建筑结构概念设计（PPT123）

建筑结构构概念设设计教材：建建筑结构构概念设设计及案案例本书提出出了结构构概念设设计的概概念、原原则和思思路，并并介绍相相关案例例。“概念”部分说明明结构概概念设计计的地位位和作用用、基本本思路、、基本做做法以及及设计中中常用到到的结构构概念。。“原则”部分说明明结构概概念设计计的经验验认识、、基本要要领和基基本方法法。“案例”部分则通通过介绍绍国内外外一些著著名建筑筑结构工工程和著著名结构构工程师师所做的的结构方方案和结结构设计计要点，，探讨他他们怎样样将一些些结构概概念运用用到设计计中。适适用于对对当前建建筑工程程专业学学生缺乏乏工程意意识以及及结构设设计人员员做方案案能力不不强的现现象而写写作的。。参考书：：《建筑结构构概念体体系与估估算》作者：罗罗福午清清华大大学出版版社，1991该书为建建筑学专专业建筑筑结构课课程的教教材，从从结构的的概念、、体系和和估算几几个方面面进行阐阐述。对对结构设设计也不不失为一一本好的的教材。。《结构概念念和体系系》林同炎，，S.D.思多台斯斯伯利，，中国建建筑工业业出版社社，该书为结结构工程程师提供供了广泛泛而又有有独特见见解的结结构概念念设计基基础知识识和设计计实例。。着重介介绍用整整体概念念来规划划结构总总体方案案的方法法，以及及结构总总体系和和各分体体系间的的相互力力学关系系和简化化近似设设计方法法。为结结构工程程师和建建筑师在在设计中中创造性性地相互互配合，，设计出出令人满满意的建建筑奠定定基础。。概念设计计是展现现先进设设计思想想的关键键，一个个结构工工程师的的主要任任务就是是在特定定的建筑筑空间中中用整体体的概念念来完成成结构总总体方案案的设计计，并能能有意识识地处理理构件与与结构、、结构与与结构的的关系。。一一般般认为，，概念设设计做得得好的结结构工程程师，随随着他的的不懈追追求，其其结构概概念将随随他的年年龄与实实践的增增长而越越来越丰丰富，设设计成果果也越来来越创新新、完善善。但但随着社社会分工工的细化化，大部部分结构构工程师师只会依依赖规范范、设计计手册、、计算机机程序做做习惯性性传统设设计，缺缺乏创新新，更不不愿（不不敢）创创新，有有的甚至至拒绝对对新技术术、新工工艺的采采纳（害害怕承担担创新的的责任））。大大部部分工程程师在计计算机结结构程序序设计全全面应用用的今天天，对计计算机结结果明显显不合理理、甚至至错误则则不能及及时发现现；随着着年龄的的增长，，导致他他们在大大学学的的那些孤孤立的概概念都被被逐渐忘忘却，更更谈不上上设计成成果的不不断创新新。强调概念念设计的的重要性性（（１１）现行行的结构构设计理理论与计计算方法法存在许许多缺陷陷或不可可计算性性，如混混凝土结结构设计计，内力力计算是是基于弹弹性理论论的计算算方法，，而截面面设计却却是基于于塑性理理论的极极限状态态设计方方法，这这一矛盾盾使计算算结果与与结构的的实际受受力状态态差之甚甚远，为为了弥补补这类计计算理论论的缺陷陷，或者者实现对对实际存存在的大大量无法法计算的的结构构构件的设设计，都都需要概概念设计计与结构构措施来来满足结结构设计计的目的的。（（２２）同时时计算机机结果的的高精度度特点，，往往给给结构设设计人员员带来对对结构工工作性能能的误解解，结构构工程师师只有加加强结构构概念的的培养，，才能比比较客观观、真实实地理解解结构的的工作性性能。（（３）概概念设计计之所以以重要，，还在于于在方案案设计阶阶段，初初步设计计过程是是不能借借助于计计算机来来实现的的。这就就需要结结构工程程师综合合运用其其掌握的的结构概概念，选选择效果果最好、、造价最最低的结结构方案案。概念设计计的思想想被越来来越多的的结构工工程师所所接受，，并将在在结构设设计中发发挥越来来越大的的作用。。然而现现在的高高校教学学中，往往往只重重视单独独构件和和孤立的的分体系系的力学学概念讲讲解。尤尤其在专专业课教教学中，，单项计计算练习习居多，，综合练练习偏少少，并着着重体现现在考题题中，使使得相当当部分学学生养成成只知套套用公式式解题的的习惯。。而且近近年来强强调计算算机应用用教育，，比如，，毕业设设计用结结构设计计软件计计算、出出图。但但由于计计算机设设计过程程的屏蔽蔽，手算算过程训训练程度度的削弱弱，造成成学生产产生一定定依赖性性,结果综合合运用能能力下降降，整体体结构体体系概念念模糊。。这些对对于培养养具有创创造力、、未来的的工程师师是相当当不利的的。另一方面，，随着社会会经济的发发展和人们们生活水平平的提高，，对建筑结结构设计也也提出了更更高的要求求。发展先先进计算理理论，加强强计算机的的应用，加加快新型高高强、轻质质、环保建建材的研究究与应用，，使建筑筑结构设计计更加安全全、适用、、可靠、经经济是当务务之急。其其中，打破破建筑结构构设计中的的墨守成规规，充分发发挥结构工工程师的创创新能力，，是相当必必要的。这这则需要工工程界和教教育界进行行共同的努努力。推广广概念设计计思想是一一种有效的的办法。