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结构的概念受力、传力的体系，实现建筑空间的重要技术。结构的作用抵抗自重作用、承担外部重力作用、承担侧 向力作用、承担特殊力作用。结构的组成形成跨度的结构构件：梁、板、桁架等。 垂直传力的结构构件：柱子、墙等。 抵抗侧向力的结构构件：墙、支撑等。 承担全部各种荷载结构构件：基础。结构的基本设计要求结构的安全性要求、结构的实用性要 求、结构的耐久性要求、结构的稳定性要求。 木结构 砌体（包括砖、砌块、石等）结构 (1)按建筑材料划分 钢筋混凝土结构 钢结构 墙体承重结构 框架结构 剪力墙结构，框架剪力墙结构 筒体结构，框桶结构 (2) 按结构型式划分 拱结构 网架结构，网壳结构 薄壳(包括折板)结构 悬索结构 充气结构单层结构(多用于单层工业厂房、食堂等) (3)按体型划分 多层结构(一般27层) 高层结构(一般10层以上或24米以上) 大跨结构(跨度大约在40以上)图0-1 建筑结构的各种形式 （a）墙体结构；(b) 框架结构；(c) 深梁结构；(d) 筒体结构；(e) 拱结构； (f) 网架结构；(g) 薄壳结构；(h) 悬索结构；(i) 折板结构荷载外界、建筑构造与建筑结构自身对于结构的所形成的力；荷载的分类恒荷载与活荷载、静荷载与动荷载、集中荷载、分布荷载；结构材料的基本要求强度 刚度 重度 低价 环保常用建筑结构材料的力学性能特点砖，石材、混凝土：抗压强度高，抗拉强度低；钢 材：抗拉强度高，有屈服和强化的特点建筑物迎风面的风力为压力，其背风面为吸力，侧风面随着与风的夹角的变化，风力逐渐由压力转变为吸力；矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物，其侧风面所受的风力作用差异很大。建筑物表面粗糙会加大风力的作用。混凝土的基本性能混凝土的抗压强度比较大，但是其抗拉强度很低，一般不作为计算依据；在实际结构设计中，混凝土的受拉区配有钢筋来承受拉力；对于特殊建筑物，如抗渗型要求较高的水池、地下室的外墙等需要使用混凝土的受拉强度进行抗裂计算。钢材的基本性能l 钢材性能优良，强度高，尤其是比强度高，在工程计算中可以近似的认为钢材是理想的力学材料。l 钢材质地均匀，各向同性，有良好的塑性和韧性。钢材较混凝土材料更易于加工，易于工业化生产。l 钢材的最大缺陷：在于易腐蚀与耐火性差，需要在其表面涂刷防锈漆与防火涂料，现代技术已经比较圆满地解决了此类问题。l 钢材的连接：主要采用焊接与机械连接两大类。 钢结构因自重轻、质地均匀，具有较好的延性，因而抗震及抗动力荷载性能好。1.砌体结构 优点： 1) 就地取材。 2) 很好的耐火性，较好的化学稳定性和大气稳定。 3) 比起钢筋混凝土结构来，节约水泥、钢材和木材，可连续施工。 4) 采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重， 加快施工进度，进行工业化生产和施工。 2.混凝土结构 优点： 1）强度高；2）耐久性好；3）耐火性好； 4）可模性好；5）整体性好；6）易于就地取材。 缺点： 结构自重大、抗裂性较差、一旦损坏修复比较困难、施工受季节环境影响较大等。 3.钢结构 优点: 1) 钢结构自重轻而承载力高 。 2) 钢材最接近于匀质等向体 。 3) 钢材的塑性和韧性好。 4）钢材具有可焊性。 5) 钢结构具有不渗漏的特性 。 6) 钢结构制造工厂化、施工装配化 。 缺点: 1)钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施 。 2)钢结构耐热性能好，但防火性能差 。 结构的特点 优点 缺点 应用范围 建筑结构 混凝土结构 强度高、耐久性好、抗震性好、并具可塑性 自重大、抗裂能力差、费工费模板 一般民用建筑、多高层建筑、工业厂房、大跨结构 砌体结构 造价低廉、耐火性好、施工方便、工艺简单、就地取材 自重大、强度低、抗震性能差、砌筑工作繁重、粘土用量大 五六层以下的民用房屋、中小厂房的沉重结构、大型工业厂房的围护结构 钢结构 强度高、重量轻、质地均匀、运输方便 易锈蚀、耐火性能差 大跨重型结构、受动荷载结构、可拆卸结构、轻型结构、容器及其它 木结构 取材加工方便、材质轻且强度较大 各向异性、易燃、易裂、易翘曲、易腐蚀 大中城市基本停用1.