常用房屋结构的形式、体系.doc

【引用】3 1 1 4 常用房屋结构的形式、体系【引用】.常用房屋结构的形式、体系和受力特点 2011年03月24日【引用】.常用房屋结构的形式、体系和受力特点 默认分类2011-03-24 15:28:12阅读0评论0 字号：大中小 订阅 第四章 常用房屋结构的形式、体系和受力特点 1单层厂房的结构组成、布置与荷载传递途径 (1)单层厂房结构组成与布置 单层厂房结构是由横向排架和纵向连系构件以及支撑等所组成的空间体系。由屋盖结构、吊车梁、支撑体系、基础及围护结构等构件所组成，并相互联结成一整体，见图三十九。 其中屋盖结构由15.屋面板，1. 屋架(或屋面梁)，2.托架（在两柱之间承受屋架荷载的构件），9.檩条组成。 支撑体系由17. 下弦纵向支撑，18. 下弦横向支撑，8.屋架竖向支撑组成，4. 上弦横向支撑，10，11.上、下层柱间支撑等组成。 维护结构由14.墙梁，外墙(纵墙和山墙)、基础梁及16.抗风柱等组成。 承重结构由12.柱，7.吊车梁等组成。 单层厂房结构布置主要包括柱网布置、变形缝的确定和屋架、吊车梁、柱及支撑体系等主要构件的选择。柱网布置首先取决与生产流程，并符合模数规定。变形缝的确定应符合规范要求，各种构件的选型要注意节约、优化及适应范围。 (2)单层厂房结构承受的主要荷载及荷载传力途径 单层工业厂房结构承受的荷载主要有恒载、活荷载及地震作用，其中活荷载包括吊车竖向荷载、吊车水平荷载、雪荷载、风荷载、屋面积灰荷载及施工荷载。荷载传力路径如下所示： (3)支撑的布置原则和方法 支撑体系包括屋盖支撑及柱间支撑两部分。 1)屋盖支撑： 屋盖支撑包括屋架上弦横向水平支撑、屋架下弦横向水平支撑、屋架下弦纵向水平支撑、屋架竖向支撑等。其主要作用是传递屋架平面外荷载、保证屋架构件在其平面外稳定以及屋盖结构平面外的刚度。平面外荷载是指将屋盖整体做为一个平面构件，作用方向与该平面构件平行的荷载，一般指水平荷载。 屋架上弦支撑：一般设置在房屋两端或温度缝区段两端第一或第二柱间，其间距不宜超过60m。 屋架下弦横向水平支撑：当屋架跨度大于18m、屋架下弦有悬挂吊车、厂房内有吨位较大的桥式吊车时或山墙抗风柱支承于屋架下弦时，应设屋架下弦横向水平支撑。 屋架下弦纵向水平支撑：设在屋架下弦端节间，当厂房内有重级工作制吊车或厂房较高、跨度较大时，应设屋架下弦纵向水平支撑。 屋架竖向支撑：屋架跨度小于18m可不设屋架竖向支撑；屋架跨度为1830m时，屋架中部设一道竖向支撑；屋架跨度为大于30m时，屋架跨度1/3处各设一道竖向支撑。 2)柱间支撑： 柱间支撑的作用在于提高厂房的纵向刚度和稳定性，将吊车纵向制动力、纵向地震力及风荷载传至基础。当厂房跨度1.8m，或柱高8m；有起重量10t的中、轻级工作制吊车；有重级工作制的吊车或起重量3t的悬挂吊车时应设柱间支撑。 柱间支撑设置原则如下： 一般情况，应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑，且下柱支撑应与上柱支撑配套设置； 有吊车梁时或8度和9度设防时，宜在厂房单元两端增设上柱柱间支撑； 厂房单元较长或8度、类场地和9度设防时，可在厂房中部1/3区段内增设两道柱间支撑。 (4)变形缝设置要求和节点构造 当厂房长度或宽度过大时，为了减小厂房结构温度应力，需要在一定长度或宽度范围内设置伸缩缝，装配式钢筋混凝土排架结构伸缩缝最大间距为100m(室内或土中)和70m(露天)。伸缩缝的一般做法是从基础顶面开始将相邻温度区段的上部结构完全分开，在伸缩缝两侧形成并列的双排柱、双榀屋架，其基础不断开，可做成双杯口基础。伸缩缝的宽度一般取3050mm。 单层厂房结构由简支装配式构件做成，地基不均匀沉降在构件中产生的附加内力不大，一般很少采用沉降缝。 (5)构件的吊装方法和吊装验算 预制钢筋混凝土柱由于自重较大，上柱截面较小，除了进行使用阶段的强度计算外，还必须进行吊装验算，混凝土最大裂缝宽度应控制在0.2mm以内，吊装验算的计算简图，应按吊点位置而定。一般宜用单吊点，吊点取在变阶(牛腿)处，计算简图为一端悬臂的简支梁。见图四十，吊装验算时安全等级可比使用阶段降低一级，荷载考虑构件振动的影响，同时混凝土强度一般取设计强度的70%。为方便施工，有条件时应尽可能不采用翻身起吊，若吊装时强度不够，可采用调整吊点来解决，如采用多点起吊以减小吊装弯矩。如果是等截面柱单点起吊，吊点应在0.293L处，此时吊点处负弯矩与柱下端正弯矩绝对值相等。 (6)排架的计算简图与内力分析 一般称屋架与柱顶铰接连接，柱子下端嵌固于基础中的单层厂房的结构形式为排架结构。沿排架方向称为厂房横向，垂直于排架方向称为厂房的纵向。 1)排架结构的基本假定和计算简图： 确定排架结构计算简图时，房屋的横、纵向均应进行排架计算。横向排架，应在相邻两柱距中线截一代表性区段作为计算单元，并有以下基本假定： 屋架与柱顶为铰接，柱底与基础的连接为固定端；横梁(即屋架)的轴向刚度很大，排架受力后横梁的轴向变形忽略不计，横梁两侧柱顶水平位移相等。计算简图如图四十一。 图中（a）表示在屋面荷载作用下的计算简图； 图中（b）表示在吊车荷载作用下的计算简图； 图中（c）表示在风荷载作用下的计算简图。 2)排架结构内力分析： 作用在排架上的基本荷载有恒载、屋面活载、吊车荷载(吊车水平荷载T、竖向荷载D)、风荷载及地震作用，按照其作用方式可分成下列8组，分别/画出其计算简图/进行内力计算： 恒载； 屋面活载； Dmax左，Dmin右，吊车最大轮压作用在左侧； Dmax右，Dmin左，吊车最大轮压作用在右侧； Tmax左右，吊车横向水平制动力，即最大刹车力由左向右； Tmax右左，吊车横向水平制动力，即最大刹车力右左向左； 左风，包括左面风的压力和右面风的吸力； 右风，包括右面风的压力左右面风的吸力； 地震力作用下的内力另行计算。 根据厂房空间整体作用的程度和荷载特点，排架内力可分成刚性方案、弹性方案及刚弹性方案进行计算。 为求得主要构件控制作用截面的最不利内力，作为柱及基础配筋计算的依据，求得上述8种内力后，既按上述8种计算简图计算出柱各个截面存在的弯矩M、剪力Q和轴力V，它们有正有负，有大有小，通常很难看出那一种组合是决定钢筋面积的最不利组合，所以需进行内力组合，此时应考虑对其荷载组合效应进行折减，例如恒载0.9吊车荷载。 一般选择下面4种作为可能的截面最不利内力组合： A. Mmax及相应的N和V，截面上作用的最大的正弯矩及相应的轴向力和剪力； B. Mmin及相应的N和V，截面上作用的最大的负弯矩及相应的轴向力和剪力； C. Nmax及相应的V和M，截面上作用的最大的轴向力及相应的剪力和弯矩； D. Nmin及相应的V和M, 截面上作用的小大的轴向力及相应的剪力和弯矩。 按照组合出的最不利内力组合来计算柱子配筋。排架计算非常麻烦，但现在有了电算，相应简单了。 (7)吊车梁的形式与作用 吊车梁沿厂房纵向布置，它承受吊车传来的垂直轮压和吊车启动或刹车时水平制动力,不仅传递厂房纵向荷载和加强厂房纵向刚度，而且连接厂房的各个横向平面排架，保证厂房结构的空间作用。 吊车梁按结构类型可分为钢筋混凝土吊车梁、预应力混凝土吊车梁、钢混凝土组合吊车梁及钢吊车梁，对于一般中小型厂房，多采用等高的T形和工字形截面吊车梁。 (8)厂房屋盖的结构形式及受力特点 屋盖结构包括屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑和天窗架等，根据屋面材料和屋面布置，可分为无檩体系及有檩体系两大类。 