建筑结构-邓广

第一章概论,建筑与结构关系,结构技术,两者关系,课程目标,结构技术主要指在既定结构基础上采用的分析、设计方法及所涉及的建筑材料、施工技术等。,建筑师在方案阶段须满足的结构三大原则：建筑功能优先原则；构件受力合理原则；施工实际出发原则。,建筑结构分类：可按结构采用的材料分类；按结构体系分类和按建筑物层数分类。,通过本课程学习，使建筑专业学生在建筑设计中能具备结构总体知识，对结构体系、结构布置及结构形成有一定了解，并能对常用、简单的结构进行计算；掌握常用结构体系的特点、适用情况，对所设计的建筑能熟练选择结构体系，并估算其基本尺度。,分类,第二章建筑结构设计基本原理,作用,抗力,分类,效应,一、作用，效应，抗力,作用是指施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构外加变形或约束变形因素的总称，包括直接作用和间接作用。,由作用引起的结构或构件的反应称为作用效应，直接作用和间接作用都能产生作用效应。,结构或结构构件承受作用效应的能力称为结构抗力，结构抗力与构件的截面尺寸、形式及材料等级有关。,按照时间的变异，可将荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载；按照空间位置的变异可将荷载分为固定荷载和可动荷载；按照结构的反应可将荷载分为静态荷载和动态荷载。,定义,分类,二、极限状态设计法,第二章建筑结构设计基本原理,结构可靠度是指在设计使用年限内和正常设计、正常施工及正常使用的条件下，完成结构功能要求的概率。,结构功能要求主要包括安全性要求、适用性要求和耐久性要求。,建筑物的安全等级是根据结构破坏可能产生后果的严重程度进行划分，共分为三级。,整个结构或其中一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。我国将结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。,材料性能,分析方法,第三章结构材料力学性能及结构分析方法,材料性能与设计方法,结构材料的主要力学性能指标有：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛等。此外材料还需满足协同工作性能、耐久性、可加工性等性能要求。,结构分析的内容有整体分析、最不利作用效应组合、简化及假定可靠、力学平衡和变形协调等。,混凝土结构的分析方法主要有弹性分析方法、塑性内力重分布分析方法、塑性极限分析方法和弹塑性分析方法等。,定义,优缺点,第四章混凝土结构,一、混凝土结构,以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝土结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土结构等。,除了能合理利用钢筋和混凝土两者的材料性能优势外，主要优点有就地取材、节约钢材、耐久及耐火、可模性好、整体性好和刚度大等；其主要缺点有自重大、抗裂性差、建造较费工等。,第四章混凝土结构,二、受弯构件正截面,定义,破坏形态,矩形截面配筋分为单筋矩形截面配筋和双筋矩形截面配筋，只在截面受拉区配置纵向受力钢筋的截面称为单筋矩形截面。正截面破坏由弯矩引起。,正截面承载力计算基本假定有：截面应变在变形前后仍保持平面；不考虑混凝土的抗拉强度；混凝土受压的应力与应变关系为已知；钢筋的应力取其应变与其弹性模量的乘积。为简化计算，可将受压区混凝土的压应力图形用一个等效的矩形压应力图形代替。,基本假定,单筋矩形截面正截面破坏形态有三类：超筋破坏、适筋破坏和少筋破坏。工程中只允许适筋破坏。,第四章混凝土结构,二、受弯构件正截面,公式,构造要求,为了使用和施工上的可能和需要,以及在计算中有许多因素未考虑（如温度、混凝土的收缩、徐变等）对截面承载能力带来的不利影响，在构件设计时,除了要符合计算结果外,还必须满足一定的构造要求，这些构造要求是人们在长期实践经验基础上总结出来的,它可防止因在计算中没有考虑的因素影响而导致构件的破坏。