建筑结构第二章

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1、第二章 结构设计的总体问题,1. 熟练掌握内容（本章重点） （1）作用力的概念；（2）荷载类别； （3）作用力的估算；（4）结构材料基本性能； （5）挠度的概念及简单估算； （6）简单变形设计； （7）基础与地基的概念；,第二章 结构设计的总体问题,第二章 结构设计的总体问题,一个建筑结构，应该考虑哪些问题才能保证其正常使用？ 结构正常使用的条件主要两大类：满足承载力要求、变形在要求范围内。 本章-总体问题几乎涵盖了所有建筑结构设计中考虑的问题。 包括荷载，材料，内力计算，抗倾覆计算，刚度和变形计算，地基基础等问题，内容非常庞杂。总体问题包括哪些内容？,第二章 结构设计的总体问题,第二章 结构

2、设计的总体问题,2. 应该掌握的内容 （1）结构反应； （2）结构承载力的概念； （3）结构倾覆抗倾覆设计； （4）结构刚度； （5）建筑物的沉降； （6）结构截面承载力和结构承载力的设计； （7）结构抗倾覆设计； （8）结构变形设计； （9）地基设计的要点。,第二章 结构设计的总体问题,第二章 结构设计的总体问题,作业：1、通过本章第一节（建筑结构上的作用力）的学习，请思考这样一个问题：如果一个业主要在你所住的总高24层的住宅上面私自加盖2层未经批准的加层作为个人使用，你怎样去说法他不要这样做。或如果为此打官司，请说出你的理由？2、荷载标准值、荷载设计值？材料强度标准值、材料强度设计值？3、

3、楼面荷载计算,返回,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1 建筑结构上的作用力,几个问题。 对结构产生力学作用的因素有哪些？ 产生力学作用的因素包括哪两个大类？ 作用力包括那些？,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1 建筑结构上的作用力,事故发生时查明原因是比较复杂的问题。,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1 建筑结构上的作用力,倒楼原因。注意是否与下述的某种作用直接相关。,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构

4、设计的总体问题,2.1 建筑结构上的作用力,2.1.1 建筑结构上作用力的概念 是建筑结构设计计算的首要问题。 作用力按是否直接作用分为两种： 1 直接作用于结构，使其产生内力效应的a. 自重，包括构件的自身重力荷载，以及构件上建筑构造层的重力荷载；b. 雪荷载和施工荷载，积灰荷载；c. 活荷载（包括人，家具，设备等）d. 风荷载，作用于外墙面上。 2 不直接作用于结构:(约束变形和外加变形，从而产生内力效应）a. 沉降作用（支座位移，装配误差）b. 温差作用c. 地震作用,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构

5、设计的总体问题,3 按照作用的时间长短还可以分成：a.永久作用力（恒荷）：其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计。主要包括结构及附属物的自重。b. 可变作用力：其值变化与平均值相比不可忽略，包括屋面、楼面活荷载、风荷载、雪荷载等。c. 偶然作用力：不一定出现，但出现则破坏力巨大且持续时间较短，如地震作用，物体的撞击作用等。,如何取得这些荷载值？,荷载纷繁复杂，我们一般只能通过统计方法来完成荷载估算。 恒荷载：统计砼梁或板等的重量； 活荷载：教室和办公室，库房等可变的重量。需要一定的样本空间。 在正常条件下可能出现的最大估计值，称为荷载作用的标准值。保证率是95%。实际设计时还需要乘以

6、一个大于1的系数，即分项系数（考虑结构整体的可靠度），成为设计值。 这些荷载由研究机构给出，只适用于一般的情况，可以通过荷载规范查得。 对于一些特殊的结构，需要对荷载进行专门的研究，荷载规范所确定的内容已经不能够满足要求。 荷载规范：建筑结构荷载规范（Load code for the design of building structures）GB 500092001,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,解答第3页的问题。,荷载分项系数表荷载标准值与设计值的纽带,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1.2 恒载,恒载：结构构件自重和建筑物构造层重力荷载

7、是一种永久作用力。 已知尺寸和容重，即可以估算构件的自重。 方案设计的时候也采用估算的荷载值。木结构 5-7 kN/m2钢结构 6-8 kN/m2 钢筋混凝土和砌体结构 9-11 kN/m2 常用材料和建筑构造做法单位重量表，见P.9，表2-1，类似的表可在荷载规范中得到。 估算的荷载值，可能与实际情况有出入，但对结构方案的估算有用。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1.3 楼面活荷载,活载：其值变化与平均值相比不可忽略。 楼面上的使用荷载，是一种随时间和不同的使用情况有较大变化的可变荷载。 弯矩等效采用的是均布荷载的形式，因为实际荷载一般不会是均布的，荷载统计时采用

8、弯矩等效的方法。 如何取得：一般查【荷载规范】；有时需要单独研究。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,荷载规范中的一些楼面活荷载,住宅，旅馆，办公楼 2.0 KN/m2 教室，会议室，一般实验室 2.0 KN/m2 商店，车站候车室 3.5 KN/m2 一般光学仪器仪表装配车间 4.0 KN/m2 如前所述，这样的数值具有95%的保证率。 这些数据一般均运用弯矩等效的原理得到。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1.4 风荷载,风荷载标准值，风振系数 ，风压高度变化系数 ，风载体型系数 ，基本风压

