土木工程概论第4章_建筑工程8

建筑工程 何为建筑 物 供人们进行生产 生活或其他活动的房屋或场所 例如 工业建筑 民用建筑 农业建筑和园林建筑等 其余的土木工程成果都可称为 构筑物 如 水塔 烟囱 栈桥 堤坝 蓄水池等 主要内容 一 建筑工程的基本构件二 单层与多层建筑三 高层与超高层建筑四 特种结构与智能建筑五 结构设计理论 板 梁 柱 墙 拱 杆 平面结构构件 长度和宽度方向的尺寸远大于其高度 厚度 特点 主要承受施加在板面上并与板面垂直的重力荷载 荷载效应主要为弯距和剪力 用途 楼板 阳台板 楼梯板等 分类 按受力 单向板 双向板 一 板 不同用途的板构件 直线或曲线形构件 其截面宽度和高度远小于其长度方向的尺寸 特点 主要承受板传来的压力以及梁的自重 作用的方向通常与梁轴线垂直 作用效应主要为弯距 剪力 有时也承受扭矩 二 梁 分类 按截面形式 按材料分类 按支撑方式 按在结构中的位置 钢梁截面 混凝土梁截面 梁的支撑方式 简支 悬臂 固定 连续 主梁 连梁 主梁 次梁 梁在结构中的位置 圈梁 过梁 竖向直线形构件 其截面尺寸远小于其高度 特点 主要承受与其相连的梁传来的压力以及柱的自重 荷载作用方向与柱轴线平行 主要作用效应为轴力 拉或压 弯矩 剪力 有时还承担扭矩 破坏时 短柱以材料破坏为主 长柱以压屈 失稳 为主 三 柱 四 墙 竖向平面或曲面构件 长度和宽度两方向的尺寸远大于其厚度 特点 主要承受其上梁 板传来的压力以及墙的自重 荷载作用方向通常与墙面平行 承重墙 主要作用效应为轴向压力 当荷载作用于墙的截面形心轴线上 有时还可能有弯矩 当荷载偏离形心轴线时 墙体 五 拱 曲线结构 主要承受轴向压力 特点 在竖直荷载作用下产生水平反力 并主要是承受压力 截面上的应力分布比较均匀 能充分发挥材料的性能 抗拉性能较差而抗压较强的材料 用途 拱桥 广泛应用 砖混结构中的砖砌门窗圆形过梁 拱形的大跨度结构 六 杆 截面尺寸远小于其长度的构件特点 主要承受轴向压力或拉力 用途 组成平面桁架或空间网架 桁架桥 网架 桁架桥 主要内容 一 建筑工程的基本构件二 单层与多层建筑三 高层与超高层建筑四 特种结构与智能建筑五 结构设计理论 一般单层建筑 大跨度建筑 一般单层建筑 单层工业厂房 网架结构 拱结构 薄壳结构 膜结构 悬索结构 单层建筑 多层建筑 多层建筑是指建筑高度大于10米 小于24米 10米 多层建筑高度 24米 且建筑层数大于3层 小于7层 3层 层数 7层 的建筑 砖混结构 框架结构 墙体采用砖砌体 屋面楼板采用钢筋混凝土 一般单层建筑 单层建筑 钢架结构 单层工业厂房 排架结构 柱与基础为刚接 屋架与柱顶的连接为铰接 屋架梁与柱和柱与基础的连接均为刚接的门形结构 门式刚架结构 钢架结构 排架结构 屋盖 围护结构 排架结构 网架结构 大跨度建筑 很多杆件以一定规律组成的网状结构 优点 跨度大 60m以上 刚度大 稳定性好 节约钢材 安全度大 高次超静定 美观 大跨度建筑 拱结构 优点 充分利用材料抗压性能 美观 大跨度建筑 薄壳结构 曲面的薄壁结构 优点 可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分 减少受到的压力 美观 常用的形状为圆顶 筒壳 折板 双曲扁壳和双曲抛物面壳等 大跨度建筑 膜结构 由多种高强薄膜材料 PVC或Teflon 及加强构件 钢架 钢柱或钢索 通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状 作为覆盖结构 并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式 充气膜结构 张拉膜结构 张拉膜结构 充气膜结构 悬索结构 大跨度建筑 受悬索桥的启发而采用的结构形式 由柔性受拉索及边缘构件或支承塔架所组成的承重结构 优点 充分利用高强材料的抗拉性能 可以做到跨度大 自重小 材料省 易施工 砖混结构 竖向承重结构的墙 柱等采用砖或者砌块砌筑 横向承重的梁 楼板 屋面板等采用钢筋混凝土结构 特点 墙体承重 承重墙体不能改动 墙体中设构造柱 圈梁 增强结构的整体性和抗震性 出房率高 不设电梯 便于通透设计 居住舒适 容积率 总建筑面积 总用地面积 出房率 使用面积 销售面积 框架结构 由梁和柱以刚接构成承重体系的结构 墙体一般用预制的加气混凝土 膨胀珍珠岩 空心砖或多孔砖 浮石 蛭石 陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成 特点 结构强度高 抗震性能好 建筑布置灵活 可获得较大使用空间 墙体不承重 