第一章概概述1.1建筑结构及其其作用结构：具有足足够抵抗能力力的建筑空间间的骨架结构问题的主主要表现（1）满足建筑空空间和功能的的需求（2）符合承载力力和耐久性的的需要（3）合理利用结结构材料及其其性能（4）连接构造和和经济问题（5）要体现科技技和工程的新新发展（6）结构与建筑筑艺术要融为为一体造价：占总造造价30-40%工期：占总工工期40-50%建筑设计方针针：以前：适用、、经济、在可可能的条件下下注意美观。。现在设计方针针：适用、经经济、美观1.2结构概念设计计的概念所谓的概念设设计一般指不不经数值计算算，尤其在一一些难以作出出精确理性分分析或在规范范中难以规定定的问题中，，依据整体结结构体系与分分体系之间的的力学关系、、材料性能、、建造技术、、结构破坏机机理、震害、、试验现象和和工程经验所所获得的基本本设计原则和和设计思想，，从整体的角角度来确定建建筑结构的总总体布置和抗抗震细部措施施的宏观控制制。运运用概念性近近似估算方法法，可以在建建筑设计的方方案阶段迅速速、有效地对对结构体系进进行构思、比比较与选择，，易于手算。。所得方案往往往概念清晰晰、定性正确确，避免后期期设计阶段一一些不必要的的繁琐运算，，具有较好的的的经济可靠靠性能。同时时，也是判断断计算机内力力分析输出数数据可靠与否否的主要依据据。有人比喻喻为慧件（wiseware）(相对于计算程程序为“软件（software）”和计算算机为为“硬件（hardware）”)。1.3概念设设计在在建设设工程程中的的地位位我国现现行工工程建建设程程序如如图对一栋栋建筑筑，设设计过过程为为设计任任务书书方案设设计阶阶段初步设设计阶阶段技术设设计阶阶段施工图图设计计阶段段施工图图审查查阶段段付诸施施工过过程（（施工工中不不断修修改设设计））竣工验验收目前，，主要要任务务为进进行设设计构构思，，综合合处理理规划划、建建筑、、结构构、设设备、、施工工等诸诸方面面关系系，方方案论论证，，形成成总体体设计计方案案。这里为为总的的概念念设计计，结结构概概念设设计应应贯穿穿整个个设计计过程程。处理各各工种种技术术问题题进行各各工种种细部部设计计建筑设设计与与结构构设计计一栋建建筑物物好比比一个个人，，建筑筑相应应于人人的容容貌、、体型型、气气质；；结构构相应应于人人的骨骨骼、、耐力力、寿寿命；；水电电暖等等设备备相应应于人人的神神经、、脉络络、器器官。。因此此设计计一个个建筑筑物需需要各各工种种的共共同合合作。。其中，，建筑筑与结结构设设计者者的合合作是是最基基本的的，也也是最最重要要的。。特提提出四四个合合作的的层次次（（1）首先先是合合作（（即各各人做做各的的设计计，遇遇到矛矛盾，，协商商解决决）——最低层层次的的要求求（（2）其次次是结结合（（即虽虽个人人做各各的设设计，，但都都相互互了解解，主主动的的互相相补充充）——较高层层次的的要求求（（3）第三三是融融合（（即你你中有有我，，我中中有你你，融融为一一体，，结构构自觉觉地考考虑建建筑问问题，，建筑筑自觉觉地考考虑结结构问问题））——更高层层次的的要求求（（4）第四四是统统一（（即结结构工工程师师就是是好的的建筑筑师，，建筑筑师就就是好好的结结构工工程师师，两两类人人才的的素质质统一一在一一个人人身上上）——最高层层次的的要求求1.4建筑结结构的的基本本构件件类型型1.4.1基本构构件的的类型型主要有有12种类型型（1）板（2）梁（3）柱（4）框架架（属属结构构单元元）（5）桁架架（6）网架架（7）拱（8）壳体体（9）墙（10）索（11）薄膜（12）基础1.4.2各种构件之之间的区别别和联系构件的分类类刚性的基本本构件（1）线形构件件——直线形：梁、柱、框框架、桁架架；曲线形：梁、拱；（2）面形构件件——平面形：板、墙、框框架、桁架架和平板网架组组成的平面面结构构件件单曲面形：：拱板、拱和和桁架组成成的单曲面结结构构件双曲面形：：各种壳体、、网架构成成的壳面结构构构件非刚性（柔柔性）的基基本构件（（1）线形构件件——直线形：拉索；曲线形：悬索；（（2）面形构件件——平面形：拉膜；单曲面形和和薄膜：由拉索构成成的单单曲曲面索构件件；双曲面形：：充气结构、、由金属编编织织物物构成的双双曲面拉索索构件；各各种线形形构件及其其所构成结结构单元见见表

各种种刚性和非非刚性基本本构件和基基本结构单单元见表以以楼盖基基本结构单单元为例，，表1-4给出了其受受荷情况。。1.5建筑结构的的几个基本本概念1.5.1荷载和作用用分类：几点说明：：（1）对建筑结结构，需特特别注意温温度和地基基不均匀沉沉降或差异异沉降，因因为计算中中没有考虑虑（2）静荷载和和动荷载：：大部分荷载载为静荷载载，只有个个别荷载可可看作动荷荷载，如冲冲击荷载、、吊车荷载载、地震作作用等。动荷载是指指荷载施加加的较快，，而快慢是是相对于结结构自振周周期而言，，如在1s内荷载从0增加到其最最大值，对对自振周期期为0.1s的结构，这这种加荷速速度可看作作静荷载，，而对自振振周期为5s的结构，则则可看作动动荷载。如如风荷载，，对低层和和多层建筑筑，为静荷荷载，而对对高层建筑筑或其他柔柔性结构（（塔桅），，则为动荷荷载。