建筑工程结构标准体系及选型樊振和课后题.docx

建筑结构选型绪论0-1.建筑结构选型是对多种建筑结构形式结构组成、基础力学特点、适用范围和技术经济、施工要求等方面内容进行分析和研究，建筑师做到了这些，才能愈加好处理以下两个问题：（1）做方案时，主动并正确地考虑、推敲、确定并采取最适宜建筑结构体系，并使之和建筑空间、体型及形象有机融合；（2）作为工程主持人建筑师，掌握了建筑结构体系及选型知识（和必需其它相关专业知识），就能很好地和建筑结构工程师进行默契协作和配合。0-2.技术原因：建筑材料、建筑技术发展水平社会原因：大家对建筑功效要求丰富和提升0-3.非结构功效：美学表现力建筑师设计：处理好建筑功效和建筑空间关系，并选择合理建筑结构形式，就自然形成了建筑外观，然后去发觉、选择、袒露那些建筑结构本身含有美学价值原因；再在选择基础上，依据建筑构图原理，对那些含有美学价值结构原因进行艺术加工和发明，从而利用这些来组成建筑艺术形象。0-4.（1）选择能充足发挥材料性能结构形式。依据力学原理选择合理结构形式使结构处于无弯矩状态，以达成受力合理节省材料目标。降低结构弯矩峰值，使结构受力更为合理。（2）合理地选择结构材料。充足利用结构材料优点，避免和克服它们短处。提倡结构形式优选组合。采取轻质高强结构材料、通常平板结构1-1.平板结构：一个简单而基础概念，即非曲面结构，不仅涵盖建筑结构水平分系统中板式结构和梁板式结构，而且涵盖了建筑结构竖向分系统，包含结构柱、结构墙体、带壁柱结构墙体等板式结构和梁板式结构全部属于平板结构1-2.单向板：荷载关键沿短跨方向传输双向板：长跨短跨两个方向全部有显著挠曲，板在两个方向上全部传输荷载。单向板在结构上属于平面受力和传力，双向板在结构上属于空间受力和传力，所以双向板比单向板更为经济合理1-3.水平分系统：本身跨度竖向分系统：稳定性条件二者全部是结构力学问题1-4.减小板跨度。无关，壁柱是为了提升砖墙稳定性和增加墙体刚度。1-5.简支梁：静定结构，由梁本身承重，内力较连续梁大，跨度较小多跨度连续梁：超静定结构，当梁荷载和截面高度相等时，连续梁能够做更大跨度。1-6.梁折线形式是从剖面角度讲。楼梯斜梁是最常见折线形梁，它受力特点和对应直线型梁相同，在竖向荷载作用下，折线形梁弯矩图和对应水平直线形梁弯矩图基础相同。所不一样是，在荷载计算中，折线形梁倾斜部分永久荷载应该根据几何关系折算成沿水平投影线荷载。梁曲线形式是从平面角度讲。若从剖面角度看是曲线形，就不能称为梁了，而已经转变成拱，而拱是经典曲面结构而非平板结构。曲线形梁受力特点除了承受剪力和弯矩外，还要承受扭矩作用。1-7.为了确保梁侧向稳定，梁宽应该满足一定尺寸要求，通常取梁高1/3-1/2为宜。梁截面尺寸取值还应考虑符合建筑模数要求。1-8.（1）采取必需方法形成抗倾覆力矩和悬挑结构倾覆力矩产生平衡；（2）确保悬挑结构有足够安全度，即要求抗倾覆力矩比值大于或等于1.5。1-9.用拉力平衡、用压力平衡、用压力（支撑）平衡、用支撑和拉力相结合复合平衡、用自重平衡、用基础形成整体平衡桁架和屋架2-1.桁架：格构形杆式构件桁架本身能够是平面结构，也能够是空间结构。平面桁架是平面结构体系桁架，立体桁架是空间结构体系桁架。2-2.当荷载只作用在节点上时，全部杆件均只承受轴向拉力或轴向压力，杆件截面上只有均匀分布正应力。2-3. ( l ）屋架外形和内力分布图形越靠近，其各个杆件之间内力值大小越靠近。 ( 2 ）屋架外形大于内力分布图形，其杆件内力值就小。 ( 3 ）屋架外形小于内力分布图形，其杆件内力值就大。2-4.标准：屋架形式选择通常和建筑使用要求、跨度和荷载大小等原因相关。