主要内容 一 建筑工程的基本构件二 单层与多层建筑三 高层与超高层建筑四 特种结构与智能建筑五 结构设计理论 世界高层建筑委员会建议 第一类高层建筑 9 16层 高度 50m 第二类高层建筑 17 25层 高度 75m 第三类高层建筑 26 40层 高度 100m 第四类高层建筑 41层以上 高度超过100m 超高层 什么是高层与超高层建筑 我国结构设计规范中规定 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 2002 层数 10层或高度 28m 高层民用结构钢结构技术规程 JGJ99 1998 层数 10层的居住建筑和高度 24m的其他建筑 为减小高空强风及台风吹拂造成的摇晃 台北101设置了 调和质块阻尼器 tunedmassdamper 是在88 92楼层挂置一个重达680吨的巨大钢球 利用摆动来减缓建筑物的晃幅 结构专业观点 水平荷载起主导作用的建筑即为高层建筑结构的范畴 台北101大楼 这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器 更是目前全球最大之阻尼器 台北101大厦 509米 101层 上海环球金融中心 492米 101层 香港环球贸易广场 高484米 114层 南京紫峰大厦 高450米 地上89层 上海金茂大厦 高420 5米 共88层 香港国际金融中心二期 高415m 88层 目前世界最高的建筑中有多座位于大中华地区 世界10大高层建筑 天津10大高层建筑结构 高层建筑设计目标 要求 抗倾覆 抗倾覆力矩要大于倾覆力矩 强度 能承受水平和竖向荷载的作用 满足强度要求 刚度 在水平荷载作用下 顶点位移和层间位移要满足要求 抗侧刚度越大 建筑就能建得越高 高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力 变形和稳定性要求 在抗震设防区 除岩石地基外 天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1 15 桩箱或桩筏基础的埋置深度 不计桩长 不宜小于建筑物高度的1 18 1 20 抗倾覆 高层建筑结构体系 1 框架结构体系 房屋结构由梁 柱构件通过节点刚性连接而成 优点 建筑平面布置灵活 能获得大空间 特别适用于商场 餐厅等 也可按需要隔成小房间 建筑立面容易处理 结构自重较轻 计算理论比较成熟 在一定高度范围内造价较低 缺点 侧向刚度较小 水平荷载作用下侧移较大 有时会影响正常使用 如果框架结构房屋的高宽比较大 则水平荷载作用下的侧移也较大 而且引起的倾覆作用也较大 因此 设计时应控制房屋的高度和高宽比 以15 20层以下为宜 2 剪力墙结构体系 用钢筋混凝土墙代替柱 在竖向荷载作用下 剪力墙是受压的薄壁柱 在水平荷载作用下 剪力墙则是下端固定 上端自由的悬臂柱 优点 剪力墙结构采用现浇砼 整体性好 承载力及侧向刚度大 侧向变形较小 房间墙面及天花板平整 层高较小 特别适用于住宅 宾馆等建筑 结构高度 几十米 100多米 缺点 结构自重较大 建筑平面布置局限性大 较难获得大的建筑空间 一般剪力墙间距3 8m 3 框架 剪力墙结构 发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的优点 通过平面刚度很大的楼盖将两者联系在一起共同工作 在框架结构内设置部分剪力墙 例如电梯井等 框架 剪力墙结构 优点 兼有框架和剪力墙的优点 比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高 比剪力墙结构布置灵活 适用高度接近剪力墙结构 如10 20层的办公楼 教学楼 医院和宾馆等建筑中 4 框支 剪力墙结构 底层需要大开间 商店等 框架 上部设住宅或办公楼等 需要小开间 剪力墙 没有根的剪力墙结构 将上部剪力墙结构与底部框架结构交界处设置转换大梁 将剪力墙力传至底部柱子上 缺点 对抗震不利 上部刚性 下部柔性 转换大梁很高 接近一个层高 转换梁节点受力复杂 5 筒体结构 框筒 桁架筒 成束筒 筒中筒 由框架或剪力墙围合成竖向井筒 并以楼板将井筒四壁连接起来 形成一个空间构架 特点 空间刚度大 整体相当于拔地而起的悬臂梁 能承受很大的水平荷载 抵抗侧移能力强 实质 密柱深梁 外框内筒 外筒内框 外框内筒 外筒内框 深圳华联大厦 实腹筒做内筒 布置电梯 楼梯 竖向管道 框筒或桁架筒做外筒 筒中筒 在筒体结构中增加斜撑 增加抗侧刚度 桁架筒 香港中国银行大厦 若干单筒集成束状 形成空间刚度极大的抗侧力结构 美国芝加哥西尔斯大厦 