无檩体系由大型屋面板、天窗架、屋架及屋盖支撑组成，整体刚度较好、构造简单、施工方便，但其屋盖自重大。无檩体系通常用于吊车吨位较大的或振动较大一般中、重型厂房。 有檩体系由小型屋面板、檩条、天窗架、屋架及屋盖支撑组成，构件重量轻，但整体刚度较差、构造复杂。有檩体系通常用于吊车吨位较小的一般中、轻型厂房。 屋架一般假设为理想铰接平面桁架进行计算，屋面均布荷载按水平投影面积汇集为节点荷载，计算屋架杆件的轴力。常用屋架形式有三角形屋架、梯形屋架、折线形屋架及矩形屋架，如图四十二。 屋架弦杆外形和腹杆布置对屋架的内力变化规律起决定性作用，同样高跨比的屋架，当上下弦形成 三角形时，弦杆受力最大；当上弦节点在拱形曲线上时，弦杆受力较小。同时无论何种形式的屋架，高跨比对屋架的受力合理性有重要影响，一般屋架高跨比取1/61/8较为合理。 2 多高层房屋的结构体系(框架，剪力墙)的受力特点和结构布置 多高层钢筋混凝土结构是广泛采用的结构形式。根据我国行业标准高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002(以下简称高规)的规定，10层及10层以上或房屋高度超过28m的房屋称为高层房屋，层数和高度在此之下的称为多层房层。 钢筋混凝土多、高层房屋的结构体系可分为四类：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。 (1)多、高层房屋的结构体系 1)框架结构： 框架结构是利用梁、柱组成的纵、横向框架，承受竖向荷载及水平荷载的结构。按施工方法可分为全现浇、半现浇、装配式和半装配式4种。 框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理也比较方便。其主要缺点是侧向刚度较小，当层数过多时，会产生过大的侧移，易引起非结构性构件(如隔墙、装饰等)破坏，而影响使用要求。在非地震区，框架结构一般不超过15层，在地震区，应按抗震验算确定。 2)剪力墙结构： 剪力墙结构是利用建筑物的纵、横墙体承受竖向荷载及水平荷载的结构。纵、横墙体也可兼作为维护墙或分隔房间墙。 剪力墙结构的优点是侧向刚度大，在水平荷载作用下侧移小。其缺点是剪力墙间距小，建筑平面布置不灵活，不适合于要求大空间的公共建筑，另外结构自重也较大。 剪力墙间距一般为38m，适用于小开间住宅、旅馆等建筑，在50层范围内都适用。北京西苑饭店高23层，采用了剪力墙结构。 为满足底层布置商店或大的公用房间的要求，把剪力墙结构的底层做成框架结构时，称框支剪力墙结构。虽然这种结构刚度有所削弱，且沿高度方向刚度的突变会产生应力集中现象，但还是经常被采用。规范对框支剪力墙结构的转换层有明确的技术要求。 3)框架剪力墙结构： 框架剪力墙结构是在框架结构中设置适当剪力墙的结构，它具有框架结构平面布置灵活，有较大空间的优点，又具有侧向刚度大的优点。框架剪力墙结构中，剪力墙主要承受水平荷载，竖向荷载主要由框架承担。框架剪力墙结构一般用于1020层的建筑。 4)筒体结构： 筒体结构又可分为框架核心筒结构，框筒结构，筒中筒结构，多筒结构等。见图四十三。 框架核心筒结构由内筒与外框架组成，这种结构受力很接近框架剪力墙结构，适用于1030层的房屋。 框筒结构及筒中筒结构，有内筒和外筒两种，内筒一般由电梯间楼梯间组成，外筒一般为密排柱与窗裙梁组成，可视为开窗洞的筒体。内筒与外筒用楼盖连接成一个整体，共同抵抗竖向荷载及水平荷载。这种结构体系的刚度和承载力都很大，适用于3050层的房屋。 多筒结构则是将多个筒组合在一起，使结构具有更大的抗水平荷载的能力。美国芝加哥西尔斯大楼就是采用9个筒结合在一起的多筒结构。该建筑总高442m，为钢结构。 (2)多、高层房屋的结构布置 多、高层房屋除了要根据高度选择合理的结构体系外，还要恰当地设计和选择建筑物的平面形状和总体型。 高层房屋中/由于主要是受水平风力和地震力的作用，/控制侧向位移是结构设计的主要矛盾，因此房屋的高宽比在高规里进行了限制，见表421。 多、高层房屋的平面形状应简单、规则，刚度分布均匀，以减少水平荷载(地震、风力)作用下结构的扭转带来的不利影响。高规对结构平面尺寸进行了相应的限制(图四十四，表42-2)。 建筑物平面布置不对称、刚度不均匀、高低错层连接等都容易造成震害。工程中常设置防震缝将结构平面划分为相对规则的形状，以减少地震作用的不利影响。防震缝的宽度应经计算确定，基础可以不分开。 (3)框架结构的受力特点 实际的工程设计中，框架结构的内力常用计算机进行精确分析完成。常用的手工算法有以下几种： 1)竖向荷载作用下的近似计算分层计算法，见图四十五。 由精确分析法可知，在竖向荷载作用下，多层多跨框架侧移较小，各层荷载对其他层杆件的内力影响也较小，可以在计算中进行简化为无侧移框架进行计算。分层计算法的基本假定为：在竖向荷载作用下，可忽略框架的侧移；忽略本层梁上荷载对其他各层梁内力的影响。 从图四十五中可以看出，我们想象把一个各层满载的多层框架分为若干个单层作用外荷载的框架之和，而在每一单层受载框架的内力中，我们都略去其非本层荷载在该层梁柱中引起的很小的弯矩，而按独立的单层开口框架来分析其内力，而后叠加各独立单层开口框架的内力即可得到框架总的内力。这是一个近似真实受力的内力值。 2)水平荷载作用下的近似计算反弯点法。 框架结构所受的水平荷载(地震力、风力)可简化成节点上的水平集中力。在集中力作用下，框架梁、柱弯矩图均为直线，且杆件都有一个反弯点（即弯矩为零的点）。如果能求出反弯点的位置和反弯点处的剪力，则框架梁、柱的内力图即可得到。当框架横梁线刚度与柱线刚度（梁、柱的截面惯性矩与跨度的比值I/L称为梁、柱的线刚度）之比大于3时，框架上部各层节点转角很小，可在计算中进行简化。它的基本假定为：在确定各柱间的剪力分配时，认为框架横梁线刚度与柱线刚度之比为无穷大，则上下柱端只有侧移而无转角，且同一层柱中各端的侧移相等；在确定各柱反弯点位置时，认为受力后除底层外的各层柱上下端转角相等。从图四十六可以看出，在柱的反弯点上下，柱向不同的方向弯曲，说明柱在反弯点上下的弯矩符号不同，而在反弯点处必然曲率为零和弯矩为零。所以我们可设想在这一截面加一个铰。这样原框架可用（b）框架代替，然后将其作开口框架（c）的分解，即可得到每一层框架的内力分析，最后叠加即可得到总框架的内力。 3)水平荷载作用下的改进反弯点法D值法。 反弯点法的假定对结构计算的误差较大。改进反弯点法是在分析多层框架受力和变形特点的基础上，提出修正柱的抗侧移刚度和调整反弯点高度的方法。修正后的抗侧移刚度用D表示，故又称D值法。它的两项改进为： 增加了柱侧移刚度修正系数，它反映了由于节点转动降低柱抵抗侧移的能力，可以根据梁柱线刚度比值计算柱侧移刚度。 调整反弯点高度，根据分析，各层柱的反弯点高度与该柱上下两端转角大小有关。 (4)框架节点的构造 框架结构梁柱节点的连接直接影响结构安全、经济以及施工是否方便。设计时，梁柱通长采用不同等级的混凝土(柱的混凝土强度等级比梁高)，这时要注意节点部位混凝土强度等级与柱相比不能低很多(通常不宜超过5MPa)，否则节点区应做专门处理。在梁柱节点区应设置水平箍筋，水平箍筋应符合规范的构造规定。非抗震设计时，箍筋间距不宜大于250mm；抗震设计时，箍筋设计应符合柱端箍筋加密区的要求。 非抗震设计时，应符合下列要求：见图四十七。 