（3）荷载和作作用效应的的不利组合合1.5.2结构失效、、材料性能能和结构受受力（1）结构失效效的类型破坏（指材材料达到强强度，使结结构丧失承承载力）、、失稳（构构件压屈））、变形过过大（含裂裂缝过宽））、耐久性性丧失、倾倾覆和滑移移（2）材料性能能特别是材料料的物理力力学性能和和其他指标标，以及各各种材料之之间性能的的差别（钢钢、砼、砌砌体、木材材等）常用的材料料指标：极极限（屈服服）应力和和应变、弹弹性模量、、波松比、、延性、线线膨胀系数数、耐火性性、耐久性性、冷弯性性等（3）结构受力力主要掌握各各类构件在在不同荷载载下的受力力性能、破破坏机理、、破坏模式式等1.5.4结构的三个个基本分体体系水平体系、、竖向体系系和基础体体系1.5.5关于地基的的基本概念念设计工作涉涉及持力层层的选择、、地基承载载力确定、、基础形式式、软弱地地基的处理理等，使设设计中较难难的部分。。（1）地基土的的特性压缩性大、、强度低（（抗剪强度度）、透水水性大（2）土的物理理指标天然容重（（重度）：：16—20kN/m3含水率=水重/固体颗粒重重=0—60%（沙土0—40%，粘土20—60%）孔隙比=孔隙体积/固体体积=0.5—1.2(沙土<0.6，粘性土<1时为良好好地基））无粘性土土分为密密实、中中密、稍稍密和松松散，共共4类粘性土根根据含水水率的不不同，其其性能差差别很大大（3）常见的的不良地地基1）软土：：指抗剪强强度低、、压缩性性高、渗渗透性小小的淤泥泥和淤泥泥质土，，尚未压压实固结结的吹、、冲填土土，松散散砂土等等。参考考性能指指标天然含水水率30—80%，甚至更更高；孔孔隙比1—2；压缩缩系数0.5—1.5；液性指指数0.75—1.0；剪切强强度<20kPa。2）杂填土土3）河岸河沟沟附近场场地，山山坡或山山脚下场场地4）断层或或岩层节节理发育育场地不良地基基需进行行地基处处理（4）地基的的变形特特征指沉降量量、沉降降差、倾倾斜等，，都应满满足规范范的要求求。地基基的变形形是逐渐渐完成的的，一般般多层建建筑在施施工期间间完成的的沉降量量，沙土土为80%，低、中中、高压压缩性土土分别完完成50—80%，20—50%，5—20%；粘性土土完成沉沉降需几几年或几几十年。。（5）地下水水对工程的的影响：：基础埋埋深、施施工排水水、地下下水位升升降（地地基沉降降）、地地下室防防水、水水质侵蚀蚀性、空空心结构构物浮起起等。岩层在地地应力作作用下形形成断裂裂构造，，但未发发生相对对位移时时称为节节理。若若岩层节节理的密密度较大大，称为为节理发发育，此此时，岩岩体被节节理切割割成碎块块，破坏坏了岩层层的整体体性。1.5.6梁、、板板设设计计中中的的几几个个基基本本概概念念（1）常常用用的的截截面面为为矩矩形形和和T形，，更更合合理理的的截截面面为为工工形形和和箱箱形形，，一一般般认认为为，，剪剪力力主主要要由由腹腹板板承承受受，，弯弯矩矩主主要要由由翼翼缘缘承承受受。。（2）单单跨跨简简支支梁梁合合理理的的形形式式为为两两端端伸伸臂臂梁梁，，外外伸伸的的合合理理长长度度为为0.21L至0.225L，此此时时最最大大正正负负弯弯矩矩和和挠挠度度均均比比单单跨跨简简支支梁梁小小得得多多。。（3）对对截截面面有有较较大大转转动动能能力力的的等等截截面面连连续续梁梁，，以以及及最最短短跨跨不不小小于于最最长长跨跨2/3的不不等等跨跨连连续续梁梁，，可可按按下下述述方方法法计计算算弯弯矩矩：：1）在在各各跨跨上上作作简简支支梁梁的的弯弯矩矩图图；；2）假假定定各各支支座座截截面面处处的的负负弯弯矩矩；；取值值参参考考：：每每端端第第二二支支座座M=0.11q[(l1+l2)/2]2每端端第第三三支支座座M=0.08q[(l1+l2)/2]23）将将各各支支座座处处负负弯弯矩矩值值连连成成直直线线，，就就可可求求得得连连续续梁梁的的弯弯矩矩。。（4）在在楼楼盖盖结结构构中中，，常常采采用用双双向向或或三三向向交交叉叉梁梁系系，，它它分分为为正正放放正正交交、、斜斜放放正正交交、、三三向向斜斜交交等等，，正正放放正正交交适适用用于于方方形形楼楼面面。。双向向板板-1双向向板板-2（6）单单向向板板和和双双向向板板1）判判别别：：支支承承条条件件、、板板面面形形状状、、板板边边尺尺寸寸等等2）需需特特别别注注意意：：对对四四角角支支承承板板，，其其受受力力和和刚刚度度比比四四边边支支承承板板更更为为不不利利，，且且其其主主要要受受力力方方向向为为长长边边，，支支承承点点附附近近板板带带承承受受的的弯弯矩矩大大于于跨跨中中板板带带承承受受的的弯弯矩矩，，与与四四边边支支承承板板刚刚好好相相反反。。1.5.7梁、、拱拱和和索索梁：：部部分分受受拉拉、、部部分分受受压压，，应应力力分分布布不不均均匀匀，，不不能能充充分分利利用用材材料料的的强强度度。。