建筑结构第一章概述 PPT课件

1 1建筑结构的组成2建筑结构的分类2 1按建筑材料分2 2按主体结构体系分2 3按结构层数分2 4按结构的空间作用分 第一章绪论 2 建筑结构绪论 1建筑结构 建筑是建筑物与构筑物的总称 建筑物是人类利用物质技术手段 在科学规律和美学法则的支配下 通过对空间的限定 组织而创造的人为社会生活与生产环境 构筑物是人们一般不进入其内生活和直接进行生产活动的建筑 建筑中由若干构件连接而成的能承受作用的平面或空间体系称为建筑结构 是建筑物的承重骨架 建筑结构的基本任务 首先是服务于人类对空间的应用和美观要求 其次是抵御自然界或认为的各种作用 三是利用建筑材料并充分发挥其作用 3 作用可分为直接作用和间接作用 直接作用即习惯上所说的荷载 是指施加在结构上的集中力或分布力系 如结构自重 家具及人群荷载 风荷载等 间接作用是指引起结构外加变形或约束变形的原因 如地震 基础沉降 温度变化等 4 结构的作用包括 抵抗结构自重作用自重是地球上的任何物体均存在的基本物理特征 结构的自重在计算中经常被简化为均布性的竖直荷载 自重可以保证结构自身对于外部荷载作用的稳定性 惯性 承担外部施加重力结构上的各种附加物 上部结构是附加的外部重力 5 结构的作用 承担侧向力与作用对于较低的建筑物 侧向力并不构成主要的破坏作用 随着建筑物的增高 侧向力成为影响建筑物的主要作用 常见的侧向作用有风和地震作用 特定的构筑物除了风与地震外 还要承担特定的侧向力 承担特殊力与作用建筑物可能由于特殊的功能或原因 承担特殊的作用 6 2建筑结构的组成 建筑结构由水平承重结构体系 竖向承重结构体系和地下结构组成 水平承重体系包括梁 板等 用以承受竖向荷载 竖向承重体系包括柱 墙等 其作用是支承水平构件或承受水平荷载 地下结构包括地基和基础 7 结构的组成 8 3建筑结构的分类 1 按材料的不同分为 ConcreteStructure BlockStructure TimberStructure SteelStructure 混凝土结构 砌体结构 钢结构 木结构 9 混凝土结构包括 钢筋混凝土结构 预应力结构 素混凝土结构 ReinforcedConcreteStructure PrestressedConcreteStructure PlainConcreteStructure 10 钢筋混凝土梁与素混凝土梁的破坏情况对比 11 钢筋混凝土结构优点 1 就地取材 2 耐久性好 3 整体性好 4 可模性好 5 耐火性好 钢筋混凝土结构缺点 自重大抗裂性能差模板用量大工期长 克服缺点的方法 采用轻质 高强的混凝土 可克服自重大的缺点 采用预应力混凝土 可克服容易开裂的缺点 掺入纤维做成纤维混凝土可克服混凝土的脆性 采用预制构件 可减小模板用量 缩短工期 混凝土外加剂聚丙烯抗裂防渗纤维 高强度混凝土用钢纤维 12 1 良好的粘结力2 温度线膨胀系数接近3 足够的保护层厚度 钢筋与混凝土共同工作的原因 钢筋混凝土保护层塑料垫块 13 一是混凝土结硬时体积收缩 将钢筋紧紧握住而产生的摩擦力 二是由于钢筋表面凹凸不平而产生的机械咬合力 三是混凝土与钢筋接触表面间的胶结力 其中机械咬合力约占50 粘结作用由三部分组成 热轧带肋钢筋与混凝土间的粘结作用主要依靠机械咬合力 14 杭州城站火车站 预应力混凝土结构 由于混凝土的抗拉性能很差 使得钢筋混凝土构件出现了两个问题 1 钢筋混凝土受拉 受弯等构件通常带裂缝工作 2 为保证结构耐久性 必须限制裂缝宽度 解决问题的首先想到的方法 1 加大截面尺寸 自重过大 2 采用高强度钢筋 裂缝过宽 无法满足使用要求 3 提高混凝土强度等级 