《建筑结构选型》课程教学大纲.doc

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1、建筑结构选型课程教学大纲课程编号: 课程名称：建筑结构选型 英文名称：Selection of structural design 课程类型: 必修课总 学 时：32 讲课学时：32 学分：2适用对象: 建筑学本科先修课程：无执 笔 人：金杰 审定人：孟昭博一. 课程性质、目的和任务建筑结构选型课程是建筑学专业学生的一门专业必修课，其基本出发点是紧密结合建筑学专业实际的需要提供相应结构的基本概念知识。 基本目的和意义在于，使学生通过学习后，能掌握基本结构知识，在进行建筑构思和设计中，增强建筑中结构的合理性与可行性，做出比较经济合理、切实可行的建筑方案与设计，以求得建筑艺术与建筑技术的完美结合。

2、同时，加深同学们对一般性房屋结构设计方法的了解，拓宽结构专业方面的知识，开阔学生的眼界和思路。 二. 课程教学和教改基本要求通过学习后，能掌握基本结构知识，在进行建筑构思和设计中，增强建筑中结构的合理性与可行性，做出比较经济合理、切实可行的建筑方案与设计，以求得建筑艺术与建筑技术的完美结合。同时，加深同学们对一般性房屋结构设计方法的了解，拓宽结构专业方面的知识，开阔学生的眼界和思路。 三. 课程各章重点与难点、教学要求与教学内容第一章 梁和悬挑构件教学要求：了解梁和悬挑构件的形式，掌握梁和悬挑构件的受力及变形特点。教学重点与难点：梁和悬挑构件的受力及变形特点教学时数：理论教学2学时。教学内容：

3、 1.1 梁的形式； 1.按材料来分(1) 石梁，古代埃及、西亚、希腊形成狭长式密柱林立的空间，如阿蒙神庙，帕提农神庙。这是因为石村抗弯性能差(抗拉低，抗压高)所以石梁高度很大，极其笨重，跨度受限制， 可达89m (2) 木梁，古代亚州地区大面积才用，形式空间开阔通透，一般为框架结构，也有采用干式结构木材抗腐、防蛀、防火性能差且资源有限，木结构房屋轻巧、精致，且富于装饰(细部)自重轻抗拉、抗压、截面小，跨度大，可达11m 按外观还可分为直梁和月梁 近年来，胶合木结构有所发展 (3)钢梁，适用范围广泛，轻质高强 材料强度高，所需截面小，自重相对较小，抗拉抗压均强防腐防火差，造价高，一般采用土学形

4、式空腹钢梁跨度可达18m以上 (4) 砼梁，受力明确，力学性能好砼受压，纵向钢筋受拉，箍筋受剪受到挠度和裂缝宽度条件的限制，一般不超过12m预压力砼梁石受拉区预压应力控制梁 的裂缝窗度和挠度，跨度达18m；一般梁高为1/141/8L，梁宽为1/31/2梁高。 2.按截面形式分类焊接工字型钢梁，砼有 等变截面梁普通砼薄腹梁612m，预砼梁1218m 3.按支座约束条件分类 静定梁：单跨 多跨 超静定梁：1.2 梁的受力与变形 一、梁的受力特点 梁主要承受垂直于梁轴线方向的荷载的作用，这在各种受力体中是最不保理的一种：不能完全发挥材料(强度)力学性能。 内力主要为弯矩和剪力；扭矩轴力。 变形与约束

5、条件有关:(1) 两端约束小，变形挠度大，内力大 适用：中小跨度建筑，地基较差，有不均匀沉降 不适用于跨度，外力较大的情况(2) 两端约束大，变形小于，内力小于 当梁刚度柱刚度时最小 当梁刚度=柱刚度时，处于两端固定与两端简支之间。(3) 只有一端有约束，固定端有较大弯矩(倾覆力矩) 抗倾覆安全系数，强度变形 平衡方式四种，上压；下拉，左右自平衡，副跨框架两端外伸的简支梁及连续梁(4) 两端外伸的简支梁及连续梁 充分发挥材料力学性能 特点：内力小，刚度大，抗震好。 对支座变形敏感，易引起附加内力1.3 梁式结构的工程实例1.4 悬挑结构1.4.1 悬挑结构的形式1、结构特点：无端部支承构件，可

