建筑构造设计方法

1、建筑企业专业管理人员岗位资格培训教材房屋结构主讲：李老师学尔森专修学院第一章 建筑结构的荷载及设计方法第一节 建筑结构的分类第二节 建筑结构的荷载第三节 建筑结构的设计方法第一节 建筑结构的分类1.1 结构的定义结构的定义1.1.1 结构是指工程实体的受力体系结构是指工程实体的受力体系 建筑结构是指组成工业与民用房屋建筑包括基础在内的承建筑结构是指组成工业与民用房屋建筑包括基础在内的承重骨架体系。为房屋建筑结构的简称。重骨架体系。为房屋建筑结构的简称。1.1.2 结构的功能结构的功能 结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求:1) 在正常施工和正

2、常使用时能承受可能出现的各种作用；在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种作用；2) 在正常使用时具有良好的工作性能；在正常使用时具有良好的工作性能；3) 在正常维护下具有足够的耐久性能；在正常维护下具有足够的耐久性能；4) 在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性。体稳定性。1.2 建筑结构的分类建筑结构的分类（一）（一）按材料分类按材料分类1). 混凝土结构：素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝混凝土结构：素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构。土结构。 适用范围：广泛用于一般工业与民用建筑及多种特种结构适用

3、范围：广泛用于一般工业与民用建筑及多种特种结构（水塔、水池、烟囱等）中。（水塔、水池、烟囱等）中。 优点：强度高、节约钢材、耐火耐久、可模性好（可塑性优点：强度高、节约钢材、耐火耐久、可模性好（可塑性好）、整体性好。好）、整体性好。 缺点：自重大，抗裂性差、现浇时耗费模板多、工期长等。缺点：自重大，抗裂性差、现浇时耗费模板多、工期长等。 随着建筑技术的发展，钢筋混凝土结构的缺点正逐步得到克随着建筑技术的发展，钢筋混凝土结构的缺点正逐步得到克服，例如采用轻骨料混凝土减轻自重，采用预应力混凝土结服，例如采用轻骨料混凝土减轻自重，采用预应力混凝土结构提高结构的抗裂性，采用预制构件克服模板耗费多和工期

4、构提高结构的抗裂性，采用预制构件克服模板耗费多和工期长的缺点。长的缺点。2). 砌体结构：是由烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、砌体结构：是由烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖、混凝土砌块及石材等块材通过砂浆砌筑而蒸压粉煤灰砖、混凝土砌块及石材等块材通过砂浆砌筑而成的结构。成的结构。 适用范围：主要用于居住建筑和多层民用房屋（如办公楼、适用范围：主要用于居住建筑和多层民用房屋（如办公楼、教学楼、旅馆等）中。教学楼、旅馆等）中。 优点：就地取材、造价低廉、耐火性能好、施工方便、工优点：就地取材、造价低廉、耐火性能好、施工方便、工艺比较简单。艺比较简单。 缺点：自重大，强度低、抗震

5、性能差、施工砌筑进度慢，缺点：自重大，强度低、抗震性能差、施工砌筑进度慢，不适应建筑工业化的要求。不适应建筑工业化的要求。 挖掘粘土烧砖，与农业争地，是一个值得高度重视的问挖掘粘土烧砖，与农业争地，是一个值得高度重视的问题。上海市目前禁止使用粘土砖。题。上海市目前禁止使用粘土砖。3). 钢结构：以钢材为主的结构。钢结构：以钢材为主的结构。 适用范围：主要用于大跨度的建筑屋盖（如体育馆、剧适用范围：主要用于大跨度的建筑屋盖（如体育馆、剧院等）、吊车吨位很大或跨度很大的工业厂房骨架，以及院等）、吊车吨位很大或跨度很大的工业厂房骨架，以及超高层建筑的房屋骨架。超高层建筑的房屋骨架。 优点：钢结构材料

6、质量均匀、强度高，构件截面小、重量优点：钢结构材料质量均匀、强度高，构件截面小、重量轻，可焊性好，制造工艺简单。轻，可焊性好，制造工艺简单。 缺点：钢材易腐蚀，耐火性差，成本高。缺点：钢材易腐蚀，耐火性差，成本高。4). 木结构：以木材为主的结构。木结构：以木材为主的结构。 适用范围：受到自然条件的限制，仅在山区和林区使用。适用范围：受到自然条件的限制，仅在山区和林区使用。 优点：制作简单，自重轻，容易加工。优点：制作简单，自重轻，容易加工。 缺点：易燃、易腐蚀。缺点：易燃、易腐蚀。5). 钢混凝土组合结构：结构构件用型钢和混凝土组成，钢混凝土组合结构：结构构件用型钢和混凝土组成，或型钢、钢筋

