第三章 建筑结构的类型和结构计算简图

第三章建筑结构的类型和结构计算简图

第1节常见结构类型按材料不同：混凝土结构、钢结构、砖石结构、木结构按结构构件的几何尺度不同：杆系结构、薄壁结构、实体结构按结构承受荷载时传力的单向或多向性：平面结构、空间结构目前常用的结构形式还有：剪力墙结构、框架-剪力墙结构、索膜结构属于薄壁结构典型的杆系结构中国国家体育场：体育场外观即结构，犹如树枝织成的鸟巢，其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，最长的钢梁达300米。可容纳10万人。英国伦敦的“世纪展览馆”：直径365m钢骨架膜结构圆形建筑。上海环球金融中心上海环球金融中心97年7月和03年2月两次开工建设。新方案把460m高的94层改为492m,101层，2008年8月竣工。该楼采用钢框架-钢筋混凝土筒体混合结构。在90-97层、距地面405m处，建造世界最高的观光平台。圆形开口处设置了开放式的天桥。总建筑面积38.16万m2。TAIPEI101：高508m（天线60m），建筑面积28.95万m2

。集办公、购物及观景为一体，2004年10月8日注册世界第一高楼。随后又被迪拜的哈利法塔（828米）所超越，

101代表超越，“TAIPEI”代表：科技(Technology)、艺术(Art)、创新(Innovation)、人性(People)、环保(Environment)认同(Identity)六大特质。采用巨型框架结构，每8层设一或二层楼高的巨型桁架。荷载：作用在结构上的主动力。主动力：使物体产生运动或使物体有运动趋势的力。（1）永久荷载（恒载）一、荷载的分类１.按作用在结构上的时间长短分类第2节荷载及其分类（2）可变荷载（活荷载）（3）偶然荷载在结构使用期间，其值不随时间变化，或变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。如构件自重、土压力、预应力等。在结构使用期间，其值随时间变化且变化值与平均值相比不可以忽略的荷载。如楼面活荷载、风荷载等。在结构使用期间不一定出现，但一出现其值很大且持续时间较短的荷载。如强烈的地震作用、爆炸力、撞击力等。２.按作用在结构上的荷载性质分类（1）静力荷载第2节荷载及其分类（2）动力荷载荷载是从零增至最后数值后，其大小、位置和方向就不再随时间而变化的荷载。特点：不会使建筑物产生明显的振动。如结构自重、一般的活荷载等。

荷载的大小、位置和方向随时间而迅速变化的荷载。特点：使结构产生振动。如动力机械产生的荷载、地震作用、高层建筑的风振作用等。３.按作用在结构上荷载分布状况分类（2）分布荷载：指满布在结构某一表面上的荷载。第2节荷载及其分类（1）体荷载：指分布在结构整个体积内连续作用的荷载。

1）均布面荷载2）均布线荷载3）非均布荷载（3）集中荷载：作用于结构上的荷载，当分布面积远小于结构尺寸时，则可以认为此荷载是作用在结构某一点上的集中荷载。如次梁对主梁

根据“作用”的形式不同，可分为两类：二、结构上的间接作用结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称。第2节荷载及其分类间接作用：温度变化、支座沉陷、材料收缩、地面运动等非荷载因素的作用，也能使结构产生内力、应力、变形等效应。直接作用：直接作用于结构上的荷载，它能使结构产生内力、应力、变形等效应。民用房屋楼面均布活载标准值：住宅、办公楼1.5kN/m2教室、实验室2.0kN/m2商店3.5kN/m2藏书库、档案库5.0kN/m2工业建筑楼面无设备操作荷载可按2.0kN/m2采用。三、荷载的标准值与设计值１.荷载的标准值荷载的基本代表值，指设计基准期内最大荷载统计分布的特征值。永久荷载标准值：可按构件设计尺寸与材料单位体积的容重确定（容重可查规范）。可变荷载标准值：应按规范规定采用。

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第2节荷载及其分类

风荷载是建筑物必须要抵抗的一种永久荷载，由于空气流动在建筑物表面产生压力而形成，作用方向始终与建筑物表面垂直。由于空气流动是不稳定的，所以风的作用效应十分复杂，属于不均匀分布荷载。大小与很多因素有关：当地的基本风压、建筑物的体型、高度等。随高度增加风荷载逐渐增大。对高层建筑影响很大。《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中风荷载的确定是经过简化并具有可操作性的结论。

雪荷载冬天雪落在建筑上堆积而产生的压力。南方有些地区终年不下雪，一般不考虑雪荷载。北方地区特别是东北和新疆北部地区必须考虑。黑龙江省鸡西市基本雪压为0.75，而在新疆阿勒泰地区为1.2。这些地方如果设计时雪荷载考虑不足，当有暴雪时，会造成建筑物倒塌。根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值等于屋面积雪分布系数和基本雪压的乘积。考虑到荷载的变异性，如可能的超载或不可靠性，使结构处于不安全地位，为此在进行结构设计时，通常将标准值乘以荷载分项系数而调整，形成结构的荷载设计值。恒载的分项系数一般取γQ=1.2（对结构有利时取1.0或0.9）活载的分项系数一般取γQ=1.42.荷载设计值荷载设计值＝荷载分项系数×荷载标准值第2节荷载及其分类P34【例3-1】计算荷载标准值南京市50年一遇的基本雪压，s0=0.4kN/m2，本例建筑物为平顶，雪荷载标准值为：sk=μrs0=1.0×0.4=0.4kN/m2