,第四章混凝土结构,三、受弯构件斜截面,定义,破坏形态,实际工程中，构件截面处于弯矩和剪力共同作用的复合受力状态，其受力和破坏特征与正截面都不同。,当剪跨比较大时，斜裂缝一旦出现，便迅速向集中荷载作用点延伸，并很快形成临界斜裂缝，梁随即破坏，称之为斜拉破坏；剪压破坏是指当剪跨比适中时，斜裂缝中某一条发展为临界斜裂缝，并向荷载作用点缓慢发展，剪压区高度逐渐减小，最后剪压区混凝土被压碎；当剪跨比很小时，荷载作用点与支座间梁的腹部出现若干条平行的斜裂缝，梁腹被这些斜裂缝分割为若干斜向短柱，最后因短柱混凝土被压碎而破坏，称之为斜压破坏。,第四章混凝土结构,公式,构造钢筋,三、受弯构件斜截面,在弯剪区段，梁除发生斜截面破坏外，还可能发生因斜截面受弯承载力不够及锚固不足的玻坏，因此在考虑纵向钢筋弯起、截断及钢筋锚固时，还需在构造上采取措施，保证梁的斜截面受弯承载力及钢筋的锚固可靠。此外还要注意箍筋构造要求问题。,第四章混凝土结构,四、裂缝宽度验算,原因,机理,裂缝形成的原因可分为两大类：一类是由荷载引起；第二类是由变形因素（非荷载）引起，如由材料收缩、温度变化、混凝土碳化（钢筋锈蚀膨胀）以及地基不均匀沉降等原因引起的裂缝。大多数裂缝属于第一类。,规范采用平均裂缝宽度乘以扩大系数的方法确定最大裂缝宽度，平均裂缝宽度应等于平均裂缝间距之间沿钢筋水平位置处钢筋和混凝土总伸长之差，平均裂缝间距可按下列半理论半经验公式计算。,第四章混凝土结构,五、挠度验算,机理,公式,挠度是由于混凝土材料的非线性等原因导致，受弯构件按荷载效应的准永久组合并考虑荷载长期作用影响计算的挠度计算，其最大值不应大于受弯构件的挠度限值。,第四章混凝土结构,六、预应力混凝土,定义,应力损失,计算内容,预应力混凝土是在结构承受外荷载之前，在其受拉部位预先人为施加压力，以抵消或减少外荷载产生的拉应力，使构件在正常使用的情况下不开裂，或裂缝开得较晚、开展宽度较小。,预应力损失包括:1.张拉端锚具变形和钢筋内缩；2.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦；3.混凝土加热养护时受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差；4.预应力钢筋应力松弛；5.混凝土收缩和徐变；6.螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压。,先张法构件混凝土预压前的预应力损失有1、2、3、4项，预压后的预应力损失有5；后张法构件混凝土预压前的预应力损失有1、2项，预压后的预应力损失有4、5、6项。,第四章混凝土结构,七、楼盖结构,类型,计算方法,楼盖按结构形式可分为：单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖等；按预应力情况可以分为：钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖两种；按施工方法可分为：现浇式、装配式和装配整体式楼盖。,现浇板肋梁楼盖的计算理论有弹性理论和塑性理论。随着荷载的增加，混凝土受拉区裂缝的出现和开展，受压区混凝土的塑性变形，钢筋混凝土连续梁的内力与荷载的关系是非线性的。钢筋混凝土连续梁的内力，相对于线性弹性分布发生的变化，称为内力重分布现象。,第四章混凝土结构,八、受扭构件,类型,计算原则,构件的扭矩分为两种类型，第一种扭矩的大小由静力平衡条件求得，这种扭矩称为平衡扭矩；第二种构件的扭转大小与构件相对刚度有关，这种扭矩称为协调扭矩。,若构件中还有剪力作用，构件的抗扭、抗剪承载力都将降低，这便是剪力和扭矩的相关性。对复合受力承载力计算，只考虑剪力和扭矩之间的相关性，再将计算结果简单叠加。,第四章混凝土结构,九、轴心受力构件,定义,计算原则,当构件轴向力作用线与构件截面形心轴线重合时，即为轴心受力构件。承受轴心拉力的构件称为轴心受拉构件；承受轴心压力的构件称为轴心受压构件。,根据构件的长细比的不同，轴心受压构件可分为短柱和长柱。