1)顶层中节点柱纵向钢筋和边节点柱内侧纵向钢筋应伸至柱顶；当从梁底边计算的直线锚固长度不小于La(La为受拉钢筋的锚固长度)时，可不必水平弯折，否则应向柱内或梁、内水平弯折，当充分利用柱纵向钢筋抗拉强度时，其锚固段弯折前的竖直投影长度不应小于0.5La，弯折后的水平投影长度不宜小于12倍的柱纵向钢筋直径； 2)顶层端节点处，在梁宽范围以内的柱外侧纵向钢筋可与梁上部纵向钢筋搭接，搭接长度不应小于1.5La；在梁宽范围以外的柱外侧纵向钢筋可伸入现浇板内，其伸入长度与伸入梁内的相同； 3)梁上部纵向钢筋伸人端节点的锚固长度，直线锚固时不应小于La，且伸过柱中心线的长度不宜小于5倍的梁纵向钢筋直径；当柱截面尺寸不足时，梁上部纵向钢筋应伸至节点对边并向下弯折，锚固段弯折前的水平投影长度不应小于0.4La，弯折后的竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径； 4)梁下部纵向钢筋伸入节点内的锚固长度应取不小于12倍的梁纵向钢筋直径。 抗震设计时，框架节点的构造要求更严格。 (5)剪力墙体系的受力特点 剪力墙结构是由一系列纵、横墙和平面楼板组合在一起的一个空间结构体系。除楼板传来的竖向荷载外，剪力墙承受水平作用的地震荷载或风荷载。剪力墙结构可以看做是顶端自由，下端固结于基础的薄壁柱，它在墙身平面内刚度很大，而其墙身平面外，刚度却很小。按墙身门窗洞口的大小，剪力墙又分为以下两种：见图四十九。 1)整体墙和小开口整体墙： 没有门窗洞口或只有很小的洞口，可以忽略洞口的影响，这种墙叫整体墙。当门窗洞口稍大一些，这种墙叫小开口整体墙。整体墙和小开口整体墙基本上可以采用材料力学中计算独立柱的算计公式进行内力分析。 3)双肢剪力墙和多肢剪力墙： 开有一排较大洞口的剪力墙叫双肢剪力墙，开有多排较大洞口的剪力墙叫多肢剪力墙。由于洞口开得较大，截面的整体性已经破坏。工程设计中，通常采用电子计算机进行剪力墙结构的内力分析。用计算机计算，不仅可将剪力墙结构作为平面问题进行分析，还可以将整个结构作为空间问题进行整体分析，精度都比较高。 (6)剪力墙的配筋与构造 1)墙肢：见图五十所示剪力墙为两肢剪力墙，窗口上下连接部分为连梁。它承受着随高度增加的水平荷载作用。 剪力墙呈片状(截面高度远大于墙板厚度)，除端部钢筋较粗外(通常形成暗柱)，剪力墙要配置腹板中的分布钢筋。竖向的端部钢筋和竖向分布钢筋共同抵抗压弯作用，但竖向分布钢筋由于较细容易压屈，计算时常忽略受压区分布钢筋的作用。见图五十一。 水平分布钢筋用于抗剪(与柱中钢箍抗剪作用相似)。水平与竖向分布钢筋形成网状，还可以抵抗墙面混凝土的收缩和温度应力，抵抗剪力墙平面外的弯矩，可以减小墙面中出现裂缝的宽度。剪力墙内可以有单排及双排两种配筋形式。当墙厚大于140mm时，应采用双排钢筋。 水平和竖向分布钢筋的配筋率，一、二、三级抗震等级时不应小于0.25%；四级抗震等级和非抗震时不应小于0.2%，分布钢筋间距不应大于300mm，直径不应小于8mm，也不宜大于墙肢截面厚度的1/10。 在混凝土压区配置钢箍，形成暗柱或明柱，可以约束压区混凝土，阻止剪切裂缝迅速贯通全墙，对抗震是很有利的。为提高剪力墙的延性，高规规定在剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件(暗柱或明柱)， 图五十一两端配置的钢筋可视为构造边缘构件的暗柱。 边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件两种。约束边缘构件要求比构造边缘构件严格。而且，其配筋，特别是箍筋，高规规定得更严格。 