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1、第八章 土木工程结构体系,土木工程概论,第一节 梁、板、柱,一、梁,梁是将楼板上或屋面上的荷载传至柱子或墙上的受弯构,件。梁上作用的荷载一般与梁轴线垂直，在这样的荷载作用,下，梁要受弯，其轴线由原来的直线变成曲线，这种弯曲形,式称为弯曲变形，产生弯曲变形的构件称为受弯构件。,图 8-1 平面弯曲的梁,梁的截面高度与跨度之比一般为 1/81/16。高跨比大于,1/4 的梁称为深梁。梁截面高度一般大于其截面宽度，但因工,程需要，梁宽大于梁高时，称为扁梁。梁截面高度沿梁轴线,变化的梁，称为变截面梁。,（一）梁上作用的荷载,作用在梁上的荷载常见的有下列几类：,1.集中力 即作用在梁微小局部上的横向力，
2、图 7-2 所示。,2.集中力偶 即作用在通过梁轴线的平面或与梁轴线平,面平行的平面，图 8-2 中的力偶 m。,图 8-2 作用集中力 P 和集中力偶 m 的梁,。,3.分布荷载 即沿梁长连续分布的横向力，分布荷载可分,为均布荷载（沿梁长均匀分布的荷载，图 8-3a）与非均布荷,载（沿梁长非均匀分布的荷载，图 8-3b）,（a）均布荷载,（b）非均布荷载,图 8-3 作用分布荷载的梁,（二）梁的分类,1.建筑工程中，梁按材料分类，常用的有混凝土梁、钢,梁及钢混凝土组合梁。,（1）混凝土梁,混凝土梁截面形式常用的有矩形、T 形及花篮形等（图,8-4）。混凝土梁分为现浇钢筋混凝土梁和预应力钢筋混
3、凝土,梁。,图 8-4 混凝土梁的截面类型,图 8-5 钢筋混凝土梁的配筋,当梁的跨度达到 12m 以上时宜采用预应力混凝土梁。,（2）钢梁,钢梁的材料强度高，塑性好，钢材便于加工和安装，因此,钢梁的使用范围较广。由于材料强度高，所以钢梁的截面尺,寸较小，其自重较轻。钢梁可由型钢直接制作，其截面形式,如图 7-7 所示。,图 8-7 钢梁的截面类型,图 8-8 钢混凝土组合梁的组成,图 8-9 组合梁中钢梁的截面形式,（3）钢混凝土组合梁,组合梁与钢梁相比具有以下特点：,1）可以使钢梁的高度降低 1/41/3，刚度增大 1/41/3。,2）处于受压区的混凝土板刚度较大，对避免钢梁的整体,稳定性
4、和局部失稳有明显的作用，使钢梁用于防止失稳方面,的材料大大节省。,3）可利用钢梁上组合楼板混凝土的受压作用，增加梁截,面的有效高度，提高梁的抗弯承载力和抗弯刚度，从而节省,钢材和降低造价。,2.梁按支承条件可分为简支梁、连续梁和悬臂梁。,（1）简支梁,简支梁的两端搁置支承物上，一端可视为可动铰支座，可,动铰支座表示梁可绕该支座转动、也可平移；另一端可视为,固定铰支座，固定铰支座表示梁可以自由转动但不能平移,图 8-11 连续梁,（3）悬臂梁,悬臂梁的一端为固定支座、另一端为自由端（图 8-12）。,（2）连续梁,图 8-12 悬臂梁,（一）现浇整体式钢筋混凝土楼板,现浇整体式钢筋混凝土楼板按受
5、力和支撑条件的不同，,分为肋梁楼板、井式楼板、无梁楼板和压型钢板组合楼板。,1.肋梁楼板,肋梁楼板由板、次梁和主梁组成。板被梁分成若干区格，,每一区格的板一般是支撑在主梁、次梁或者墙上。,二、板,(a) 单向板肋梁楼板,(b)双向板肋梁楼板,图 8-13 肋梁楼板,井式楼板与肋梁楼板相比，因井式楼板的梁跨度大，所以其钢筋用量较多，造价较高。,图 8-14 井式楼板,2.井式楼板,图 8-15 无梁楼板,压型钢板与混凝土组合板是在压型钢板上现浇混凝土，,且配置适量钢筋所构成的一种板。,3.无梁楼板,图 7-16 压型钢板组合楼板,4.压型钢板组合楼板,图 7-17 压型钢板组合楼板截面,压型钢板
6、与混凝土组合板与上述的肋梁楼板、井式楼板,及无梁楼板相比，具有以下优点：,（1）压型钢板通过与混凝土的组合作用，可以部分代替,或全部代替楼板中的受力钢筋，从而减小了钢筋的制作与安,装工作量。,（2）压型钢板可作为浇注混凝土的永久模板，节省了施,工中搭设脚手架和安装与拆模的时间，大大缩短施工工期，,节约成本。,（3）压型钢板的肋部便于铺设水、电、通讯设施等管线，,可以增大室内层高或降低建筑总高度，提高建筑设计的灵活,性。,（a）实心板,（b）空心板（圆孔） （c）正槽形板,（d）倒槽形板,（e）单 T 形板,（f）双 T 形板,图 8-18 常用预制板的截面形式,（二）装配整体式钢筋混凝土楼板,
