建筑结构课件(新).ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,第一篇 建筑结构基本计算原理,(1-2,章）,第一章 绪论,1.1,建筑结构的分类,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,1.3,建筑结构基本理论及设计方法的发展,1.4,建筑结构课程的要求、注意的问题,2,第一章,（共一讲）,本章的主要内容：,建筑结构的分类；,各类结构的优缺点及其应用和发展简况；,本课程的学习方法和需要注意的问题。,第一讲,能力训练,1,3,1.1,建筑结构的分类,一,.,建筑结构定义,简单的说就是房屋的,承重骨架。,第一章 总论,1.1,建筑结构的分类,二、建筑结构的组成,柱下基础,楼板,柱,梁,梁,墙,楼梯,墙下基础,地下室底板,4,第一章 总论,1.1,建筑结构的分类,三,.,建筑结构的分类,按所用,材料,的不同分为：,1,）,混凝土结构,（以混凝土为主要材料的结构）包括：,钢筋混凝土结构,配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架；,预应力混凝土结构,配置预应力钢筋的混凝土结构；,素混凝土结构,没有配置受力的钢筋的混凝土结构。,5,2,）,钢结构,:,以钢材,(,钢板、型钢）,为主制作的结构,3,）,砌体结构,:,由块材通过砂浆砌筑而成的结构,4),木结构,:,指全部或大部分用木材制作的结构,5,）,混合结构,:,由两种及两种以上材料作为主要承重结构,的房屋,此外还有,钢,混凝土组合结构,、,钢管混凝土,等。,第一章 总论,1.1,建筑结构的分类,按其承重结构的类型分为：,1,）,框架结构,2,）,剪力墙结构,3,）,框架,剪力墙结构,4,）,筒体结构,。,本 章 目 录,6,1,）框架结构,采用,梁、柱组成的结构体系作为建筑承重结构,。,框架结构的主要构件是,梁和柱，而墙体只是作为,围护构件。,可以做成,预制或现浇框架,，平面布置比较灵活，,可以获得较大的使用空间，,比混合结构强度高整体性强，但随层数增多抗侧,刚度不足。,请看框架结构组成,第一章 总论,1.1,建筑结构的分类,7,2,）,剪力墙结构,利用建筑物的,纵向及横向的钢筋混凝土墙,体作为,主要承重构件，再配以梁板组成的承重结构体系。,其墙体同时也起围护及分割房间的作用。,整体性好，刚度大，抗震性能好，适于建造高层,建筑（,10,50,层范围内都适用）。,不过剪力墙间距太小，平面布置不灵活，自重,大，不适应建造公共建筑，一般适用于建造住宅。,请看剪力墙结构组成,第一章 总论,1.1,建筑结构的分类,8,3,）,框架,剪力墙结构,框架结构的基础上，沿框架纵、横方向的某些位,置，在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为,剪力墙。,因此它是框架和剪力墙的有机结合，综合了二者,的优点：一个布置灵活，一个抗侧力高。,请看框架剪力墙结构组成,第一章 总论,1.1,建筑结构的分类,9,4,）,筒体结构,用钢筋混凝土墙组成一个筒体作为房屋的承重结构,筒体可以由,密柱深梁,组成一个筒体，也可以用,多个,筒体组成筒中筒、束筒，还可以将框架和筒体联合,起来组成框筒结构。,筒体结构在各个方向的抗侧刚度都很大，是目前高,层建筑中较多采用的结构形式。框筒是上个世纪,60,年代由美国工程师法卢齐坎恩第一次提出来的。,请看筒体结构组成,其它结构还有,壳体结构,、,网架结构,、,悬索结构,等等，它们大多用于大跨度结,构中。,第一章 总论,1.1,建筑结构的分类,10,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,一,.,钢筋混凝土结构,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,1.,钢筋混凝土的组成：,钢筋,+,混凝土,(,混凝土,:,现代主要的人造工程结构材料,),2.,两种材料的基本力学特性：,钢筋,抗拉与抗压强度较高，,破坏时表现出,较好的延性,；,混凝土,抗压强度高，,抗拉强度远低于其抗压强度,（之比约为,10%,，,破坏时具有明显的,脆性性质,）,11,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,4.,关于钢筋混凝土梁与素混凝土梁的比较试验：,（,1,）试验情况介绍：同条件下的对比试验；,请看素混凝梁实验,（,40,秒,),请看钢筋混凝土梁实验,(2,分）,3.,配筋的基本原则,：,使钢筋在结构中处于受拉；使混凝土在结构中处于受压。,素混凝土梁,承载力低，一开裂即告破坏，破坏前无预兆（为脆性）；,钢筋混凝土梁,承载力高，混凝土开裂后，其承担的拉应力转移到钢筋,。