7、和混凝土组成。或型钢、钢筋和混凝土组成。 （1）钢混凝土组合楼板（）钢混凝土组合楼板（见下图见下图） （2）钢骨混凝土结构（又称劲性混凝土结构）：以型钢）钢骨混凝土结构（又称劲性混凝土结构）：以型钢为骨架外包钢筋混凝土组成的结构。其截面形式为骨架外包钢筋混凝土组成的结构。其截面形式见附图见附图。（以深圳帝王大厦为例）（以深圳帝王大厦为例） （3）钢管混凝土结构：在封闭的薄壁钢管中浇注混凝土形）钢管混凝土结构：在封闭的薄壁钢管中浇注混凝土形成的组合结构，一般用作受压构件。成的组合结构，一般用作受压构件。（以日本东京中央区（以日本东京中央区高层住宅为例）高层住宅为例）钢混凝土组合梁板结构钢混凝土组

8、合梁板结构，梁下部用钢梁，上部用，梁下部用钢梁，上部用混凝土（一般采用压型钢混凝土（一般采用压型钢板混凝土组合板）。钢板混凝土组合板）。钢梁和混凝土板之间用剪力梁和混凝土板之间用剪力连接件连接。主要用于高连接件连接。主要用于高层楼盖、吊车梁和桥梁结层楼盖、吊车梁和桥梁结构。构。优点：钢混凝土组合梁优点：钢混凝土组合梁截面中混凝土主要受压，截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分利用材料钢梁受拉，充分利用材料。混凝土板参与组合梁工。混凝土板参与组合梁工作，提高钢梁的竖向和侧作，提高钢梁的竖向和侧向刚度。向刚度。缺点：钢材易腐蚀，耐火缺点：钢材易腐蚀，耐火性差。性差。钢混凝土组合梁板结构 深圳帝王大厦

9、深圳帝王大厦81层，高层，高325米。是我国目前最高的钢米。是我国目前最高的钢混凝土组合结构，混凝土组合结构，58层以下采用钢骨混凝土柱。层以下采用钢骨混凝土柱。日本东京中央区高层住宅日本东京中央区高层住宅（a）标准层平面）标准层平面 （b）梁柱接头）梁柱接头 该住宅地该住宅地上上33层，高层，高99.9米，采用钢管混米，采用钢管混凝土柱、钢骨混凝土柱、钢骨混凝土梁结构，是凝土梁结构，是钢混凝土组合钢混凝土组合结构的一个成功结构的一个成功范例。内部范例。内部2排排柱用圆管，外部柱用圆管，外部4排柱用方管，排柱用方管，混凝土强度混凝土强度36-42MPa 钢管混凝土柱充分发挥钢管和混凝土的作用。

10、对于混凝土而言，混凝土钢管混凝土柱充分发挥钢管和混凝土的作用。对于混凝土而言，混凝土在荷载作用下处于三向受压状态，抗压强度和变形能力显著提高。对于薄在荷载作用下处于三向受压状态，抗压强度和变形能力显著提高。对于薄壁钢管，中间填实混凝土以后，大大提高了侧向稳定性。钢管混凝土柱承壁钢管，中间填实混凝土以后，大大提高了侧向稳定性。钢管混凝土柱承载能力很高，重量轻，耐疲劳，耐冲击。而且核心混凝土没有钢筋，浇筑载能力很高，重量轻，耐疲劳，耐冲击。而且核心混凝土没有钢筋，浇筑混凝土很方便，施工简便。混凝土很方便，施工简便。 钢管混凝土柱一般用于单柱承载力大的高层、大跨度、重荷载的结构。钢管混凝土柱一般用于

11、单柱承载力大的高层、大跨度、重荷载的结构。如工业厂房框架柱或排架柱、高层建筑的底层柱等。如工业厂房框架柱或排架柱、高层建筑的底层柱等。（二）按受力和结构特点分类（二）按受力和结构特点分类 1. 混合结构：楼、屋盖一般采用钢筋混凝土结构构件，墙体和基混合结构：楼、屋盖一般采用钢筋混凝土结构构件，墙体和基础采用砌体结构。础采用砌体结构。（见附图）（见附图）2. 排架结构：主要承重体系是屋面横梁（屋架或屋面大梁）、柱排架结构：主要承重体系是屋面横梁（屋架或屋面大梁）、柱及基础，主要用于单层工业厂房。及基础，主要用于单层工业厂房。（见附图）（见附图）3. 框架结构：由横梁和柱及基础组成的主要承重体系。

12、框架结构：由横梁和柱及基础组成的主要承重体系。（见附图）（见附图）4. 剪力墙结构：纵、横布置的成片钢筋混凝土墙体称为剪力墙。剪力墙结构：纵、横布置的成片钢筋混凝土墙体称为剪力墙。剪力墙和钢筋混凝土楼、屋盖整体连接形成剪力墙结构。剪力墙和钢筋混凝土楼、屋盖整体连接形成剪力墙结构。（见（见附图）附图）5. 其他形式的结构：其他形式的结构：（1）高层和超高层结构体系中有：框架剪力墙结构、框架筒）高层和超高层结构体系中有：框架剪力墙结构、框架筒体结构、筒中筒结构等。体结构、筒中筒结构等。（2）单层厂房：刚架结构）单层厂房：刚架结构（3）单层大跨度房屋的屋盖：壳体结构、网架结构、悬索结构等。）单层大跨

