教学材料《建筑结构》-1

1.1建筑结构的概念和分类此外，还有木结构和混合结构等。现代建筑结构中混凝上结构、砌体结构、钢结构这三种结构应用最为广泛，所以本书主要讲述混凝上结构、砌体结构、钢结构这三种结构。按其承重结构的类型，建筑结构又可分为:(1)框架结构。框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接而成，构成承重体系的结构(图1.1)，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝上、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛙石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。上一页下一页返回1.1建筑结构的概念和分类框架建筑的主要优点:空间分隔灵活，自重轻，节省材料;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑。(2)剪力墙结构。剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙，房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，以防止结构剪切破坏，一般由钢筋混凝上建造。剪力墙结构是用钢筋混凝上墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝上墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构由于用整个墙体作为承重结构，因而其抗侧刚度很大，可以用来建造高度较高(如30层及以上)的房屋。但是剪力墙不能拆除或破坏，不利于形成大空间，住户无法对室内布局自行改造。上一页下一页返回1.1建筑结构的概念和分类(3)框架-剪力墙结构。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙，有相当大的侧向刚度，这种结构称为框架一剪力墙结构或框一剪结构。框架一剪力墙结构中，剪力墙主要承受水平荷载，竖向荷载由框架承担。该结构一般适宜用于10-20层的建筑。(4)筒体结构。筒体结构由框架一剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间，多用于写字楼建筑。筒体结构可细分为筒体-框架、框筒、筒中筒、束筒四种结构。筒体结构在各个方向的侧移刚度都很大，是目前高层、超高层结构中常采用的结构形式。上一页返回1.2混凝土结构的特点和应用1.2.1素混凝土结构的特点和应用素混凝上是针对钢筋混凝上、预应力混凝上等而言的。素混凝上是钢筋混凝上结构的重要组成部分，由水泥、砂(细集料)、石子(粗集料)、矿物掺合料、外加剂等，按一定比例混合后加一定比例的水拌制而成。普通混凝上干表观密度为100-2500kg/m3，是由天然砂、石作集料制成的。当结构构件的配筋率小于钢筋混凝上中纵向受力钢筋最小配筋百分率时，应视为素混凝上结构。这种材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度却很低，故一般在以受压为主的结构构件中采用，如柱墩、基础墙等。下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用1.2.2钢筋混凝土结构中配置钢筋所起的作用钢筋混凝上是由钢筋和混凝上两种不同材料组成的。在钢筋混凝上结构中，利用混凝上的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特性，用混凝上主要承受压力，钢筋主要承受拉力，两者共同工作，以满足工程结构的使用要求。图1.2表示出素混凝上简支梁和钢筋混凝上简支梁的受力和破坏形态。在图1.2(a)所示的外加集中力和梁的自身重力作用下，梁截面的上部受压，下部受拉。对素混凝上梁，由于混凝上的抗拉性能很差，在荷载作用下，梁的跨中附近截面边缘的混凝上一开裂，梁会突然断裂，破坏前变形很小，没有预兆，属于脆性破坏类型。为了改变这种情况，在受拉一侧区域内配置适量的钢筋构成钢筋混凝上梁，如图1.2(b)所示。上一页下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用钢筋主要承受梁中性轴以下受拉区的拉力，混凝上主要承受中性轴以上受压区的压力。