9、,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,风荷载：作用于建筑表面上的风压力或风吸力。 主要的影响因素：结构动力特性(风敏感性) ，风速， 建筑物体型， 地面粗糙度及高度变化。,它不仅和高度有关，还和地面粗糙度有关。共分海岸，中小城镇（大城市郊区），大城市市区等几个不同的变化曲线。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,与建筑物的高度有关的系数，建筑物越高，则风压一般也越大，该系数即反映风荷载这样的特点。与地面粗糙度也有关系，海岸、湖岸，中小城市、大城市郊区，有密集建筑群的大城市郊区。,风振系数,反映结构的振动特性的系数。比如高耸和翼展很宽的结构和一般的体型小的结构

10、对风的响应是不相同的。实际就是反映结构动力特性的系数。荷载规范对它做了规定,体型系数,荷载规范对结构体型都给出了体型系数。对重要的复杂体型结构需要做专门的研究。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,与建筑外型有关的系数，荷载规范中同样有比较详细的规定，但对于重要结构，该系数需要做专门研究。,基本风压,根据各个地区风力的大小取值，荷载规范给出了各个地区的值。 也采用数理统计的方法，为50年一遇的10分钟最大平均风速。风速和风压的换算关系。通过这个关系将风速转化为风压。与旧规范不同。,2.1.5 雪荷载和屋面均布活荷载,雪荷载是按照50年一遇最大积雪来确定的。荷载规范给出了各个地

11、区或城市的基本雪压。设计可以采用。但需要考虑一个积雪分布系数，和屋面坡度和屋面形状有关，荷载规范有详细规定。 屋面均布活荷载分上人和不上人两种情况。查荷载规范。 二者(雪荷载和屋面活荷载)不要同时出现。同时出现的情况可能性小。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1.6 地震荷载(作用),地震的产生：地壳应力的积累，能量的释放。 地震震级：地震的强烈级别。是一个能量指标，即一次地震所释放的能量。 地震烈度：遭受影响的大小的衡量指标。一次地震在不同的地方引起的破坏不相同。一般距离震中越近则烈度越高，但不尽然，如玉田县在唐山地震中比周围地区的烈度大约要低2个级别。 抗震设防的

12、目标：小震不坏，中震可修，大震不倒。 抗震设防的目标烈度主要对应的是中震。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,建筑设计基准期为50年。这个期间一个地区所可能遭受的地震作用的概率密度曲线。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,地震作用。作用于结构上的惯性力。m,建筑物计算质点的质量。Sa该质点的加速度反应最大绝对值。aE,地面加速度。 g,重力加速度。Geq,质点的重力荷载。 1 ,地震作用和总重力荷载之比 。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,地震作用：,地震作用标准值FEk和以下四个因素有关： 1.建筑物总重力荷载， 举例。 2.建筑

13、物所在地区的基本烈度， 3.建筑物本身的动力特性，主要与自振周期T1有关， T1 越大，则 愈小 。举例。 4.所在地区的场地土类别 ，场地土愈硬，则 愈小。 自振周期:完成一个振动周期所需要的时间，建筑物的刚度越大，则完成一次振动周期的时间越短。它是结构动力特性的重要指标，它与地震及风荷载作用下的结构响应均有密切的关系。近似计算公式： 其中H为建筑物总高度，B为建筑物地震作用方向的建筑物尺寸。 自振周期有助于判断一个结构是否为地震敏感结构，进而判断出地震荷载是否是主要控制荷载。对风荷载有同样作用。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,水平地震作用沿建筑物高度的分布 地震是一

14、种惯性作用。 矮而宽的结构，以剪切变形为主。 高而窄的结构，以弯曲为主。 以下是筒体和质点质量均匀分布的结构的地震力（荷载）计算公式:,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,对沿高度质量均匀的筒体,对沿高度质点和刚度均匀分布的多 质点建筑物,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,多层、高层建筑物应该按照多质点体系考虑 筒体结构应该以质量均匀分布来考虑，荷载为倒三角形分布：40m以下的框架结构以剪切变形为主，按多质点体系考虑：,（沿高度质点和刚度均匀分布的多质点建筑物）,实际工程中，地质条件为中软或中硬场地，7度设防，则总的水平地震作用可按下述方法估计。8、9度设

15、防时则水平地震作用为7度时的2和4倍。 地震设防考虑的主要是水平地震，对某些大跨度建筑需要考虑竖向地震。 2-6层砌体结构建筑物：2-8层的钢筋混凝土框架结构：8层以上高层建筑物：,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1.7 由温差引起的建筑物内力效应,温度荷载虽然看不见，但它对结构的影响是显著的。很多的重要结构都需要考虑由于温度差带来的内力效应。 100m的铁桥，从冬季的2 oC到夏季的36 oC，会产生90N/mm2的压应力，3号钢的设计强度只有300 N/mm2。 刚性越大，产生的温度应力越大。温差引起的内力效应的解决方法： 1. 设置温度缝； 2. 柔性结构方案； 3. 减少温差的措施，如增加保温层等。,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,第二章 结构设计的总体问题,2.1建筑结构上的作用力,第二章 结构设计的总体问题,2.1 建筑结构上的作用力,2.2 建筑结构总作用力的估算,估算的意义：这样的估算对于把握建筑结构的体型，大小，对地基基础的要求，以及结构可行性等都是有意义的。 课程设计也需要这方面的知识。2.2.1 重力荷载的估算估算公式：总重力荷载G=(所有恒荷载+所有活荷载)楼层总建筑面积。荷载传递路径： 竖向荷载：板（楼面或屋面）梁（或屋架） 柱（或墙） 基础地基土层。,