砌体结构 砌体结构一般由基础、砌体承重墙（柱）、钢筋混凝土楼板（屋面板）或木材楼板（屋面板）等组成。(1)一般民用建筑中的基础、内外墙、柱和地沟等构件。(2)在工业厂房中，用来砌筑围护墙、烟囱、料斗、地沟、管道支架、对渗水性要求不高的水池等特殊结构。(3)农村建筑如猪圈、粮仓等。(4)在交通运输方面，砌体结构除可用于桥梁，隧道外，各式地下渠道，涵洞，挡土墙也常用砌筑。(5)在水利建设方面，可以用石料砌筑坝、堰和渡槽等。2.框架结构框架的组成：梁、板、柱、基础。梁柱间的节点为刚节点。结构布置方式：多为横向框架，纵向联系体系。框架结构中垂直荷载的作用：对中柱产生轴心受压作用或近似轴心受压作用，对于边柱产生偏心受压作用，顶层偏心作用大，底层偏心作用小；框架结构中水平荷载作用：对于所有构件均产生弯矩、剪力作用，底层弯矩大，顶层相对小。1.桁架结构桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，不会对支座产生横向水平推力，因而在结构工程中应用广泛。桁架常用来作为屋盖承重结构，也常称为屋架。桁架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。不仅增加了屋盖处的外墙的材料用料，而且增加了采暖通风负荷。对于钢桁架，由于杆件截面小，上弦平面外（侧向）稳定性差，难以抵抗侧向力，这就需要设置很多支撑。都按构造(长细比)要求确定截面，故耗钢量不少，却未能材尽其用。桁架结构的组成梁在竖向均布荷载作用下，梁上的弯矩和剪力的分布极不均匀，梁截面内的正应力和剪应力的分布也极不均匀。在弯矩作用下，截面正应力分布为受压区和受拉区两个三角形，在中和轴处应力为零，在上下边缘处正应力为最大，因此，若以上下边缘处材料的强度作为控制值，则中间部分的材料不能充分发挥作用。 在剪力作用下，剪应力在中和轴处最大，在上下边缘处为零，分布在上下边缘处的材料不能充分发挥其抗剪作用。尽管通过改变梁的截面形式(例如把梁截面由矩形改为工字形)、改变梁的截面尺寸(例如在梁的跨中和支座附近变高度、变梁宽)等做法可改善梁的受力性能，但这些都只是量变而非质变。桁架结构的受力特点：桁架结构则具有与简支梁完全不同的受力性能。尽管从结构整体来说，外荷载所产生的弯矩图与剪力图与作用在简支梁上时完全一致，但在桁架结构内部，则是桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。因此，在桁架结构中，各杆件单元(上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。2.拱结构：（1）按结构支承方式分类 （2）受力特点 （3）水平推力四种平衡方式 （4）拱结构的支撑系统 （5）拱结构的实际应用 （6）拱结构的布置方式（1）按结构支承方式分类：三铰拱、两铰拱和无铰拱三种；有钢筋混凝土结构、钢结构、胶合木结构、砖石砌体结构；拱身截面有格构式和实腹式，还有等截面式和变截面式。（2）受力特点：拱身截面弯矩小，剪力小，轴力大，合理拱轴为一抛物线，存在较大的水平推力。（3）水平推力四种平衡方式：拉杆承担，刚性水平结构“承担” ，竖向承重结构承担，基础承担上。（4）拱结构的支撑系统：为了保证拱在轴线平面外的受压稳定性，须设置横向支撑，为了传递作用于山墙上的风荷载，还应设置纵向支撑。（5）拱结构的实际应用：建筑中多用于大跨度建筑的屋面结构。（6）拱结构的布置：并列拱或交叉拱结构3.网架结构一、平板网架结构的特点二、平板网架的结构体系及其形式网架结构是由许多杆件组成的一种网状的三维杆系结构。l 网架结构的外形可为平板状，也可呈曲面状。前者称为平板网架结构，简称网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，简称网壳。本章介绍平板网架结构。 l 平板网架结构具有以下优点：l 1平板网架为三向受力的空间结构，杆件承受轴力，比平面结构(如平面桁架结构)自重轻、节省钢材。l 2网架结构整体刚度大、稳定性好、安全储备高，能有效地承受各种非对称荷载、集中荷载、动荷载的作用，对局部超载、施工时不同步提升和地基不均匀沉降等有较强的适应能力，并有良好的抗震整体性。