6、以构成灵活的使用空间，不妨碍视线，同时在建筑造型上有利于穿插（图1-4-1）；2、主要应用：在挑檐、阳台、体育场看台的顶棚等；3、材料选择：钢筋混凝土或钢结构；4、受力特点：除了需要进行强度和变形计算外，还需进行抗倾覆验算。1.4.2 悬挑结构的抗倾覆平衡1.4.3 悬挑结构的受力第二章 桁架（屋架）结构教学要求：掌握桁架结构的特点及应用。教学重点与难点：重点：桁架结构的特点及应用。教学时数：理论教学2学时。教学内容：1.1 桁架结构的受力特点1、 受力简支梁在外力作用下，产生弯矩和剪力，在其截面上产生正应力和剪应力，但其分而极不均匀，若以下边缘处材料强度作为控制值，中间部分材料不能充分发挥作

7、用。且分布在上下边缘处材料剪力为0不能充分发挥其抗剪作用。因此，将中间部分挖空可减轻自重、节省材料，纵截面与横截面都可以进行这种改变，当大幅度挖空后，中间只剩几根截面很小的连杆时，形成桁架。由梁到桁架虽然其结构整体来说其内力情况与简支梁完全一致，但它已由受弯构件变为轴向受力构件，传力路线发生了根本变化，将材料的抵抗力集中在最外边缘的纤维上，此时力臂最大上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载产生的弯矩，剪力则由斜腹杆中的竖向分量来承担。2、 桁架结构内力与外形的关系 在桁架各杆件单元中内力的分布是不均匀的。（1）平行弦桁架 上下弦各节间内力随外荷载所产生的总弯矩而变化，跨中节间轴力大，支座

8、处轴力较小。（2）三角形桁架 跨中节间轴力小 靠近支座处最大（3）抛物线形桁架 形状与简支梁弯矩图形相似，符合受荷后的内力变化规律，内力分布均匀。 （4）折线形桁架 便于施工制作，将上弦各节点与弯矩图重合，在之间取直线，上下弦杆内各节间轴力基本相等。 （5）梯形桁架 介于矩形和三角形之间 有缓坡(接近矩形)与陡坡(接近三角形)之分。 腹杆受力与弦杆受力情况类似，在矩形、三角形相反抛物线、折线内力为零。 其间受力最为合理的为3和4。2.2 屋架结构的形式一、按材料 1、木屋架 （1）木屋架的典型型式是豪式屋架，因其适于木屋架表现在 a.屋架节间均匀杆件内力突变不致太大。 b.腹杆长度与杆件内力变

9、化相一致。 c.屋架结点上相交的结点不多，适于木屋架的齿联结。 (2)豪式屋架可有：三角形、梯形、三角形适于18m以内跨度。 (3)节间长度应控制在2-3m，适用跨度为12-18m，高跨比宜在1/5-1/4之间。 2、钢木组合屋架 将屋架下弦或腹杆等承受拉力较大的杆件采用钢材，提高屋架结构刚度和强度。 对于三角形屋架适用跨度为12-18m，梯形为18-24m。3、钢屋架 （1）典型型式是芬克式屋架，适用于钢屋架，因其： a.杆件长度较短 b.下弦受拉 c.施工方便 （2）形式主要有三角形、梯形、矩形。（3）主要用于大跨度建筑中，适用跨度为12-60m三角形高跨比1/6-1/4之间，梯形节间长度

10、应与屋面板协调 三角形 芬克式12-18m 高跨比1/6-1/4梯 形 豪式12-30m 高跨比1/6-1/10 再分式24-60m 高跨比1/8-1/10 4.轻型钢屋架： 三角形、三角拱、梭形屋架三种 轻型钢采用高强钢材质量轻、截面小。三角形相似于普通钢屋架，三角拱由两要斜梁一根拉杆组成梭形，取材方面，截面重心低空间刚度好，可不设支撑。由于腹杆不能受压，不能设置水平支撑和垂直支撑，因此侧向刚度小，适用跨度为18米以下，高跨比为1/9-1/12。 5.砼屋架 屋架形式多样，各项受力强度高，防腐蚀性能好。 屋架适用跨度为15-24m，预应力砼屋架适用跨度为18-36m。 6.砼一钢组合屋架 上