长柱的承载力低于相同条件短柱的承载力，可采用引入稳定系数来考虑长柱纵向挠曲的不利影响，稳定系数小于1.0且随着长细比的增大而减小。,轴心受拉构件开始加载时轴向拉力很小，混凝土和钢筋都处在弹性受力状态；构件开裂后，混凝土退出工作，所有外力由钢筋承受；最后轴向拉力使裂缝截面处钢筋应力达到抗拉强度，此时构件进入破坏阶段。,第四章混凝土结构,十、偏压构件,附加弯矩,破坏形态,偏心受压构件的破坏形态分为大偏心受压和小偏心受压破坏。大偏心受压破坏是由于受拉钢筋首先达到屈服，然后受压区混凝土压坏，承载力主要取决于受拉钢筋，故称为受拉破坏；小偏心受压破坏是由于受压区混凝土达到其抗压强度，远离纵向力一侧的钢筋，一般均未达到屈服，近纵向力一侧的钢筋一般均能达到屈服，构件承载力主要取决于受压区混凝土，故称为受压破坏。,钢筋混凝土柱在偏心压力作用下将产生挠曲变形，并产生附加弯矩，当柱的长细比较大时，挠度的影响不容忽视，计算中须考虑侧向挠度引起的附加弯矩对构件承载力的影响。,第四章混凝土结构,十、偏压构件：对称配筋,计算公式,对称配筋是采用同一种规格的钢筋,且两侧钢筋面积相等、混凝土保护层也相等。在对称配筋情形下，由界限破坏荷载判断构件的大小偏心。对于大偏心受压，有对于小偏心受压，有,第四章混凝土结构,十一、偏心受力构件斜截面,机理,公式,在偏心受压和偏心受拉构件中一般都有剪力的存在。当压应力不超过一定范围时，混凝土的抗剪强度随压应力的增加而提高，随拉应力的增加而减小。,偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式为：,偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算公式为：,砌体所用的黏土、砂、石属天然材料，分布较广；砌体的保温、隔热、隔声性能好；具有良好的耐火性和耐久性；砌体结构施工工艺简单，不需要模板和特殊的施工设备；砌体结构可以节约钢材、水泥和木材，造价低。,一、概况,砌体的强度低，构件截面尺寸大，因而结构自重大；砌体的抗拉、抗剪强度低，砌体结构的抗震性能差；砌筑工作量大，生产效率低。,第五章砌体结构,优点,缺点,三、承载力计算,二、承载力计算,砌体结构房屋中的墙、柱是受压构件，当压力作用于构件截面重心时，称为轴心受压构件，当压力作用于构件截面重心以外或同时有轴向压力和弯矩作用时，称为偏心受压构件。,第五章砌体结构,公式,定义,三、承载力计算,三、局部承压计算,当轴向压力作用于砌体的部分截面上时，砌体处于局部受压。根据局部受压面积上的应力是否均匀，砌体局部受压分为局部均匀受压和局部不均匀受压两种情况。,第五章砌体结构,公式,定义,房屋墙、柱的静力计算方案，是指通过对房屋的空间受力性能的分析，根据房屋空间刚度的大小确定墙、柱的计算简图。它是墙、柱内力分析以及承载力计算和相应构造措施的主要依据。划分依据如下（表中数字单位为米）：,三、承载力计算,四、房屋计算方案,第五章砌体结构,五、过梁、墙梁、挑梁,房屋中门、窗洞口上的梁，常称为过梁。常用的过梁有砖砌平拱过梁、钢筋砖过梁和钢筋混凝土过梁。过梁除按受弯构件进行正截面和斜截面计算外，有时还要进行抗扭承载力计算。,由钢筋混凝土梁和梁以上计算高度范围内的砌体墙所组成的共同受力构件，称为墙梁。墙梁的计算较为复杂，可参见有关规范的要求。,挑梁是指一段挑出墙体外面，另一段嵌入砌体墙内的悬挑构件。通过自身受弯、受剪将荷载有效地传给承重墙。挑梁除按受弯构件进行正截面和斜截面计算外，还要进行抗倾覆验算。,第五章砌体结构,挑梁,过梁,墙梁,六、抗震设计概要,震害表明，破坏主要体现在：墙体破坏、墙角破坏、楼梯间破坏、纵横墙连接处破坏以及楼盖、屋盖破坏。,抗震设计中结构布置要求体现在：对平面、立面的布置要求；房屋总高度、层数及层高限制；房屋高宽比限制；抗震横墙最大间距要求及房屋局部尺寸限值等方面。,砌体结构构造要求很多、很细，主要有：构造柱设置、芯柱设置、圈梁设置、楼（屋）盖与承重墙体连接以及楼梯间连接等内容。