《建筑力学与结构》-项目一

任务一认识建筑力学与结构

一、建筑力学与结构的研究对象建筑是指供人们生产、生活和进行其他活动的房屋或场所.建筑结构(以下简称“结构”)是指在建筑中,由若干构件连接而构成的能承受作用的平面或空间体系,是建筑物的承重骨架(图１.１.１).此处的“作用”是指使结构产生内力或变形等各种效应的所有因素的统称.下一页返回任务一认识建筑力学与结构

结构是建筑物的骨架,它对建筑物的安全和耐久性起决定作用,组成结构的各个部分称为构件,结构与构件就是建筑力学与结构的研究对象.例如,建筑物都是由屋盖、楼板、梁、柱、墙、基础等结构构件组成的,这些构件在房屋中相互支承、相互扶持,直接或间接地将建筑物所受荷载逐次传递至地基,这样房屋就能稳固地“站立”在地面上了,如图１.１.２所示.但是,若其中某一构件发生了前面案例中桥梁所出现的问题,那么就会影响到整个房屋的坚固和寿命了,所以,结构的好坏对于整个建筑而言具有决定性的作用.通常,建筑结构由水平承重结构体系、竖向承重结构体系和地下结构组成.水平承重结构体系包括梁、板等,用以承受竖向荷载;竖向承重结构体系包括柱、墙等,用以支承水平构件或承受水平荷载;地下结构主要是指基础.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

二、建筑力学与结构的研究内容早在公元前一世纪,古罗马建筑师维特鲁威就提出了建筑的三条基本原则,即“坚固、实用、美观”,这一观点至今我们还在沿用.建筑物的坚固性(安全性)是其首要的功能要求.建筑物在施工和使用过程中会受到各种力的作用,如结构的自重、人和设备的质量,还有风、雨、雪及地震的作用,这些力的作用形式是怎样的?它们的大小是多少?它们会对建筑物产生什么样的影响(效应)?建筑物会不会因此而破坏?为了保证建筑物的安全,我们应该怎样设计构件?为了获得更高的建筑高度,我们应该选择什么样的结构类型?要回答诸如此类问题,就必须要学习建筑力学和结构.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

本书主要研究以下几个方面的内容:(１)结构的平衡.主要研究结构构件处于平衡状态时力的平衡规律,从而对构件进行准确的受力分析(图１.１.３).(２)结构的内力计算.通过截面法的思想学会分析和计算构件内力,从而确定构件的危险截面.(３)结构的承载能力.在满足结构的承载能力极限状态要求下,力求以最经济的代价为结构确定合理的形状、尺寸,选择最适宜的材料;为构件和结构的设计提供理论基础和计算方法.(４)结构的构造要求.通过相关的力学知识,理解基本构件的配筋构造要求,掌握现行规范对结构构件计算及构造的有关规定.(５)基本构件的平法施工图识读.通过对构件内力和构造要求的学习,能熟练识读梁、板、柱等基本构件的平法施工图.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

三、建筑结构的分类建筑结构的分类方法有很多种,一般可按照结构所用材料、承重结构类型、施工方法等进行分类.按照所用材料的不同,建筑结构主要可分为以下几类.１.木结构木结构是以木材作为主要承重构件(如梁和柱)的结构体系.我国木结构建筑历史悠久、辉煌,是中华文明的重要组成部分.如北京故宫太和殿(图１.１.４)、山西应县木塔(图１.１.５)及许多中国古典园林,无不体现着我国高超的木结构技艺,令人叹为观止.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

木结构本身缺点较多,易燃、易潮、易变形,再加上对天然木材的保护和限制,我国的木结构在城市建筑中较为少见.但在欧美等发达国家,现代木结构建筑已经基本实现了工厂预制、现场装配的工业化流程,加之木建筑与新型技术的不断融合,木结构建筑才能一直长盛不衰,美国和加拿大的木结构住宅占两国住宅面积的８０％以上.处于地震多发地区的日本,新建的住宅房屋中木结构占一半以上.国外木结构住宅如图１.１.６所示.木结构的优点主要体现在以下几个方面:(１)施工简便、工期短.(２)隔热良好、冬暖夏凉,木材是良好绝热体,其隔热性比混凝土高１６倍,比钢材高４００倍.(３)木结构有较好的抗震性能,木材是一种单向受力的弹性构件,而且构件之间用特有的榫卯方式连接,可以起到减震的作用.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

