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1、1,第一篇 建筑结构基本计算原理(1-2章),第一章 绪论 1.1 建筑结构的分类 1.2 各种建筑结构特点及应用情况 1.3 建筑结构基本理论及设计方法的发展 1.4 建筑结构课程的要求、注意的问题,2,第一章 (共一讲) 本章的主要内容: 建筑结构的分类; 各类结构的优缺点及其应用和发展简况; 本课程的学习方法和需要注意的问题。,第一讲,能力训练1,3,1.1 建筑结构的分类,一.建筑结构定义 简单的说就是房屋的承重骨架。,第一章 总论,1.1 建筑结构的分类,二、建筑结构的组成,4,第一章 总论,1.1 建筑结构的分类,三.建筑结构的分类 按所用材料的不同分为: 1)混凝土结构(以混凝土
2、为主要材料的结构)包括: 钢筋混凝土结构配置受力的普通钢筋,钢筋网或钢骨架; 预应力混凝土结构 配置预应力钢筋的混凝土结构; 素混凝土结构 没有配置受力的钢筋的混凝土结构。,5,2)钢结构:以钢材(钢板、型钢)为主制作的结构 3)砌体结构:由块材通过砂浆砌筑而成的结构 4) 木结构 :指全部或大部分用木材制作的结构 5)混合结构:由两种及两种以上材料作为主要承重结构 的房屋 此外还有钢混凝土组合结构、钢管混凝土等。,第一章 总论,1.1 建筑结构的分类,按其承重结构的类型分为: 1)框架结构 2)剪力墙结构 3)框架剪力墙结构 4)筒体结构。,本 章 目 录,6,1)框架结构 采用梁、柱组成的
3、结构体系作为建筑承重结构。 框架结构的主要构件是梁和柱,而墙体只是作为 围护构件。 可以做成预制或现浇框架,平面布置比较灵活, 可以获得较大的使用空间, 比混合结构强度高整体性强,但随层数增多抗侧 刚度不足。 请看框架结构组成,第一章 总论,1.1 建筑结构的分类,7,2)剪力墙结构 利用建筑物的纵向及横向的钢筋混凝土墙体作为 主要承重构件,再配以梁板组成的承重结构体系。 其墙体同时也起围护及分割房间的作用。 整体性好,刚度大,抗震性能好,适于建造高层 建筑(1050层范围内都适用)。 不过剪力墙间距太小,平面布置不灵活,自重 大,不适应建造公共建筑,一般适用于建造住宅。 请看剪力墙结构组成,
4、第一章 总论,1.1 建筑结构的分类,8,3)框架剪力墙结构 框架结构的基础上,沿框架纵、横方向的某些位 置,在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为 剪力墙。 因此它是框架和剪力墙的有机结合,综合了二者 的优点:一个布置灵活,一个抗侧力高。 请看框架剪力墙结构组成,第一章 总论,1.1 建筑结构的分类,9,4)筒体结构 用钢筋混凝土墙组成一个筒体作为房屋的承重结构 筒体可以由密柱深梁组成一个筒体,也可以用多个 筒体组成筒中筒、束筒,还可以将框架和筒体联合 起来组成框筒结构。 筒体结构在各个方向的抗侧刚度都很大,是目前高 层建筑中较多采用的结构形式。框筒是上个世纪60 年代由美国工程师法卢齐坎恩
5、第一次提出来的。 请看筒体结构组成 其它结构还有壳体结构、网架结构、悬索结构等等,它们大多用于大跨度结构中。,第一章 总论,1.1 建筑结构的分类,10,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,一.钢筋混凝土结构,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,1.钢筋混凝土的组成: 钢筋+混凝土 (混凝土:现代主要的人造工程结构材料),2.两种材料的基本力学特性: 钢筋 抗拉与抗压强度较高,破坏时表现出较好的延性; 混凝土抗压强度高,抗拉强度远低于其抗压强度 (之比约为10%,破坏时具有明显的脆性性质),11,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,4.关于钢筋混凝土梁与素混凝土梁的
6、比较试验: (1)试验情况介绍:同条件下的对比试验; 请看素混凝梁实验(40秒) 请看钢筋混凝土梁实验(2分),3.配筋的基本原则 : 使钢筋在结构中处于受拉;使混凝土在结构中处于受压。,素混凝土梁 承载力低,一开裂即告破坏,破坏前无预兆(为脆性); 钢筋混凝土梁承载力高,混凝土开裂后,其承担的拉应力转移到钢筋。 请看图片,(2)试验结果小结:,12,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况, 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力,在荷 载作用下,可以保证两种材料协调变形,共同受力; 钢筋与混凝土具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),
7、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。,5.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,他们可以结合在一起共同工作,是因为:,13,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,6.配筋的基本要求 : (1)钢筋的布置(即在结构中的位置)和数量由计 算确定; (2)在钢筋的端部应有锚固长度或弯钩(常称为构 造要求)。,14,7 混凝土结构的优缺点: 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
8、: 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。,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,15, 现浇混凝土结构的整体性好: 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
9、骨料,或作为水泥的外加成分,改善混凝土的性能。,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,16,缺点: 自重大:不适用于大跨、高层结构。,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况, 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。, 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。, 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。, 混凝土结构一旦破坏,其修复、加固、补强比较困难。,17,8 混凝土结构的发展与应用概况