,第五章砌体结构,构造要求,破坏类型,结构布置,一、概况,第六章钢结构,选材原则,优缺点,材料类型,钢结构优点有：强度高，重量轻；材性好，可靠性高；工业化程度高，工期短；抗震性能好；耐热性好。钢结构的缺点也影响钢结构的应用：耐锈蚀性差；耐火性差。,钢材主要为热轧成型的钢板、型钢以及冷弯成型的薄壁型钢以及热轧成型钢管和冷弯成型焊接钢管。钢板有薄板、厚板、特厚板和扁钢等；型钢有角钢、工字型钢、槽钢和H型钢、钢管等；冷弯薄壁型钢采用薄钢板冷轧而制成，其截面形式及尺寸按合理方案设计。,选用钢材应考虑以下特点：结构的重要性；荷载的性质；连接方法；受力性质及工作温度。,二、拉弯构件,第六章钢结构,设计原则,定义,破坏准则,拉弯构件是指构件不仅承受轴向拉力还承受弯矩，分为单向拉弯构件和双向拉弯构件。,构件破坏准则采用边缘纤维屈服准则：在构件受力最大截面上，截面边缘处的最大应力达到屈服时即认为拉弯构件达到了强度计算准则。,拉弯构件承受轴向拉力和弯矩，当弯矩不大时，构件以轴向拉力为主，它的刚度计算方法及容许长细比要求均同轴心受拉构件；当弯矩较大时，不仅应计算构件长细比是否满足要求，还要进行挠度计算。,三、压弯构件,第六章钢结构,局部失稳,定义,计算原则,构件受到沿杆轴方向的压力和绕截面形心主轴的弯矩作用，称为压弯构件。弯矩可以由偏心轴力引起，这时称为偏压构件。,承载力计算包括三个内容：承载力计算；整体稳定计算和局部稳定计算。整体稳定又包括单向平面内整体稳定及单向平面外整体稳定，均可由平衡微分方程可得出。,原则中不允许板件发生局部失稳，要求局部屈曲临界应力应大于钢材屈服强度或大于构件的整体稳定临界应力。设计上则将保证局部稳定的要求转化为对板件宽厚比的限制来体现。,四、构件连接,第六章钢结构,焊接,螺栓连接,焊接连接是现代钢结构最主要的连接方式，它的优点是任何形状的结构都可用焊缝连接，构造简单。焊缝连接方法最常用的有电弧焊、电渣焊、电阻焊和气焊。,普通螺栓按受力不同分为剪力螺栓和拉力螺栓。剪力螺栓的工作原理是当外力并不大时由构件间的摩擦力来传递外力，当构件之间出现相对滑移，螺栓开始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压；拉力螺栓的工作原理是在受拉螺栓连接中，外力使被连接构件的接触面互相脱开而使螺栓受拉，最后螺栓被拉断而破坏。,一、概况,第七章木结构,定义,分类,木结构是指以木材为主要受力体系的工程结构，其主要优点有：资源再生产容易；有较好的保温隔热性能；建造方便；具有较好的抗震性能。同时也存在各向异性、木材容易腐蚀、易于燃烧等缺点。,木材按照其加工方式不同主要分为原木、锯材和胶合材三类。原木为经去皮后的树干直接用做结构的构件；锯材为树干经去皮处理后切割成一定长度、断面的材料；以木材为原料通过胶合压制成矩形材和板材的总称为胶合材。,二、轴力构件,轴拉构件,轴压构件,第七章木结构,轴心受拉构件是所受拉力通过截面形心的构件。其控制截面出现在该构件与其他构件连接处或构件截面因开槽、开孔等的削弱处。,轴心受压构件的破坏形式有强度破坏和整体失稳。当轴心受压构件的截面无削弱时一般不会发生强度破坏；当轴心受压构件的截面有较大削弱时，则有可能在削弱处发生强度破坏。,轴心受压构件承载力很大程度上取决于构件的长细比。长细比越大，承载力越低。计算长细比时均按全截面面积和全截面惯性矩计算，即不考虑缺孔影响。,三、受弯构件,定义,计算准则,第七章木结构,只受弯矩作用或受弯矩与剪力共同作用的构件称为受弯构件。按弯曲变形情况不同，受弯构件分为单向弯曲和双向弯曲或称为斜弯曲。,受弯构件的抗弯承载能力一般可按弯矩最大处截面进行验算，但对被削弱截面处，应对该截面进行验算。受弯构件受到弯矩作用时，截面受压侧类同于压杆，当压应力达到一定值时有受压屈曲的倾向。受弯构件抵抗平面外失稳的能力与侧向抗弯刚度和抗扭刚度有关。,四、构件连接,方式,齿连接,第七章木结构,木材常见的连接方法有榫卯连接、齿连接、螺栓连接、钉连接和键连接等方式。榫卯连接是中国古代匠师创造的一种连接方式；齿连接是用于传统木桁架节点的连接方式；螺栓和钉的工作原理相同，螺栓和钉主要承受剪力；键连接有受力性能较好的板销连接和钢键连接。