建筑结构01-04

1、建筑结构建筑结构课件课件：王逸晨：青岛房产学校：2005.01总目录总目录第一章第一章 建筑结构的荷载及设计方法建筑结构的荷载及设计方法第二章第二章 钢筋和混凝土的力学性能钢筋和混凝土的力学性能第三章第三章 钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件第四章第四章 钢筋混凝土受压、受扭构件钢筋混凝土受压、受扭构件第五章第五章 预应力钢筋混凝土结构预应力钢筋混凝土结构第六章第六章 钢筋混凝土楼盖钢筋混凝土楼盖第七章第七章 钢筋混凝土排架结构单层厂房钢筋混凝土排架结构单层厂房第八章第八章 多层与高层房屋结构多层与高层房屋结构第九章第九章 砌体结构砌体结构第十章第十章 建筑结构抗震知识建筑结构抗震知识第十一

2、章第十一章 钢结构钢结构建筑结构的荷载及设计方法建筑结构的荷载及设计方法二、建筑结构的荷载二、建筑结构的荷载三、建筑结构的设计方三、建筑结构的设计方法法一、建筑结构的分类一、建筑结构的分类1.1 1.1 建筑结构的分类建筑结构的分类定义：定义：由若干由若干构件（如柱、梁、板等）构件（如柱、梁、板等）连接而成连接而成的的能承受荷载能承受荷载和和其他其他间接作用间接作用（如温度变化、地基（如温度变化、地基不均匀沉降等）的不均匀沉降等）的体系体系，叫做，叫做建筑结构。建筑结构。分类：分类：建筑结构建筑结构应用最广泛应用最广泛混凝土结构混凝土结构砌体结构砌体结构钢结构钢结构木结构木结构表表1 建筑结构

3、的分类建筑结构的分类1.2 1.2 建筑结构的荷载建筑结构的荷载一、荷载分类及荷载代表值一、荷载分类及荷载代表值荷载定义：荷载定义：施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载直接作用直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用荷载分类：荷载分类：在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值不随时间变化不随时间变化，或其变化与或其变化与平均值相比可以忽略不计平均值相比可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称恒荷载恒荷载或或恒恒载载。比如结构自重或土压力等。比如结构自重或土压力等。在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值随时间变

4、化，或其变化与平均随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计值相比不可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称活荷载活荷载或或活载活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。载等。在结构使用期间在结构使用期间不一定出现不一定出现，而，而一旦出现一旦出现,其量值很其量值很大而持续时间较短大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。的荷载。比如爆炸力、撞击力等。 永久荷载永久荷载 可变荷载可变荷载 偶然荷载偶然荷载荷载代表值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结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷载数值。载数值。荷

5、载基本代表值。指在结构使用期间，在正常荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现情况下出现具有一定保证率具有一定保证率的的最大荷载最大荷载。当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，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）取除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。合值为代表值。在在设计基准期设计基准期内经常作用在结构上的内经常作用在结构上的可变可变荷载荷载。kccQQ kqqQQ kkorQG作用于结构上作用于结构上时而出现时而出现，持续时间较短持续时间较短的的较大

6、较大可变荷载可变荷载。kffQQ 荷载标准值荷载标准值 可变荷载组合值可变荷载组合值 可变荷载准永久值可变荷载准永久值 可变荷载频遇值可变荷载频遇值二、恒荷载二、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。见按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确定。见P3 表表1-1。三、楼面及屋面活荷载三、楼面及屋面活荷载民用建筑民用建筑楼面活载见楼面活载见P4 表表1-2。对多、高层，荷载满布且达到。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减，最大值可能性很小，应适当折减，折减系数见折减系数见P5 表表1-3。屋面均布活载分屋面均布活载分“上人上人”和和“不上人不上人”两类

7、。见两类。见P6 表表1-4。雪荷载雪荷载orkSS基本雪压。见基本雪压。见P6 表表1-5或或荷载规范荷载规范kS雪荷载标准值雪荷载标准值oSr屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平屋面积雪分布系数，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。见投影面上的雪荷载的换算系数。见P7 表表1-6风荷载风荷载ozszkkzosz风荷载标准值风荷载标准值基本风压，见基本风压，见荷载规范荷载规范风压高度变化系数风压高度变化系数风荷载体型系数，风荷载体型系数，+为压为压力，力，-为吸力为吸力高度高度z处风振系数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。屋面均布活载不与雪荷

8、载同时考虑，设计时取其中较大值。1.3 1.3 建筑结构的设计方法建筑结构的设计方法一、建筑结构的极限状态一、建筑结构的极限状态结构的可靠性结构的可靠性在规定的时间内（一般为在规定的时间内（一般为50年），在规定的条年），在规定的条件下（正常设计、正常施工和正常使用），完件下（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。成预定功能的概率，称为结构的可靠度。安全性、适用性、耐久性安全性、适用性、耐久性 结构的可靠度结构的可靠度 结构的可靠性结构的可靠性极限状态极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某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