10、混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。 1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。 1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。 与砖石结构、钢木结构相比,混凝土结构的历史并不长,但发展非常迅速,是目前土木工程结构中应用最为广泛结构,而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,18,第一阶段: 从钢筋混凝土的发明至上世纪初 钢筋和混凝土的强度都比较低。 主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及
11、应用情况,混凝土结构的发展 在结构方面:目前,钢筋混凝土结构向大跨度、高层发展 在材料方面:向高强、轻质、耐久、抗震的方向发展。,19,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,第二阶段: 从上世纪20年代到第二次世界大战前后 混凝土和钢筋强度的不断提高。 1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土,使得混凝土结构可以用来建造大跨度,20,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,第三阶段: 二战以后到现在 随着建设速度加快,对材料性能和施工技术提出更高要求,出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。 高强混凝土和高强钢筋的发展、计算
12、机的采用和先进施工机械设备的发明,建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程,成为现代土木工程的标志。,21,二.砌体结构,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,1.砌体结构的组成:砌块砂浆 2.材料的基本力学特性: 砌体抗压强度较高,但抗拉强度很低; 3.砌体结构的优缺点: 优点: 较易就地取材、具有很好的耐火性,以及较好的化学及大气稳定性、成本低较经济。 缺点: 自重大,强度低、砌筑工作繁重、砂浆和砌块的粘结力较 弱、占用农田,影响环境。,22,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,(1)发展: 历史悠久:考古资料表明,我国在新石器时代末期
13、(约60004500年前),已有地面木架建筑和木骨泥墙建筑。,分为三个阶段: 第一阶段:在清朝末年,19世纪中叶以前 主要以城墙、佛塔和少数砖砌重型穹拱佛殿以及石桥等。 代表有万里长城、南京灵谷寺无梁殿后面走廊的砖砌穹窿、 河北赵县的赵州桥。,4.砌体结构在我国的的发展与应用情况:,23,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,第三阶段:解放后到现在 在原有基础上有了长足的进步。无论在桥梁、房屋,且在 新结构、新技术方面也有了很大的发展,并建立了具有我国 特色的结构设计计算理论。,第二阶段:19世纪中叶到解放前 砌体材料主要还是粘土砖,由于在封建及后来的半殖民地 半封建制度下,砖石结
14、构的实践和理论发展缓慢。,(2)发展趋势: 高强、空心、薄壁大板和配筋砌体等。,24,三.钢结构,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,1.钢结构的特点 : 优点: (1)强度高、强重比大;塑性、韧性好; (2)材质均匀,符合力学假定,安全可靠度高; (3)工厂化生产,工业化程度高,施工速度快; 缺点: 钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。,25,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,2. 钢结构的应用 : (1)重型结构及大跨度建筑结构; (2)多层、高层及超高层建筑结构; (3)轻钢结构; (4)塔桅等高耸结构; (5)钢混凝土组合结构。 我国是最早应用钢结构的国家
15、,但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比,已有相当大的差距。,26,本 章 目 录,第一章 总论,1.2 各种建筑结构特点及应用情况,27,1.3 建筑结构基本理论及设计 方法的发展,一.结构设计方法的发展过程 1. 弹性理论为基础的容许应力设计方法 2. 破坏阶段设计方法 3. 极限状态设计方法 4. 概率设计法:以近似概率为基础的极限 状态设计法。 未来:全概率设计法、生命全过程设计法,第一章 总论,1.3 建筑结构基本理论及设计方法的发展,28,二.我国现行结构设计规范(部分) 建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001 建筑结构荷载规范GB5009-2001
16、 混凝土结构设计规范GB50010-2002 砌体结构设计规范GB50003-2001 钢结构设计规范GB50017-2003。 设计人员必须遵照各种结构类型设计规范或规程进行设计。 各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件,其目的 是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下,保证设计 质量和工程项目的安全可靠。 注意在学习中,有关基本理论的应用最终都要落实到规范的 具体规定。,第一章 总论,1.3 建筑结构基本理论及设计方法的发展,本 章 目 录,29,1.4 建筑结构课程的要求、注意的 问题,一.要求 1.掌握结构材料的力学性能; 2.掌握结构设计的基本原则; 3.熟悉结构设计规范和其它相应规范; 4.熟练基本的设计计算、查阅有关表格和构造要求