,齿连接在构造上应符合的规定有：齿连接的承压面应与所连接的压杆轴线垂直；单齿连接应使压杆轴线通过承压面中心；木桁架支座节点的上弦轴线和支座反力的作用线当采用方木或板材时，宜于下弦净截面的中心线交汇于一点，当采用原木时，可与下弦毛截面的中心线交汇于一点，此时核算处的截面可按轴心受拉验算。,一、厂房构成,第八章单层工业厂房,根据组成构件的作用功能不同，可将单层厂房的组成构件分为屋盖结构、纵横向平面排架结构和围护结构。,定义,组成,二、牛腿设计,第八章单层工业厂房,计算模型,定义,牛腿按承受的竖向荷载合力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同分为短牛腿和长牛腿两类。,一、概况,第九章多高层钢筋混凝土结构,特点,定义,我国高层建筑混凝土结构技术规程规定10层及10层以上的住宅建筑或高度超过24m的公共建筑称为高层建筑，1至3层建筑为低层建筑，层数介于高层和低层之间的建筑为多层建筑，高度超过100m的建筑称为超高层建筑。,我国高层建筑的主要特点有：高度越来越高；超限、复杂的高层建筑越来越多；高强混凝土及高强钢筋的广泛使用；钢混凝土组合构件发展迅速；框架核心筒结构广泛使用。受力特点是水平作用（风荷载和地震作用）占主导地位。,二、结构布置,第九章多高层钢筋混凝土结构,立面,平面,平面布置一般原则：平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；结构应尽可能简单、规则、均匀、对称；结构质量中心与刚度中心重合，减少扭转；控制楼板开洞面积大小及洞边至建筑外边缘距离；妥善处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影响。,立面布置一般原则，避免有大的外挑或内收；结构的侧向刚度宜下大上小，均匀变化，避免侧向刚度不规则和楼层承载力突变，并尽量少采用转换层结构；为保证高层建筑有良好的抗震性能，宜设置地下室。,三、框架结构,第九章多高层钢筋混凝土结构,计算简图,特点,采用梁柱等杆件刚接组成空间体系，作为建筑物承重骨架的结构称为框架结构。它的特点是承受竖向荷载的能力较强，承受水平荷载的能力较弱，因而高度受到限制。,计算简图的基本假定，一是框架只在其自身平面内有刚度，平面外刚度很小，可忽略；二是楼板在其自身平面内刚度无限大。以上二假定确定了水平荷载在各抗侧力结构间的分配原则，从而计算其内力和侧移。,四、各类结构,第九章多高层钢筋混凝土结构,计算,分类,利用建筑物墙体构成的承受水平作用和竖向作用的结构称为剪力墙结构。由剪力墙与框架形成的结构称为框-剪结构；内外均为剪力墙的结构成为筒体结构(包括框筒、桁架筒、筒中筒和束筒结构)。加大外框筒的柱距，减小梁的高度，周边形成稀柱框架，并在平面中心设置内筒，形成了框架核心筒结构。这些结构的特点是具有很强的侧向和竖向刚度，抵抗水平作用的能力强，空间整体性好。抗震能力强。,以上结构的计算均采用空间结构的分析软件进行，同时在设计中特别注重施工过程的真实受力模拟。,五、混合结构,第九章多高层钢筋混凝土结构,特点,定义,高层建筑混合结构是指梁、板、柱、剪力墙和筒体或结构的一部分，采用钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢混凝土组合楼板等构件组成的高层建筑结构。,钢骨混凝土构件指在钢骨周围配置钢筋并浇筑混凝土的构件，简称为SRC，用于梁板结构中。钢管混凝土构件指在钢管内填充混凝土的构件，简称为CFST，用于柱构件中。钢板混凝土剪力墙指在普通钢筋混凝土剪力墙内埋设钢板，仍用于剪力墙构件。钢混凝土组合楼盖指楼盖中利用钢梁或压型钢板承受截面弯矩产生的拉应力，混凝土承受压应力的楼板。,一、土体特性,第十章地基与基础,承载力,土体分类,地基土可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。根据土体组成和成因，人工填土可以分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土。