13、度房屋的屋盖：壳体结构、网架结构、悬索结构等。混合结构剪力墙结构框架结构排架结构为了让大家有一个更直观感觉，再举一些实例框架结构混凝土排架结构单层厂房混凝土剪力墙结构钢结构单层厂房第二节 建筑结构的荷载2.1 荷载的定义荷载的定义 施加在结构上的集中力或分布力（如人群、设备、风、雪、施加在结构上的集中力或分布力（如人群、设备、风、雪、构件自重等）称为直接作用，也称荷载；引起结构外加变构件自重等）称为直接作用，也称荷载；引起结构外加变形或约束变形的原因（如温度变化、地基不均匀变形、地形或约束变形的原因（如温度变化、地基不均匀变形、地面运动等）称为间接作用。面运动等）称为间接作用。2.2 荷载的分

14、类荷载的分类一、按随时间的变异分类：一、按随时间的变异分类：1)1)永久作用永久作用 在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用相比可以忽略不计的作用（例如结构自重、土压力、预应（例如结构自重、土压力、预应力等）力等）。2)2)可变作用可变作用 在设计基准期内其量值随时间变化且其变化与平均值相在设计基准期内其量值随时间变化且其变化与平均值相比不可忽略的作用比不可忽略的作用（例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰（例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、多遇地震、多遇地震等

15、）等）。 3)3)偶然作用偶然作用 在设计基准期内不一定出现而一旦出现其量值很大且在设计基准期内不一定出现而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用持续时间很短的作用（例如（例如罕遇地震、罕遇地震、爆炸力、撞击力爆炸力、撞击力等）等） 。 * *设计基准期设计基准期 为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。用的时间参数。 （例如（例如我国规范定为我国规范定为5050年年）二、按随空间位置的变异分类：二、按随空间位置的变异分类：1)1)固定作用固定作用 在结构上具有固定分布的作用在结构上具有固定分布的作用2)2)自由作用自由作用 在

16、结构上一定范围内可以任意分布的作用在结构上一定范围内可以任意分布的作用三、按结构的反应特点分类：三、按结构的反应特点分类：1)1)静态作用静态作用 使结构产生的加速度可以忽略不计的作用使结构产生的加速度可以忽略不计的作用2)2)动态作用动态作用 使结构产生的加速度不可忽略不计的作用使结构产生的加速度不可忽略不计的作用第三节 建筑结构的设计方法本节要点本节要点1）结构的使用功能要求（安全、适用、耐）结构的使用功能要求（安全、适用、耐久），结构的可靠性、可靠度；久），结构的可靠性、可靠度；2）结构极限状态的概念（承载能力极限状态、）结构极限状态的概念（承载能力极限状态、正常使用极限状态）；正常使用

17、极限状态）；3）作用效应）作用效应S和结构抗力和结构抗力R及设计中的不确及设计中的不确定性；定性；4）结构设计方法）结构设计方法进行工程结构的设计、需要保证其安全可进行工程结构的设计、需要保证其安全可靠、经济合理靠、经济合理;然而，在实际工程结构中存在多种不确定然而，在实际工程结构中存在多种不确定性因素性因素;(荷载作用、结构尺寸、材料强度；计算简图、荷载作用、结构尺寸、材料强度；计算简图、计算理论与实际情况；人为错误）计算理论与实际情况；人为错误）结构设计方法就是研究工程设计中的各种结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得不确定性问题，取得安全可靠与经济合理安全可靠与经济合理之

18、间的均衡。之间的均衡。概述概述可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称。安全性、适用性和耐久性的总称。可靠性：结构在规定的使用期限内（一般设计使用年可靠性：结构在规定的使用期限内（一般设计使用年限限=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。可靠度：结构在规定的使用期限内（一般设计使用年可靠度：结构在规定的使用期限内（一般设计使用年限限=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的概率。

19、正常使用和维护），完成预定结构功能的概率。结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。法要解决的问题。结构的可靠性结构的可靠性 显然，这种可靠性与经济的均衡受到多方面显然，这种可靠性与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。护和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度要求，也是国家法律。要求，也是国家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使设计人

20、员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。准，增加结构的可靠度。规范规范3.2.1经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用考虑维修，损失及修复的费用结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限状态极限状态”3.1

21、3.1 极限状态极限状态极限状态的定义：极限状态的定义： 规范规范3.1.2整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规整个结构或结构的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。定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态的分类：极限状态的分类：承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限状态极限状态”3.2 3.2 极限状态极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。能要求。 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）；结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）； 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