对梁梁施施加加一一偏偏心心压压力力，，可可使使梁梁各各截截面面处处于于受受压压或或压压弯弯状状态态，，从从而而提提高高梁梁的的承承载载力力——形成拱同样，对对梁施加加一偏心心拉力，，也能使使梁各截截面处于于受拉或或拉弯状状态，形形成拉杆杆，其极极端情况况为“索索”拱：适宜采用用抗压性性能好的的材料（（砖、砼砼）设计的关关键是合合理选择择拱的外外形（合合理拱轴轴）、确确定承受受推力的的结构措措施。拱的推力力通常采采取以下下措施（1）拉杆；；（2）基础；；（3）由侧面面结构物物承受；；（4）由侧侧面水水平构构件承承受（（水平平屋盖盖）防止拱拱平面面外失失稳，，需设设置侧侧向支支撑索：适宜采采用抗抗拉性性能好好的材材料（（钢索索、钢钢缆））索仅承承受拉拉力，，在房房屋建建筑中中用作作屋面面结构构，由由索网网、边边缘构构件和和支承承构件件三部部分组组成。。索网网有单单曲面面、双双曲面面和交交叉曲曲面。。结构设设计关关键为为索网网的选选取和和支承承处理理，支支承采采用以以下措措施：：（1）用斜斜向牵牵索；；（2）用封封闭的的圆形形或马马鞍形形环梁梁和相相应支支柱；；（3）用对对应的的斜撑撑体系系。1.5.8框架一般情情况，，梁柱柱节点点为刚刚接，，有时时也可可做成成铰接接。（1）框架架柱为为压弯弯（剪剪）构构件，，梁为为弯剪剪构件件；在多层层建筑筑中，当跨跨度较较大时时，梁梁的截截面往往往大大于柱柱截面面，顶顶层柱柱因压压力小小而处处于受受力不不利状状态。。而高层建建筑中中，柱是是主要要抗侧侧力构构件，，柱截截面往往往大大于梁梁截面面，，底层层柱因因承受受的弯弯矩大大而处处于受受力不不利状状态。。（2）必须须考虑虑竖向向荷载载和水水平荷荷载的的不利利组合合。由由于水水平荷荷载的的方向向不同同，梁梁、柱柱端组组合后后的内内力可可能会会发生生较大大变化化，梁梁端可可能会会出现现正弯弯矩。。（3）设计计时应应做到到“强强柱弱弱梁、、强节节点弱弱构件件”，，对R.C.框架，，应做做到““强剪剪弱弯弯”。。（4）在在计计算算框框架架结结构构的的侧侧移移时时，，需需考考虑虑框框架架高高宽宽比比的的影影响响。。当当高高宽宽比比较较大大时时，，需需考考虑虑整整体体弯弯曲曲的的影影响响。。1.5.9平面面桁桁架架和和空空间间网网架架平面面桁桁架架可可看看成成由由（（工工形形））截截面面梁梁演演变变而而来来。。即即将将梁梁截截面面正正应应力力较较小小的的腹腹板板挖挖去去，，形形成成由由上上下下弦弦和和斜斜腹腹杆杆连连接接的的格构构式式梁梁———平面面桁桁架架。。上下下弦弦相相应应于于梁梁的的翼翼缘缘，，承承受受弯弯矩矩引引起起的的压压力力和和拉拉力力；；腹腹杆杆相相应应于于梁梁的的腹腹板板，，承承受受剪剪力力引引起起的的斜斜拉拉力力和和斜斜压压力力。。桁架架杆杆件件均均为为全全截截面面受受力力，，材材料料能能得得到到充充分分的的利利用用，，适适用用跨跨度度较较大大情情况况（（15m——36m）。。桁架架特特点点：：（（1）结结点点为为铰铰结结点点；；（（2）荷荷载载作作用用在在结结点点上上；；（（3）各各杆杆件件主主要要内内力力为为轴轴向向力力（（主主内内力力））；；（（4）由由于于工工程程实实际际并并不不是是理理想想铰铰接接，，由由此此将将产产生生附附加加内内力力（（也也称称次次内内力力）），，对对次次内内力力应应予予以以特特别别注注意意。。桁架架的的形形式式对对杆杆件件内内力力影影响响较较大大，，选选型型时时还还应应考考虑虑屋屋面面防防水水、、屋屋面面板板布布置置等等因因素素。。图图中中拱拱式式桁桁架架受受力力最最合合理理。。空间间网网架架是是平平面面桁桁架架向向空空间间的的演演变变。。既既可做做成成将将平平面面桁桁架架在在两两个个方方向向上上正正交交或或斜斜交交的的网网架架，，也也可可做做成成上上下下弦弦各各自自联联系系成成网网格格，，腹腹杆杆在在两两个个方方向向上上都都起起斜斜杆杆作作用用的的网网架架。。既既可可做做成成平平板板网网架架，，也也可可做做成成折折板板形形或或壳壳形形网网架架。。平板板网网架架一一般般由由柱柱支支承承，，犹犹如如双双向向板板受受力力。。可可按按下下图图求求得得网网架架上上下下弦弦内内力力C（压压力力））和和T（拉拉力力））。。网架架在在概概念念设设计计时时应应注注意意以以下下问问题题（1）选选择择合合适适的的网网格格类类型型和和杆杆件件组组成成；；（2）选选择择网网架架的的节节点点做做法法；；（3）注注意意网网架架与与支支柱柱的的连连接接。。1.5.13结构构受受力力、、变变形形的的相相对对性性（1）结结构构受受力力的的相相对对性性计算算可可得得:(b=1.2a)MA=0.185qab2PA=0.44qa2MB=0.315qa2bPB=0.76qa2可知知两两根根梁梁承承受受的的荷荷载载差差别别不不太太大大。。若假假设设B梁的的线线刚刚度度为为A梁线线刚刚度度的的8倍，，同同理理可可求求得得MA=0.0576qa3；PA=0.096qa2MB=0.552qa3；PB=1.104qa2可知知，，92%的荷荷载载由由B梁承承受受。。即即当当两两个个方方向向交交叉叉梁梁的的线线刚刚度度之之比比为为8左右右时时，，线线刚刚度度大大的的梁梁几几乎乎承承受受全全部部荷荷载载，，而而线线刚刚度度小小的的梁梁几几乎乎不不承承受受荷荷载载。。