9、动等。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、压继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。屈等。 正常使用极限状态正常使用极限状态 承载能力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。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。能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。正常使用极限状态正常使用极限状态承载能力极限状态表达式承载能力极限状

10、态表达式二、极限状态设计表达式二、极限状态设计表达式 由永久荷载控制的效应组合由永久荷载控制的效应组合 由可变荷载控制的效应组合由可变荷载控制的效应组合 kkRniQikciQikQQGkGooafRSSSS,211 kkRniQikciQiGkGooafRSSS,1 标准组合标准组合 频遇组合频遇组合 准永久组合准永久组合CSSSSniQikcikQGk 21 CSSSniQikqiGk 1 CSSSSniQikqikQfGk 211 QiG&永久荷载和可变荷载分项系数。永久荷载和可变荷载分项系数。P13 表表1-10The End2.1 2.1 钢筋和混凝土的共同工作钢筋和混凝土的

11、共同工作一、基本概念一、基本概念是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。的建筑材料。钢筋混凝土：钢筋混凝土：钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构： 是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。砼：抗拉强度大约是抗压强度的砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10 。钢筋：抗拉抗压强度都很强钢筋：抗拉抗压强度都很强 。二、共同工作原理二、共同工作原理钢筋和砼之间存在粘结力钢筋和砼之间存在粘结力钢筋和砼线膨胀系数接近钢筋和砼线膨胀系数接近 砼保护钢筋砼保护钢筋NEXTE.G.素混凝土梁素混凝土梁钢筋混凝土梁：钢筋混凝土梁：受拉区配受拉区配2

12、20钢筋钢筋FF=13.4KN 截面开裂并破坏截面开裂并破坏Fcr=15 KN 截面开裂截面开裂; Fu=87KN 截面破坏。截面破坏。200300Fft2003002 20梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。示例示例BACK2.2 2.2 钢筋钢筋一、钢筋的力学性能一、钢筋的力学性能有明显屈服点（软钢）有明显屈服点（软钢）0 dabce d0 条件屈服强度条件屈服强度 0.2=0.85 b无明显屈服点（硬钢）无明显屈服点（硬钢）c 0.20.2%a比例极限比例极限 p c屈服强度屈服强度 y d极限强度极限强度 b 二、钢筋的种类及选二、钢筋的种类及选

13、用用强度高，塑性低强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高，粘结性好强度高强度高预应力钢筋预应力钢筋钢筋钢筋热轧钢筋热轧钢筋钢钢 丝丝钢绞线钢绞线热处理钢筋热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋非预应力钢筋强度强度塑性塑性弱弱强强高高低低Fig. 我国常见钢筋外形我国常见钢筋外形普通钢筋强度标准值（N/mm2）种 类符号fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335热轧钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)400三、钢筋的计

14、算指三、钢筋的计算指标标钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值具有具有95%保证率保证率的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈服强度确定，用服强度确定，用 表示；预应力钢绞线、钢丝和热处表示；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定，用理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定，用 表示。表示。ykfptkf1 . 1, ssykykyyffff ，2 . 1, ssptkptkpypyffff ，热轧钢筋强度设计值：热轧钢筋强度设计值：预应力钢筋强度设计值：预应力钢筋强度设计值：见表见表2-1见表见表2-2四、钢筋的截面面四、钢筋

15、的截面面积积常规直径常规直径:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32mm12种。种。等于标准值除以分项系数。等于标准值除以分项系数。2.3 2.3 混凝土混凝土一、混凝土的强一、混凝土的强度度定义：定义：水泥胶体水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块水泥结晶体和水泥胶块)弹性骨架弹性骨架（混凝土）（混凝土）水泥水泥+水水石子、沙子石子、沙子强度等级：强度等级：立方体抗压强度是指按照标准方法立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的制作养护的边长为边长为150mm的立方的立方体体试件，在试件，在28天天龄期，用龄期，用标准试验标准试验方法方法测得的抗压强度。测得的抗压强度

16、。C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80共共14级级C 混凝土混凝土15立方体抗压强度的标准值为立方体抗压强度的标准值为15N/mm2砼强度等级砼强度等级cuf立方体抗压强度立方体抗压强度150mm150mm150mm定义：定义：折算：折算：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为截面为150mm150mm高高300mm的棱柱体的棱柱体，在，在28天天龄龄期，用期，用标准试验方法标准试验方法测得的抗压强度。测得的抗压强度。轴心抗压强度轴心抗压强度cf（棱柱体抗压强度）（棱柱体抗压强度）轴心抗拉强度轴心抗拉强度 255. 0

