建筑结构绪论修改PPT课件.ppt

1 建筑结构基本原理 土木建筑学院土木系高秋梅 2 1 1建筑结构与建筑的关系1 2建筑结构的分类 特点及应用情况1 3本课程的任务和学习方法 第一章概论 3 1 建筑 建筑物和构筑物的通称 2 建筑物 人们社会生活和生产的环境 如住宅 厂房 3 构筑物 一般不直接进入其间进行生活和生产的空间 如烟囱 水塔等 1 1建筑结构与建筑的关系 一 基本概念 4 4 建筑的基本要素 适用美观强度 取决于组成建筑物的物质技术条件 即结构 为建筑存在的基础 没有结构就没有建筑 最基本特征 建筑形象 使人产生的美学感受 满足建筑实用功能要求 最基本特性 5 5 建筑结构 建筑物的空间承重骨架系统 是由若干个构件单元 按照一定组成规则 通过正确的连接方式所组成的能够承受并传递荷载和其他间接作用的骨架 构件 承重结构中有着独立的力学功能的基本单元 它们是固定在一起的 彼此间除由于应变有微量位移外 没有相对运动 如多层建筑结构的基本构件有板 梁 墙 柱 基础等 还有常用的由杆件 拱和壳体组成的结构 6 建筑设计是按照建筑功能的要求 运用力学原理 材料性能 结构造型 设备配置 施工方法 建筑经济等专业知识 并与人文理念 艺术感观相融合 经过不断加工 精心雕琢的创作过程 建筑结构与建筑艺术的统一 建筑师是 统领 二 建筑结构与建筑的关系 7 作为一名建筑师 懂得建筑结构知识 还可以从材料性能和结构的造型能力中得到启迪与构思 创造出新型的 壮观的建筑 8 2020 3 21 8 这是一个钢筋混凝土的梁板结构 雨蓬的挑梁伸出17m 它的弯矩图是二次抛物线 建筑师把挑梁的外形与其弯矩图统一起来 但又不是简单的统一 建筑师利用混凝土的可模性对挑梁作了艺术加工 在支座附近挖了一个孔 既减轻了结构自重 受力也合理了 同时获得了较好的艺术效果 意大利佛罗伦萨运动场大看台 意大利建筑师奈尔维 一个技术上完善的作品 有可能在艺术上效果甚差 但是 无论是古代还是现代 却没有一个从美学观点上是公认的杰作而在技术上却不是一个优秀作品的 著名建筑工程大师P L 奈尔维 9 三 建筑结构基本构件 水平构件 梁 板等 用以承受竖向荷载 基础 其作用是将建筑物承受的荷载传至地基 竖向构件 柱 墙等 其作用是支承水平构件或承受水平荷载 10 1 受弯构件 M V 板 板的长 宽两方向的尺寸远大于其高度 梁 梁的截面宽度和高度尺寸远小于其长度尺寸 11 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 2 受压 拉 构件 M N V 12 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 13 桁架 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 平面杆系结构由刚性二力杆通过铰接连接而成 14 多为弯剪扭构件 3 受扭构件 M N V T 15 一 按照结构层数分类 民用建筑通则 第1 0 5条 1 住宅建筑按层数划分为 1 3层为低层 4 6层为多层 7 9层为中高层 10 30层为高层 2 除住宅建筑之外的公共建筑及综合性建筑总高度超过24m者为高层 不包括高度超过24m的单层主体建筑 3 建筑物高度超过100m时 不论住宅或公共建筑均为超高层 1 2各种建筑结构分类 特点及应用情况 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混凝土结构 16 高层建筑的分类 世界高层建筑委员会1972年建议 将高层建筑划分为以下四类 第一类 9 16层 高度不超过50m 第二类 17 25层 高度不超过75m 第三类 26 40层 高度不超过100m 第四类 40层以上 高度100m以上 17 高层建筑结构特点 高层建筑中 水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用 18 二 按所用材料的不同分为 1混凝土结构 以混凝土为主要材料的结构 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 6组合结构 钢 混凝土组合结构 钢管混凝土等 19 1 混凝土结构 主要以混凝土材料 并根据需要配置钢筋 预应力筋 钢骨 钢管等 作为主要承重材料的结构 均可称为混凝土结构 ConcreteStructure 素混凝土结构 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 