在结结构构分分析析时时，，若若某某构构件件的的线线刚刚度度比比其其他他构构件件的的线线刚刚度度大大得得多多，，则则可可假假定定该该构构件件的的线线刚刚度度为为无无穷穷大大。。在在正正交交梁梁系系中中，，若若两两个个方方向向梁梁的的线线刚刚度度相相近近，，则则荷荷载载为为双双向向传传递递；；若若线线刚刚度度相相差差较较大大，，则则荷荷载载沿沿线线刚刚度度大大的的方方向向单单向向传传递递。。如如楼楼盖盖中中的的主主次次梁梁等等。。（2）结结构构变变形形的的相相对对性性主要要变变形形和和次次要要变变形形：：如计计算算梁梁的的挠挠度度和和框框架架侧侧移移时时，，常常略略去去构构件件剪剪切切变变形形和和轴轴向向变变形形的的影影响响，，只只考考虑虑弯弯矩矩引引起起的的变变形形。。主体部分和和从属部分分：如当荷载只只施加在主主体结构上上，可单独独取出主体体结构计算算内力，认认为从属部部分内力为为零。当荷荷载只加在在从属结构构上时，可可将主体部部分视为从从属部分的的支承，计计算从属部部分的支座座反力，再再将支座反反力施加在在主体结构构上，计算算内力。1.5.14结构构件的的弯曲变形形（1）弯曲变形形图的规律律

根据弯弯矩和曲率率关系，M大的区段，，变形曲线线的曲率大大；M为零的区段段，变形曲曲线为直线线。刚结点铰结点反弯点（2）绘制弯曲曲变形的步步骤1）先绘出构构件的弯矩矩示意图；；2）根据弯矩矩图和上述述规律作变变形图；一般先从直直接受荷的的构件画起起，按顺序序对与其相相连的构件件作图；1.5.15预应力和预预应力结构构（1）预应力的的概念预应力的概概念从1886年提出，直直到1928年才用于工工程实际。。预应力是是在结构受受荷前，主主动地对结结构施加某某种作用力力，在构件件截面上得得到的应力力。由于所施加加的作用力力在时间、、空间和数数值上都可可以控制和和调整，实实际上是对对结构的一一种控制，，将建筑结构构由仅是一一种被动承承受各种作作用的被动动结构，转转变为一种种可以用它它主动调节节受力和变变形的主动动结构。（2）预应力结结构的优点点１）从材材料上看看，改善善砼的塑塑性，使使其成为为弹性材材料，无无裂缝，，整体性性和耐久久性好；；２）从结结构上看看，提高高构件的的刚度，，减小截截面、减减小变形形，更重重要的构构件的性性能可由由设计者者进行控控制。３）从经经济上看看，可加加大跨度度，降低低层高，，降低砼砼用量和和自重等等。（３）预预应力结结构的理理论１）弹性性理论—施加预应应力后能能使结构构处于弹弹性阶段段；２）荷载载平衡理理论—用预应力力来平衡衡外荷载载，可将将外荷载载对结构构的影响响抵消；；３）全预预应力和和部分预预应力。。（４）预预应力结结构范围围和分类类预应力砼砼结构，，预应力力钢结构构，预应应力组合合结构，，预应力力砌体结结构。有有粘结、、无粘结结预应力力、体外外预应力力。（５）预预应力砼砼结构设设计关键键确定构件件尺寸，，主要是是梁（板板）高度度（厚度度）；布布置预应应力钢筋筋在纵横横向的位位置及施施加预应应力的大大小；关关键截面面的应力力状态和和长期性性能；1.5.16结构抗震震概念设设计几十年来来,在总结地地震灾害害经验中中发现,对结构抗抗震设计计来说,“概念设计计”比“计算设计计”更为重要要。抗震结构构概念设设计的重重要性还还在于不不确定性性因素太太多，如如未来地地震的强强度、性性质，地地震时场场地条件件对结构构影响，，各种材材料在振振动过程程中的性性质等。。我国现行抗震震规范有关概概念设计的主主要内容如下下：（1）选择对建筑筑抗震有利的的场地,宜避开对建筑筑抗震不利的的地段,不应在危险地地段建造甲、、乙、丙类建建筑。对于不不利地段,结构工程师应应提出避开要要求,当无法避开时时,应采取有效措措施,这就考虑了地地震因场地条条件间接引起起结构破坏的的原因,诸如地基土的的不均匀沉陷陷、地震引起起的地表错动动与地裂。（2）建筑的平立立面布置应符符合概念设计计的要求,不应采用严重重不规则的方方案。不规则则的建筑,在结构设计时时要进行水平平地震作用计计算和内力调调整,并应对薄弱部部位采取有效效的抗震构造造措施。（３）结构材材料选择与结结构体系的确确定应符合抗抗震结构的要要求。采用哪哪一种结构材材料,什么样的结构构体系,经技术经济条条件比较综合合确定。同时时力求结构的的延性好,尽量降低房屋屋重心,充分发挥材料料的强度,并提出了结构构两个主轴方方向的动力特特性(周期和振型)相近的抗震概概念。（４）尽可能能设置多道抗抗震防线。地地震有一定的的持续时间,而且可能多次次往复作用,根据地震后倒倒塌的建筑物物的分析,最后倒塌则是是结构因破坏坏而丧失了承承受重力荷载载的能力。适适当处理构件件的强弱关系系,使其形成多道道防线,是增加结构抗抗震能力的重重要措施。如如框架结构,框架就成为唯唯一的抗侧力力构件,若采用“强柱弱梁”型延性框架,梁的屈服先于于柱的屈服,可以利用梁的的变形消耗地地震能量,使框架柱退居居到第二道防防线的位置。。（５）具有合合理的刚度和和承载力分布布以及与之匹匹配的延性。。