17、348. 0ccutff cucccff2188. 0 1c轴心抗压强度与立方体抗压强度比值轴心抗压强度与立方体抗压强度比值2c高强混凝土脆性折减系数高强混凝土脆性折减系数0.88经验折减系数经验折减系数二、混凝土的变二、混凝土的变形形 cu c c0ABCDfc 0残余变形残余变形弹性变形弹性变形OA弹性阶段弹性阶段AB微裂缝开展微裂缝开展BC弹塑性，竖向裂缝形成弹塑性，竖向裂缝形成CD下降段下降段混凝土是弹塑性材料混凝土是弹塑性材料收缩原因收缩原因 ：水分蒸发水分蒸发影响收缩的因素：影响收缩的因素：配合比、养护、体表比配合比、养护、体表比对构件影响：对构件影响：构件产生裂缝；构件产生裂缝；

18、引起预应力损失引起预应力损失收缩收缩 砼在空气中硬化体积减小的现象砼在空气中硬化体积减小的现象收缩、徐变收缩、徐变影响收缩的因素：影响收缩的因素：配合比、养护、应力条件配合比、养护、应力条件对构件影响：对构件影响：增大变形；增大变形；引起内力重分布；引起内力重分布；引起预应力损失引起预应力损失徐变徐变砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形收缩原因收缩原因 ：水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展三、混凝土强度等级的选三、混凝土强度等级的选用用砼结构砼结构C15；HRB335级以上钢筋级以上钢筋C20；预应力结构预应力结构C30；钢

19、丝、钢绞线和热处理钢筋；钢丝、钢绞线和热处理钢筋C40四、混凝土的计算指标四、混凝土的计算指标钢筋的强度标准值：钢筋的强度标准值：钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值 4 . 1, cctkcktcffff 具有具有95%保证率保证率的基本代表值的基本代表值 。ckf2.4 2.4 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结粘结机理粘结机理粘结强度粘结强度 钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值。应力的最大值。影响因素：影响因素： 钢筋的表面形状、直径；钢筋的表面形状、直径；砼的强度等级、保护层厚度；砼的强度等级、保护层厚度；侧向压力及横向钢筋；侧向压力及横向钢

20、筋；浇筑位置；等浇筑位置；等构造措施：构造措施：钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件一、梁、板的构一、梁、板的构造造二、受弯构件正截面承载力二、受弯构件正截面承载力计算计算三、受弯构件斜截面承载力计三、受弯构件斜截面承载力计算算四、受弯构件裂缝宽度和挠度的四、受弯构件裂缝宽度和挠度的计算计算3.1 3.1 梁、板的构造梁、板的构造一、板的构造一、板的构造板的厚度板的厚度板的配筋板的配筋单跨板，单跨板，l0 /35；多跨连续板，；多跨连续板， l0 /40。且。

21、且 60mm受力钢筋受力钢筋分布钢筋分布钢筋计算确定计算确定sA,%15&%15cssAA 2506& mmmmhmmhmmmmh70&250&5 . 1,150200,150 受力钢筋受力钢筋分布钢筋分布钢筋分布钢筋分布钢筋受力钢筋受力钢筋cA承受拉力承受拉力固定受力筋位置；阻止砼开裂固定受力筋位置；阻止砼开裂二、梁的构造二、梁的构造梁的截面梁的截面horhblh 415 . 21,5 . 2121;14181开放式开放式封闭式封闭式双肢双肢3,4004,400 nmmbornmmb四肢四肢单肢单肢mmb150 箍筋箍筋, 架立筋架立筋弯起钢筋弯起钢筋弯起钢筋

22、弯起钢筋纵向受力钢筋纵向受力钢筋梁的配筋梁的配筋纵向受力钢筋纵向受力钢筋箍筋箍筋计算确定计算确定sA承受弯矩引起的拉力承受弯矩引起的拉力承受剪力和弯矩引起的主拉力，固定纵向筋承受剪力和弯矩引起的主拉力，固定纵向筋弯起钢筋弯起钢筋弯起段承受剪力和弯矩引起的主拉力，弯起后水平段承受弯起段承受剪力和弯矩引起的主拉力，弯起后水平段承受支座负弯矩支座负弯矩计算确定计算确定架立钢筋架立钢筋固定箍筋，形成钢筋骨架固定箍筋，形成钢筋骨架计算确定，并满足构造要求计算确定，并满足构造要求构造确定构造确定纵向构造钢筋（当腹板高纵向构造钢筋（当腹板高450mm）减小梁腹部裂缝宽度减小梁腹部裂缝宽度构造确定构造确定mm