纤维增强塑料混凝土 20 素混凝土结构 PlainConcrete 1 混凝土结构分类 21 钢筋混凝土结构 ReinforcedConcrete 22 1 支模板 1 支模板 2 模壳安置 1 支模板 2 模壳安置 23 3 钢筋绑扎并预埋管线 24 4 预留管道 5 浇筑混凝土 25 6 混凝土养护 7 拆模板 26 预应力混凝土结构 PrestressedConcrete 27 纤维增强塑料混凝土 FiberReinforcedPlastic 28 2 混凝土结构的优缺点 优点1 材料利用合理 2 可模性好 3 耐久性和耐火性较好 维护费用低 钢筋有混凝土的保护层 不易产生锈蚀 而混凝土的强度随时间而增长 混凝土是不良热导体 30mm厚混凝土保护层可耐火2小时 使钢筋不致因升温过快而丧失强度 4 现浇混凝土结构的整体性好5 刚度大 阻尼大6 易于就地取材 29 缺点 1 自重大 不适用于大跨 高层结构 2 抗裂性差 普通RC结构 在正常使用阶段往往带裂缝工作 环境较差 露天 沿海 化学侵蚀 时会影响耐久性 也限制了普通RC用于大跨结构 高强钢筋无法应用 3 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 4 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 5 混凝土结构一旦破坏 其修复 加固 补强比较困难 轻骨料混凝土 纤维混凝土 高性能混凝土 自密实混凝土 纤维加固混凝土 30 2 砌体结构 1 砌体结构的组成 块体 砂浆 2 材料的基本力学特性 砌体抗压强度较高 但抗拉强度很低 3 砌体结构的优缺点 优点 较易就地取材 具有很好的耐火性 以及较好的化学及大气稳定性 成本低较经济 缺点 自重大 强度低 抗震性能差 砌筑工作繁重 砂浆和砌块的粘结力较弱 占用农田 影响环境 31 万里长城 32 赵州桥 33 3 钢结构 1 钢结构的特点 轻质高强 塑性韧性好 材质均匀 各相同性 可焊性好 制作简便 施工工期短 钢材容易锈蚀 对钢结构必须注意防护 特别是薄壁构件 密闭性较好 钢材的低温脆性 钢材耐热但不耐火 34 2 钢结构的应用 1 重型结构及大跨度建筑结构 2 多层 高层及超高层建筑结构 3 轻钢结构 4 塔桅等高耸结构 5 钢 混凝土组合结构 35 36 37 伦敦千年穹顶 日本明石海峡大桥 38 39 钢骨混凝土结构 SteelReinforcedConcrete EncasedConcrete 4 组合结构 CompositeStructure 40 钢管混凝土结构 ConcreteFilledTube 可利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度 甚至直接采用钢管来约束混凝土 41 钢管混凝土结构工程实例 美国西雅图双联广场大厦58层四根大钢管混凝土柱混凝土抗压强度133Mpa直径3 05m管壁厚30mm承受60 竖向荷载 42 钢 混凝土混合结构 CompositeStructure HybridStructure 43 1单层大跨度房屋结构2混合结构3框架结构4剪力墙结构5框架 剪力墙结构6筒体结构7其他形式结构 三 按结构体系分类 44 1 单层大跨度房屋结构 1 排架结构单层厂房 排架结构由屋架或屋面梁 柱和基础组成 柱与屋架铰接 而与基础刚接 广泛应用于单层厂房 排架结构传力明确 构造简单 施工也较方便 进行排架内力分析时 通常可将屋架或屋面梁简化为与柱顶铰接刚度无限大的链杆 45 46 a 无铰刚架 b 双铰刚架 c 三铰刚架 d 双跨刚架 刚架的横梁和立柱整体浇筑在一起 交接处形成刚结点 该处需要较大截面 因而刚架一般为变截面 横梁一般为人字形 整个刚架呈 门 形 故称为门式刚架 现在已有相应的国家标准图 钢结构门式钢架跨度可达75m 2 刚架结构 47 48 3 拱结构 拱是一种从古到今广泛应用的结构体系 杆轴为凸向外荷载的曲线 在竖向荷载的作用下产生推力以轴向受压力 拱分为 无铰拱 双铰拱 三铰拱 拱的最大特点是产生水平推力 也是区别于梁的重要标志 主要内力为压力 受力性能好 能够充分利用材料强度 可采用抗压性能较好的砖石及混凝土等材料 也可以采用钢桁架拱 使用跨度较大 最大跨度已达到200m以上 49 50 2 混合结构 主要承重构件由不同的材料组成的房屋 如房屋的楼盖和屋盖采用钢筋混凝土结构 或木结构 而墙 柱基础等竖向承重构件采用砌体材料 