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1、工程结构基础 (给排水工程专业),建筑,建筑物社会生活环境,构筑物工程设施,绪 论,1.工程结构概论,由若干构件连接而成的能承受荷载和其他间接作用的体系，叫做建筑结构。,一、建筑结构模型的建立； 二、结构荷载的计算； 三、构件内力计算和构件选择； 四、施工图纸绘制。,1.1 工程结构设计步骤,1.2.1 板,定义： 平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置。,单向板,双向板,1.2 基本构件,1）按截面形式分： 矩形梁、T形梁、倒T形梁、L形梁、Z形梁、槽形梁、箱形梁、空腹梁、叠合梁等。,1.2.2 梁,钢梁形状,混凝土梁形状,2）按支承方式分：简支梁，连续梁，悬臂梁,1.2.3 柱,定
2、义：柱是工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件。,钢筋混凝土柱,1.2.4 拱,定义：为曲线结构，主要承受轴向压力。,河北赵州桥,美国贝永桥,按建筑物层数分类：高层、多层、低层,自左向右：台北101大楼、芝加哥西尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、际金融中心、纽约帝国大厦,1.3 建筑结构形式,单层装配式钢筋混凝土厂房,1.3.1 单层建筑按使用目的可分为民用单层建筑和单层工业厂房。,铝合金压型屋面板建筑,施工中的轻钢结构别墅和厂房,1.3.1 单层建筑,大跨度结构是指跨度大于60m的建筑。它常用于展览馆、体育馆、飞机机库等，其结构体系有很多种，如网架结构、网壳结构、悬索结
3、构、悬吊结构、索膜结构、充气结构、薄壳结构、应力蒙皮结构等。,1.3.2 大跨度建筑,1.3.3 多层建筑,我国以8层为界限，低于8层者称为多层建筑。常用结构形式为混合结构、框架结构。 混合结构指用不同的材料建造的房屋，通常墙体采用砖砌体，屋面和楼板采用钢筋混凝土结构，故亦称砖混结构。 框架结构指由梁和柱刚性连接而成骨架的结构。,多层混合结构,1.3.4 高层与超高层建筑,摩天大楼诞生在芝加哥、成长在纽约，建筑师路易斯沙利文曾说过“摩天大厦是经济力量合乎逻辑的结果”。我国规定超过100 m的为超高层。无疑，现代超高层建筑从一定意义上是城市现代化标志。,台北101大厦,中国台湾101购物中心20
4、04年建成，楼高508米，共101层，位于台北世贸中心旁，由建筑师李祖原设计，大楼造型如劲竹节节高升，象征生生不息的传统建筑内涵。,马来西亚:佩重纳斯大厦(石油双塔),马来西亚吉隆坡双子星大厦为马来西亚国家石油公司所建，88层，高451.9米，整座大楼全部的外表材料是银色金属的，在阳光下格外耀眼，底层是吉隆坡城中城购物中心。,芝加哥西尔斯大厦,美国芝加哥希尔斯大楼楼高443米，110层，建成于1974年，面积相当于78个足球场大小，为楼内100多个公司提供办公场所。,金茂大厦,中国上海金茂大厦楼高420.5米，拥有88层楼，位于上海浦东新区陆家嘴金融贸易区黄金地段。由美国S.O.M公司设计，占
5、地面积2.4万平方米，高420.5米，裙房有6层，地下室3层，总建筑面积29万平方米。,深圳地王大厦,地王大厦69层,高到383.95米，是深圳的标志性建筑物. 大厦为深圳第一高层建筑,纽约帝国大厦,美国纽约帝国大厦楼高381米，拥有102层。在这栋大楼取景的电影超过100部，每年吸引将近400万游客，以灯饰著名，依照不同节庆会点燃不一样的灯光，帝国大厦在上世纪20至30年代纽约摩天大楼狂飙的时代中，曾经一度夺下“天下第一高“的头衔。,世界贸易中心大厦 (1、2号大厦),高度417米，1973年建成； (在9.11恐怖分子袭击事件中倒塌),高层建筑的主要结构形式：,1)框架结构 2)框架剪力墙
6、结构 3)剪力墙结构 4)框支剪力墙结构 5)筒体结构,上海金茂大厦,1)框架结构,由梁和柱刚性连接而成骨架的结构。,框架结构,北京长城饭店,2)框架剪力墙结构,剪力墙即为一段钢筋混凝土墙体，因其抗剪能力很强，故得此名。,框剪结构,广州中天大厦,3)剪力墙结构,全部采用纵横布置的剪力墙组成，剪力墙不仅承受水平荷载，亦用来承受垂直荷载。,剪力墙结构,广州白云宾馆,4)框支剪力墙结构,适用于上部为住宅楼或办公楼，而下部开设商店。需在其交界位置设置巨型的转换大梁，将上部剪力墙的力传至下部柱子上。,框支剪力墙结构,北京兆龙饭店,5)筒体结构,筒体结构是由一个或多个筒体作承重结构的高层建筑体系，适用于层
7、数较多的高层建筑筒体在侧向风荷载的作用下，其受力类似刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面将受拉，而背风面将受压。筒式结构分类：框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系等。,(1)框筒体系,指内芯由剪力墙构成，周边为框架结构。,深圳华联大厦,(2)筒中筒体系,当周边的框架柱布置较密时，可将周边框架视为外筒，而将内芯的剪力墙视为内筒，则构成筒中筒体系。,广东国际大厦,(3)桁架筒体系,在筒体结构中，增加斜撑来抵抗水平荷载，以进一步提高结构承受水平荷载的能力，增加体系的刚度。这种结构体系称为桁架筒体系。,香港中银大厦,(4)成束筒体系,成束筒体系是由多个筒体组成的筒体结构。最典型的成束筒体系的建筑应为
8、美国芝加哥的西尔斯塔楼（1974）。,西尔斯塔楼,1.3.5特种结构,特种结构是指具有特种用途的工程结构，包括高耸结构、海洋工程结构、管道结构和容器结构等。,水池,水塔,筒仓,按受力体系分类,混合结构：即砖混结构，墙体承重； 排架结构：主要由屋架、柱、基础组成，柱段铰接； 框架结构：主要(竖向)受力体系由梁和柱组成； 剪力墙结构：主要(竖向)受力体系由墙组成； 框架-剪力墙结构：混合形式； 筒体结构：四周封闭的墙形成筒； 其他：如塔式结构、桅式结构、悬索、悬吊结构、壳体结构、网架结构等,建筑结构,应用最广泛,按材料分类,主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重
9、材料的结构，均可称为混凝土结构(Concrete Structure)。,2 混凝土结构的一般概念和特点,素混凝土结构,钢筋混凝土结构,预应力混凝土结构,钢骨混凝土结构,钢管混凝土结构,FRP筋混凝土,钢 -混凝土混合结构,纤维混凝土,素混凝土结构（Plain Concrete),Foundation,Masonry wall,钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete Structure),Reinforcement,Stirrup,Support,预应力混凝土结构（Pre-stressed Concrete Structure),Pre-stress rebar,Concret