1974年 高443米 地上110层 地下3层 底部平面68 7 68 7米 由9个22 9米见方的正方形组成 整个大厦平面随层数增加而分段收缩 在51层以上切去两个对角正方形 67层以上切去另外两个对角正方形 91层以上又切去三个正方形 只剩下两个正方形到顶 美籍建筑师F 卡恩 主要内容 一 建筑工程的基本构件二 单层与多层建筑三 高层与超高层建筑四 特种结构与智能建筑五 结构设计理论 特种结构 具有特种用途的工程结构 一般包括 高耸结构 海洋工程结构 容器结构 挡土墙等 高耸结构 烟囱 水塔 水池 筒仓 电视塔 海洋工程结构 发电站的冷却塔 挡土墙 容器结构 烟囱分为砖烟囱 钢筋混凝土烟囱和钢烟囱三类 砖烟囱的高度一般不超过50m 钢筋混凝土烟囱多用于高度超过50m的烟囱 一般采用滑模施工 钢筋混凝土烟囱按内衬布置方式的不同 可分为单筒式 双筒式和多筒式 钢烟囱按其结构可分为拉线式 自立式和塔架式 勘探 钻井平台开采平台储运平台及设施 砖筒身砖加筋 钢筋混凝土 水塔 钢木支架及钢木水箱水塔 钢筋混凝土支架钢筋混凝土水箱水塔 装配式水塔 水塔 用于储水和配水的高耸结构 用来保持和调节给水管网中的水量和水压 主要由水柜 基础和连接两者的支筒或支架组成 钢筋混凝土倒锥壳水塔 塔身为钢筋混凝土 可采用滑模施工 倒锥壳钢筋混凝土水箱就地预制 利用液压提升设备提升到设计高度后 用钢梁固定 再进行防水处理 这种水塔具有结构紧凑 造型美观 施工期短 烟囱水塔 利用烟囱作为水塔的塔身 将水箱套在烟囱筒身上 水箱常用钢筋混凝土制作 这种水塔由于不需另做塔身 所以 节约了材料 减少了投资 并具有一定的保温效果 发电站冷却塔 1 一座大型发电厂对冷却水的需求量惊人 比如 一台10 105kW的发电机 大约需要30m2 s的水量去冷却 北京的永定河平均流量只有20m3 s 2 直接用河水冷却后 水温上升 再排入河中还会产生热污染的严重问题 自然通风逆流湿式冷却塔 自然通风横流湿式冷却塔 辅助通风冷却塔 机械通风逆流湿式冷却塔 机械通风横流式冷却塔 多风湿式冷却塔 干式冷却塔 干湿式冷却塔 电视塔 为了使播送的范围大 电视发射天线就要高 电视塔成为现代最高的建筑物 天塔旋云建于1991年 总高度为415 2米 此高度在世界钢筋混凝土电视塔中列世界第四 亚洲第二高塔 广州塔椭圆形的渐变网格结构 主体450米 塔顶观光平台最高处454米 天线桅杆150米 总高度600米 东方明珠塔结构高350米 全塔总高度为468米 由塔座 3根直径为9米的的擎天大柱 下球体 中球体和太空舱组成 与毗邻的上海国际会议中心的两个巨大球体构成了 大珠小珠落玉盘 的意境 下球体 直径为50米 安装在擎天柱的68米至118米之间 中球体 直径为45米 安装在250米和295米之间 而 上球体 即太空舱置于335到至349米的高处 直径为14米 上海东方明珠的整个结构浑然一体 既雄伟又壮美 海洋工程结构 导管架平台 海上资源开发或储运的工程设施 混凝土平台 混凝土平台 半潜式平台 系索塔平台 张力腿 浮式生产储油装置 Hullinstallation Thehullwhilstintransit Topsidesinstallation 挡土墙 3 悬臂式 2 扶壁式 1 圬工式 重力式 4 锚定板挡墙 5 加筋土挡墙 支承路基填土或山坡土体 防止填土或土体变形失稳的构造物 加筋土挡墙 框条挡土墙 加紧土挡墙 智能建筑将建筑物的结构 设备 服务和管理根据用户的需求进行最优化组合 从而为用户提供一个高效 舒适 便利的人性化建筑环境 智能建筑是集现代科学技术之大成的产物 智能建筑技术基础组成 现代建筑技术 现代电脑技术 现代通讯技术 现代控制技术 智能建筑三大系统 楼宇自动化系统 BAS 办公自动化系统 OAS 通信自动化系统 CAS 对整个建筑的所有公用机电设备 包括建筑的中央空调系统 给排水系统 供配电系统 照明系统 电梯系统 进行集中监测和遥控来提高建筑的管理水平 降低设备故障率 减少维护及营运成本 采用Internet Intranet技术 基于工作流的概念 使企业内部人员方便快捷地共享信息 高效地协同工作 是智能建筑的 中枢神经 系统 是建筑智能化系统的纽带技术 主要内容 一 建筑工程的基本构件二 单层与多层建筑三 高层与超高层建筑四 特种结构与智能建筑五 结构设计理论 一 什么是结构设计 研究如何在满足结构功能的前提下 尽量做到经济 节约资金 的科学技术 二 结构需要有哪些功能 1 在预定的使用期限内 能够承受正常施工和使用条件下可能出现的各种荷载 2 在偶然事件发生时和发生后 结构不发生倒塌或连续破坏 安全性是结构