,请看图片,（,2,）试验结果小结：,12,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力,，在荷,载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；,钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数,（,钢材为,1.2,10,-5,，混凝土为,(1.01.5),10,-5,），,因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形,差而导致两者间的粘结力破坏。,5.,钢筋与混凝土共同工作的条件：,钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他们可以结合在一起共同工作，是因为：,13,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,6.,配筋的基本,要求：,（,1,）钢筋的布置（即在结构中的位置）和数量由计,算确定；,（,2,）在钢筋的端部应有锚固长度或弯钩（常称为构,造要求）。,14,7,混凝土结构的优缺点：,优点,材料利用合理,：,钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。,可模性好：,混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。,耐久性和耐火性较好，维护费用低：,钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，,30mm,厚混凝土保护层,可耐火,2,小时,，使钢筋不致因升温过快而丧失强度,。,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,15,现浇混凝土结构的整体性好：,通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。,刚度大、阻尼大：,有利于结构的变形控制。,易于就地取材：,混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,16,缺点：,自重大：,不适用于大跨、高层结构。,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,抗裂性差：,普通,RC,结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差,(,露天、沿海、化学侵蚀,),时会影响耐久性；也限制了普通,RC,用于大跨结构，高强钢筋无法应用。,承载力有限：,在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。,施工复杂，工序多,（支模、绑钢筋、浇筑、养护）,，,工期长，施工受季节、天气的影响较大。,混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难,。,17,8,混凝土结构的发展与应用概况,混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅,150,多年。,1824,年英国人阿斯普丁,(J.Aspdin),发明硅酸盐水泥。,1849,年法国人朗波,(L.Lambot),制造了第一只钢筋混凝土小船。,1872,年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。,与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且,高性能混凝土,和,新型混凝土结构,形式还在不断发展。,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,18,第一阶段：,从钢筋混凝土的发明至上世纪初,钢筋和混凝土的强度都比较低。,主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,混凝土结构的发展,在结构方面,：目前，钢筋混凝土结构向大跨度、高层发展,在材料方面,：向高强、轻质、耐久、抗震的方向发展。,19,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,第二阶段：,从上世纪,20,年代到第二次世界大战前后,混凝土和钢筋强度的不断提高。,1928,年法国杰出的土木工程师,E.Freyssnet,发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度,20,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,第三阶段：,二战以后到现在,随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。,高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。,21,二,.,砌体结构,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,1.,砌体结构的组成：,砌块砂浆,2.,材料的基本力学特性：,砌体抗压强度较高，但抗拉强度很低；,3.,砌体结构的优缺点,：,优点,：,较易就地取材、具有很好的耐火性，以及较好的化学及大气稳定性、成本低较经济。