设计要求：1 屋架外形坡度应和屋面防水材料和防水做法相适应。（瓦类屋面大而卷材做平缓）2 为了结构简单，制作方便，屋架上弦杆和下弦杆通常分别设计成等截面。3 确定屋架形式时应尽可能使弦杆沿跨度方向内力分布基础相同。节点形式要简单合理，杆件交角不宜太小，通常在30度到60度之间。4 屋架腹杆部署要合理，尽可能避免非节点荷载，并尽可能使长腹杆受拉，短腹杆受压，腹杆数目宜少，使节点聚集杆件少，达成结构简单方便制作目标。5 屋架跨度依据建筑使用功效和空间要求确定，通常在18m以下时，以30M为模数基数；超出18m时，则以60M为模数基数。6 屋架矢高关键由结构刚度确定，依据一定高跨比值来确定。考虑到屋架作为一个格构式受弯构件，空间刚度相对较差，所以，其高跨比值相对于相同跨度梁高跨比值还应更大部分。7 屋架宽度由上弦宽度决定，这既要确保上弦压杆稳定性要求，也要考虑屋架上弦杆件放置屋面板或檩条时搭接要求，故其宽度通常大于200mm。2-5.（1）确保屋架平面外空间刚度和整体稳定（2）经过降低上弦杆和下弦杆平面外细长比来确保屋架上弦平面外压曲稳定和预防屋架下弦平面外受迫振动（3）承受并传输屋盖纵向水平荷载。2-6.屋架部署要求作用上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑上弦纵向水平支撑或下弦纵向水平支撑纵向垂直支撑纵向系杆2-7.空间桁架：将平面桁架沿平面外方向增加到一定厚度而形成分为立体桁架和板状桁架2-8.支承意味着承受、接收。支撑是撑起来意思。支撑是为了确保屋盖结构本身空间刚度和稳定性构件，而支承则是负担整个建筑荷载结构构件，二者功效形式全部不一样。刚架结构和排架结构3-1.刚架结构：由直线形杆件（梁和柱）组成含有刚性节点单层结构。排架结构：由直线型杆件（梁和柱）组成含有铰节点单层结构。3-2（1）机构类型上：没有“钢架”这种结构类型，“刚架结构”名字由来是因为其直线型杆件组成节点是刚性，和“钢”无关。（2）由钢材建造结构是“钢结构”，而不是“刚性结构”。3-3.结构类型优势劣势刚架结构其横梁做成折线形式，受力性能良好、施工方便、造价较低、造型美观梁柱一体，单个构件长度增大，杆件本身刚度较差，制作运输不便排架结构当跨度较大时，尤其是有较重悬挂物时，更适合排架结构3-4.无铰、两铰、三铰刚架特点：无铰：无铰刚架柱底弯矩大，所以基础材料用量较多。无铰刚是超静定结构，结构刚度较大，地基发生不均匀沉降时，对结构产生附加应力，所以地基条件差时，须考虑其影响。两铰、三铰：两铰刚架和三铰刚架材料用量相差不多，它们特点是，三饺刚架处为静定结构，当基础有不均匀沉降时，对结构不引发附加应力。三铰刚架刚度较差，适适用于小跨度（通常不宜超出12m)建筑和地甚较差情况。对较大跨度结构，则采取两铰刚架。两铰刚架也是超静定结构，所以地基不均匀沉降对结构应力影响也必需考虑3-5.结构构件在多种荷载作用下应力和应变分布情况3-6. 刚架柱构件通常采取变截面形式，加大梁柱相交处截面，减小铰节点周围截面，以达成节省材料目标。同时为了降低或避免应力集中现象，转角处常做成圆弧或加腋形式。排架结构柱和基础连接节点处是弯矩峰值部位，所以，排架柱最大截面应设置在柱底部位。因为排架结构中常常采取桥式吊车，故排架柱普遍采取变截面上下柱结构形式。因为排架结构跨度往往很大，所以联络两根排架柱上部水平横梁关键采取工字形截面屋面大梁或大型屋架。3-7.因为它们全部是平面构件，其平面内刚度大，要增加其空间刚度能够在平面外加支撑3-8.（1）柱间支撑作用：确保建筑高度内结构纵向稳定和空间刚度。设置要求：下柱支撑设置在温度区段中部。