7、1.实心板 实心板是一种最简单的预制板,其主要特点是表面平整、制作简单、但自重大,适用于跨度较小的走道板、楼盖板、楼梯平台板等。 2.空心板 空心板具有刚度大、自重轻、受力性能好、隔热隔声效果好等优点。上、下板面平整,因此在预制楼板中得到广泛应用,缺点是不能在板上随意开洞。空心板有单孔、双孔、多孔。 3.槽形板 当板的跨度较大时,为了减轻板的自重,提高板的刚度,可采用槽形板的形式。槽形板由面板、纵肋和横肋组成,肋向下的称为正槽形板,肋向上的称为倒槽形板。 4.T形板 T形板有单T形板和双T形板两种。这类板的受力性能良好,布置灵活,能跨越较大的空间,开洞自由;但整体刚度不如其他类型的板。T形板适
8、用于板跨度在12m以内的楼盖和屋盖结构。,（a）轴心受压柱,（b）偏心受压柱,柱按所用材料可分为：钢筋混凝土柱、钢柱、型钢混凝,土柱及钢管混凝土柱等。,三、柱,1.钢筋混凝土柱,钢筋混凝土柱的应用最为广泛，如单层工业厂房的排架,柱，多、高层房屋结构中的框架柱。,（a）正方形截面,（b）矩形截面,（c）圆形截面,钢筋混凝土柱截面,2.钢柱,钢柱具有承载力高，塑性、韧性好等优点，最常用的截面,形式是工字形和箱形。,（a）工字形截面,（b）箱形截面,钢柱截面,（a）工字形,（b）十字形,（c）正方形,（d）T 形,4钢管混凝土柱,3.型钢混凝土柱,第二节 桁 架,桁架是由若干内力以轴力为主的杆件构成
9、的平面或空间的格架式结构。根据受力特性,桁架结构分为平面桁架和空间桁架;按材料不同分为钢桁架、钢筋混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。,(a),(b),梁和桁架,二、钢屋架,钢屋架的典型形式有三角形屋架、梯形屋架和平行弦屋,架等。对屋架外形的选择、弦杆节间的划分和腹杆的布置，,考虑的原则：杆件的类型和数量宜少，节点构造简单，各杆,之间的夹角应控制在 3060之间；应使屋架外形与梁的,弯矩图相近似，这样杆件受力均匀；短杆受压，长杆受拉；,荷载尽量布置在结点上，以减少弦杆局部弯矩。,1.三角形钢屋架,2.梯形钢屋架,3.平行弦钢屋架,轻型钢屋架常见的形式（图 8-30）有三角形
10、芬克式屋架、,三铰拱屋架和梭形屋架。,图 8-30 轻型钢屋架,三 轻型钢屋架,a)三角形芬克式屋架 b)三铰拱屋架 c)梭形屋架,拉时，也可以采用圆钢；斜梁腹杆通常用连续弯折的圆钢；,拉杆一般采用单圆钢。,图 7-31 三铰拱屋架,3.梭形屋架,梭形屋架一般采用空间式桁架（三角形），上弦常采用单,四、钢筋混凝土-钢组合屋架,屋架在荷载作用下，上弦主要承受压力，有时还承受弯,矩，下弦承受拉力。为合理发挥材料作用，屋架的上弦和受,压腹杆可采用钢筋混凝土杆件，下弦和受拉腹杆可采用钢拉,杆，这种屋架称为钢筋混凝土-钢组合屋架。,第三节 框架,框架结构是指梁和柱通过刚接而形成的骨架结构,框架结构的优点
11、是建筑平面布置灵活，能够获得较大,的使用空间；建筑立面易于处理，适用于不同房屋的造,型。框架结构使用广泛，常用于多层工业厂房、仓库、,商场、办公楼等建筑。,图 8-33 框架结构,图 8-34 框架结构平面布置示意图,图 8-35 框架结构剖面示意图,一、框架结构的类型,框架结构按所用材料的不同，可分为钢框架和钢筋混凝,土框架。,钢筋混凝土框架结构根据施工方法的不同可分为整体,式、装配式和装配整体式三种。,二、框架结构的承重方案,框架结构根据荷载传递途径的不同可分为横向承重、纵向,承重和纵横向承重三种方案，如图 7-36 所示。,(a)横向承重方案 (b)纵向承重方案 (c)纵横向承重三种方,
