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1、第一章建筑工程技术第一节建筑技术一、房屋结构的安全性、适用性和耐久性要求（一）结构的功能要求结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要经济合理。对建筑结构应具备的功能要求是：（1）安全性建筑结构在正常施工和正常使用时应能承受能出现的各荷载作用和变形而不发生破坏；偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定。（2）适用性建筑结构在正常使用时，应具有良好的工作性能。（3）耐久性建筑结构在正常维护的条件下，应能在预计的使用年限内满足各项功能要求，也即应具有足够的耐久性。安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。即：结构在规定的时间内，在规定的条件
2、下（正常设计、正常施工、正常使用和正常维护），完成预定的能力。（二）结构的安全性1.结构上的作用、荷载效应和结构抗力结构上的作用，主要是指各种施加在结构上的集中荷载或分布荷载，如构件自重、人群重量、风压雪重等；此外还有引起结构外加变形或约束的原因，如温度变化、支座沉降和地震作用等。后者中有一些往往被简化等效荷载作用，如地震荷载等。荷载效应是在各种荷载作用下，结构或构件内产生的内力（如轴力、剪力、弯矩、扭矩等）、变形（如梁的挠、柱顶位移等）和裂缝等的总称，用S表示。结构抗力是指结构抵抗上述作用效应的能力，用R表示，它与的大小和形状以及材料的性质和分布有关。例如一个中心受拉的构件，荷载效应是外荷载
3、在构件内产生的轴向拉力S。设构件截面积为A，构件材料单位面积抗拉能力f1，则构件对轴向的抵抗能力为Rf1A，显然：若SR，则构件将破坏，即属于不可靠状态；若SR，则构件属于可靠状态；若SR，则构件处于即将破坏状态，称为极限状态。很明显，SR是不可靠的，R比S超出很多是不经济的。我国的设计就是基于极限状态的设计。2、结构的两种极限状态结构或构件超过某一特定状态就不能满足某项规定的功能要求时，称这一状态为极限状态。极限状态分为两类：承载力极限状态与正常作用极限状态。承载力极限状态是对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，它包括结构构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体失
4、去平衡（倾复、滑移），在反复荷载下构件或连接发生破坏疲劳破坏等。这一极限状态关系到结构全部或部分的破坏或倒塌，会导致人员的伤亡或严重的经济损失，所以对所有结构和构件都必须按承载力极限状态进行计算，施工时应严格保证施工质量，以满足结构的安全性。正常极限状态相应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值，它包括构件在正常使用条件下产生过度变形，导致影响正常使用或建筑外观；构件过早产生裂缝或裂缝发展过宽；在动力荷载作用下结构或构件产生过大的振幅等。超过这种极限状态会使结构不能正常工作，使结构的耐久性受影响。3、杆件的基本受力形式构件变形形式分为四种基本变形：拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转五种。实
5、际结构中的构件往往是几种受力形式的组合。4、构件强度的基本概念材料强度是指材料在外力作下抵抗破坏的能力，一般通过标准试件的破坏试验来确定，用极限应力来表示。根据外力的作用方式不同，材料有抗拉、抗压、抗剪强度等，对有屈服点的钢材，还有屈服强度和极限强度的区别。四、容许应力的安全系数结构在外力作用下，在构件内产生的最大应力不应超过某一安全应力。这一安全应力就叫做容许应力，一般用表示.塑性材料的容许应力按下式确定:=s/K1脆性材料按下式确定:=b/K2式中sb=极限强度，（N/mm2）K1、K2安全系数其值大于1。安全系数是结构安全程度的一种储备。它主要考虑了以下几个方面：1）所研究材料的非均匀性
