建筑结构概论ppt课件

建筑结构,绪论,.,建筑的三个最基本要素强度、适用和美观,一、建筑结构与建筑的关系,一、建筑结构与建筑的关系,建筑结构由若干构件连接而成的能承受建筑物上各种作用的平面或空间体系（骨架体系）。,二、建筑结构的概念及分类,二、建筑结构的概念及分类,作用使结构或构件产生效应（内力、变形、裂缝）的各种原因的总称。,作用,间接作用：,直接作用：,指施加在结构上的集中力或分布力系即荷载。,指引起结构外加变形或约束变形的原因。,如混凝土的收缩、温度变化、基础沉降差、地震等,.,建筑结构,应用最广泛,（一）建筑结构按建造材料的不同分类,二、建筑结构的概念及分类,1.混凝土结构混凝土是人工石材，它由石子、砂粒、水泥、外加剂和水按一定比例拌合而成，简称“砼”。混凝土材料像天然石材一样，承受压力的能力很强，但抵抗拉力的能力却很弱。而钢材则不然，其抗压和抗拉的能力都很强。于是，人们利用两种材料各自的特点，把它们有机地结合在一起共同工作，形成了用于工程实际的以混凝土为主制作的结构（ConcreteStructure）。,二、建筑结构的概念及分类,2.砌体结构由块体（砖、石材、各种砌块）和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构，包括砖砌体结构、石砌体结构和砌块砌体结构。,3.钢结构以钢材为主制作的结构。,4.木结构全部或大部分用木材制作的结构。,素混凝土结构、钢筋混凝土结构（ReinforcedConcreteStructure，也可简称RC）、预应力混凝土结构（PrestresedConcrete，也简称PC）和钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、纤维混凝土结构等。,土木工程中常用的砼结构主要包括:,1.混合结构体系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。,（二）建筑结构按承重结构类型的不同分类,二、建筑结构的概念及分类,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,2.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。,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1040层范围内都可采用，在2030层的房屋中应用较为泛。,缺点：剪力墙间距太小(38m)，平面布置往往受到限制而不够灵活。,3.剪力墙结构体系,在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构，竖向荷载主要由框架承受，水平荷载主要由剪力墙承受。,一、建筑结构的概念及分类,优点：既有框架结构布置灵活、使用方便的优点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层办公楼及宾馆建筑。,4.框架-剪力墙结构体系,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。,5.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,适用于层数超过4050层时的超高层建筑。,受力特点,（三）钢筋混凝土结构的主要特点,二、建筑结构的概念及分类,如下图a所示简支梁受弯后，截面中和轴以上部分受压，以下部分受拉。如该梁由素砼构成，则由于砼的抗拉强度很小，梁的下部会在较小的荷载作用下开裂，在荷载持续作用下，裂缝随即急速上升，导致梁骤然脆断，此时梁上部砼的抗压强度还未充分利用。若在梁的下部受拉区配置适量的钢筋，当受拉区砼开裂后，中和轴以下拉区的拉力主要由钢筋承受，中和轴以上受压区的压应力仍由砼承受，与素砼梁不同，此时荷载仍可以继续增加，直到受拉钢筋应力达到屈服强度，随着荷载的进一步增加，上部受压区的砼也被压碎，梁才破坏(图b)。这样，砼的抗压能力和钢筋的抗拉能力都得到充分的利用，于是就较大幅度地提高了梁的承载能力。,中和轴,受拉钢筋,混凝土结构除了能较合理地应用钢筋和砼两种材料的性能外，还有下列一些优点：,二、建筑结构的概念及分类,优点,可模性好：砼可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构（空间薄壳、箱形结构等。,耐久性和耐火性较好，维护费用低：砼的强度随龄期而增长，砼保护层包裹钢筋，使钢筋不易锈蚀，故只要保护层厚度适当，其耐久性较好。若处于侵蚀性环境，还可适当选用水泥品种及外加剂，增大保护层厚度，就能满足工程要求；砼是不良热导体，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。,易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，并可采用工业废料制成人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。,现浇混凝土结构的刚度大、整体性好：且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。,节约钢材混凝土结构合理地应用了材料的性能，在一般情况下可以代替钢结构，从而能节约钢材、降低造价。,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。,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。,混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。,缺点,自重大：不适用于大跨、高层结构。,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。,1824年英国人阿斯普丁发明了硅酸盐水泥。1849年法国人朗波制造了第一只钢筋混凝土小船。1872年在纽约建造了第一所钢筋混凝土房屋。混凝土结构开始应用于土木工程距今仅150多年。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。,三、混凝土结构的发展简况及其应用,第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初。钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。