上柱支撑除了在部署有下柱支撑柱间部署外，还应在温度区段两端部署上柱支撑。（2）屋盖支撑作用：使它们在整体结构中承受和传输荷载，以确保结构安全。设置要求：屋盖结构必需含有足够本身刚度和稳定性网架结构4-1.网架结构特点：改变了通常平面桁架受力状态，含有各项受力性能，是高次超静定空间结构。它整体性强，稳定性好，空间刚度大，是一个良好抗震结构形式，尤其对大跨度建筑，其优越性更为显著。4-2.跨度及外形需要4-3.（1）交叉桁架体系网架。两向正交正放网架（50米，不宜在狭长矩形平面中使用）、两向正交斜放网架（矩形平面中使用）、两向斜交斜放网架（适合在建筑相邻两立面柱距不等情况下使用）、三向交叉网架（尤其适合于多边形、圆形、椭圆形等平面形状）、单项折线形网架（对于较小跨度，尤其是狭长建筑平面较为适宜）（2）角锥体系网架。四角锥网架（适适用于中小跨度建筑）、六角锥网架、三角锥网架（大跨度建筑，适合于矩形、三角形、梯形、六边形和圆形等建筑平面）4-4.整体相同，局部不一样相同点：两种体系全部是组成空间网架形式，形成空间上结构。不一样点：局部上来说不一样，角锥体系是一个个角锥单元组成，而交叉桁架体系组成结构单元是桁架，组成看不一样。4-5.（1）网架中双向交叉桁架分别采取刚度相当梁来替换。桁架上下弦共同负担弯矩，腹杆负担剪力。（2）两个方向桁架在交点处位移相等，而且仅考虑其竖向位移。4-6.网架高度：取决于网架平面短向跨度。网格尺寸：应和网架高度配合确定，以取得腹杆合理倾角；还要考虑柱距模数、屋面构件和屋面做法等4-7.周围支承网架：大跨度及中等跨度网架四点支承或多点支承网架：广泛适适用于中小型体育馆、大柱距厂房和大仓库等建筑三边支承网架：使用功效上要求，三边支承、一边自由4-8.杆件为角钢平板节点、杆件为钢管球节点4-9.施工安装方法优势劣势高空拼装法适合于周围有辅助用房、网架结构被困中间、无法采取整体安装工程高空作业有一定危险性整体吊装法避免高空作业高层建筑结构5-1.（1）通常情况下，在结构中产生竖向压力大小伴随建筑高度增加呈线性增加，和建筑高度成正比；（2）水平荷载本身大小随建筑高度增加而增加，在建筑结构中产生应力随建筑高度增加呈一个非线性增加趋势。不一样：较低矮建筑结构是竖向压力起关键控制作用，而高层建筑结构则是由弯剪应力起关键控制作用。5-2.建筑体型宽高比大小对建筑结构整体刚度影响至关关键。建筑物越高，其体型高宽比就越大，其结果就是建筑结构整体抗侧弯刚度越来越差。5-3.（1）建筑平面部署十分灵活；（2）建筑立面设计受到约束很少；（3）其结构整体刚度较差5-4.（1）横向框架。有利于整个建筑结构各向刚度均衡性要求。（2）纵向框架。横向梁高度较小，有利于管道穿行；楼层净高大，能得到更多可利用室内空间。其结构横向刚度较差，实际工程中较少采取。（3）纵横向混合框架。综合了横向框架和纵向框架优势，是比较有利于抗震一个结构部署形式。5-5.满足建筑使用功效要求；努力争取使建筑形状规则、简单整齐；符合建筑模数协调统一标准要求，以使建筑构件类型和尺寸规格尽可能减小。5-6.框架柱截面尺寸估算可依据经验确定，也可依据结构刚度条件计算，即根据柱长细比大约在1/20-1/10范围左右，而且截面边长不得小于300mm。框架柱截面边长通常应比同方向梁宽最少多取50mm。承重梁截面高度通常可依据设计荷载大小按跨度1/15-1/10取值，截面宽度通常取截面高度1/3左右。板截面形式关键采取等厚板式结构，其厚度取值通常为其跨度1/45-1/35,板最小厚度应小于60mm，对于板柱体系无梁框架，板最小厚度不应小于150mm。5-7.侧向刚度很大，能够承受很大水平荷载，也能够承受很大竖向荷载。