2)连梁（连接墙肢的梁式构件）： 连梁的配筋应满足下列要求： 连梁顶面、底面纵向受力钢筋截面积应经计算确定，其伸入墙内的锚固长度，抗震设计时不应小于La，且不应小于600mm； 抗震设计时，沿连梁全长箍筋的构造应按框架梁梁端加密区箍筋的构造要求采用；非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径不应小于6mm，间距不应大于150mm； 顶层连梁纵向钢筋伸人墙体的长度范围内，应配置间距不大于150mm的构造箍筋，箍筋直径应与该连梁的箍筋直径相同。 3 大跨度房屋结构的主要类型与受力特点 一般认为，大跨度房屋结构是指24m以上的跨度，能做到24m以上跨度的结构有桁架、网架、刚架、拱、悬索和薄壁空间结构等。 (1)大跨度屋架 大跨度的屋架多采用钢桁架或预应力混凝土桁架。预应力钢筋混凝土屋架的跨度已做到60多米。 1)屋架的受力特点： 目前，我国钢屋架的跨度已做到70多米。屋架是由杆件组成的构件体系，其节点一般假定为铰接点。当荷载只作用在节点上时，所有杆件均只有轴向力，其材料强度可以得到充分利用，这就是屋架结构的优点，因此它在较大跨度的建筑中得到应用。 2)屋架的形式、基本尺寸： 大跨度屋架的形式有抛物线形、梯形等。抛物线形一般为预应力混凝土屋架。梯形屋架多为钢结构，见图五十二。 屋架的跨中高度通常称为矢高。矢高一般为跨度的1/6-1/8。梯形屋架上弦的坡度，为了满足排水要求，一般为1/12。 3)屋架的制作、运输与安装： 屋架就其整体结构讲是受弯构件，平面结构。屋架的平面外刚度非常弱。在制作、运输和安装过程中，要特别注意避免平面外的弯曲，大跨度屋架吊装必须进行吊装验算。屋架的安装起吊有单机吊装和双机抬吊两种方法。 (2)平板网架结构 1)网架的特点与适用范围： 网架结构可分为平板网架和曲面网架两种。平板网架采用较多，其优点如下： 三维空间受力体系。杆件主要承受轴向力，受力合理，节省材料。如上海体育馆，直径110m，用钢量仅49kgm2； 整体性好，刚度大，稳定，抗震性能好，可悬挂吊车； 杆件类型较少，比较统一，适于工业化生产； 尤其适用于大跨结构，体育馆、展览馆等大型建筑广泛采用 2)结构形式： 平板网架可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。交叉桁架体系是由上下弦平行的平面桁架，相交叉联成一体的空间结构，其受力形式类似双向板。 角锥体系网架是由三角锥、四角锥或六角锥单元分别组成的空间网架结构。它比交叉桁架体系网架刚度大，受力性能更好，而且可以在工厂生产出标准角锥单元体，便于现场安装。如四角锥网架，见图五十三。 3)平板网架的受力特点： 网架的高度(即厚度)直接影响网架的刚度和杆件内力。网架的高度主要取决于跨度。网格尺寸应与网架高度配合决定。腹杆的倾角以450为宜。网架的高度与短向跨度之比一般为115左右。 4)网架的杆件形式与节点： 杆件形式有钢管和角钢两种。钢管比角钢受力合理，材料节省35，大跨度网架多用钢管。 5)网架结构的制作与安装： 网架制作要求精度高。否则会产生附加内力使部分构件受力过大。 网架结构的安装方法可分为高空拼装和整体安装两类。 (3)单层刚架结构 1)单层刚架的受力特点与适用范围： 单层刚架一般是由直线形杆件，梁与柱刚性连接而成的结构。其受力特点是：在竖向荷载作用下柱对梁的约束减少了梁的跨中弯矩；在水平力的作用下，梁对柱约束减少了柱内弯矩，见图五十四。梁与柱由于刚性连接，因而刚度提高。 门式刚架可分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架三种。无铰刚架，柱底弯矩大，由于它由一个杆件，六个约束组成，是三次超静定结构,见图五十四(a)，结构刚度大。当地基发生不均匀沉降时，结构会产生附加内力。三铰刚架是静定结构, 见图中(b)。当基础有不均匀沉降时，结构不会产生附加内力。两铰刚架是一次超静定结构。 