,地基承载力是地基按正常使用极限状态设计时单位面积所能承受的最大应力值。地基承载力特征值由载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，地基承载力特征值应当修正。,二、独立基础,第十章地基与基础,原则,设计内容,基础设计内容包括以满足地基承载力条件确定基础底板尺寸；以满足受冲切承载力、受剪承载力条件验算基础高度，以满足底板受弯承载力条件计算基础底板受力配筋。,基础底面尺寸是根据地基承载力条件、地基变形条件和上部结构荷载条件确定的。独立基础高度除应满足构造要求外，还应根据柱与基础交接处混凝土抗冲切承载力要求确定。底板钢筋可根据钢筋长度大小在边缘予以剪短并交错设置。,一、刚架结构,第十一章大跨度结构,类型,受力特点,梁、柱杆件刚性连接，梁起坡。梁柱合一的刚架仍是横向受弯为主的结构，但梁柱刚接的相互约束减少了梁跨中与柱内弯矩，内力虽有轴力，但以弯矩为主，这是其承荷传力的基本特性。,按结构形式分：无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架按材料分：胶合木刚架、钢刚架（实腹式、格构式）、混凝土刚架,一、刚架结构,第十一章大跨度结构,单层刚架基本尺度,二、桁架（屋架）结构,第十一章大跨度结构,类型,受力特点,桁架（屋架）的受力以轴力为主，各杆是承受拉（压）力的二力杆件，受力状态比梁合理，计算简单、施工方便、自重较轻、适应性强。但结构高度大，侧向刚度小，为保证其侧向稳定而设置的支撑往往耗费过多的材料，为了构造和制作的方便往往采取由最大内力控制的等截面杆件而使材料未尽其用。,按外形分：三角形、梯形、抛物形型、折线型、平行弦型等按材料分：木屋架，钢木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架等按受力特点分：桥式屋架、无斜腹杆屋架、刚接桁架、立体桁架等,二、桁架（屋架）结构,第十一章大跨度结构,木桁架、钢-木组合桁架主要形式及尺度,跨高比约1/5-1/7三角形桁架跨度18m弧形、梯形桁架跨度约18-24m,二、桁架（屋架）结构,第十一章大跨度结构,钢筋混凝土桁架主要形式及尺度,普通混凝土桁架适宜跨度：15-24m预应力混凝土桁架适宜跨度：18-36m,二、桁架（屋架）结构,第十一章大跨度结构,钢桁架主要形式及尺度,高跨比：1/101/5适宜跨度：4090m间隔：约915m（采用轻型屋面）,二、桁架（屋架）结构,第十一章大跨度结构,桁架结构布置及支撑体系,二、桁架（屋架）结构,第十一章大跨度结构,工程实例I国家体育馆鸟巢,二、桁架（屋架）结构,第十一章大跨度结构,工程实例-国家体育馆鸟巢,三、拱结构,第十一章大跨度结构,类型,受力特点,拱结构杆轴为凸向外荷载的曲线，在竖向荷载作用下产生推力并以轴向受压为主，而拱脚支座的水平推力能抵消竖向荷载引起的弯矩作用，从而减少拱杆的弯矩峰值。在均布荷载下让拱完全没有弯矩只有压应力的曲线形式为倒悬链形，其受力最经济合理，但施工不便，且活荷载的影响使荷载变化，故一般做成圆弧形、抛物线形。,按结构组成和支承方式分：三铰拱、两铰拱、无铰拱按材料分：木拱、砖拱、石拱、钢筋混凝土拱、钢拱按截面形式分：实体拱、格构式拱（截面高大于1.5m时）、板式拱,三、拱结构,第十一章大跨度结构,拱的基本尺度,实腹式拱高跨比：砼1/401/30、钢1/301/80矢高：f1/51/7且1/10适宜跨度：80m左右间隔：约915m桁架式拱（格构式拱）高跨比：1/601/30适宜跨度：80m以上间隔：约915m,三、拱结构,第十一章大跨度结构,工程实例日本Hakuryu体育馆,四、薄壳结构,第十一章大跨度结构,类型,受力特点,双向直接传力强度大极大空间刚度刚度大屋面承重合一板架合一，材尽其用,按高斯曲率分：正高斯曲率（K0）曲面，如球面、椭球面、抛物面等零高斯曲率（K=0）曲面，如圆柱面、圆锥面等负高斯曲率（K0）曲面，如单叶双曲面等按形成的几何特点分：旋转曲面平移曲面直纹曲面（双曲抛物面、柱面与柱状面、锥面与锥状面）,四、薄壳结构,第十一章大跨度结构,薄壳结构主要形式及尺度,筒壳筒壳有边梁和横隔板以纵向直线两端为其支座或四边支承，L1/L2小于1为短壳，反之为长壳，矢高1不应小于L2/8，壳体截面的总高度(1/151/10)L1长壳的厚度t=(1/5001/300)L1，且50mm。