1章钢筋混凝土结构设计

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1、钢筋混凝土结构设计,参考书目：,1、建筑抗震设计 郭继武 中国建筑工业出版社 2、建筑结构荷载规范 GB50009-2012中国建筑工业出版社 3、建筑抗震疑难释义薛素锋等 科学出版社 4、建筑抗震设计规范GB50011-2010中国建筑工业出版社 5、新编高层建筑结构包世华主编 中国水利水电出版社 6、高层建筑结构 吕西林主编 武汉理工大学出版社 7、建筑结构抗震设计李国强 等编著 中国建筑工业出版社 8、高层建筑结构设计方鄂华 等编 中国建筑工业出版社 9、混凝土结构与砌体结构 哈尔滨工业大学等三校合编中国建筑工业出版社 10、高层建筑结构疑难释义沈蒲生 中国建筑工业出版社 11、工程结构

2、抗震设计 陈兴冲主编 武汉理工大学出版社 12、高层建筑混凝土结构技术规程JGJ32010 中国建筑工业出版社 13、混凝土结构耐久性设计规范（GB/T 50476-2008） 14、建筑工程抗震设防分类标准 （GB 50223-2008） 15、 有关结构专业图集11G101-1、2、3,第1章 绪论,1.1 多、高层建筑结构概述1.1.1多、高层建筑结构的特点 （1）高层建筑定义 高层建筑混凝土结构技术规程规定：10层及10层以上或房屋 高度大于28m住宅建筑和房屋的高度大于24m的其他民用建筑称 为高层建筑。 （2）多、高层建筑受力特点建筑物无论多层、高层结构，都要承受竖向荷载和水平荷载

3、。非地震区：多层结构设计中，往往是竖向荷载起控制作用；而地震区：不论是单层、多层、高层的结构设计，起控制作用的是水平荷载。之所以如此，其根本原因在于侧移和内力随高度的增加而迅速增长。,图1.1房屋高度对结构内力及侧移的影响,（3）高层建筑结构材料用量与高度关系,由图可见随着层数加大，水平力作用下结构设计是否优化，材料用量将有很大差别。,1.1.2国内外多、高层建筑的历史和现状,高层建筑 是随着社会生产的发展和人类活动的需要而发展起来的，也是随着经济的发展而发展起来的。 是商业化、工业化和城市化的产物。它一定程度上反映了一个国家、一个地区的社会、经济发展水平。 （1）国内外高层建筑的历史1）国内

4、外古代高层建筑见下图,我国古代多高层建筑塔所用材料：砖、木结构,埃及金字塔 （最高141m）,国外古代高层建筑,国外古代多高层建筑,佛罗伦萨大教堂也叫“花之圣母大教堂，圣母百花大教堂”被誉为世界上最美的教堂，是文艺复兴的第一个标志性建筑，其圆顶直径达50米，居世界第一，是世界第四大教堂，意大利第二大教堂，能同时容纳1.5万人同时礼拜，教堂的附属建筑有洗礼堂和乔托钟楼。建于1296-1436年。花之圣母教堂在意大利语中意 佛罗伦萨大教堂味花之都。大诗人徐志摩把它译作“翡冷翠”，这个译名远远比另一个译名“佛罗伦萨”来的更富诗意，更多色彩，也更符合古城的气质,现代高层建筑的历史始于18世纪末的工业革

5、命，英、法的冶金工业成功地生产出熟铁和铸铁，并用于房屋建筑。19世纪40年代，铁被官方认可作为建筑材料。英法最早建造铁框架房屋建筑，但停留在低层建筑。现代高层建筑起源于美国，其中心是当时的商业轴心纽约和芝加哥。纽约芝加哥商家云集，对办公、仓库、旅馆的需求，促成了现代高层建筑的出现。1856年第一部商用电梯安全成功运营，为高层建筑创造了条件。,2）现代高层建筑形成期18世纪末19世纪末,如： 1884-1885年，美国 芝加哥，11层的家 庭保险大楼建成(HomeInsurance Building) 熟铁梁铸铁柱框 架结构，砖墙自承 重。,1890年 芝加哥 Manhattan Buildin