提高结构的的抗侧刚度,往往是以提高高工程造价及及降低结构延延性指标为代代价的。要使使建筑物具有有很强的抗倒倒塌能力,最理想的是使使结构中的所所有构件都具具有较高的延延性,然而实际工程程中很难做到到。有选择地地提高结构中中的重要构件件以及关键杆杆件的延性是是比较经济有有效的办法。。例如上刚下下柔的框支墙墙结构,应重点提高转转换层以下的的各层的构件件延性。对于于框架和框架架筒体,应优先提高柱柱的延性。另另一种提高结结构延性的办办法是控制构构件的破坏形形态,减小受压构件件的轴压比,提高柱的延性性。（６）确保结结构的整体性性。各构件之之间的连接必必须可靠:1)构件节节点的的承载载力不不应低低于其其连接接构件件的承承载力力,当构件件屈服服、刚刚度退退化时时,节点应应保持持承载载力和和刚度度不变变。2)予埋件件的锚锚固承承载力力不应应低于于连接接件的的承载载力。。3)装配式式的连连接应应保证证结构构的整整体性性,各抗侧侧力构构件必必须有有可靠靠的措措施以以确保保空间间协同同工作作。4)结构应应具有有连续续性,注重施施工质质量,避免施施工不不当使使结构构的连连续性性遭到到削弱弱甚至至破坏坏。（７））对设设计中中常出出现的的问题题做出出了具具体规规定。。1)体形复复杂的的建筑筑不一一概提提倡设设防震震缝。。2)对规则则结构构与不不规则则结构构做出出了定定量的的划分分。并并用强强制性性条文文对建建筑师师的建建筑设设计方方案提提出了了限制制。如如第3.4.1条规定定,“建筑设设计应应符合合抗震震概念念设计计的要要求,不应采采用严严重不不规则则的方方案”。3)予应力力砼的的抗侧侧力构构件,应配有有足够够的非非予应应力钢钢筋。。4)非结构构构件件与其其结构构主体体的连连接,应进行行抗震震设计计,如幕墙墙、附附属机机械、、电气气设备备系统统支座座和连连接等等需符符合地地震时时对使使用功功能的的要求求。5)投资方方愿意意通过过增加加投资资来提提高安安全要要求的的抗震震建筑筑,采用隔隔震和和消能能减震震设计计。6)结构材材料的的选用用应减减少材材料的的脆性性,优先采采用延延性、、韧性性和可可焊性性较好好的钢钢筋和和规定定强度度等级级范围围内的的混凝凝土。。抗震规规范:结构规规则性性和抗抗震概概念设设计（一））建筑筑方案案和结结构布布置的的要求求根据近近几年年的震震害经经验，，新增房屋建建筑设设计不应采采用严严重不不规则则设计计方案案的严格格要求求。列入对高层层砼框框架结结构及及带转转换层层、加加强层层、错错层和和连体体等复复杂结结构的的结构构布置置强制制性要要求。。明显提提高对底部部框架架砖房房和单单层空空旷房房屋大大厅的的结构构布置置要求求。强制性性条文文:3.4.1建筑方方案，，3.5.2结构体体系，，3.7.1非结构构抗震震；7.1.8底框结结构布布置，，10.1.3空旷大大厅选选型。。相关条条文：：3.4.2、3.4.3、3.4.4、3.5.1、3.5.3、3.7.2、13.3.3JGJ3：6.1.6高层框框架布布置，，10.1.2,10.3.3,10.5.2,10.5.5复杂结结构。。1、结构的的规则则性“规则”包含含了对对建筑筑平立面外形形尺寸寸、抗抗侧力力构件件布置置、质质量分分布、、承载载力分分布等等诸因因素的的综合合要求求。建筑结结构的的平、、立面面是否否规则则，对对结构构的抗抗震性性能具具有重重要的的影响响，需需要求求建筑筑师和和工程程师共共同协协调解解决。。2001规范3.4.1条对建筑筑师提提出明明确要要求：（1）建筑筑设计计应符合合抗震震概念念设计计要求求，（2）不应应采用用严重重不规规则的的设计计方案案。2、不规规则的的类型型按第3.4.2条，不规则则的类类型有有（1）平面不不规则则：沿两个个主轴轴方向向布置置不匀匀称，，如扭转转不规规则；；凹凸凸不规规则；；开洞洞过大大、错错层不不规则则；抗侧力力构件件斜交交等。。（2）竖向不规规则：沿竖向布布置有突突变，如侧向刚刚度突变变，几何何尺寸突突变；竖竖向构件件不连续续；相邻邻楼层承承载力突突变；相邻楼层层质量突突变等。。3、三种不规规则程度度的划分分“规则””的界定定随结构构类型不不同而异异，新规规范提出出了三种不规则性性的程度度：不规则，超过(3.4.2)一项及以上的的规则指指标；特别不规则，多项不不规则指指标均超超过(3.4.2)规定值或或某项超超过甚多多，具有有较明显的的抗震薄薄弱部位，可可能引起起不良后后果；严重不规则，体型复复杂，某某项不规规则指标标大大超超过(3.4.3)上限值或或多项不不规则指指标超过过(3.4.3)上限值，，具有严重的抗抗震薄弱弱环节，将将会导致致地震破破坏的严严重后果果者。（二）抗抗震结构构体系抗震结构构体系是是抗震设设计应考考虑的最关键问问题，结构方方案选取取是否合合理，对对安全和和经济起起决定性性的作用用。