5-8.横墙承重方案。优势是剪力墙结构横向刚度比较大，有利于整个结构纵、横两个方向侧向刚度均衡。对于层数较少建筑来说，剪力墙承载能力不能得到充足地利川，所以造成一定程度浪费，从其次看，对于住宅类建筑，较小横向剪力墙间距能够大大降低设置横向隔墙材料和工序，同时避免隔墙对楼板结构集中荷载作用，使楼板结构较为经济。纵墙承重方案。适适用于较大开间。纵横墙混合承重方案。缺点是大梁在纵墙上支承面积很小，对建筑抗震能力也有影响。5-9.在平面上尽可能对其，成列部署；剖面上，剪力墙应自下而上连续部署，避免刚度突变；大空间应该设置在顶楼；平面上部署尽可能均匀对称，以使建筑平面内刚度均匀，避免建筑结构在水平作用下出现扭转。开洞要求：门洞口宜上下对齐，成列部署，形成明确墙肢和连梁。宜避免使用墙肢刚度相差悬殊洞口设置。在纵横墙交叉处，应避免在几面墙上同时开洞，开洞时应尽可能形成门垛。在山墙和其转角处外墙上应尽少开洞或不开洞。在靠近外墙内墙段也尽可能不开洞。5-10.承载能力较大，抗侧弯刚度满足需求，建筑部署又较为灵活。5-11. （1）框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系，在抗震设计时，结构两主轴方向均应部署剪力墙，剪力墙部署宜使结构各主轴方向侧向刚度靠近。（2）在剖面上，剪力墙宜贯通建筑物全高以避免刚度突变，不应在中间楼层中出现剪力墙中止，剪力墙开洞时，制口应对齐。（3）剪力墙宜均匀部署在建筑物周围周围、楼梯间、电梯间等平面形状改变及永久荷载较大部位，楼、电梯间等竖井宜尽可能和靠近抗侧力结构结合部署。（4）纵、横剪力墙宜组成L形、T形和U等形式，以提升空间刚度。（5）剪力墙数量要合适。（6）通常情况下，剪力墙厚度取值应大于160mm，且大于1/20层高。 （7）梁和柱或柱和剪力墙中线宜重合，以避免剪力墙或梁对柱子产生扭转不利影响。5-12.筒体结构是指由一个或多个作为关键抗侧力构件筒型结构组成结构类型。关键靠筒体承受水平荷载，所以含有很好空间刚度、很高抗侧弯能力和抗震能力。超高层建筑对结构抗侧弯能力和抗扭能力需求更为突出。5-13.结构类型设计要求适用范围薄壁筒由板式墙组成筒体，通常是由建筑内部楼梯间、电梯间和设备管道井钢筋混凝土墙体围合而成。通常在建筑平面中部，所以也称其为关键筒框筒关键用作外筒，筒体孔洞面积通常小于筒壁面积50%，立柱中距通常为1.2-3米，特殊情况下也可扩到4.5米，横梁高度通常为0.6-1.2米，立柱可为矩形或T形截面，横梁常采取矩形截面5-14.筒体结构：框筒+桁架结构：沿着外筒周围并不是很密柱子设置竖直向上整体桁架，在处理室内采光前提下满足筒体结构空间整体刚度要求。框架-筒体结构：在内薄壁筒周围或在内外筒之间部署框架，以形成建筑使用空间。5-15.悬挂结构是指将建筑结构水平分系统经过吊杆或钢索吊挂或斜拉固定在结构竖向分系统上水平悬臂梁或桁架一个结构类型。能够充足发挥高强度钢材力学性能，有效增加结构跨度，降低材料消耗。柱子数量相对较少，建筑空间灵活度提升，建筑造型愈加富于改变。5-16.（1）单层悬挂结构。将梁、板、桁架、薄壳等刚性构件形成屋顶结构用斜拉索固定在中心柱上。（2）高层悬挂结构。由关键筒作为关键竖向支承结构，再由吊架、吊杆或斜拉杆作连接吊挂构件，用以悬挂各层楼板组成一个结构。拱结构6-1.曲面结构推力：在竖向荷载作用于结构时，其支座处产生水平方向分力。推力存在是由曲面结构外形决定，会让曲面形成一个展开趋势和动能，形成推力。6-2.拱关键内力是轴向压力。拱是有推力结构。6-3.（1）无铰拱。超静定结构，只有在地基良好或两侧拱脚处有稳定边跨结构时，才采取无铰拱。