抗裂性能提高不明显 上述方法都不能很好地解决大跨度结构 以及承受动载结构中裂缝宽度过大 变形严重的问题 继续思考 能否借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足 15 预应力混凝土的基本概念 预应力构件基本原理 预先在混凝土受拉区施加压应力 使其减小或抵消荷载引起的拉应力 将构件受到的拉应力控制在较小范围 甚至处于受压状态 即可控制构件裂缝宽度 甚至可以使构件不产生裂缝 16 预应力与木桶鸡 木桶在制作过程中 用铁箍把木板箍紧 目的是为了使木板间产生环向预压力 装水或装汤后 由水产生环向拉力 预压力抵消掉全部拉力 就不会漏水 预应力混凝土的分类 分为全预应力混凝土和部份预应力混凝土两类 在使用荷载作用下 不允许截面上混凝土出现拉应力的构件 称为全预应力混凝土 属严格要求不出现裂缝的构件 允许出现裂缝 但最大裂缝宽度不超过允许值的构件 则称为部分预应力混凝土 属允许出现裂缝的构件 17 预应力混凝土的特点 1 增强结构抗裂性和抗渗性 2 改善结构耐久性 3 提高结构与构件的刚度 减少变形 4 提高结构的抗疲劳能力 5 减轻构件自重 7 合理利用高强材料 6 提高构件的跨越能力 8 工序较多 施工较复杂 且需张拉设备和锚具等 注意 预应力混凝土不能提高构件的承载能力 也就是说 当截面和材料相同时 预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件承载能力相同 18 混凝土结构的工程应用 房屋建筑单层及多层房屋 如单层厂房 多层厂房 多层框架结构等 高层建筑 如框架结构 剪力墙结构 筒体结构 框筒结构 筒中筒结构 桁架筒结构 成束筒结构等 大跨屋盖结构 包括平面结构体系和空间结构体系 地下建筑工程包括各种工业 交通 民用和军用的地下工程 如矿井和巷道 铁路隧道和道路隧道 地下铁道和水底隧道 地下仓库和油库 以及各种用途的输水和其他的水式隧道等 19 特种工程结构包括高耸结构 海洋工程结构 管道结构和容器结构等 如烟囱 冷却塔 水池 筒仓 料斗 料仓和储罐 电视塔等 道路和桥梁 水利工程如坝 水电站 拦洪坝 引水渡槽 船闸 船坞 码头 污水池 港口 排灌管等 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 钢结构的特点和应用范围 1 轻质高强 由于钢材强度高 结构需要的构件截面小 结构自重轻 a 容重 强度 a越小 结构相对越轻 钢材 a 1 7 3 7 10 4 m 木材 a 5 4 10 4 m 钢砼 a 18 10 4 m 一 钢结构的特点 澳大利亚啤酒中心 35 2 钢材的塑性和韧性好 塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量 塑性 承受静力荷载时 材料吸收变形能的能力 塑性好 会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂 给人以安全保证 韧性 承受动力荷载时 材料吸收能量的多少 韧性好 说明材料具有良好的动力工作性能 36 3 材质均匀 各向同性 接近理想的弹塑性体 与力学假定符合较好 钢材屈服前看作弹性材料 屈服以后看作塑性或弹塑性材料 4 制作 安装简便 工期短 符合工业化要求 国家大剧院屋架安装 钢结构住宅 37 5 密闭性好 不渗漏 6 钢材耐热性好 耐火性差 当结构表面长期受辐射热达150 以上或在短时间内可能受到火焰作用时 须采用隔热和防火措施 7 钢材耐腐蚀性差 二 钢结构的应用范围1 大跨度结构 38 网架结构 拱结构 桥梁 