刚架造型美观，施工简便，室内空间大，在工业厂房、体育馆、礼堂、展览馆中广泛采用。 2)单层刚架的截面形式及节点构造： 刚架的截面形式和大小，随内力大小相应变化是合理的。在梁柱相交处截面加大，铰接点附近截面减少。这样可达到节约材料的目的。钢筋混凝土刚架的跨度一般在40m以下。近年来，常采用预应力钢筋混凝土刚架和桁架式钢结构刚架，见图五十四(b)。 (4)拱式结构 1)拱的受力特点与适用范围： 拱是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力。从图五十六可以看出，梁在荷载P的作用下，向下弯曲；拱在P的作用下，拱脚产生支座水平反力H，也叫推力。水平反力H起着减少荷载P引起的弯曲作用。以三铰拱为例，拱杆的内力为： MMOH.y M某一点的弯矩。 MO对应梁上该点的弯矩，等于支座反力RA与RA作用点到该点的距离的乘积。 y拱上该点到支座反力H的垂直距离。 H水平支座反力。 NVo.sin+H.com yV-H.sin 式中Mo与Vo为相应的简支梁的弯矩和剪力。 Hy的乘积愈大拱杆截面的弯矩愈小。我们可以根据荷载作用形式来改变拱杆的轴线，使拱杆各截面的弯矩为零，这样就可使拱杆只受轴力。 拱式结构的主要内力为压力，可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。由于拱式结构受力合理，在建筑和桥梁中被广泛应用。它适用于体育馆、展览馆等建筑中。巴黎国家工业与技术展览中心，跨度206m，拱式结构，是当今世界有名的大跨度建筑。哥特式建筑可以说把拱这种结构形式发展到极致。 2)拱的类型： 按照结构的组成和支承方式，拱可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。图五十五中。，程中，后两种拱采用较多。拱是一种有推力的结构，拱脚必须能够可靠地传承水平推力。解决这个问题非常重要，也是比较难以解决的，通常可采用下列措施： 推力由拉杆承受，图中(a)、(b)； 推力由两侧框架承受图中(c)。 (5)悬索结构 悬索结构，是比较理想的大跨度结构形式之一，在桥梁中被广泛应用。目前，悬索屋盖结构的跨度已达160m，主要用于体育馆、展览馆中。悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索，钢索是用高强度钢绞线或钢丝绳制成。 1)悬索结构的受力特点： 悬索结构包括三部分：索网、边缘构件和下部支承结构。 索的受力分析见图五十七，边梁是索的不动铰支座，它承受着巨大的拉力，跨度为l，索上荷载为q。索非常柔软，其抗弯刚度忽略不计。索的形状随荷载性质而变。索是轴心受拉构件，既无弯矩也无剪力。水平反力为H，方向是向外的。 R=1/2.q.l H=M0/y N=H/com MO1/8.q.l2，(与索的跨度相同的简支梁跨中弯矩) 式中看出，索的拉力取决于跨中的垂度y，垂度越小拉力越大。索的垂度一般为跨度的1300l。支座反力H、R的大小也取决于跨中的垂度y。索的合理轴线形状随荷载的作用方式而变化。 2)悬索的类型及实例： 悬索结构形式有很多类型，一般可分为单曲面与双曲面两类。单曲拉索体系构造简单，屋面稳定性差。双曲拉索体系，它由承重索和稳定索组成。支承结构可以有很多种，如框架、拱等。 北京工人体育馆，为圆形悬索结构，可容纳一万五千观众。比赛大厅直径94m，周围为四层框架结构，宽7.5m，主要为附属用房及休息廊。 (6)薄壁空间结构 薄壁空间结构，也称壳体结构。它的厚度比其他尺寸(如跨度)小得多，所以称薄壁。它属于空间受力结构，主要承受曲面内的轴向压力，弯矩很小。它的受力比较合理，材料强度能得到充分利用。薄壳常用于大跨度的屋盖结构，如展览馆、俱乐部、飞机库等。 