２.砌体结构砌体结构是以各种块材(包括砖、石材、砌块等)通过砂浆砌筑而成的结构.根据使用的块材不同,砌体结构又可细分为砖结构(图１.１.７)、石结构和砌块结构(图１.１.８).砌体结构的优点是能就地取材、工艺简单、施工方便、耐火性和隔声性强.与中国古代的宫殿所使用的木结构不同,西方的宫殿主要是砌体结构,如法国的凡尔赛宫、英国的白金汉宫等,因为砌体结构在外形上能给人以厚重、庄严的感觉.图１.１.９所示为希腊帕特农神庙,图１.１.１０所示为印度泰姬陵.埃及的金字塔和中国的万里长城也是砌体结构的典型代表.砌体结构的缺点是自重过大、强度较低、整体性和抗震性较差,一般适用于房屋层数较少的低层建筑,在地震多发地区不适宜采用.现在,多用于房屋的围护结构.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

３.混凝土结构混凝土结构是以混凝土为主要材料作为承重构件而形成的结构,包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构(图１.１.１１)和预应力混凝土结构(图１.１.１２)等.素混凝土结构就是只有混凝土而不配置钢筋的结构形式,在建筑中使用较少,主要用于基础垫层和室外地坪.预应力混凝土结构是在结构构件受外力荷载作用前,先人为地对它施加压力,由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力,即借助混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足,从而达到推迟受拉区混凝土开裂的目的,其主要用于大跨度结构(如桥、梁)或高层及超高层建筑.钢筋混凝土结构是目前应用最多的建筑结构形式之一,它被广泛用于多高层住宅、宾馆、写字楼及单层与多层工业厂房等公民用建筑中,甚至在一些特种结构(如水塔、烟囱、核反应堆)中也被应用.它具有强度高、耐久性好、抗震性能好和可塑性强等优点,但也有自重大、抗裂能力差、现浇时耗费模板多和工期长等缺点.钢筋混凝土结构也是本书的重点.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

图１.１.１３所示为广州的地标性建筑———中信大厦,其高为３９１m,为钢筋混凝土超高层建筑.４.钢结构用钢材制作的结构称为钢结构(图１.１.１４、图１.１.１５).钢结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成.各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接.钢结构的优点是强度高、自重轻、抗震性能好且施工简单、运输方便,因此广泛应用于大跨度屋盖、大型厂房、高层建筑、承受动力荷载的结构等领域,但也存在易锈蚀、耐火性差、造价较高等缺点.世界著名的埃菲尔铁塔(图１.１.１６)和２００８年北京奥运会的主体育场———国家体育馆“鸟巢”(图１.１.１７)是钢结构建筑的典型代表.上一页下一页返回任务一认识建筑力学与结构

５.混合结构混合结构是以两种以上材料作为主要承重构件所组成的结构.低层建筑常所采用的砖混结构就是一种混合结构,它是以砌体材料(砖)作为竖向承重构件,用钢筋混凝土结构作为水平承重构件(梁或板)的房屋结构,由于其抗震性能较差,现在应用较少.对于高层建筑,高层混合结构在我国发展迅速.高层混合结构一般是指钢Ｇ混凝土的混合结构,它是由钢框架、型钢混凝土框架、钢管混凝土框架、钢筋混凝土核心筒体及钢Ｇ混凝土组合楼板所组成的共同承受水平和竖向作用的建筑结构.其兼具有钢结构质量轻、强度高、延性好、施工快、布置灵活和混凝土结构刚度大、防火性能好、造价低的特点.香港的中国银行大厦(图１.１.１８)和上海中心大厦(图１.１.１９)都是型钢Ｇ混凝土混合结构的典型代表.上一页返回任务二实景参观参观校园内的教学楼、图书馆、宿舍楼等,使学生能够正确判断建筑结构类型,能正确分析各类建筑结构的基本组成构件及构件之间的荷载传递路线.返回图１.１.１各种建筑结构返回图１.１.２房屋结构返回图１.１.３结构的平衡分析返回图１.１.４北京故宫太和殿返回图１.１.５山西应县木塔返回图１.１.６国外木结构住宅返回图１.１.７砖结构返回图１.１.８砌块结构返回图１.１.９希腊帕特农神庙返回图１.１.１０印度泰姬陵返回图１.１.１