,第二阶段：从上世纪20年代到第二次世界大战前后。混凝土和钢筋强度的不断提高。1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得砼结构可用于建造大跨度建筑。计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。,第三阶段：二战以后到现在随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。,.,四、建筑结构的荷载,一、荷载分类及荷载代表值,荷载定义：,施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用,荷载分类：,在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。,在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。,在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,.,荷载代表值,结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。,荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。,当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。,在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。,作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。,荷载标准值,可变荷载组合值,可变荷载准永久值,可变荷载频遇值,.,二、恒荷载,按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。,三、楼面及屋面活荷载,民用建筑楼面活载见P11表2-1。,屋面均布活载分“上人”和“不上人”两类。见荷载规范,雪荷载,基本雪压。见荷载规范,雪荷载标准值,屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。,风荷载,风荷载标准值,基本风压，见荷载规范,风压高度变化系数,风荷载体型系数，+为压力，-为吸力,高度z处风振系数,屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。,.,五、建筑结构设计方法,（一）结构功能要求,在设计基准期（一般50年，也有100和25年）内，满足功能要求，即安全性，适用性，耐久性。,安全性：满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态适用性：保证结构在日常使用中满足要求耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境适应度,功能函数：Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn)S作用效应。由作用引起的结构或构件的反应。R结构抗力。结构或构件承受作用效应的能力。,结果分析,Z=R-S0：Z=R-S0：Z=R-S=0：,处于可靠状态；,处于不可靠状态，即失效；,处于极限状态，此方程称极限状态方程,.,（二）、建筑结构的极限状态,结构的可靠性,在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。,安全性、适用性、耐久性,结构的可靠度,结构的可靠性,极限状态,结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。,结构或构件达到最大承载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。,正常使用极限状态,承载能力极限状态,我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。,.,正常使用极限状态变形、裂缝宽度的验算。1)其危害程度低于承载力，故可靠度可适当降低，不考虑0，荷载取标准值。2)可变荷载作用长短对于变形、裂缝大小有明显影响。,承载能力极限状态表达式,（三）、极限状态设计表达式,由永久荷载控制的效应组合,由可变荷载控制的效应组合,永久荷载和可变荷载分项系数。,.,标准组合一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况。,频遇组合一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动。,准永久组合用于当长期效应是决定性因素的情况。,.,（四）、建筑物的重要度与基准期,我国将建筑物的重要程度分为三级，不同级别在计算中取不同的重要度系数0：一级，破坏后果极其严重，属于重要的建筑物；0=1.1二级，破坏后果比较严重，属于一般的建筑物；0=1.0三级，破坏后果相对不严重，属于比较次要的建筑物。0=0.9,结构的设计基准期1.结构保证其设计可靠度指标的时间期限成为设计基准期，即在基准期内，结构的可靠度指标完全满足设计要求；2.设计基准期是测算最大荷载重现期的基本期限；3.在超过设计基准期后，并非意味着结构的失效，而是其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的使用寿命；4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为50年，特殊建筑物可以除外；,六、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,.,总目录,第一章绪论,第二章钢筋和混凝土的力学性能,第三章钢筋混凝土受弯构件,第四章钢筋混凝土受压,第五章预应力钢筋混凝土结构,第六章钢筋混凝土楼盖,第七章钢筋混凝土排架结构单层厂房,第八章多层与高层房屋结构,第九章大跨度建筑结构,第十章砌体结构,第十一章钢结构,第十二章建筑结构抗震知识,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、砌体结构和钢结构基本构件的计算方法；,3.理解结构构件和建筑基础的基本构造要求；,4.能正确识读结构施工图，并能理解建筑施工中的一般结构问题。,3.深刻理