39 天津体育场 千年穹顶 西班牙迪加航空港 上海会展中心 40 单层厂房 多层工业厂房 2 工业厂房 金陵石化总厂 41 42 3 承受动力荷载及地震作用的结构 43 帝王大厦 4 高层建筑与高耸结构 金茂大厦88层420米 北京财富中心 44 东京千年塔 45 5 道路 桥梁结构 46 47 6 水利 水工结构 海上石油平台 48 1 波纹拱壳结构 7 轻型房屋钢结构 49 2 门式刚架结构 50 3 多层轻型房屋建筑 51 活动车库 8 可拆卸 移动房屋及移动结构 52 53 9 构筑物 10 建筑小品 54 砌体结构历史悠久 秦砖汉瓦 之说 代表两千年前 我国砖瓦材料运用已很普遍 十九世纪中叶发明了水泥 cement 加入砂浆 形成水泥砂浆等 提高了砌体强度 古代采用砌体结构的几个著名建筑 长城 嵩岳寺砖塔 安济桥 大雁塔 无梁殿等 砌体结构的定义 是指由块材通过砂浆铺砌而成的结构 块材包括了砖 石和各种砌块 砂浆包括了水泥砂浆 石灰砂浆 混合砂浆以及砌块专用砂浆 55 嵩岳寺砖塔 嵩岳寺 是屹立在 五岳 之中岳 河南省嵩山南麓的一座古老佛刹 建于北魏 是我国现存大型古塔实物中年代最早的一座 具有极高的建筑和艺术价值 它高39 8米 共15层 底层直径10 6米 内径5米 壁厚2 5米 如此多层之高塔在全国范围内罕有 它是一座砖塔 全塔除塔刹和基石外 均以砖砌筑 砖呈灰黄色 以粘土砌缝 汉魏时塔多为木构楼阁式 后来才渐渐被砖石材料代替 嵩岳寺塔则是这一转化的最早实例 因而极为可贵 该塔的外形和下层平面为十二边形 是现存塔的实物中的孤例 西安大雁塔 全称 慈恩寺大雁塔 位于距西安市区4公里的慈恩寺内 始建于公元652年 是一座楼阁式砖塔 塔高64余米 塔基边长25米 共有七层 塔身呈方形锥体 全塔采用磨砖对缝 砖墙上显示出棱柱 可以明显分出墙壁开间 具有中国传统建筑艺术的风格 我国古代砌体结构 56 现代砌体结构 57 58 砌体结构的特点 砌体结构的优点1 取材方便2 性能优良3 施工简单4 造价低廉 砌体结构的缺点 1 强度较低2 自重较大3 劳动量大4 占用农田 基于这些特点 砌体结构的使用受一定的限制 主要适用于受压构件 如 用作住宅 办公楼 学校 旅馆 小型礼堂 小型厂房的墙柱基础等 砌体结构设计规范 GB50003 2001 59 3建筑结构的分类 2 按受力和构造特点的不同分为 墙体结构 砌体墙体和剪力墙 框架结构 排架结构 框架 剪力墙结构 筒体结构 60 剪力墙结构 抗震墙 组成 由钢筋混凝土的墙体 组成房屋的结构体系 特点 钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载 有很大的抗侧刚度 但房屋被剪力墙分割成较小空间 不适用于需大空间的建筑物 应用 15 50层 用于高层住宅 旅馆 写字楼等 61 剪力墙结构体系 62 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 63 框架结构 应用 非地震区 建15 20层 地震区 建10层以下 64 排架结构体系 65 框架 剪力墙结构 框剪结构 组成 由若干框架和局部剪力墙组成 特点 竖向荷载主要由框架承担 水平荷载主要由剪力墙承担 兼有框架体系和剪力墙体系的优点 应用 15 30层的办公楼 公寓 旅馆等 小贴士 北京东华金座项目 位于北京市宣武区牛街 由华尔森集团开发建设 总建筑面积约10万平方米 建筑高度73 84米 地上20层 地下3层 东华金座集商业 娱乐 居住功能为一体 地下室为人防工程及车库 裙房12层为商场 餐厅 裙房3层为会所 4层以上主体建筑分为三部分 