（μr

雪荷载分布系数）一、约束与约束反力的概念１.自由体：位移不受限制的物体。第3节约束与约束反力3.约束:４.约束反力:2.非自由体：位移受限制的物体。阻碍物体运动的限制物。约束对被约束物体的作用力。约束反力的方向总是与约束所能阻止物体的运动方向相反。第3节约束与约束反力１.柔索约束二、常见约束类型及其反力由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束。柔体约束的约束反力：沿绳索中心线，指向离开物体，为拉力。。T第3节约束与约束反力工程实例2.光滑接触表面约束光滑接触表面的约束反力:通过接触点，沿接触面在该点的公法线方向，指向被约束物体，为压力。第3节约束与约束反力NA公切线公法线A第3节约束与约束反力工程实例3.圆柱铰链约束圆柱铰链约束的约束反力:通过销钉中心，在垂直销钉轴线的平面内，方向待定。第3节约束与约束反力特点：限制物体在垂直销钉轴线平面内的相对运动，但不能限制物体绕销钉轴线的相对转动和沿轴线的的相对滑动。第3节约束与约束反力简化表示约束力表示YAXAFA垂直于销钉轴线并通过铰中心第3节约束与约束反力工程实例4.固定铰支座

第3节约束与约束反力通过销钉中心，在垂直销钉轴线的平面内，方向待定。固定铰支座的约束反力：简化表示约束反力表示XAYAAAθRA梁端的水平方向、竖直方向受到约束，有支座反力X、Y，但能绕销钉轴线转动第3节约束与约束反力工程实例5.可动铰链支座（辊轴支座、单链杆支座）可动铰支座的约束反力：通过销钉中心，垂直于支承面。第3节约束与约束反力约束反力表示RAA简化表示限制了竖向的移动，有支座反力RA，但水平方向可以移动，也可以转动第3节约束与约束反力工程实例第3节约束与约束反力工程实例6.固定端约束细石混凝土填充第3节约束与约束反力作用在固定端的一个力(或两个分力），和一个力偶，方向待定。A简化表示固定端约束的约束反力：约束反力表示RXY使柱子既不能上下移动，也不能转动基础留出钢筋、混凝土现场整浇第3节约束与约束反力工程实例1.研究对象－所确定的被研究的物体，并把它与周围的物体分离开，即为隔离体。

2.示力图－在隔离体上画出全部主动力与约束反力后的简图。

(主动力：指使物体产生运动或使物体有运动趋势的力)3.受力分析－确定研究对象，画出研究对象上受到的全部主动力与约束反力的过程称为受力分析。4．画示力图的步骤：（1）取分离体（隔离体、脱离体）（2）画出主动力（3）画出约束反力第4节受力分析和受力图结构的计算简图一、受力分析和示力图第4节受力分析和受力图结构的计算简图〔例1-1〕画出图示简支梁的受力图。FABABF解（1）取AB梁为研究对象（2）画出主动力（3）画出约束反力YAXARA[例1-2]简易起重设备如图（a）所示。A处为固定铰支座，BC为钢拉索。横梁重W，吊重Q为已知，试画横梁AB与拉索BC及整体设备的受力图。第4节受力分析和受力图结构的计算简图解：(1)画拉索BC的受力图。(2)画横梁AB的受力图。CB(3)画整体设备的受力图。第4节受力分析和受力图结构的计算简图[例1-3]画出图示三铰拱与左、右两构件的受力图。拱圈自重忽略不记。CFBAFCBAXBYBCACBRARCFXBYBRC’整体BC部分AC部分RA由于只在A、C两点受力而平衡，Ra

、Rc

为平衡力系；为二力杆Rc

与Rc’

为作用力与反作用力二、结构的计算简图第4节受力分析和受力图结构的计算简图2.计算简图的选择原则1）尽可能反映实际结构的主要受力和变形性能，以保证计算的精度。2）略去次要因素，保留主要因素，使计算简图便于计算。1.计算简图在结构计算中，用以代替实际结构，并反映实际结构主要受力和变形特点的计算模型。3.计算简图的简化要点1)结构简化第4节受力分析和受力图结构的计算简图2)杆件的简化3)结点的简化第4节受力分析和受力图结构的计算简图铰节点：钢筋混凝土梁柱结点第4节受力分析和受力图结构的计算简图刚节点：桁架式组合吊车梁第4节受力分析和受力图结构的计算简图组合节点：4)支座的简化支座：结构与基础或支承部分连接的装置。第4节受力分析和受力图结构的计算简图固定铰支座：沥青麻丝填充R（大小方向未知）XY可动铰支座：R第4节受力分析和受力图结构的计算简图固定端支座：定向支座（滑移支座）：XMYM细石混凝土填充XYM5)荷载的简化体荷载面荷载分布荷载、集中力第4节受力分析和受力图结构的计算简图例题：画出图示三角屋架的计算简图。第4节受力分析和受力图结构的计算简图４．计算简图的分类1）梁式结构第4节受力分析和受力图结构的计算简图简支梁外伸梁悬臂梁多跨静定梁连续梁第4节受力分析和受力图结构的计算简图工程实例2）拱式结构第4节受力分析和受力图结构的计算简图三铰拱两铰拱无铰拱第4节受力分析和受力图结构的计算简图工程实例3）桁架第4节受力分析和受力图结构的计算简图第4节受力分析和受力图结构的计算简图工程实例4）刚架第4节受力分析和受力图结构的计算简图简支刚架悬臂刚架三铰刚架（d）多层多跨刚架第4节受力分析和受力图结构的计算简图工程实例6）排架第4节受力分析和受力图结构的计算简图EA=∞EA=∞EA=∞等高排架EA=∞EA=∞不等高排架第4节受力分析和受力图结构的计算简图工程实例6）组合结构第4节受力分析和受力图结构的计算简图下撑式五角形屋架角钢钢筋混凝土第4节受力分析和受力图结构的计算简图工