6、，材料越是不均匀，其安全系数越大；2）作用在结构上的荷载有超载的可能性；3）在计算结构时所采用的各种假设带来的误差；4）结构的工作条件；5）结构的重要程度。为保证拉（压）杆不至因强度不够而破坏，构件在荷载作用下产生的最大工作应力不得超过材料的容许应力。用这个公式可以解决下面三类问题：1）验算杆的强度（强度校核）若 ，则构件满足强度要求 安全若 ，则强度不够不安全5、杆件（压杆）稳定的基本概念、杆件（压杆）稳定的基本概念1）压杆稳定）压杆稳定若处于平衡的构件，当受到一微小的干扰力后，构件偏离原平衡位置，而干扰力解除以后，又能恢复到原平衡状态时，这种平衡称为稳定平衡。2）临界压力）临界压力当轴向压
7、力大于一定数值时，杆件有一微小弯曲，一侧加一微小干扰且有一变形。任一微小挠力去除后，杆件不能恢复到原直线平衡位置，则称原平衡位置是不稳定的，此压力的极限值为临界压力。由稳定平衡过渡到不稳定平衡的压力的临界值称为临界压力（或临界力），用表示。3）屈曲）屈曲受压杆在某一平衡位置受任意微小挠动，转变到其它平衡位置的过程叫屈曲或失F1FFFFcrFFcrFFcr干扰力干扰力稳定平衡状态稳定平衡状态不稳定平衡状态不稳定平衡状态 欧拉公式的普遍表达式欧拉公式的普遍表达式：长度系数长度系数 l：相当长度相当长度两端铰支两端铰支1一端固定一端固定一端自由一端自由2两端固定两端固定 0.5一端固定一端固定 一端
8、铰支一端铰支0.7 Fcrl支承情况支承情况两端铰支两端铰支一端固定一端固定一端铰支一端铰支两端固定，两端固定，但可沿纵向但可沿纵向相对移动相对移动一端固定一端固定一端自由一端自由两端固定，两端固定，但可沿横向但可沿横向相对移动相对移动失失稳稳时时挠挠曲曲线线形形状状临界力临界力长度系数长度系数lFcrl0.5lFcr=1=0.7=0.5=2=12llFcrFcr0.7ll表表101 各种支承条件下细长压杆的临界力各种支承条件下细长压杆的临界力 书上还有一个截面的回转半径和长细比的量纲，（三）结构的适用性房屋结构除了要保证承载能力符合要求外，还应满足适用性要求，在设计中称为正常使用的极限状态。
9、同时满足这两方面的要求，才能将一个结构称为是适用的，满足安全需要的。1、杆件的刚度结构杆件在规定的荷载作用下，虽有足够的强度，但其变形也不能过大，超过了允许的范围，也会影响正常使用，限制过大变形的要求即为刚度要求。2、梁的位移（挠度）计算梁的变形主要是弯矩所引起的，即弯曲变形，而剪力所引起的变形很小，忽略不计。通常我们都是计算梁的最大变形，如图这是悬臂梁在各种荷载作用下发生的挠度和转角的计算公式。3、砼结构的裂缝控制裂缝控制主要针对砼梁（受弯构件）及受拉构件。裂缝控制分为三个等级：（1）构件不出现拉力；（2）构件虽然有拉力，但不超过砼的抗拉强度。（3）允许出现裂缝，但裂缝不超过允许值。（四）结
10、构的耐久性结构的耐久性是指结构在规定的工作环境中，在预期的使用年限内，在正常的维护条件下不需进行大修就能完成预定的功能的能力。房屋结构中，砼结构耐久性是一个复杂的多因素综合问题，我国规范增加了砼结构耐久性设计的基本原则和有关规定。1、结构设计使用年限我国建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001）首次提出了建筑结构的设计使用年限，见表类别设计作用年限（年）示例类别设计作用年限（年）示例15临时性结构350普通房屋和构筑物225易于替换的结构构件4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构设计年限是设计规定的一个时期，在这一时期内，只需正常维修（不需大修）就能完成预定功能，即房屋建筑在正常设计
11、、正常施工、正常使用和正常维护下所应达到的使用年限。2、砼的结构耐久性的环境类别在不同环境中，砼的劣化与损伤速度不一样的，因此应针对不同的环境提出不同的要求，砼结构的环境类别见表环境类别 条件一室内正常环境二a室内潮湿环境，非严寒和非寒冷的露天环境，与无侵蚀性的水或土壤直接的环境b严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀的水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境，滨海室外环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境砼结构的环境类别3、砼结构耐久性的要求(1)保护层的厚度砼保护层厚度是一个重要参数，它不仅关系到构件的承载力和适用性，而且对结构构件的耐久性有决定性