10、e,Hollow tube,Pre-stressed concrete hollow floor,钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete)(Encased Concrete),Steel,Reinforcement,Stirrup,Steel reinforced Concrete column,钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube),Steel tube,Concrete,Concrete filled tube column,FRP混凝土（Fiber Reinforced Polymer(Plastic) Concrete ),钢-混凝土组合
11、（混合）结构 (Composite Structure or Hybrid Structure),混凝土(Concrete)：抗压强度高，而抗拉强度却很低一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20破坏时具有明显的脆性性质( Brittle),因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。,基本材料性能 Basic Materials Properties,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2,ft,sc= ft,素混凝土梁受力性能,Pu Pcr,破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度
12、，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。,钢 材(Steel)： 抗拉和抗压强度都很高 具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性 Ductile 但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件,而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲，材料强度一般得不到充分地发挥。,Advantage: 将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2,ft,sc= ft,钢筋混凝土梁,Pu 52.5kN,fy,配置钢筋后，RC梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得
13、到充分利用，且破坏过程有明显预兆。,Py 50.0kN,fc,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2,ft,sc= ft,钢筋混凝土梁,Pu 52.5kN,fy,Py 50.0kN,fc,但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作； 通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。 但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用于大跨度结构。如何解决？,钢筋混凝土Reinforced Concrete 除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式 可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力 在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件、节
14、点区、剪力墙等），可以配置箍筋或纵横交错的钢筋 当构件受力很大时，可以直接配置钢骨 还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直接采用钢管 采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土，其抗拉强度可以达到提高 因此，两种(或两种以上)材料的有机组合，可充分发挥各自的长处，创造出多种形式的复合材料，适应各种不同受力的要求，取得很好的综合经济效益,常见配筋方式,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，它们可以结合在一起共同工作，是因为： 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力，在荷载作用下，保证两种材料变形协调，共同受力；,钢材与混凝土具
15、有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.210-5，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。,(3)混凝土对钢筋具有保护层作用。,混凝土结构的优点： 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
16、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。, 现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，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。,混凝土结构的缺点： 自重大：不适用于大跨、高层结构。,轻质、高强和预应力, 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。,预应力混凝土, 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。,高强、钢骨、钢管混凝土, 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。,