通过适当的连接构造，还能承受悬挂吊车及由于柱上吊车引起的水平纵横向的刹车力作用。l 3平板网架是一种无水平推力或拉力的空间结构，一般简支在支座上，这能使边梁大为简化，也便于下部承重结构的布置，构造简单，节省材料。l 4网架结构应用范围广泛，平面布置灵活，对于各种跨度的工业建筑、体育建筑、公共建筑，平面上不论是方形、矩形、多边形、圆形、扇形等都能进行合理的布置。近年来厂房建筑中较多地考虑工艺布置灵活、便于产品更新、设备调整，因而大柱网、大面积的工业厂房采用网架结构的日益增多。l 5网架结构易于实现制作安装的工厂化、标准化。若采用螺栓连接，网架的杆件和节点都可以在工厂生产，现场仅需进行简单的拼装，技术简单，工作量小。且网架可拆可装、便于建筑物的扩建改造或移动搬迁。l 6网架结构占有的空间小，并可利用网架上下弦之间的空间布置各种设备及管道等，能更有效地利用空间，使用方便，经济合理。 l 7网架的建筑造型新颖、壮观、轻巧、大方，并能直接利用网架上下弦杆件及腹杆的布置形成一些美丽的天花图案，因而为建筑师和业主所乐于采用。l 平板网架结构的特点：l 属于杆件空间结构，杆件仅承受轴力；l 刚度大、稳定性好、安全储备高；l 属于无水平推力或拉力的空间结构；l 制作安装的工厂化、标准化程度高；平板网架的结构体系及其形式l 1）交叉桁架体系分为： 两向正交正放: 适用于正方形平面 两向正交斜放：适用于矩形平面 三向交叉网架：适用于圆形、三角形、多边形平面 2）角锥体系分为： 三角锥体 四角锥体 六角锥体 棋盘形四角锥网架 星形四角锥网架l 网架结构的支承方式l 1.周边支承网架 l 这种网架的所有周边节点均为支座，搁置在下部的支承结构上。常见的方式为网架支承在周边柱子上，每个支座节点下对应地设一个边柱，传力直接，受力均匀，适用于大跨度及中等跨度的网架。l 周边支承的网架结构应用最为广泛，其优点是受力均匀，空间刚度大，可以不设置边桁架，因此用钢量较少。我国目前已建成的网架多数采用这种支承方式。l 网架结构的支承方式 2. 三边支承网架3. 两边支承网架 4. 点支承网架 5. 周边支承与点支承相结合的网架支座形式根据网架结构的跨度和支承方式选择不同的支座形式，如平板支座、弧形支座、球铰支座和橡胶支座等。根据支承反力的不同，支座又可分为压力支座和拉力支座两大类。 柱帽处理l 四点或多点支承的网架，其支承点处由于反力集中，杆件内力很大，给节点设计带来一定的困难。因此，柱顶处宜设置柱帽以使反力扩散。柱帽形式可根据建筑功能的要求或结合建筑造型要求进行设计，如图6-6-12所示。 l 4.薄壁空间结构l （1）薄壁空间结构类型 （2）受力特点 （3）圆顶薄壳结构的组成和特点（4）圆顶结构壳板厚度（5）筒壳、扁壳结构的组成和特点壳体厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳结构或薄壁空间结构。l （1）薄壁空间结构的类型：旋转曲面，平移曲面，直纹曲面；圆顶结构，筒壳结构，双曲扁壳和扭壳。l （2）薄壁空间结构的受力特点：双向轴力和受剪，下部环向受拉(圆顶)；纵向受拉（筒壳）。 l （3）圆顶薄壳结构的组成和特点：壳身、支座环、支承构件；壳身有平滑式、肋形式和多面式等；支座环是防止圆顶下部裂缝和空间平衡的重要构件。（4）圆顶结构壳板厚度：可取圆顶半径的1600。对于钢筋混凝土圆顶，壳板厚度不应小于40mm。l （5）筒壳、扁壳结构的组成和特点：壳身、边梁和横隔。双向轴力和受剪，下部环向受拉，故边梁同样有防裂和平衡作用，横隔起抗剪作用。ll 高层建筑随着建筑物层数的增加，楼面结构所耗用的材料几乎不变，而柱和墙为了承受竖向荷载所消耗的材料与层数近乎呈线性的关系增长。值得注意的是，为承受侧向荷载所需要的材料的增长与层数成抛物线关系。在超高层范围内，层数的增加会引起土建造价的大幅度上升。 l 高层建筑的综合功能和特殊设施使高层建筑的设计错综复杂。如美国芝加哥的西尔斯大厦，设置的附属设施足以能解决诸如购物、宴会、娱乐、卫生、教育、保险、运输、停车场、公共事业、废物和污水处理、防火等问题。l 这栋建筑物中的电力系统能为147000人的城市服务，空调设备可以调节6000户住房的温度，为解决每天16500人的竖向交通问题。因为其中共设102部电梯，这些电梯就象是城市中的街道，而整个建筑物就象是一座城市。