12、的影响。因此，要求设计使用年限为50年的钢筋砼及预应力砼结构，其纵向受力钢筋的砼保护层厚度不应小于钢筋的公称直径，且符合表中的规定P5，表113（2）水灰比、水泥用量的一些要求一类、二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构砼应符合表P6表114二、建筑荷载的分类及装饰装修荷变动对建筑结构的影响（一）荷载分类（1）永久作用（永久荷恒载）：在设计基准期内，其值不随时间变化；或其变化与其平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如结构自重、土压力、预加应力、砼收缩、基础沉降、焊接变形等。（2）可变作用（可变荷载或活荷载）：在设计基准期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不
13、可以忽略不计的荷载。例如安装荷载、屋面与楼面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载、积灰荷载等。（3）偶然作用（偶然荷载）：在设计基准期内不一定出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如爆炸力、撞击力、雪崩、严重腐蚀、地震、台风等。2、按结构的反应分类（1）静力作用（静态作用）：不使结构或结构构件产生加速度，或所产生的加速度可以忽略不计，如结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载、雪荷载等。（2）动力作用（动态作用）：使结构或结构构件产生不可忽略的加速度，例如地震作用、吊车设备振动、高空坠物冲击作用等。3、按荷载作用面大小分类（1）均布荷载：建筑物楼面或墙面上分布睥荷载，如铺设的木地板、地砖、花岗石面层等重
14、量引起的荷载。（2）线荷载：建筑物原有的楼面或屋面上的各种面荷载传到梁上或条形基础上时可简化为单位长度上的分布荷载称为线荷载。（3）集中荷载：当在建筑物原有的楼面或屋面承受一定重量的柱子，放置或悬挂较重物品时，其作用面积很小，可简化为作用于一点的集中荷载。4.按荷载作用方向分（1）竖直荷载：结构自重、雪荷载等（2）水平荷载：如风荷载、水平地震作用等（二）建筑装饰荷载变动对建筑结构的影响。1、建筑装饰装修对建筑结构的影响在装饰装修过程中，如有结构变动或增加时，应注意：（1）在设计和施工时，必须了解结构能承受的荷载是多少，将各种增加的装饰装修荷载控制在允许范围以内，如果做不到这一点，应对结构进行重
15、新验算，必要时应采取相应的加固补强措施。（2）建筑装饰装修工程设计必须保证建筑物的结构安全和主要使用功能。当涉及主体和承重结构改动或增加荷载时，必须由原结构设计单位或具备相应资质的设计单位核查有关原有资料，对既有建筑结构的安全性进行核验、确认。（3）建筑装饰装修工程施工中，严禁违反设计文件擅自改动建筑主体、承重结构或主要使用功能；严禁未经设计确认和有关部门批准擅自拆改水、暖、电、燃气、通信等配套设施。2、建筑装修过程中增加的荷载（1）在楼面上加铺任何材料属于对楼板加了面荷载；（2）在室内增加隔墙、封闭阳台属于加了线荷载；（3）在室内增加装饰性的住子，特别是石柱，悬挂较大的吊灯，房间局部增加假山
16、盆景，这些装修做法就是对结构增加了集中荷载，使结构构件局部受到较重荷载作用，引起结构的较大变形，造成不安全的隐患，应采取安全加固措施。三、房屋结构平衡的技术要求（一）力的概念力是物体间的相互机械作用，力的作用效果有两种：1)使物体的机械运动状态发生变化和2)物体的形状发生变化。（二）（二）力的基本性质力的三要素：大小、方向、作用点力的三要素：大小、方向、作用点）力的大小：反映物体间机械作用的强度）力的大小：反映物体间机械作用的强度）力的方向：是指力作用的方位和指向）力的方向：是指力作用的方位和指向）力的作用点：是指力作用的位置）力的作用点：是指力作用的位置FAB力是矢量力是矢量力是矢量力是矢量力的单位：力的单位：力是导出单位力是导出单位力力 牛顿（牛顿（N）、）、千牛顿（千牛顿（kN）1 kN=1000 N力系力系力系力系：作用于物体的一组力称为力系。作用于物体的一组力称为力系。2、作用力和反作用力原理：根据牛顿第三定律，任何一个物体对其他物体有力作用时，它必定受到一个反作用力。如人用力推车，是人的手对车施加作用力，同时手上则受到车的反作用力。两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反