球壳壳板厚t一般由构造要求定，可取球壳半径的1/600，对于现浇钢筋混凝土球壳其厚度应40mm，对于装配整体式球壳其厚度应30mm，壳板边缘应局部加厚，加厚范围一般不小于壳体直径的1/121/10，增加的厚度不小于壳体中间部分的厚度。,四、薄壳结构,第十一章大跨度结构,薄壳结构主要形式及尺度,双曲扁壳双曲扁壳矢高与底面短边之比应不大于1/5，但也不能太扁以避免向平板转化。当双面扁壳双面曲率不等时，较大曲率与较小曲率之比，以及底面长边与短边之比，均不宜超过2。双曲扁壳允许倾斜放置，但壳体底平面的最大倾角不宜超过10，其它尺度要求同球壳。双曲抛物面壳壳厚尺度要求同球壳，但在靠近边缘1/10短边长范围内壳板应加厚。对于组合型扭壳，在屋脊交接缝附近的局部区域还应逐渐加厚到34倍壳厚，加厚范围需满足受力要求，但不小于短边边长的1/10，同时应使加厚部分光滑地过渡。,四、薄壳结构,第十一章大跨度结构,工程实例罗马小体育宫,四、薄壳结构,第十一章大跨度结构,工程实例罗马小体育宫,五、折板结构,第十一章大跨度结构,类型,受力特点,折板是以一定角度整体联系的薄板体系。折板结构通过折缝和端部支座或中部横隔的加劲作用，能形成具有折线形横截面的梁、刚架、拱或穹顶等结构，是一种双向受力与传力体系，横向靠多跨连续板传力，纵向靠侧缝及两侧斜板传力。故受力性能良好，又因主要是板式结构，构造简单、施工方便、模板消耗少。,折板结构的形式主要分为有边梁的和无边梁的两种。无边梁的折板由若干等厚度的平板和横隔构件组成，预制V形折板就是其中的一种。有边梁的折板一般为现浇结构，由板、边梁和横隔构件三部分组成，与筒壳类似。边梁的间距L2通常也称为波长，横隔的间距L1称为跨度。,五、折板结构,第十一章大跨度结构,折板的基本尺度,五、折板结构,第十一章大跨度结构,工程实例联合国教科文组织会议大厅,六、网架结构,第十一章大跨度结构,类型,受力特点,由许多杆件按照一定规律组成的网状结构，是一种受力性能很好的空间高次超静定结构体系。整体为三维受力，各杆件主要承受轴向力，能充分发挥材料强度，钢网架比传统的钢结构节省20%30%的用钢量。,按外形可分为：平板型网架，平板型网架都是双层的壳形网架，有单层、双层，单曲、双曲等形状按材料分：钢筋混凝土网架、木网架、钢木组合网架、钢网架按结构体系分：交叉桁架体系（两向或三向交叉）、角锥体系（三角、四角等）,六、网架结构,第十一章大跨度结构,平板网架结构尺度,网架的高度与短向跨度之比一般为：跨度30m时，约为1/101/14跨度=3060m时，约为1/121/16跨度60m时，约为1/141/20。网格尺寸与网架短向跨度之比一般为：跨度30m时，约为1/81/12跨度=3060m，约为1/101/16跨度60m时，约为1/121/20。,六、网架结构,第十一章大跨度结构,网壳结构尺度,柱面网壳的矢跨比可取1/41/8，单层柱面网壳的矢跨比宜大于1/5，球面网壳的矢跨比一般取1/21/7。矢跨比对建筑体型有直接影响，也是影响网壳结构内力的主要因素之一。矢跨比越大，网壳表面积越大，屋面材料及用钢量增加，室内空间大，使用期间能耗大，但可减少推力，降低下部结构的造价；矢跨比越小，材料消耗量相应减少，但侧推力增加，从而提高了下部结构的造价。,六、网架结构,第十一章大跨度结构,钢网壳工程实例I国家大剧院,六、网架结构,第十一章大跨度结构,木网壳工程实例I蓬皮杜中心新馆,七、悬索结构,第十一章大跨度结构,类型,受力特点,悬索是以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。悬索的荷载与位移、荷载与索力的关系曲线呈非线性，是动态变化的，悬索是一种可变体系，其平衡形式随荷载分布方式而变化。为使悬索结构具有足够的形状稳定性，应在悬索体系内建立适当的预应力，使悬索绷紧。