6、g 世界上第一幢 16层的住宅建筑 铸铁柱，支撑,1897年纽约Gillender Building 20层 高宽比大,3）现代高层建筑的发展期：20世纪上半叶,Singer Building 纽约 1908年 47层，187m高 世界上第一幢比埃 及金字塔高的现 代高层建筑,1931年，帝国大厦 纽约 102层，381m高 世界最高建筑达40年之久 钢框架结构,柱内填充炉碴混凝土,4）现代高层建筑的繁荣期,繁荣发展的原因： 城市化，地价高 新建筑材料 新结构体系 新施工技术,悉尼歌剧院建筑总面积88258平方米,包括一个有2690座的大音乐厅,一个有1547座的歌剧厅,一个可容500多人的剧

7、场和一个小音乐厅。此外,还设有排演厅、接待厅、展览厅、录音厅以及戏剧图书馆和各种附属用房（如餐厅、小卖部等）共900多个房间,同时可容6000多人在其中活动。,悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片,耸立在一南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。,马来西亚吉隆坡石油双塔88层，452m高，1998年,多伦多电视塔 （549米） 预应力混凝土结构,阿拉伯酋长国 迪拜摩天大楼（ 800米）,台北101,国际金融中心大厦，中国台北。台北101大楼高508米（含天线，屋顶高448米），1998年动工，历时5年耗资600亿新台币。钢结构，巨型框架核心筒结构体系，地下5层，有世界上最大

8、而且最重的“风阻尼器”，第8892层之间有一颗巨大的黄色大球。它由41层12.5厘米厚的实心钢板堆迭焊接而成，直径约5.4米，重达660吨，价值400W美元。它的作用是减轻飓风、地震等自然现象给大厦带来的震动，也就是传说中的调制阻尼器，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要38秒左右的时间。,台北101巨型阻尼器,5)我国内地高层建筑的发展,北京饭店东楼（1974年） 19层 87.15m高 当时北京最高建筑,广州白云宾馆（1976年） 33层，114.05m高，以后9年中我国最高建筑,深圳国际贸易中心大厦（1985年） 50层，158.65m高 当时我国最高建筑,广州国际大厦（198

9、7年） 63层，200m高,北京京广中心（1987年） 57层，208m高,深圳地王大厦 （1996年） 81层，325m高,上海金茂大厦（1998年） 88层，420m高,深圳赛格广场大厦 （1999年） 72层，291.6m高,上海国际金融中心97层，492m。2011年建成,北京电视中心,中国国家大剧院,外部围护结构为钢结构壳体，呈半椭球形，其东西长轴为 212.20 米，南北短轴为 143.64 米，建筑总高度为 46.285 米，基础埋深的最深部分达到-32.5米。椭球形屋面主要采用钛金属板，中部为渐开式玻璃幕墙。国家大剧院高度比人民大会堂略低3.32米，但其实际高度要比人民大会堂高

10、很多，因为国家大剧院地下的高度有10层楼那么高，其60的建筑在地下。主体建筑外环绕人工湖，湖面面积达35500平方米，北侧主入口为80米长的水下长廊，南侧入口和其它通道也均设在水下。人工湖四周为大片绿地组成的文化休闲广场。,1.1.3现代高层建筑结构的发展,1.1.3.1钢筋混凝土材料的发展趋势 (1) 混凝土 采用轻骨料混凝土。 发展高性能混凝土。 发展各种纤维混凝土。(2) 钢筋 普通混凝土结构用 HRB400级（新级）以上钢筋。 预应力混凝土结构用高强的预应力钢绞线、钢材。 纤维增强塑料筋已经开始应用于实践。 碳纤维棒材通常作为代替传统钢筋的材料，即可用于已建结构的补强加固，也可用于新建

11、结构中。,1.1.3.2 设计理论的发展(1) 提倡非线性分析方法(2) 继续完善的研究课题1.1.3.3 新结构体系不断涌现(1) 巨型结构体系 (2) 悬挂式结构 (3) 减震结构,1.1.3现代高层建筑结构的发展,1.1.3.4 组合结构的迅速发展（1）钢与混凝土组合结构（2）钢管混凝土结构（3）钢筋混凝土外包钢板箍构件（4）压型钢板混凝土组合楼板（5）钢梁支承钢筋混凝土板的组合结构,1.1.3现代高层建筑结构的发展,1.2.1地球构造地球是一个一端微扁的实心球体，其半径约为6400km。从地表至球心由三层性质不同的物质构成。,地壳：岩石层（约5-70km ） 地幔：上部：软流层下部：橄

