第一章建筑结构概念.ppt

1、,建筑结构,1.1 建筑结构的分类,定义：,由各种构件（如柱、梁、板等）连接而成的能承受“作用”的体系。,直接作用：各种荷载。 间接作用：如温度变化、地基不均匀沉降等。,作用,a) 温度裂缝,分类：,1)按材料不同分类：,建筑结构,钢混凝土结构,2)按结构体系不同分类：,(2)排架结构,(1)混合结构,(3)框架结构,(4)剪力墙结构,(5)框架剪力墙结构,(6)筒体结构,灵谷寺无梁殿,河北定县开元寺塔(又称料敌塔，如图1.12所示)于公元1055年建成高84.2m，共11层。,世界上最早的单孔敞肩式石拱桥，净跨为37.02m，宽约9m （1400年前）,(a) 横向框架布置 (b) 纵向框架

2、布置 (c) 纵横向框架布置,V,框架剪力墙结构体系,剪力墙结构,框架核心筒结构 (b) 筒中筒结构,1.2 建筑结构的荷载,一、荷载分类及荷载代表值,荷载定义：,施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用,荷载分类：,在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。,在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。,在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。

3、比如爆炸力、撞击力等。,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,按时间的变异,按空间位置,a、固定荷载,b、可动荷载,按结构反应,a、静态荷载,b、动态荷载,荷载代表值,结构计算时，需根据不同的设计要求 采用不同的荷载数值。,荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。,荷载标准值,柱的自重：(集中荷载）,（1）永久荷载标准值：,板的自重：面荷载,梁的自重：线荷载,（2）可变荷载标准值：,楼面及屋面活荷载标准值：,雪荷载标准值：,风荷载标准值：,可变荷载准永久值,在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。,可变荷载频遇值,作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载。

4、,可变荷载组合值,当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。,二、恒荷载,三、楼面及屋面活荷载,民用建筑楼面活载见表。对多、高层，荷载满布且达到最大值可能性很小，应适当折减.,屋面均布活载分“上人”、“不上人”、“屋顶花园” 。,屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。,雪荷载,雪荷载标准值,基本雪压。见荷载规范,屋面积雪分布系数，即基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。,风荷载,风荷载标准值,基本风压， 见荷载规范,风压高度 变化系数,风荷载体型 系数，+为压 力，-为吸力,高度z

5、处风 振系数,注：1本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大或情况特殊时，应按实际情况采用。2第6项书库活荷载当书架高度大于2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度2.5kN/m确定。3第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车；消防车活荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆；当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载。4第11项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1.5kN集中荷载验算。5本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取每延米长墙重(kN/m)

6、的1/3作为楼面活荷载的附加值(kN/m)计入，附加值不小于1.0kN/m。4.1.2设计楼面梁、墙、柱及基础时，表4.1.1中的楼面活荷载标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。1设计楼面梁时的折减系数:1)第1(1)项当楼面梁从属面积超过25m时，应取0.9；2)第1(2)7项当楼面梁从属面积超过50m时应取0.9；3)第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8；对单向板楼盖的主梁应取0.6；对双向板楼盖的梁应取0.8；4)第912项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。2设计墙、柱和基础时的折减系数1)第1(1)项应按表4.1.2规定采用；2)第1(2)7项应采用与其楼面梁相同的折减

7、系数；3)第8项对单向板楼盖应取0.5；对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.84)第912项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。注:楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。,2,3,4,L,b,A,可变荷载的 折减系数,M,0.4ao,1.3 建筑结构的设计方法,一、建筑结构的极限状态,结构的三大功能,结构在使用期间内，在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷 载、外加变形、约束变形(如温度和收缩变形受到约束时)等的作用。 在偶然事件(如地震、爆炸)发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性。,结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形(挠度

8、、侧移)、振动(频率、振幅)，或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度等。, 适用性：, 安全性。,我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。,结构的可靠性,安全性、适用性、耐久性,在规定的时间内（一般为50年），在规定的条 件下（正常设计、正常施工和正常使用），完 成预定功能的概率，称为结构的可靠度。,结构的可靠度,结构在正常使用和正常维护的条件下，应具有足够的耐久 性， (如混凝土碳化、钢筋锈蚀)，结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低。, 耐久性：,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。,极限状态,承载能力极限状态,结构或构件达到最大承

9、载力或产生不适于继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压屈等。, 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(如倾覆、滑移)。 结构塑性变形过大而不适于继续使用。 结构形成几何可变体系(超静定结构中出现足够多的塑性铰)。 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。,超过下列情况之一，结构就不能满足预定的安全性功能要求：,Mr,Mov,混凝土结构的承载能力极限状态计算应包括下列内容： 1 结构构件应进行承载力（包括失稳）计算； 2 直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算； 3 有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算； 4 必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算

10、； 5 对于可能遭受偶然作用，且倒塌可引起严重后果的重要结构，宜进行防 连续倒塌设计。,正常使用极限状态,结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如过大变形、开裂、振动等。, 过大的变形、侧移，这往往会导致非结构构件受力破坏、会给人不安全 感或导致结构不能正常使用(如吊车梁)等。 过大的裂缝，这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导致房屋漏水等。 过大的振动，这往往会给人不舒适感。 其他正常使用要求。,混凝土结构构件正常使用极限状态的验算应包括下列内容： 1 对需要控制变形的构件，应进行变形验算； 2 对使用上限制出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算； 3 对允许出现裂缝的构件，应进行