（2）两铰拱。超静定结构，对支座沉降差、温度差等不利改变原因比较敏感。（3）三铰拱。静定结构，适应地基较差时可能产生基础沉降差问题。6-4.在一固定荷载作用下，使拱处于无弯矩状态拱轴曲线6-5.和平板结构梁截面高度估算一样，依据结构刚度来确定。所不一样是，拱高跨比比梁高跨比要小得多。悬索结构7-1.轴心受拉构件，是一个有推力结构。7-2.适用平面类型屋盖结构类型优势劣势单曲面悬索结构举行平面单曲面单层悬索结构结构简单，缺点：屋盖稳定性差，抗风吸力能力差单曲面双层悬索结构能够经过张拉索对承重索和稳定索施加预应力，大大提升了整个锁网刚度，因为也就提升了整个屋盖刚度。双曲面悬索结构圆形平面、椭圆形平面、复杂曲线形平面双曲面单层悬索结构双曲面双层悬索结构适适用于多个曲线形平面在均布荷载作用下，每根拉索内力全部不相同，从而在索端受压外环梁中引发较大弯矩，所以，双曲面悬索结构较少用于椭圆形建筑平面。双曲面交叉悬索结构1、整体刚度大，能够采取轻型屋面，2、它适适用于多种形状建筑平面。3、外形起伏富于改变7-3.（1）设置斜拉索（2）在索旁边设置刚性结构7-4.（1）采取重屋盖方案（2）选择合理悬索结构类型（3）对悬索结构承重索和稳定索之间施加预应力（4）悬挂薄壳法（5）索-桁架结构薄壁空间结构8-1.空间受力状态曲面结构，关键承受曲面内轴力和顺剪力。8-2.（1）旋转曲面。由一平面曲线做母线，并绕其平面内轴旋转而成曲面。（2）平移曲面。由一竖向抛物线曲母线沿另一曲率方向相同竖向抛物线曲导线平移所形成曲面。（3）直纹曲面。由一根直母线沿两根曲导线平移所形成曲面。8-3.壳板、边梁、横格。横格是筒壳结构抗推力基础且必需方法。8-4. 工程上依据跨度和波长比值不一样，将筒壳划分为长壳和短壳。当跨度和波长比值大于1时，称为长壳；当比值小于1时，称为短壳。因为当跨度大于波长时，筒壳受力情况类似弧形梁；反之，当跨度小于波长时，筒壳空间工作性能就越来越显著，横隔间距减小，对筒壳空间工作影响增加。8-5.长壳结构长到一定程度趋于梁板结构，短壳空间8-6.拱结构关键是轴心受力，筒壳结构法向上也有力，薄膜力，壳传力8-7. 折板结构跨度和波长之比往往很大，大多是长折板，和长筒壳相同。当边梁无中间支承且l1/l2大于等于3时，长折板也可按梁理论计算。8-8.8-9.圆顶径向受压，环向上部受压，下部可能受压也可能受拉8-10.支座环承受着壳面边缘传来推力8-11. 1 关键经过薄膜应力传输荷载。2 顶部区域是轴向受压，无需配置受力钢筋，配置结构钢筋。3 壳体边缘处受到横隔构件约束产生横向弯矩，要配置承受弯矩钢筋。4 壳体四个角部顺剪力很大，形成了该区域很大主拉应力。5 横隔上关键荷载是由壳体边缘传来顺剪力。8-12.横格构件是双曲扁壳结构最基础抗推力方法，所以，在横格构件四个交接处应有可靠连接方法，使它们形成整体箍，以约束壳面变形。8-13. 在竖向均不荷载作用下，曲面内不产生法向力，仅存在顺剪力。顺剪力产生主拉应力和主压应力，作用在顺剪力成45度角截面上。在壳板和边缘构件相邻区域内，壳板会受到边缘构件约束作用而产生局部弯矩。壳板内力小，厚度由抗变形要求和施工条件决定。8-14扭壳两侧顺剪力协力产生出扭壳推力，所以边缘构件本身刚度及其结合处连续强度是扭壳结构抗推力能力基础确保。8-15.各个幕间相连幕角刚度很小，所以多跨幕结构不考虑其连续性，而按剪支连续梁结构考虑。8-16. 在幕角下面和柱之间做支托，以减小幕角应力集中现象。柱距或荷载较大时，墓顶支撑在有柱帽柱子上。较小时，不需要柱帽，柱之间设肋形边梁。8-17.满足建筑平面和造型要求外，还要遵守曲面形成画法几何科学法则。