12、案,三、框架结构的侧向变形,框架结构在水平力作用下，其侧向变形如图 7-37 所示。,框架结构的侧向变形由两部分组成：第一部分的侧向变形是,由梁和柱的弯曲变形产生，框架下部的梁、柱内力大，层间,变形也大，愈到上部层间变形愈小(图 7-37a)；第二部分的侧,向变形由柱的轴向变形产生，在水平荷载作用下，柱的拉伸,和压缩使结构出现侧移，这种侧移在上部各层较大，愈到下,部层间变形愈小(图 7-37b)。框架结构中的第一部分侧移是主,要的，随着建筑高度的增大，第二部分变形比例逐渐增大，,但综合后框架的侧向变形仍以第一部分的变形为主。,图 8-37 框架结构的侧向变形,，,。,第四节 高层建筑结构体系,
13、我国高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）规,定，10 层及 10 层以上或房屋高度大于 28m 的建筑物为高层建,筑。1972 年国际高层建筑会议将高层建筑分为 4 类：第一类,为 916 层（最高 50 米） 第二类为 1725 层（最高 75 米)，,第三类为 2640 层（最高 100 米），第四类为 40 层以上(高,于 100 米）,一、高层建筑结构体系的发展,（1）用钢材加强混凝土构件。钢材放在构件内部，外部,用钢筋混凝土做成，称为钢骨（型钢）混凝土构件；也可在,钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件，称为钢管混凝土。,（2）一部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混,凝
14、土结构（或部分采用钢骨混凝土结构）。,二、高层建筑结构的特点,高层建筑结构同时承受垂直荷载和水平荷载，还要抵抗,地震作用。在层数较少的结构中，水平荷载产生的内力和位,移很小，通常可以忽略；在多层结构中，水平荷载产生的内,力和位移逐渐增大；而在高层建筑中，水平荷载和地震作用,将成为控制因素。图 7-38 表示建筑物高度与荷载效应的关系，,从图中可以看到，随着高度增加，侧向位移增加最快，弯矩,次之。高层建筑设计不仅需要较大的承载能力，而且需要较,大的刚度，使水平位移产生的侧向变形限制在一定的范围内，,原因如下：,图 7-38 建筑物高度对内力、位移的影响,（1）过大的侧向变形会使人不舒服，影响使用
15、。主要是,在风荷载作用下，必须保证建筑物内正常的工作与生活，当,然对于发生地震时，人的感觉是次要的。,（2）过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或,损坏，也会使电梯轨道变形。在地震作用下，虽然可以比风,荷载作用下适当放宽变形限制，但这些非结构性的损坏会增,加修复费用，且填充墙等的倒塌也会威胁人的生命及设备安,全，因此，对地震作用下产生的侧向变形也要加以限制。,（3）过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝，甚至损坏。,限制变形也就是限制结构的裂缝宽度及破损程度。,由于上述特点，高层建筑结构在设计时，抗侧力结构的,设计成为关键。欲使抗侧力结构具有足够的承载力和刚度，,又要有好的抗震性能，还要尽可
16、能提高材料利用率，降低材,料消耗、节约造价，必须从选择结构材料、结构体系、基础,形式等各方面进行综合考虑。,三、高层建筑的结构类型,（1）框架结构体系,框架结构体系是以梁、柱组成的框架作为竖向承重和抵,抗水平作用的结构体系。墙体采用非承重构件既可使立面设,计灵活多变，又可降低房屋自重，节省材料；通过合理设计，,钢筋混凝土框架结构可以获得良好的延性，有好的抗震性.,（2）剪力墙结构体系,利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结,构，称为剪力墙结构体系（图 7-40）。现浇钢筋混凝土剪力墙,结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，,承载力要求也容易满足，因此这种结构体系适合建造较高的,高层建筑。,，,（3）框架-剪力墙结构体系,框架-剪力墙结构体系是由框架和剪力墙结合而共同工,作的结构体系（图 8-42） 兼有框架和剪力墙两种结构体系的,优点。框架和剪力墙协同工作，可以取长补短，既可获得良,好的抗震性能，又可取得良好的适用性。,（4）筒体结构体系,随着建筑物层数、高度的增加，高层建筑结构承受的水,