由于钢筋的抗拉能力和混凝上的抗压能力都很大，即使受拉区的混凝上开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度，以后，荷载再略有增加，受压区混凝上被压碎，梁才破坏。破坏前，变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。可见，与素混凝上梁相比，钢筋混凝上梁的承载能力和变形能力都有很大提高，并且钢筋与混凝上两种材料的强度都能得到较充分的利用。由于钢筋混凝上结构合理地利用了钢筋和混凝上两者性能特点，可形成强度较高、刚度较大的结构，其耐久性和防火性能好，可模性好，结构造型灵活，以及整体性、延性好，自身重量轻，适用于抗震结构等特点，因而在建筑结构及其他上木工程中得到广泛应用。预应力混凝上将在后面的章节中讲述，本书着重讲述钢筋混凝上结构的设计原理。上一页下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用1.2.3钢筋混凝土结构的优缺点钢筋混凝上结构在上木工程结构中有广泛的应用，这是因为它有很多优点，其主要优点有:(1)强度高。和砌体、木结构相比，其强度高，并在一定条件下可以用来代替钢结构，达到节约钢材、降低造价的目的。(2)耐久性好。表现在:①混凝上的强度在良好环境下，随着时间增长，混凝上强度增大;②混凝上对钢筋具有保护作用，不像钢结构需经常保养与维修。(3)耐火性好。混凝上传热性能差，发生火灾时钢筋不会很快达到软化的危险程度，可以避免结构倒塌破坏，比钢、木结构耐火性好。上一页下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用(4)整体性好。现浇或装配式结构，整体性好，有利于抗震、防爆。(5)可模性好。根据需要可浇筑成任何尺寸及形状。(6)易就地取材。混凝上所用原材料为砂、石，可就近、就地取材，运输费用少，降低造价，也可用工业废料(矿渣、粉煤灰等)制成人造集料用于混凝上结构。混凝上结构也有它的缺点:(1)自重大。对大跨、高层结构抗震等不利，但可用轻质高强度混凝上来改善。(2)抗裂性差。正常使用情况下，一般钢筋混凝上结构中存在裂缝，这将导致结构刚度下降，变形增大，影响其耐久性。(3)需用模板。其工序多，周期长，且受季节气候条件限制，对已建成的结构，补强、维修工作困难。上一页下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用以上缺点，在一定条件下限制了钢筋混凝上结构的使用范围，但预应力混凝上使用高强材料(高强度钢筋和高强度混凝上)，可以做到不裂或者控制裂缝宽度，节约材料，降低自重，具有技术革命意义。正因为有以上优点，随着科学技术的发展及所用材料结构形式、施工技术等方面的革新和改进，钢筋混凝上的应用范围将不断扩大。1.2.4混凝土结构的发展和应用从现代人类的工程建设史来看，相对于砌体、木结构而言，混凝上结构是一种新兴结构，它的应用也不过100多年的历史。但有的考古学者认为，水泥的起源约在几千年前。在公元前3000年，埃及人用熟石膏和石灰混合在一起建造了著名的金字塔，它是现存的最早的混凝上结构物。其后在古希腊和古罗马时代，人们用这种水泥建造了很多建筑物和公路。上一页下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用1.2.5国内混凝土结构的发展和应用简况19世纪末20世纪初，我国也开始有了钢筋混凝上建筑物，如上海市的外滩、广州市的沙面等，但工程规模很小，建筑数量也很少。新中国成立以后，我国在落后的国民经济基础上进行了大规模的社会主义建设。随着工程建设的发展及国家进一步的改革开放，混凝上结构在我国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。我国从20世纪70年代起，在一般民用建设中已较广泛地采用定型化、标准化的装配式钢筋混凝上构件，并随着建筑工业化的发展以及墙体改革的推行，发展了装配式大板居住建筑，在多高层建筑中还广泛采用大模剪力墙承重结构外加挂板或外砌砖墙结构体系。各地还研究了框架轻板体系，最轻的每平方米仅为3-5kN。上一页下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用大跨度的公共建筑和工业建筑，常采用钢筋混凝上衍架、门式刚架、拱、薄壳等结构形式。工业建设已经广泛地采用了装配式钢筋混凝上及预应力混凝上，为了节约用地，这些结构在多层工业厂房所占比重有逐渐增多的趋势，在多层工业厂房中除现浇框架结构体系以外，装配整体式多层框架结构体系已被普遍采用，并发展出整体预应力装配式板柱体系。