,缺点：,自重大，强度低、砌筑工作繁重、砂浆和砌块的粘结力较 弱、占用农田，影响环境。,22,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,（,1,）发展：,历史悠久：考古资料表明，我国在新石器时代末期（约,6000,4500,年前），已有地面木架建筑和木骨泥墙建筑。,分为三个阶段：,第一阶段：,在清朝末年，,19,世纪中叶以前,主要以城墙、佛塔和少数砖砌重型穹拱佛殿以及石桥等。,代表有,万里长城,、南京灵谷寺无梁殿后面走廊的砖砌穹窿、,河北赵县的,赵州桥,。,4.,砌体结构在我国的的发展与应用情况,：,23,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,第三阶段：,解放后到现在,在原有基础上有了长足的进步。无论在桥梁、房屋，且在,新结构、新技术方面也有了很大的发展，并建立了具有我国,特色的结构设计计算理论。,第二阶段：,19,世纪中叶到解放前,砌体材料主要还是粘土砖，由于在封建及后来的半殖民地,半封建制度下，砖石结构的实践和理论发展缓慢。,（,2,）发展趋势：,高强、空心、薄壁大板和配筋砌体等。,24,三,.,钢结构,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,1.,钢结构的特点,：,优点：,（,1,）强度高、强重比大；塑性、韧性好；,（,2,）材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；,（,3,）工厂化生产，工业化程度高，施工速度快；,缺点：,钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。,25,第一章 总论,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,2.,钢结构的应用,：,（,1,）重型结构及大跨度建筑结构；,（,2,）多层、高层及超高层建筑结构；,（,3,）轻钢结构；,（,4,）塔桅等高耸结构；,（,5,）钢混凝土组合结构。,我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距,。,26,4,钢结构的初始缺陷,几何缺陷：,初弯曲 初倾斜 杆件长度误差,材料缺陷,：钢材并非理想的匀质体和各向同性体,本 章 目 录,第一章 总论,工厂制造：,验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂漆,工地安装：,扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定,3,钢结构的建造过程,1.2,各种建筑结构特点及应用情况,5,钢结构的发展,发展低合金高强度钢材和型钢品种,结构和构件设计计算方法的深入研究,结构形式的革新,结构优化设计,27,1.3,建筑结构基本理论及设计,方法的发展,一,.,结构设计方法的发展过程,1.,弹性理论为基础的容许应力设计方法,2.,破坏阶段设计方法,3.,极限状态设计方法,4.,概率设计法：,以近似概率为基础的极限,状态设计法。,未来：,全概率设计法、生命全过程设计法,第一章 总论,1.3,建筑结构基本理论及设计方法的发展,28,二,.,我国现行结构设计规范（部分）,建筑结构可靠度设计统一标准,GB50068-2001,建筑结构荷载规范,GB5009-2001,混凝土结构设计规范,GB50010-2002,砌体结构设计规范,GB50003-2001,钢结构设计规范,GB50017-2003,。,设计人员必须遵照各种结构类型,设计规范或规程,进行设计。,各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的,是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设计,质量和工程项目的安全可靠。,注意在学习中，有关基本理论的应用最终都要落实到规范的,具体规定。,第一章 总论,1.3,建筑结构基本理论及设计方法的发展,本 章 目 录,29,1.4,建筑结构课程的要求、注意的,问题,一,.,要求,1.,掌握结构材料的力学性能；,2.,掌握结构设计的基本原则；,3.,熟悉结构设计规范和其它相应规范；,4.,熟练基本的设计计算、查阅有关表格和构造要求；,5.,学会识读结构施工图，正确理解设计意图。,第一章 总论,1.4,建筑结构课程的要求、特点及学习方法,30,1.4,建筑结构课程的要求、特点及学习方法,第一章 总论,1.,应通过实习、参观等各种渠道，了解建筑物各构件的受力特点、结构布置、结构构造，从而来积累感性认识。,二,.,学习中应注意的问题,2.,完成一定量的习题有助于理解和掌握本课程的内容和基本概念；按要求完成单项能力训练和综合能力训练，在掌握知识的前提下培养职业能力。