,单层悬索加重屋面预应力“悬挂薄壳”预应力双层索系、预应力索网劲性悬索横向加劲平行索系索-梁(桁)体系、索-拱体系,七、悬索结构,第十一章大跨度结构,悬索结构尺度,单层索系：承重索垂跨比1/201/10双层索系：承重索垂跨比1/201/15稳定索拱跨比1/301/20鞍形索网：承重索垂跨比1/201/10稳定索拱跨比1/301/15,七、悬索结构,第十一章大跨度结构,单层悬索工程实例美国华盛顿杜勒斯机场候机厅,七、悬索结构,第十一章大跨度结构,预应力索网工程实例,七、悬索结构,第十一章大跨度结构,预应力索网工程实例,美国雷里体育馆TheRaleighArena,USA(a剖面Sectionb立面Elevation),七、悬索结构,第十一章大跨度结构,预应力索网工程实例,美国雷里体育馆TheRaleighArena(c平面d索水平力的传递e拱截面f屋面做法与钢牵索g拱脚处预应力混凝土拉杆),八、薄膜结构,第十一章大跨度结构,类型,特点,薄膜是一块薄到实际上只能产生拉力的材料，虽然薄膜是一种双向抵抗结构，但它不能产生明显弯曲应力，薄膜的承载能力只能来源于在它面内的薄膜应力，薄膜以类似双向悬索作用来支承荷载。薄膜结构自重轻、强度大、不透水、造型自由、透光性好、自洁性好、造价低、工期短，是建筑与结构完美结合的一种结构体系。,充气膜结构（1）气承式膜结构（2）气囊式膜结构张拉式（悬挂式）膜结构骨架支撑式膜结构“索穹顶”预应力空间索系及薄膜覆盖,八、薄膜结构,第十一章大跨度结构,薄膜结构材料,目前常用的两类膜材：1.玻璃纤维结构(GlassFabric)聚四氟乙烯(PTFE)涂层永久性膜材2.聚酯纤维结构(PolyesterFabric)聚氯乙烯(PVC)涂层聚偏氟乙烯(PVDF)面层半永久性膜材,八、薄膜结构,第十一章大跨度结构,气承式膜结构实例,东京棒球馆TheTokyoDome(202m),八、薄膜结构,第十一章大跨度结构,气囊式膜结构实例,1970大阪博览会富士集团展馆,八、薄膜结构,第十一章大跨度结构,悬挂式膜结构实例,利雅特体育场,八、薄膜结构,第十一章大跨度结构,骨架式膜结构实例,国家游泳中心水立方,九、组合空间结构,第十一章大跨度结构,组合方式,特点,组合结构利用不同型式结构受力性能的不同，或利用不同材料强度性能的不同，使各种结构充分发挥各自的特长，使各种材料取长补短共同工作，有时还可使承重结构与围护结构合二为一，达到了材尽其用之目的。组合空间结构不仅传力合理、技术先进，而且可以综合各种建筑结构的优势,扬长补短。,组合空间结构是由刚架、桁架、拱、壳体、网架、悬索、薄膜等结构中的两种或三种结构单元组合成一种新的结构。常以巨大的刚架、拱、悬索或斜拉结构形成巨型骨架，勾划出建筑造型的主轮廓。以巨型骨架、侧边构件或周边承重结构作为支座，在其上布置平板网架、网壳、悬索、薄膜等屋盖，形成风格各异的屋面，可以形成外形轻巧、造型丰富的建筑体型。,1.刚架索组合空间结构2.拱网架组合空间结构3.拱悬索组合空间结构4.悬索拱交叉索网组合空间结构5.悬索交叉索网组合空间结构6.张弦梁结构7.其它组合结构,九、组合空间结构,第十一章大跨度结构,常见组合空间结构形式,九、组合空间结构,第十一章大跨度结构,张弦梁结构工程实例,上海浦东国际机场候机楼,九、组合空间结构,第十一章大跨度结构,张弦梁结构工程实例,上海浦东国际机场候机楼,一、基本知识,第十二章抗震设计基本概念,一、基本概念,震级是表示地震本身大小的尺度，是按一次地震本身强弱程度而定的等级，国际上比较通用的是里氏震级。一次地震只有一个震级。,地震烈度表示地震时一定地点振动强弱程度。对于一次地震，它对不同地点的影响是不一样的。一般距震中愈远，地震影响愈小，烈度就愈低。,地层构造运动中，在地下岩层产生剧烈相对运动的部位大量释放能量，产生剧烈振动，此处就叫做震源，震源正上方的地面位置叫震中。震中附近的地面振动最剧烈，也是破坏最严重的地区，叫震中区或极震区。地面某处至震中的水平距离叫做震中距。震源至地面的垂直距离叫做震源深度。,震级,震源,烈度,根据建筑物使用功能的重要性，按其地震破坏产生