18层的北楼为住宅 20层的东西塔楼为酒店式公寓 结构形式为框架剪力墙结构 66 一 建筑结构的概念及分类 框架 剪力墙结构体系 67 筒体结构 组成 由钢筋混凝土墙或框架柱 框筒 组成 特点 将剪力墙集中到房屋内部或外围 形成空间封闭筒体 使结构既有极大的抗侧刚度 同时又能获得较大的空间 应用 一般用于45层左右甚至更高的建筑 小贴士 美国西尔斯大厦为成束筒结构 位于芝加哥市 由9个22 9米见方的正方形组成 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 68 筒体结构体系 a 框架 筒体结构 b 筒中筒结构 c 多重筒结构 d 成束筒结构 69 a 框架核心筒结构 b 筒中筒结构 c 成束筒结构 几种筒体结构 70 世界十大高层 第一 阿联酋迪拜塔 哈利法塔 BurjKhalifaTower 原名迪拜塔 又称迪拜大厦或比斯迪拜塔 是韩国三星公司负责营造 有162层 总高828米 2004年9月21日开始动工 2010年1月4日竣工 为当前世界第一高楼与人工构造物 造价达15亿美元 哈利法塔总共使用33万立方米混凝土 3 9万公吨钢材及14 2万平方米玻璃 大厦那么高 当然需要先进的运输设备 大厦内设有56部升降机 速度最高达每秒17 4米 另外还有双层的观光升降机 每次最多可载42人 史无前例地把混凝土垂直泵上逾606米的地方 打破上海金融环球中心大厦建造时的492米纪录 底层 顶层有10 的温差 71 世界十大高层 第二 台北101大楼 被称为 台北新地标 的101大楼于1998年1月动工 主体工程于2003年10月完工 有世界最大且最重的 风阻尼器 还有两台世界最高速的电梯 从一楼到89楼 只要39秒的时间 在世界高楼协会颁发的证书里 台北101大楼当时拿下了 世界高楼 四项指标中的三项世界之最 即 最高建筑物 508 最高使用楼层 438米 和 最高屋顶高度 448米 72 世界十大高层 第三 上海环球金融中心 1997年年初首次开工 后遭1997年亚洲金融危机停工 于2003年2月工程复工 2008年8月29日竣工 地上101层 地下3层 建筑高度492米 钢筋混凝土结构 SRC结构 钢结构 S结构 建筑造价73亿人民币 大楼在90楼 约395米 设置了两台风阻尼器 各重150公吨 使用感应器测出建筑物遇风的摇晃程度 及通过电脑计算以控制阻尼器移动的方向 减少大楼由于强风而引起的摇晃 而预计这两台阻尼器也将成为世界最高的自动控制阻尼器 73 上海的厨房 三件套 1 开瓶器 中 上海环球金融中心楼高492米 地上共101层 2008年8月竣工 2 注射器 左 金茂大厦楼高420 5米 地上88层 若再加上尖塔的楼层共有93层 1999年4月竣工 3 打蛋器 右 上海中心大厦在建中 2013年8月3日主体结构封顶 总高为632米 结构高度为580米 由地上121层主楼 5层裙楼和5层地下室组成 建成后将成为中国第一高楼及世界第二高楼 74 国家石油公司双塔大楼位于吉隆坡市中心美芝律 高88层 是当今世界的超级建筑 巍峨壮观 气势雄壮 是马来西亚的骄傲 它曾以451 9米的高度打破了美国芝加哥希尔斯大楼保持了22年的最高记录 这个工程于1993年12月27日动工 1996年2月13日正式封顶 1997年建成使用 登上双塔大楼 整个吉隆坡市秀丽风光尽收眼底 夜间城内万灯齐放 景色尤为壮美 世界十大高层 第四 国家石油公司双塔大楼 75 西尔斯大厦是位于美国伊利诺州芝加哥的一幢摩天大楼 楼高442米 共地上108层 由建筑师密斯 凡德勒所设计 美国伊利诺伊州的芝加哥市堪称摩天大楼的