作为水泥的外加成分 改善混凝土的性改善混凝土的性 能能 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 混凝土结构的缺点 混凝土结构的缺点 自重大 不适用于大跨 高层结构 自重大 不适用于大跨 高层结构 第一章绪论 1 1 混凝土结构一般概念和特点 轻质 高强和预应力轻质 高强和预应力 抗裂性差 普通抗裂性差 普通RC结构 在正常使用阶段往往带裂缝工作 结构 在正常使用阶段往往带裂缝工作 环境较差环境较差 露天 沿海 化学侵蚀露天 沿海 化学侵蚀 时会影响耐久性 也限制了时会影响耐久性 也限制了 普通普通RC用于大跨结构 高强钢筋无法应用 用于大跨结构 高强钢筋无法应用 预应力混凝土预应力混凝土 承载力有限 在重载结构和高层建筑底部结构 构件尺寸太承载力有限 在重载结构和高层建筑底部结构 构件尺寸太 大 减小使用空间 大 减小使用空间 高强 钢骨 钢管混凝土 高强 钢骨 钢管混凝土 施工复杂 工序多 支模 绑钢筋 浇筑 养护 工期长 施工复杂 工序多 支模 绑钢筋 浇筑 养护 工期长 施工受季节 天气的影响较大 施工受季节 天气的影响较大 混凝土结构一旦破坏 其修复 加固 补强比较困难 混凝土结构一旦破坏 其修复 加固 补强比较困难 钢模 飞模 滑模等钢模 飞模 滑模等 泵送 早强 商品 高性能 免振自密实混凝土等泵送 早强 商品 高性能 免振自密实混凝土等 混凝土结构加固技术混凝土结构加固技术不断得到发展 如最近研究开发的采用碳不断得到发展 如最近研究开发的采用碳 纤维布加固混凝土结构技术 快速简便 纤维布加固混凝土结构技术 快速简便 1 21 2 混凝土结构的发展简况及其应用混凝土结构的发展简况及其应用 1824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁 J Aspdin 发明硅酸盐水泥发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波年法国人朗波 L Lambot 制造了第一只钢筋混制造了第一只钢筋混 凝土小船凝土小船 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年 多年 与砖石结构 钢木结构相比 混凝土结构的历史并与砖石结构 钢木结构相比 混凝土结构的历史并 不长 但发展非常迅速 目前混凝土结构已成为大量不长 但发展非常迅速 目前混凝土结构已成为大量 土木工程结构中最主要的结构 而且土木工程结构中最主要的结构 而且高性能混凝土高性能混凝土和和 新型混凝土结构新型混凝土结构形式还在不断发展 形式还在不断发展 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 第一阶段第一阶段 The first stage 从钢筋混凝土的发明至上世纪初从钢筋混凝土的发明至上世纪初 钢筋和混凝土的强度都比较低钢筋和混凝土的强度都比较低 主要用于建造中小型楼板 梁 柱 拱和基础等构主要用于建造中小型楼板 梁 柱 拱和基础等构 件 件 计算理论 计算理论 结构内力和构件截面计算均套用弹性理结构内力和构件截面计算均套用弹性理 论论 Elastic theory 采用容许应力设计方法 采用容许应力设计方法 Allowable stress design method 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 混凝土结构的发展 混凝土结构的发展 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 第二阶段第二阶段 The second stage 从本世纪从本世纪2020年代到第二次世界大战前后年代到第二次世界大战前后 混凝土和钢筋强度的不断提高混凝土和钢筋强度的不断提高 19281928年法国杰出的土木工程师年法国杰出的土木工程师E FreyssnetE Freyssnet发明了预发明了预 应力混凝土 使得混凝土结构可以用来建造大跨度应力混凝土 使得混凝土结构可以用来建造大跨度 计算理论 计算理论 前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫 开始考虑混凝土塑性性能 开始考虑混凝土塑性性能 的破损阶段设计法的破损阶段设计法 Failure stage design method 5050 年代又提出更为合理的极限状态设计法年代又提出更为合理的极限状态设计法 limit state design method 奠定了现代钢筋混凝土结构的基本 奠定了现代钢筋混凝土结构的基本 计算理论 计算理论 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 第三阶段第三阶段 The third stage 二战以后到现在二战以后到现在 随着建设速度加快 对材料性能和施工技术提出更随着建设速度加快 对材料性能和施工技术提出更 高要求 出现装配式钢筋混凝土结构 泵送商品混高要求 