12、榄岩 地核：高温熔融物及岩石组成,1.2 建筑结构抗震概述,地震地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动 。即：地球内部某处岩层突然断裂或局部岩层塌陷、火山爆发等发生振动，并以波的形式传到地表引起的地面颠簸和摇晃，而引起的地面运动。 地震是一种自然灾害。强烈地震在瞬息之间就可以对地面上的建筑物造成严重破坏。我国是多地震国家，震害严重，损失巨大。 全世界每年发生约500万次地震。其中：无感地震约占99%，有感地震约占1%，即约5万次，破坏性的大地震平均每年约1820次。目前记录到的世界上最大地震是9.0级，发生于2011年3月11日的日本地震（海啸），第二大地震是 8.9级

13、，发生于1960年5月22日的智利地震。 所以，为防止地震灾害必须进行建筑工程结构的抗震分析和抗震设计。,1.2.2 地震概念,1.2.3地震震害,地震灾害是群灾之首，它具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。举例：1）唐山地震 2）印度大地震 3）汶川地震 4）海第地震 5）玉树地震 6）日本海啸,震后北川县城,震后茂县受灾状况,一,地震摧毁的村庄,都江堰市某7层砖混住宅楼 房屋局部倒塌,都江堰市某砖混住宅楼 房屋局部倒塌,汶川县漩口镇电力局 四层砖混住宅楼楼梯间倒塌,都江堰某砖混住宅楼局部倒塌,北川县某建筑框架结构 房屋整体倒塌,彰化县员林镇

14、龙邦富贵名门大楼（16层RC住宅） 倒塌（柱距710m，柱子数量不足，赘余度不足）,高层建筑震害（16层RC框架结构）,单跨框架结构的高层建筑的震害例子,（1）倒塌示意 （2）结构体系简图,（3）结构平面图,中山国宝二期大楼倒塌情形。 一栋往右倾倒，另一栋向左倾倒,高层建筑震害（12层RC框架结构）,（1）倒塌示意 （2）结构平面图,彭州市白鹿镇中心学校地面隆起州2m,北川新县城几乎被山体滑坡掩埋,地震造成山体滑坡人们弃车而逃,彭州市白鹿镇某拱桥垮塌,丰源市狮子会馆及水源路被断层拱起4米,光复国中操场,沿断层挤成 2m 之上下阶,1.2.3.1 地表的破坏现象,（1）地裂缝 （2）喷砂冒水 （

15、3）地面下沉（震陷） （4）河岸、陡坡滑坡,地震作用下 产生地裂缝,地震作用下场地土液化,在地表出现喷砂冒水。,断层所造成之边坡滑动使民宅横向移动10m,垂直落差约6m,1.2.3.2 建筑物的破坏,（1）结构丧失整体性而造成破坏：表现为倒塌，由于节点强度不足、延性不够、锚固质量差导致。 （2）结构承载力不足或变形过大造成的破坏：表现为墙体开裂、砼柱剪断、房屋倒塌、砖烟囱折断和桥面塌落。 （3）地基失效引起的破坏：表现为建筑物倾斜、倒塌，由于地基承载力下降或砂土液化造成。,结构丧失整体性,承重结构强度不足,结构变形过大导致倒塌,1.2.3.2 建筑物的破坏,1.2.3.3 次生灾害,次生灾害有

16、：水灾、火灾、毒气污染、滑坡、泥石流和海啸等。 次生灾害引起的破坏的严重性实例： 1923年：东京震倒房屋13万幢，火灾烧毁45万幢； 1960年：智利震后，海啸浪高4m,冲毁海港，码头和建筑物； 1970年：秘鲁，泥石流从3750m高泻下，冲毁村庄和建筑，死亡25000人。,火灾：由震后火源失控引起,海啸：海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏。,2011日本海啸,地震造成山体滑坡道路阻断,萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有1200多人遇难,1.3钢筋混凝土单层工业厂房结构概述,1.3.1单层工业厂房结构形式 单层工业厂房是空间尺度大、荷载数值大的厂房。 单厂常用的结构形式有排架结构和刚架结构。见图1.3、图1.4,