,31,第一章 绪论,1.4,建筑结构课程的要求、特点及学习方法,3.,建筑结构材料的力学性能、结构构件的内力计算与建筑材料、建筑力学课程密切相关，建筑结构课程是建筑施工、建筑施工项目管理、地基与基础等课程的基础课程。因此学好本课程，有助于理解和学好其他课程。,4.,建筑结构构件的计算方法，大部分是建立在实验的基础上，特别是混凝土和砌体构件，由于所用材料的物理力学性能的复杂性，对实验的依赖性很强。学习中要特别注意计算公式的适用范围和限制条件。,32,第一章 绪论,1.4,建筑结构课程的要求、特点及学习方法,5.,本课程中涉及众多的构造措施与结构计算，它们在课程中有着同等重要的地位。各种构造措施是长期科学实验和工程实践经验的总结，是对结构计算中未考虑到的因素所采取的技术措施。工程事故常常是由于不重视构造措施或构造措施不当而发生的。因此在学习中要充分重视构造措施和构造处理，并注意弄清其中的道理。,33,第一章 绪论,6.,建筑结构设计规范、规程是多年来建筑科学研究成果和工程实践经验的总结，是国家颁布的技术规定和标准，已具有某些法律性质，设计、施工、工程管理人员应严格遵守和执行。在学习本课程时，自觉查阅、熟悉有关规范，以便于工作中应用。,1.4,建筑结构课程的要求、特点及学习方法,34,第一章 绪论,1.4,建筑结构课程的要求、特点及学习方法,三,.,本课程的教学环节,1.,课堂教学及讨论；,2.,教学试验；（实验录像）,3.,单项能力训练；（在课堂或课后）,4.,综合能力训练（专题训练、课程设计）；,5.,工程经验积累（自行安排）。,本 章 目 录,作业,思考题,35,容许应力设计法,钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；,结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；,没有考虑结构功能的多样性要求；,安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。,36,破损阶段设计法,整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件的总安全度较为明确。,但,安全系数,K,仍然,凭经验确定，,没有考虑结构功能的多样性要求的问题。,37,极限状态设计法,除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括的挠度和裂缝宽度（适用性）的极限状态的设计。,对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一的安全系数，而采用的多系数表达，,材料强度,f,ck,和,f,sk,是根据统计后按一定保证率取其下限分位值，反映的材料强度的变异性。,荷载值,q,ik,也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限分位值。,荷载系数,k,qi,，,材料强度系数,k,c,和,k,s,仍按经验确定，但对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。,38,以概率理论为基础的极限状态设计法,由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。,为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。,失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。,结构可靠性的概率度量称为,结构可靠度,。,当失效概率,P,f,小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为,容许失效概率,P,f,。,失效概率,P,f,=,P,(,S,R,),39,40,41,42,43,P,P,P,P,素混凝土梁,承载力小，破坏突然,钢筋混凝土梁,承载力大，变形性能好，破坏有预告,配筋的作用：,（,1,）提高结构的承载力；,（,2,）调整结构的破坏形态。,44,北京饭店新楼,45,46,47,48,广州白云宾馆,3600,4000,8000,8000,66000,3000,36000,3000,66000,8000,8000,4000,3600,70000,7850,7850,2300,33,层，,112.45,米，剪力墙结构，,1976,年建成，国内首栋百米高层。,49,50,钢管混凝土结构 工程实例,美国西雅图,双联广场大厦,58,层,四根大钢管混凝土柱,混凝土抗压强度,133Mpa,直径,3.05m,管壁厚,30mm,承受,60%,竖向荷载,51,钢混凝土组合结构,52,筒中筒结构体系,深圳发展中心,53,多筒结构体系,成 束 筒,54,巨形框架结构,55,56,57,58,59,砌体结构,60,钢结构,61,木结构,62,混合结构,63,万里长城,64,赵州桥,65,第 一 讲 思 考 题,1,、什么是建筑结构？按照所用材料的不同，建筑结构可以分为哪几类？各有何特点？,2,、混凝土结构房屋中各个构件的受力特点是什么？,3,、简述建筑结构的结构及材料发展方向。,