11、受力裂缝宽度验算； 4 对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。,承载能力极限状态表达式,二、极限状态设计表达式,由永久荷载控制的效应组合,由可变荷载控制的效应组合,永久荷载和可变荷载分项系数。,正常使用极限状态,标准组合,频遇组合,准永久组合,荷载效应（S)由于直接作用或间接作用作用于结构构件上，在结构内产生 的内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等)。 结构抗力（R)结构或结构构件承受内力和变形的能力(如构 件的承载能力、刚度等)。,承载能力极限状态表达式,对持久设计状况、暂短设计状况和地震设计状况，当用内力的形式表达时：,结构构件的抗力模型不定性系数：对静力设

12、计， 一般结构构件取1.0， 重要结构构件或不确定性较大的结构构件根据具体 情况 取大于1.0的数值； 对抗震设计，采用承载力抗震调整系数RE 代替 Rd 的表达形式； fc、fs混凝土、钢筋的强度设计值。,几何参数的标准值；当几何参数的变异性 对结构性能有明显的不利影响时，可另增减 一个附加值。,S=N=1/2(q+g)L,R,N,混凝土材料强度分项系数rC,rC=1.4,钢筋材料强度分项系数rS,rS=1.1 1.2,C设计对变形、裂缝等规定的相应限值。 S变形、裂缝等荷载效应设计值。,正常使用极限状态,钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的准永久组合; 预应力混凝土受弯构件的最大挠度应按

13、荷载的标准组合，并均考虑荷载长期作用的影响进行计算.,受弯构件的挠度限值,结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值（mm）,对大跨度混凝土楼盖结构应进行竖向自振频率验算，其自振频率宜符合下 列要求：,1 、住宅和公寓不宜低于5Hz；,2、 办公楼和旅馆不宜低于4Hz；,3 、大跨度公共建筑不宜3Hz；,4 、工业建筑及有特殊要求的建筑应根据使用功能提出要求。,耐久性设计,混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计，耐久性设计包括下列内容： 注：对临时性的混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。,1、 确定结构所处的环境类别 2、 提出材料的耐久性质量要求； 3、确定构件中钢筋的混凝

14、土保护层厚度； 4 、满足耐久性要求相应的技术措施； 5 、在不利的环境条件下应采取的防护措施； 6、 提出结构使用阶段检测与维护的要求。,混凝土结构的环境类别,设计使用年限为50 年的混凝土结构，其混凝土材料宜符合下表的规定,结构混凝土材料的耐久性基本要求,注：1 氯离子含量系指其占胶凝材料总量的百分比； 2 预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.05；最低混凝土强度等级应按表中的规定提 高两个等级； 3 素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松； 4 有可靠工程经验时，二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级； 5 处于严寒和寒冷地区二b、三a 类环境中的混凝土应使用引气剂

15、，并可采用括号中的有关 参数； 6 当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。,一类环境中，设计使用年限为100 年的混凝土结构应符合下列规定： 1 钢筋混凝土结构的最低强度等级为C30；预应力混凝土结构的最低强度 等级为C40； 2 混凝土中的最大氯离子含量为0.05； 3 宜使用非碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大碱含量为 3.0kg/m3； 4 混凝土保护层厚度应按本规范第8.2.1 条的规定增加40；当采取有效 的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减小。 5 在设计使用年限内，应建立定期检测、维修的制度。,二、三类环境中，设计使用年限 100 年的混凝土结构应

16、采取专门的有 效措施。,对下列混凝土结构及构件，尚应采取加强耐久性的相应措施： 1 预应力混凝土结构中的预应力筋应根据具体情况采取表面防护、管道灌 浆、加大混凝土保护层厚度等措施，外露的锚固端应采取封锚和混凝土表面处理 等有效措施； 2 有抗渗要求的混凝土结构，混凝土的抗渗等级应符合有关标准的要求； 3 严寒及寒冷地区的潮湿环境中，结构混凝土应满足抗冻要求，混凝土抗 冻等级应符合有关标准的要求； 4 处于二、三类环境中的悬臂构件宜采用悬臂梁-板的结构形式，或在其上 表面增设防护层； 5 处于二、三环境中的结构构件，其表面的预埋件、吊钩、连接件等金属部 件应采取可靠的防锈措施； 6 处在三类环境

17、中的混凝土结构构件，可采用阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋或 其他具有耐腐蚀性能的钢筋、采取阴极保护措施或采用可更换的构件等措施。 混凝土结构在设计使用年限内尚应遵守下列规定： 1 设计中的可更换混凝土构件应按规定定期更换； 2 构件表面的防护层，应按规定维护或更换； 3 结构出现可见的耐久性缺陷时，应及时进行处理。 耐久性环境类别为四类和五类的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标 准的规定。,防连续倒塌设计原则,混凝土结构宜按下列要求进行防连续倒塌的概念设计： 1 采取减小偶然作用效应的措施； 2 采取使重要构件及关键传力部位避免直接遭受偶然作用的措施； 3 在结构容易遭受偶然作用影响的区域增加冗余约束，布置备用传力途 径； 4 增强重要构件及关键传力部位、疏散通道及避难空间结构的承载力和 变形性能； 5 配置贯通水平、竖向构件的钢筋，采取有效的连接措施并与周边构件 可靠地锚固； 6 通过设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。,重要结构的防连续倒塌设计可采用下列方法： 1 拉结构件法：在结构局部竖向构件失效的条件下，按梁拉结模型、悬 索拉结模型和悬臂拉结模型进行极限承载力计算，维持结构的整体稳固性。 2 局部加强法：对可能遭受偶然作用而发生局部破坏的竖向重要构件和关 键传力部位，可提高结构的安全储备；也可直接考虑偶然