出现装配式钢筋混凝土结构 泵送商品混 凝土等工业化生产技术 凝土等工业化生产技术 高强混凝土和高强钢筋的发展 计算机的采用和先高强混凝土和高强钢筋的发展 计算机的采用和先 进施工机械设备的发明 建造了一大批超高层建筑 进施工机械设备的发明 建造了一大批超高层建筑 大跨度桥梁 特长跨海隧道 高耸结构等大型工程 大跨度桥梁 特长跨海隧道 高耸结构等大型工程 成为现代土木工程的标志 成为现代土木工程的标志 设计计算理论 设计计算理论 发展了以概率理论为基础的极限状发展了以概率理论为基础的极限状 态设计法 基础理论问题大都得到解决 而新型混态设计法 基础理论问题大都得到解决 而新型混 凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的 课题 并不断促进混凝土结构的发展 课题 并不断促进混凝土结构的发展 混凝土结构的发展 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 上海莘庄大型立交工程上海莘庄大型立交工程 该工程由15条线路 6条主线 20个定向匝道构成 占地面积45 8公顷 整个立交桥梁结构长度11 1公里 面积8 4万m2 第一章绪论 1 2 混凝土结构的发展简况及其应用 1 3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 钢筋混凝土结构基本构件和基本理论 上册 钢筋混凝土结构基本构件和基本理论 上册 混凝土结构设计 下册 混凝土结构设计 下册 第一章绪论 1 3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 截面的基本受力形态有 截面的基本受力形态有 正截面受力正截面受力斜截面受剪斜截面受剪扭曲截面受扭扭曲截面受扭 基本构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构件的受力往往是基本受力形态的复合 第一章绪论 1 3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 基本理论基本理论工程应用工程应用 问题的复杂性问题的复杂性问题的综合性问题的综合性 问题不是单一的问题不是单一的 解答是不唯一的解答是不唯一的 受力性能受力性能理论分析理论分析构件设计构件设计结构设计结构设计 材料的力学性能材料的力学性能 两种材料的配比两种材料的配比 两种材料的共同工作两种材料的共同工作 第一章绪论 1 3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 学习中应注意的问题 学习中应注意的问题 1 1 构件和结构设计是一个综合性问题 构件和结构设计是一个综合性问题 设计过程包括设计过程包括结构方案结构方案 构件选型构件选型 材料选择材料选择 配筋构造配筋构造 施工方案施工方案等等 还需要考虑还需要考虑安全适用安全适用和和经济合理经济合理 设计中许多数据可能有多种选择方案 因此设计设计中许多数据可能有多种选择方案 因此设计 结果不是唯一的 结果不是唯一的 最终设计结果应经过各种方案的比较 综合考虑最终设计结果应经过各种方案的比较 综合考虑 使用 材料 造价 施工等各项指标的可行性 使用 材料 造价 施工等各项指标的可行性 才能确定较为合适的一个设计结果 才能确定较为合适的一个设计结果 第一章绪论 1 3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 学习中应注意的问题 学习中应注意的问题 第一章绪论 1 3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 2 2 工程项目的建设是国家的重要工作 必须依照国 工程项目的建设是国家的重要工作 必须依照国 家颁布的法规进行家颁布的法规进行 设计人员必须遵照各种结构类型的设计人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程设计规范或规程 进行设计 进行设计 各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件 各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件 其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的 条件下 保证设计的质量和工程项目的安全可靠 条件下 保证设计的质量和工程项目的安全可靠 注意在学习中 有关基本理论的应用最终都要落实注意在学习中 有关基本理论的应用最终都要落实 到规范的具体规定 到规范的具体规定 学习中应注意的问题 学习中应注意的问题 第一章绪论 1 3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 由于工程结构类型很多 不同的结构类型有不同的由于工程结构类型很多 不同的结构类型有不同的 设计规范或规程