要在在经济和和技术条条件综合合决策中中运用抗抗震概念念设计：：1、地震动的的不确定性性和结构地地震反应应的复杂性，，结构构要符合合“简单”要求；2、建筑结结构应具具有多道抗震震防线；3、建筑结结构应避免竖向强度度与刚度度突变；4、结构体系系应具有整整体性、、良好的吸吸能能力力；5、各类结构构件件应具有良好的延延性；6、注意非结构构构件的性能和和对主体体结构的的影响（三）抗抗震概念念设计概念设计计的主要要内容：：（1）应特别别重视建建筑结构构的规则则性（包包括平面面规则性性和竖向向规则性性）；（2）合理选选择建筑筑结构体体系（包包括：a明确的计计算简图图和合理理的地震震作用传传递途径径；b避免因部部分结构构构件的的破坏而而导致整整个结构构丧失承承受重力力、风载载和地震震作用的的能力；；c结构体系系应具备备必要的的承载能能力和良良好的变变形能力力，从而而形成良良好的耗耗能能力力）；（3）采取必必要的抗抗震措施施提高结结构构件件的延性性。单跨框架架严重破破坏带构造柱柱砖房未未倒唐山地震震中未倒倒的四层层砖房（（较规则则）高层规程程有关概概念设计计：Ⅰ主要震害害经验从震害中中吸收教教训，改改进高层层建筑结结构，是是非常重重要的：：一、1976年唐山地地震7.9级，唐山山市市区区烈度达达10度，天津津为8度，北京京为6度强。震震后调查查了35幢高层建建筑的震震害，对对高层建建筑结构构抗震设设计有很很重要的的参考价价值。1、不宜采采用纯框框架结构构，应优优先考虑虑设有剪剪力墙的的结构。。框架梁梁柱截面面小，配配筋较弱弱，承载载力低，，地震中中容易破破坏；框框架刚度度小，侧侧移大，，填充墙墙和装饰饰在地震震中损坏坏。京、、津、唐唐地区框框架填充充墙多为为砌体，，地震中中普遍损损坏，轻轻则开裂裂，重则则倒塌，，修复困困难，修修复费用用高。2、注意防防震缝的的设计，，留有足足够的宽宽度。除除北京饭饭店（缝缝宽600mm）外，几几乎是有有缝必碰碰，有碰碰必坏。。轻者面面砖，女女儿墙碰碰坏；重重者框架架碰撞。。缝净宽宽达150mm的天津友友谊宾馆馆（8层框架））和北京京民航大大楼（9层框架））也难以以避免碰碰撞。3、平面形形状或刚刚度不对对称，会会使建筑筑产生显显著扭转转，震害害严重。。如天津津人民印印刷厂采采用L形平面，，楼梯间间偏置，，地震时时由于扭扭转而使使几根角角柱破坏坏。4、凸出屋屋面的塔塔楼受高高振型影影响，产产生显著著的鞭梢梢效应，，破坏严严重。天天津南开开主楼上上面3层框架塔塔楼主震震中已严严重破坏坏，余震震中全部部倒塌。。北京地地区采用用混合结结构的屋屋面小楼楼电梯间间也大量量损坏。。5、楼电梯梯间破坏坏一般都都较重。。楼电梯梯间无楼楼板，墙墙体一边边有楼板板，另一一边没楼楼板，受受力十分分不利。。许多混混合结构构的楼梯梯间开裂裂、倒塌塌。钢筋筋砼井筒筒，在楼楼板处出出现水平平裂缝。。6、高层部部分与低低层部分分之间的的连接构构造不合合理，造造成严重重震害。。如天津津友谊宾宾馆低层层餐厅的的屋面梁梁通过牛牛腿搭在在主楼框框架柱上上，因两两部分振振动不一一致而使使牛腿压压坏、拉拉断。7、框架柱柱截面小小，箍筋筋不足，，柱的延延性与抗抗剪能力力不够而而发生剪剪切破坏坏或柱头头压碎。。8、沿竖向向楼层质质量与刚刚度变化化太大，，产生变变形集中中而破坏坏。天津津碱厂14层框架，，在6层、11层层间变变形集中中，地震震中首先先在11层中柱破破坏，以以后6层以上全全部倒塌塌。二、1977年罗马尼尼亚地震震震级7.2，布加加勒斯斯特烈烈度为为8.5度，33座高层层框架架倒塌塌，1座11层剪力力墙结结构倒倒塌。。主要要震害害特征征为：：1、体型型复杂杂、柱柱子刚刚度相相差太太大的的旧式式高层层框架架破坏坏非常常严重重，在在33幢倒塌塌的框框架中中占了了31幢。2、框架架层高高、开开间大大，刚刚度太太小，，变形形太大大，使使震害害很容容易发发生。。尤其其在学学校、、博物物馆等等要求求大空空间的的公共共建筑筑中，，框架架破坏坏十分分明显显。3、剪力力墙结结构空空间整整体性性好，，震害害较少少。剪剪力墙墙住宅宅大部部分为为11层，有有些高高达20层，地地震中中大部部分完完好，，少量量产生生一些些裂缝缝，仅仅一幢幢倒塌塌，是是由于于整体体倾覆覆。4、底层层框支支，上上层剪剪力墙墙或砖砖混的的柔性性底层层结构构，破破坏严严重。。由于于上层层刚度度大，，下层层过分分柔性性，变变形集集中于于底层层，使使底层层柱脚脚或柱柱顶破破坏。。5、无梁梁楼盖盖结构构若不不设剪剪力墙墙，则则抗侧侧刚度度太低低，容容易破破坏。。一座座4层的无无梁楼楼盖建建筑，，柱截截面尺尺寸为为700mm×700mm，地震震中完完全倒倒塌。。三、1985年墨西西哥地地震震级8.1。这次次地震震持时时较长长（180s），Tg也长（（2-2.5s），10-15层的砼砼结构构严重重破坏坏：1、场地地覆盖盖层过过厚，，特征征周期期长，，对刚刚度较较小的的框架架结构构产生生严重重的震震害。。场地地特征征周期期2s以上，，对周周期1-2s的建筑筑影响响极大大。2、地基基的稳稳定性性问题题需特特别注注意。。由于于沙土土液化化及地地基承承载力力不足足，建建筑产产生的的沉降降差大大，使使构件件严重重破坏坏，其其中一一幢倾倾覆。。即使使桩基基，也也由于于沙土土液化化而下下沉。。