11、弦和受压腹杆为砼构件，下弦和受拉腹杆为柔性钢筋，对材料的利用颇为充分。常见有：折线型组合一、三砼两级组合屋架。桥式屋架是将屋面板与屋架合二为一的结构体系。二、按形式分1、三角形：最大特点是上弦为两根直杆制作简单，但弦杆内力分布不均，一般用于小于18m的建筑中，可用钢木，砼坡度为1/3-1/6，适用于小别墅等中小型民用建筑。2、梯形：上弦平坦1/10-1/12适于上铺预应力大型屋面板，减少油钻下滑，油膏流淌现象，屋架之间便于架设管道和人穿行，常用于18-36m，有的可达72m，适用于影剧院舞台和观众厅屋顶。3、弧形屋架：内力均匀，受力合理。可在弦杆端部加短立柱来改变屋面坡度。 4.平行弦屋架 杆

12、件尺寸和节点形式划一，制作简便，适应性强，在均布荷载作用下，内力分布不均匀，不宜用于杆件内力相差大的大跨一常用作厂房吊车梁和托架。三、按受力特点 1.平面 2.立体桁架： 截面形式：矩形、正三角形、倒三角形，是由两榀平面桁架隔一定距设连接杆件将两榀平面桁架成90度或45度的夹角。为减少连接杆件，可采用三角形截面的立体桁架正三角形适于小跨度，倒三角形适于大跨(跨度大、截面大，可分，反之不可分)。立体桁架采用钢球节点，使各杆件中心汇交于球节点中心，受力明确均匀，施工方便。2.3 屋架结构的选型与布置 一、屋架结构的主要尺寸 1.矢高：结构的高度 2.坡度：大于1/3或1/8-1/12大板 3.节间

13、长度：3m，1.5-4m二、屋架结构的选型 1、屋架结构的受力2、屋架结构的跨度15-24米适用于混凝土结构；18-36米适用于予应力混凝土结构；36米以上适用于钢结构。 3、屋面防水构造 4、材料耐久性及使用环境三、屋架结构的布置 1.跨度 2.间距 3.支座 四、屋架结构的支撑第三章 单层刚架结构教学要求：掌握单层刚架的受力特点及刚架的结构形式，能够合理地进行刚架结构的选形。重点：掌握单层刚架的受力特点并能够合理地进行刚架结构的选形。难点：各单层刚架的受力特点。教学内容： 3.1 单层刚架结构的受力特点 一、受力特点1. 概念：梁柱等杆件之间为刚性连接的构件均为刚架单层刚架是直线性杆件组成

14、的具有刚性结点的结构 2.特点 门架顶部可看做两端有固定端的横梁由于与柱子刚性连接、横梁弯矩比较接情况下的M减少(柱对梁的约束减少梁的跨中弯矩)。同时梁对柱的约束作用也减少了柱内弯矩，峰值小很多，(在水平荷载下)二、影响其结构内力的因素 1.约束条件 三砼刚架，最大优点是静定结构，计算简便，不会引起附加内力，与其他刚架相比节点弯矩稍大，刚度略差的适用于2m跨度以内，或地基较差的情况。两砼刚架：超静定结构，基础无弯矩，省料省工，但地基不均匀沉降对结构内力也有影响。 无砼刚架：二次超静定结构，节点弯矩小，基础有弯矩，费工费料，对温差与支 沉降差很敏感。易产生附加内力。实际工程中常采用三砼刚或两砼刚架以及由它们组成的多跨结构 2.梁、柱线刚度比 竖向均布荷载：梁/柱很大时，刚架大约等于简支梁(内力分布)，梁/柱很小时，刚架大约等于两端固定梁。 水平荷载：刚架梁无弯曲，柱无转动(柱相当于支座)，刚架梁相当于连杆大约等于排架。 3.高跨比 压力线：如何理解。 刚架高度的减小