结构布置方案 纵横墙承重方案 内框架承重方案 横墙承重方案 纵墙承重方案 51 3框架结构体系 以由钢筋混凝土梁 柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构体系 一 建筑结构的概念及分类 优点 建筑室内空间布置灵活 平面和立面变化丰富 缺点 在水平荷载作用下 结构的侧向刚度较小 水平位移较大 故称其为柔性结构体系 框架结构抗震性能较差 适用于非抗震设计 层数较少 建造高度不超过60m的建筑中 经济层数为10层左右 房屋的高宽比5 7为宜 52 4框架 剪力墙结构体系 在抗架结构内同时增设一些抗侧刚度很大的墙体 大大提高了房屋结构抵抗水平侧移的能力 一 建筑结构的概念及分类 水平荷载主要由剪力墙来承受 从受力特点看 由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多 在水平荷载作用下 一般情况下 约80 以上用剪力墙来承担 在水平荷载作用下 框剪结构的整体变形为弯剪形 53 适用范围 剪力墙结构适用于40层以下的高层旅馆 住宅等房屋 其适用高度见表 利用建筑物的钢筋混凝土墙体作为抗侧力构件并同时承受竖向荷载的结构体系 一 建筑结构的概念及分类 优点 结构整体性好 刚度大 抗侧力性能好 同时抗震性能也较好 适宜于建造高层建筑 一般在10 40层范围内都可采用 在20 30层的房屋中应用较为泛 缺点 剪力墙间距太小 3 8m 平面布置往往受到限制而不够灵活 5 剪力墙结构体系 54 55 框支剪力墙结构 框支剪力墙 是指在框架 剪力墙结构 在转换层的位置 上部布置剪力墙体系 部分剪力墙应落地 一般多用于下部要求大开间 上部住宅 酒店且房间内不能出现柱角的综合高层房屋 框支 剪力墙结构抗震性能差 造价高 应尽量避免采用 框支剪力墙能满足现代建筑不同功能组合的需要 当结构设计不可避免此种结构型式 应采取措施积极改善其抗震性能 56 由剪力墙或密柱框架组成的筒体具有很大的空间刚度和抗侧 抗扭能力 用于承受水平荷载 筒体有如以楼板作为刚性隔板加劲的箱形截面竖向悬臂梁 6筒体结构体系 适用于层数超过40 50层时的超高层建筑 57 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 d 成束筒结构 c 多重筒结构 a 框架 筒体结构 b 筒中筒结构 58 SearsTower108层 高度443m 上海商贸大厦 框筒结构 筒中筒结构 束筒 多筒 结构 59 上海金茂大厦88层 建筑高度420 5m 建筑面积28 9万平方米 于1998年8月28日竣工 钢筋混凝土核心筒 外框钢骨混凝土及钢柱 美国SOM设计事务所设计 框架 筒体结构 60 7 其他型式结构 1 薄壳结构 一种以受压为主的空间受力体系 其曲面厚度很薄 壁厚往往小于曲面主曲率的1 20 不致产生明显的弯曲应力 但可以承受曲面内的轴力和剪力 61 2 网架结构 由平面桁架发展起来的一种空间受力体系 为多次超静定结构 在节点荷载作用下 杆件主要承受轴力 受力合理 空间刚度大 整体性和稳定性好 抗震性能好 适用于多种建筑平面形状 外形呈平板状的叫平板网架 简称网架 外形呈曲面状的叫曲面网架 简称网壳 杆件多为钢管或角钢制作 其节点为空心球节点或钢板焊接节点 62 63 3 悬索结构 由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构 由索网 侧边构件和下部支承结构组成 分为单层悬索和双层悬索 索的材料可以采用钢丝束 钢丝绳 钢铰线 链条 圆钢 以及其他受拉性能良好的线材 主要用于桥梁结构 用于体育馆则适用于大跨度建筑物 如体育馆 影剧院等 64 悬索桥的主要缺点是刚度小 在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动 需注意采取相应的措施 65 2000年建成的伦敦 千年穹顶 屋盖采用圆球形的张力膜结构 膜面支承在72根辐射状的钢索上 其截面为2 32 这些钢索则通过间接25m的斜拉吊索与系索为桅杆所支撑 吊索与系索同时对桅杆起稳定作用 66 4 折板结构 一种由许多块钢筋混凝土板连接成折形的整体薄壁折板屋顶结构 这种折板也可作为垂直构件的墙体或其他承重构件使用 67 1 3本课程的任务和学习方法 钢筋混凝土结构 砌体结构 钢结构 地基基础 建筑结构抗震 建筑结构课程 68 1 了解建筑结构计算的基本原则 学习目的 2 掌握钢筋砼结构 砌