l 高层建筑结构型式的局限性，也限制了建筑物向更高的空间发展，限制了建筑功能上的诸多要求。 l 高层建筑结构的计算分析方法与多层建筑结构的是一样的，但是高层建筑结构的计算内容又具有以下方面的特殊性：l 一是构件轴向变形对结构内力与位移的影响已不可忽略；l 构件截面的剪切变形对结构内力和位移的影响也已不可忽略。l 二是侧向风荷载或地震作用所产生的结构内力与位移常常成为结构设计的控制因素。l 1） 框架结构体系l 与多层框架结构体系相似，高层建筑中框架结构体系也由纵、横向框架所组成，形成空间框架结构，以承受竖向荷载和水平力的作用。l 与其他高层建筑结构体系相比，框架结构具有布置灵活、造型活泼等优点，容易满足建筑使用功能的要求，如会议厅、休息厅、餐厅和贸易厅等的布置。同时，经过合理设计，框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。l 框架结构构件断面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移大，在地震作用下容易由于大变形而引起结构构件的损坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。 l 框架结构的受力特性如图所示。图a)为框架在各层楼面竖向荷载作用下的弯矩图，图b)为框架在侧向力作用下的弯矩图（下大上小），图c)为框架在侧向力作用下的变形图（典型的剪切变形）。ll （2）剪力墙结构体系l 剪力墙结构是将建筑物的外墙和部分内隔墙设计为钢筋混凝土承重墙的结构，这样的承重墙就是剪力墙。l 剪力墙既能承受竖向荷载，更主要是用来承受水平荷载。l 一般来说，剪力墙的宽度和高度与整个房屋的宽度和高度相同，宽达十几米或更大，高达几十米以上。而其厚度则很小，一般为160300mm，最厚可达500mm。l 剪力墙主要是承受水平力，并提供较大的抗侧力刚度，它使剪力墙受剪且受弯，剪力墙也因此而得名，以便与一般仅承受竖向荷载的墙体相区别。在地震区，该水平力主要由地震作用产生，因此，剪力墙有时也称为抗震墙。 （3）框架剪力墙结构l 框架剪力墙结构体系是由框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点，弥补了剪力墙结构开问过小的缺点，既可使建筑平面灵活布置，又能对常见的30层以下的高层建筑提供足够的抗侧刚度。因而在实际工程中被广泛应用。l 框架剪力墙结构布置的关键是剪力墙的数量及位置。从建筑布置角度看，减少剪力墙数量则可使建筑布置更灵活。但从结构的角度看，剪力墙往往承担了大部分的侧向力，对结构抗侧刚度有明显的影响，因而剪力墙数量不能过少。 l 剪力墙应沿房屋的纵横两个方向均有布置，以承受各个方向的地震作用或风荷载，横向剪力墙宜布置在房屋的平面形状变化处、刚度变化处、楼梯间及电梯间，以及荷载较大的地方。同时，剪力墙应尽量布置在建筑物的端部附近。图12-2-8表示两种不同的剪力墙布置方案，图a)的两道剪力墙集中布置在建筑平面的中部，图b)的两道剪力墙布置在建筑平面的两端，这两个结构方案具有相同的抗侧刚度，但很显然图b)布置方式使结构具有较大的抗扭能力。ll 高层建筑结构承受竖向荷载和侧向水平力的作用，建筑物的侧向位移，常会成为结构设计的控制因素。l 侧向位移过大，会导致建筑装修与隔墙的损坏，造成电梯运行困难，使居住者感觉不良。另一方面，侧向位移过大，竖向荷载将会产生显著的附加弯矩，使结构内力增大，甚至会引起主体结构的开裂或破坏。因此，必须对建筑物的侧向位移进行控制。l l 高层建筑的力学特征l 高层建筑以抵抗侧向力为主，控制其侧向刚度是设计的基本要求；l 高层建筑的概念设计是重要的，尤其对于抗震问题；l 高层建筑多采用空间结构而非平面结构，更有效的利用材料。l 高层建筑的常见结构形式l 框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构；l 筒体结构、悬挂结构、巨型框架结构等l 一、 肋梁楼盖结构 l 1.肋梁楼盖结构的特点l 现浇肋梁板结构是最常见的水平向承重结构型式之一，它的应用范围很广。它适用于各种竖向承重结构，如砌体承重结构、框架承重结构等。l 现浇钢筋混凝土肋梁楼盖结构整体性好，节省材料，梁系布置灵活，特