23、dmmhmmdmmh8,30010,300 mmdmlmmdmlmmdml12,610,648,4 dmm &25 60,80045,800 mmhmmh三、混凝土保护层和截面有效高度三、混凝土保护层和截面有效高度混凝土保护层厚（）混凝土保护层厚（）钢筋外缘砼厚度。构造要钢筋外缘砼厚度。构造要求见表求见表3-1，3-2截面的有效高度（截面的有效高度（h0）受压砼边缘至受拉钢筋合受压砼边缘至受拉钢筋合力点的距离力点的距离sahh 0mmhh350单排受拉钢筋单排受拉钢筋,mmhh600双排受拉钢筋双排受拉钢筋,板板,C=15mm,mmhh20025 dh0C25 dC30 1.5dhas

24、h0ChCCCas15,d20070hh0as3.2 3.2 受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算一、受弯构件正截面的破坏一、受弯构件正截面的破坏形式形式 适当适当, 截面开裂以后截面开裂以后 sfy，随着荷载，随着荷载增大，裂缝开展、增大，裂缝开展、 s,f 增加，当增加，当 f=fy(屈屈服荷载服荷载), s=fy，荷载稍增加，荷载稍增加， c= cu 砼被砼被压碎。压碎。“延性破坏延性破坏”适筋梁适筋梁超筋梁超筋梁 过多过多 , 出现许多小裂缝，但出现许多小裂缝，但 sfy, 当当 c= cu, 压区砼被压碎，梁破坏。压区砼被压碎，梁破坏。 “脆脆性破坏性破坏”少筋梁少筋梁二

25、、适筋梁工作的三阶段二、适筋梁工作的三阶段0.40.60.81.0aaaMcrMyMu0 fM/Mua，裂缝出现。，裂缝出现。MMcra，MMy。正常使用正常使用状态状态 第第阶段：阶段：弹性工作阶段弹性工作阶段 第第阶段：阶段： 带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段 a，MMu。是正截面是正截面抗弯计算依据抗弯计算依据 第第 阶段：阶段：破坏阶段破坏阶段三、受弯构件承载力计算的一般规三、受弯构件承载力计算的一般规定定 等效矩形应力图形等效矩形应力图形基本假定基本假定:不考虑混凝土抗拉强度，拉力完全由钢筋承担；不考虑混凝土抗拉强度，拉力完全由钢筋承担；压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图。压区混凝

26、土以等效矩形应力图代替实际应力图。CTszMM = Cz fcxn ycCTszMM = Cz fc ycx=xnsyAf0 xsyAf01xxcf1三、受弯构件承载力计算的一般规三、受弯构件承载力计算的一般规定定 等效矩形应力图形等效矩形应力图形基本假定基本假定:不考虑混凝土抗拉强度，拉力完全由钢筋承担；不考虑混凝土抗拉强度，拉力完全由钢筋承担；压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图。压区混凝土以等效矩形应力图代替实际应力图。两应力图形面积相等且合理两应力图形面积相等且合理C作用点不变。作用点不变。等效原则等效原则:CTszMM = Cz fcxn ycCTszMM = Cz fc ycx

27、=xnsyAf0 xsyAf01xxcf1其中，其中， 其余内插。其余内插。 94. 0,74. 0,80; 1, 8 . 0,501111 CC界限破坏：界限破坏：当梁的配筋率达到最大配筋率当梁的配筋率达到最大配筋率 时，时，受拉钢筋屈服受拉钢筋屈服的同的同时，时，受压区边缘的混凝土受压区边缘的混凝土也达到极限压应变也达到极限压应变被压碎破坏被压碎破坏，这种破坏称为界限破坏。这种破坏称为界限破坏。max 界限相对受压区高度界限相对受压区高度 和最大配筋率和最大配筋率max b 界限相对受压区高度：界限相对受压区高度：当受弯构件处于界限破坏时，等效矩形界面的界当受弯构件处于界限破坏时，等效矩形

28、界面的界限受压区高度限受压区高度 与截面有效高度与截面有效高度 的比值的比值。bx0h 可用来判断构件破坏类型，衡量破坏时钢筋强度是否充分利用。可用来判断构件破坏类型，衡量破坏时钢筋强度是否充分利用。b0hxbb超筋破坏超筋破坏bhx 0适筋破坏适筋破坏b 取值见P32表3-3b 最大配筋率最大配筋率ycbsbbbffbhAhx10max0 C=fcbxTs=sAsM fcx=xnsyAf0hxbbbcbxfC1cf1经济配筋率：梁：经济配筋率：梁： =（0.51.6）%；板：；板： =（0.40.8）%四、单筋矩形截面正截面承载力计算四、单筋矩形截面正截面承载力计算 基本公式及其适用条件基本公式及其适用条件C=fcbxTs=sAsM fcx=xnsyAfbxfCc1