3、框架架结构构破坏坏十分分严重重，主主要原原因：：框架架柱截截面小小；箍箍筋配配置不不足；；主筋筋锚固固不良良而拨拨出等等。破破坏特特征：：柱身身剪切切破坏坏和柱柱头、、柱脚脚压弯弯破坏坏。墨墨西哥哥城框框架结结构一一般柱柱距5m××7m，柱截截面400×400到400×700，轴压压比0.7以上。。个别别工程程甚至至柱为为350×350，轴压压比更更大。。4、无梁梁楼盖盖大量量破坏坏，主主要表表现为为柱将将楼板板冲切切破坏坏，许许多层层楼板板叠在在一起起。因因此无无梁楼楼盖柱柱头设设置现现浇柱柱帽非非常重重要。5、平面面不规规则产产生严严重的的扭转转，部部分构构件受受力过过大而而破坏坏，角角柱破破坏十十分明明显。。6、建筑筑物上上部楼楼层因因高振振型振振动而而产生生过大大地震震力而而破坏坏。7、伸缩缝、、沉降缝宽宽度过小，，碰撞破坏坏的很多。。8、施工质量量差，砼强强度达不到到，钢筋粘粘结力不足足而拨出，，另外，钢钢筋少放、、漏放，施施工粗糙等等也加剧了了震害。四、1988年亚美尼亚亚地震震级7.0，列宁纳坎坎市烈度9度，建筑物物80%破坏，其中中有大量砼砼高层建筑筑，一类是是全装配框框架，短边边方向有少少量剪力墙墙；另一类类是装配式式大板剪力力墙。约100栋装配式框框架全部倒倒塌或严重重破坏；而而7栋大板住宅宅无一破坏坏，震害轻轻微。1、下层柔性性柱，上层层剪力墙或或砖墙的柔柔性底层房房屋破坏很很严重。2、建筑物端端部设置楼楼梯间，楼楼板有大洞洞口，因刚刚度不均匀匀而产生扭扭转；3、外纵墙门门窗洞口过过大，连梁梁尺寸太小小，容易产产生破坏；；4、楼板与纵纵墙之间没没有可靠连连接，竖向向荷载传不不到纵墙上上，降低纵纵墙的抗震震能力；5、楼板与楼楼板之间的的板缝无连连接，楼板板整体性差差；6、墙体质量量差，混凝凝土和砂浆浆强度等级级太低而降降低了抗震震性能；7、楼板钢筋筋没有伸入入楼面圈梁梁，锚固不不足；8、现浇混凝凝土框架构构件内配筋筋不连续；；9、框架混凝凝土的强度度太低；10、框架节点点的承载力力与延性不不足；11、装配式柱柱接头上、、下不对中中，接头抗抗剪构造措措施不足。。这次地震中中，剪力墙墙结构（即即使是装配配式大板））的抗震性性能远优于于框架结构构。大板结结构除板缝缝有些场合合出现开裂裂、滑移外外，几乎无无重大损害害。五、1995年日本阪神神地震震级7.2级，属直下下型，即竖竖向地震加加速度相当当大。大量量砼多层、、高层建筑筑物受到震震害：1、许多砼多多层框架在在一层处柱柱子数量较较少、抗震震能力差，，承受不了了巨大的竖竖向地震作作用而被压压碎、倒塌塌，波及到到整座建筑筑物下坠。。2、中间部分分楼层破坏坏是本次地地震的一个个特点。许许多8-10层框架结构构在第4、5层的部分柱柱子被压坏坏，造成上上部楼层下下落，重叠叠在一起。。其原因可可能是中部部楼层柱子子截面尺寸寸、材料强强度改变或或取消了部部分剪力墙墙，刚度或或承载力突突变，形成成结构薄弱弱层。3、80年代以前建建造的砼结结构，无法法抵抗10-11度地震。4、剪力墙结结构的抗震震能力明显显较优，只只在窗间墙墙处产生X形裂缝，未未发生严重重破坏或倒倒塌。5、强震下地地基发生液液化、不均均匀沉陷，，导致砼多多、高层房房屋发生整整体倾斜甚甚至倾覆。。在倒塌和严严重受害的的多、高层层建筑中，，约有55%是砼结构。。说明在罕罕遇地震下下，采取有有效措施提提高砼结构构抗倒塌能能力的重要要性。六、1999年台湾集集集地震震级7.3（9.21），震中位位于南投县县日月潭附附近，波及及台北、台台中、南投投等城市。。地震中，，砼多、高高层建筑震震害严重：：1、砼框架柱柱截面过小小，砼强度度低，轴压压比过大。。许多建筑筑的底层柱柱压碎，上上部楼层坠坠落、重叠叠。2、柱配筋较较弱，箍筋筋偏少，且且箍筋普遍遍未设135°弯钩，对纵纵筋约束较较弱，柱压压碎处纵筋筋几乎都散散开。框架架柱延性差差，抗震能能力弱。3、因设置窗窗下墙而形形成大量短短柱、普遍遍产生剪切切型破坏。。如台北市市一座10层框架结构构，形成窗窗间框架短短柱，震后后发现45°斜向剪断破破坏。4、许多商住住用框架结结构，上层层采用大量量的实心砖砖填充墙，，刚度很大大；底层商商店砖墙很很少，刚度度较弱。地地震中由于于底层变形形集中而破破坏。5、框架柱钢钢筋的搭接接长度、锚锚固长度不不足，在地地震中钢筋筋断开、拨拨出，使柱柱子折断破破坏，甚至至房屋倒塌塌。6、梁柱接头头处少配置置箍筋，接接点区破碎碎。7、框框架架柱柱端端箍箍筋筋未未加加密密或或加加密密区区不不足足，，地地震震中中柱柱端端纵纵向向钢钢筋筋压压屈屈，，核核心心区区砼砼破破裂裂。。8、采采用用双双柱柱、、单单跨跨框框架架，，因因一一侧侧柱柱破破坏坏而而导导致致全全楼楼倒倒塌塌，，如如台台中中客客运运站站。。9、由由于于窗窗下下砼砼墙墙截截面面较较高高，，产产生生强强梁梁弱弱柱柱框框架架，，柱柱破破坏坏严严重重。。10、施施工工质质量量不不良良，，砼砼强强度度低低、、不不密密实实，，在在小小截截面面柱柱内内设设置置塑