薄壳结构多采用现浇钢筋混凝土，费模板、费工时。 薄壁空间结构的曲面形式很多。这里讲两种，筒壳和双曲壳。 筒壳一般由壳板、边梁和横隔三部分组成。筒壳的空间工作是由这三部分结构协同完成的。它的跨度在30m以内是有利的。当跨度再大时，宜采用双曲薄壳。双曲壳特别适用于大空间大跨度的建筑。双曲壳又分圆顶壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳。 目前圆顶的直径已达200多米。圆顶结构可用在大型公共建筑中，如天文馆、展览馆的屋盖。圆顶结构有壳面、支座环组成。通过支座环支于垂直构件上。壳面主要承受压力，支座环承受拉力。北京天文馆顶盖为半球形圆顶，直径25m，壳面厚6cm，结构自重约200kgm2。 双曲扁壳是双曲抛物面的一种形式，它由壳板和竖直的边缘构件(横隔构件)组成。因为扁壳的矢高比底面尺寸小得多，大约为1/5，所以叫扁壳。例如北京火车站大厅，35m35m的双曲面扁壳屋盖，壳板为8cm，宽敞明亮，是一成功的范例。 5 建筑抗震基本知识 1. 地震震级和烈度 地震的成因主要有三种：构造地震、火山地震和陷落地震。房屋结构抗震主要研究构造地震发生时房屋结构的抗震设防能力。地震发生后，它的能量以波的形式向各个方向传播，称为地震波。地震波主要有纵波和横波。 纵波是一种压缩波。它的的振动方向与波的传播方向一致，又称压缩波或P波，P波周期较短、振幅较小、传播速度较快，来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动。 横波是一种剪切波。它的的振动方向与波传播的方向相垂直，又称剪切波或S波，S波周期较长、振幅较大、传播速度比P波慢，来自地下的横波能引起地面的水平晃动。横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因。 由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。 地震对地面和建筑物直接产生灾害。由直接灾害而引发的其他灾害，如火灾、水灾、疾病等是地震产生的次生灾害。 地震是用震级M来表示其能量的大小。震级的大小采用1935年美国加州理工学院的里克特提出的震级定义，即：震级大小是用标准地震仪在距震中10km处记录的，以m(1m10-3mm)为单位的最大水平地面位移A(振幅)的常用对数值，M1gA来表示的。 地震发生后，各地区的地震灾害一般不相同，通常用地震烈度来描述地震的宏观现象，如人的感觉、器物反应、地表现象、建筑物破坏程度。世界上多数国家使用的基本上是12等级划分的烈度表。 对应于一次地震，震级只有一个，而地震烈度在不同地区却是不同的。通常震中的地震烈度最高，随着震中距的增加，地震烈度逐渐降低。一个地区的基本烈度是指该地区今后一定时间内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。根据我国有关单位对华北、西南、西北45个城镇的地震烈度所作出的概率分析，基本烈度大体为在设计基准期内超越概率为10的地震烈度。地震设防的依据是抗震设防烈度，在一般情况下采用基本烈度。 不同地区宏观地震烈度相同时，震害的不同可能是由于大震级、大震中距（地面正对着震源的那一点称为震中，地面上任何一点到震中的直线距离称为震中距）造成的；也可能是由于小震级、小震中距造成的，为了区别这两种情况，在设计建筑物时引入了近震（震中距在100至1000公里内的地震称为近震）、远震（震中距大于1000公里的地震称为远震）。新规范中建筑抗震设计规范(GB 500112001)将设计近震、远震改称地震设计分组，以更好地体现震级和震中距的影响。 建筑场地对不同建筑物的破坏有很