其构件类型少，装配化程度高、整体性好、平面布置灵活，是一种有发展前途的结构体系。此外，电视塔、水塔、水池、冷却塔、烟囱、贮罐、筒仓等特殊构筑物也普遍采用了钢筋混凝上和预应力混凝上，如高380m的北京中央电视塔、高405m的天津电视塔、高490m的上海东方明珠电视塔等。上一页下一页返回1.2混凝土结构的特点和应用在混凝上结构基本理论与设计方法、可靠度与荷载分析、单层与多层厂房结构、高层、大跨、特种结构、工业化建筑体系、结构抗震及现代化测试技术等方面的研究工作都取得了很多新的成果，基本理论和设计工作的水平有了很大提高，已达到或接近国际水平。随着我国工程建设的快速发展以及进入WTO的需要，白1997年起，我国对工程建设标准进行了全面修订，并颁布了《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)及《混凝上结构设计规范》(GB50010-2002)等。为了完善和补充规范，我国大概每10年修订一次规范，目前现行新标准《混凝上结构设计规范》(GB50010-2010的颁布和实施，将推动新材料、新工艺、新结构的应用，使混凝上结构不断地发展，不停地演进，达到新的水平。上一页返回1.3学习本课程应注意的问题1.3.1本课程学习目标建筑结构课程主要讲述各种混凝上基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等建筑结构的基本理论，属于专业课内容。通过本课程的学习和课程设计、毕业设计等实践性教学环节，学生应初步具有运用这些理论知识正确进行建筑结构设计和解决实际技术问题的能力。1.3.2本课程学习中应注意的问题1.加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面建筑结构的基本理论建立在力学知识和结构试验的基础之上，因此，除课堂学习以外还要加强结构试验的教学环节，以进一步理解学习内容和训练的基本技能。下一页返回1.3学习本课程应注意的问题当有条件时可进行简支梁正截面受弯承载力、简支梁斜截面受剪承载力、偏心受压短柱正截面受压承载力的试验。本课程的实践性很强，因此，要加强课程作业、课程设计和毕业设计等实践性教学环节的学习，并在学习过程中逐步熟悉和正确运用我国颁布的一些设计规范和设计规程。2.突出重点，并注意难点的学习本课程的内容多、符号多、计算公式多、构造规定也多，学习时要遵循教学大纲的要求，贯彻“少而精”的原则，突出重点内容的学习。例如，受弯构件是本门课程的重点内容，把它学好了，就为后面各章的学习打下了好的基础。对学习中的难点要找出它的根源，以利于理解。上一页下一页返回1.3学习本课程应注意的问题3.深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背教学大纲中对要求深刻理解的一些重要概念做了具体的规定。注意，深刻理解往往不是一步到位的，而是随着学习内容的展开和深入，逐步加深的。要求熟练掌握的设计计算内容也在教学大纲中有明确的规定，它们是本课程的基本功。熟练是指正确、快捷。为此，本书各章后面给出的习题都要求认真完成。学生应该是先复习教学内容，搞懂例题后再做习题。习题的正确答案往往不是唯一的，这也是本课程与一般的数学、力学课程所不同的。对构造规定，也要着眼于理解，切忌死记硬背。事实上，不理解的东西也难以记住。当然，对常识性的构造规定应该知道。上一页下一页返回1.3学习本课程应注意的问题4.学习理论知识在实际中应用的方法学习本课程是为了在工程建设中进行混凝上结构的设计，它包括方案、材料选择、截面形式、配筋、构造措施等。结构设计是一个综合问题，要做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。同一构件在相同的荷载作用下，可以有不同的截面形式、尺寸、配筋方法及配筋数量，设计时，需要进行综合分析，结合具体情况确定最佳方案，以获得良好的技术经济效果。所以，在学习过程中，要学会对多种因素进行综合分析的设计方法。5.学习本课程时，要学会运用现行的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)设计规范是国家颁布的有关计算和构造要求的技术规定和标准、规范条文，尤其强制性条文是设计中必须遵守的带法律性的技术文件。上一页下一页返回1.3学习本课程应注意的问题这将使设计方法达到统一化和标准化，从而有效地贯彻国